Общая и медицинская экология

К примеру, синдром Блума связан с дефектом гена, кодирующего на 15-й хромосоме аминокислотную последовательность ДНК-лигазы. Данное нарушение не является критическим, однако неспособность восстанавливать дефекты ДНК ведет к ее нестабильности, увеличенной частоте мутаций и увеличенному риску онкологических заболеваний.

Репликация, транскрипция и репарация ДНК являются интегрированными процессами, которые имеют много общего. Появление повреждений в ДНК останавливает репликацию и транскрипцию, пока поврежденные участки не будут восстановлены. Повреждения в системе репарации ДНК могут привести к гибели клетки, а ее выживание - к мутации, аномальностям хромосом и геномной неустойчивости. Неполное восстановление или ошибочная репарация могут вести к различным типам мутаций. Например, если произошел двунитевой разрыв ДНК и в последствии он не был репарирован, это может привести к нарушению структуры хромосом. Если же такие повреждения были неправильно репарированы, это приведет к образованию дицентрических хромосом или к хромосомным транслокациям. Азотистые основания с аддуктами или их другие структурные модификации могут быть ошибочно опознаны ферментами репликации, что приведет к замене самих оснований. Такие замены способны увеличить число ошибок (так называемые бессмысленные мутации).

Определение спектра и частоты мутаций представляет интерес с точки зрения идентификации генотоксических агентов в отношении определенных локусов хромосом. Такие мутационные спектры могут служить в будущем ключом для идентификации мутагенов окружающей среды, действующих на людей invivo.



Тема 7. Особенности влияния экологических факторов на организм ребенка и женщины

7.1 Общие представления

В настоящий момент окружающая человечество среда значительно отличается от среды обитания предыдущих поколений. За последние десятилетия появились тысячи новых химических компонентов, производство синтетических соединений увеличилось в сотни раз. Химические токсиканты накапливаются в организме людей и животных. Но наиболее уязвимыми из всей человеческой популяции являются дети.

Рисунок 1 - Схематическое изображение окружающей среды ребенка

7.2 Физическая среда

Физическая среда -- это все, с чем входит в контакт организм человека. Так, в комнате, воздух которой загрязнен радоном, более высокая концентрация которого отмечается у пола.

Маленькие дети, играющие на полу, ковре или траве, часто подвергаются воздействию ксенобиотиков от синтетических покрытий (формальдегид, ЛОС) и остатков пестицидов в почве. Дети также могут подвергаться солнечной радиации или действию УФИ из-за своей неспособности спрятаться от прямых солнечных лучей.

Ученики проводят значительный период времени в школах, условия в которых весьма отличаются от домашних. Школы часто находятся в относительно неблагоприятных в экологическом отношении местах: около дорог с интенсивным движением, линий электропередачи, из-за чего они подвергаются действию выхлопных газов, электромагнитному излучению и др. Подростки при посещении дискотек, подвергаются действию шума, превышающего допустимые звуковые уровни.

Поскольку физические размеры детей меньше, их дыхательная и метаболическая активность выше, чем у взрослых. Дети вдыхают относительно большее количество воздуха (в пересчете на массу тела), поэтому воздействие на ребенка воздушных загрязнителей может быть значительным. Например, шестимесячный ребенок со средней величиной потребления кислорода в течение одинакового экспозиционного периода времени получит вдвое большую эффективную дозу за счет ингаляции радона, чем взрослый.

Средний младенец потребляет ежедневно примерно 180 мл воды на единицу массы тела. Для среднего мужчины это эквивалентно потреблению 17 л (!) воды в день. Если вода содержит загрязнители, то ребенок получает их в большем количестве. Из-за этой особенности присутствие свинца в воде вызывает особое беспокойство у экологических медиков. Высокие уровни свинца в крови (более 0,48 мкМ/л) были зарегистрированы именно у детей, в то время как у взрослых, потребляющих ту же воду, не были обнаружены неблагоприятные эффекты.

Кроме того, пища детей зачастую отличается от пищи взрослых. Большинство новорожденных потребляет грудное молоко, которое может содержать загрязнители окружающей среды, включая свинец, ПХБ и диоксины. Рацион детей также содержит большее количество молочных изделий. Годовалый ребенок ест в 2--7 раз большее количество фруктов и овощей, чем взрослый, в результате чего дети могут получать более высокие концентрации пестицидов, нитратов и других ксенобиотиков, в них содержащихся.

7.3 Биологическая среда

Биологическая среда состоит из набора физиологических функций организма, которые могут изменяться под действием загрязняющих веществ. Организм использует определенные биохимические процессы для переваривания, превращения и экскреции веществ, содержащихся в воздухе, пище и воде. Токсическое действие ксенобиотика будет зависеть от ряда механизмов. К ним относятся:

• поглощение ксенобиотика;

• распределение его внутри организма;

• метаболизм ксенобиотика;

• органная восприимчивость.

Инкорпорация ксенобиотиков у ребенка происходит известными четырьмя способами: через плаценту, кожу, органы дыхания или пищеварительный тракт.

В течение эмбриональной стадии плацента -- главный путь поступления и необходимых и чужеродных для плода веществ. Например, оксид углерода -- токсичное соединение вызывает образование карбоксигемоглобина. Поскольку оксид углерода имеет более высокое сродство к фетальному гемоглобину (Hb-F) плода, концентрация карбоксигемоглобина будет выше у эмбриона, чем у матери. Липофильные, соединения типа ПАУ (обнаруживаемые в табачном дыме), ПХБ, эндокринные эффекторы, а также этанол и никотин могут вызывать токсические эффекты у эмбриона.

В процессе развития ребенка кожа подвергается значительным изменениям, которые затрагивают ее барьерные свойства. Проникновение ксенобиотиков через кожу -- причина многих заболеваний новорожденных. Наружный слой кожи эмбриона характеризуется недостатком барьерного, кератинсодержащего, внешнего слоя дермы. Например, гипотиреоидное состояние может быть вызвано применением растворов йода, используемых для обработки кожи при различных манипуляциях. Нейротоксичность может быть обусловлена растворами гексахлорофена, который применяется при купании новорожденных. Гипербилирубинемия может иметь место после применения фенолдезинфицирующих растворов.

В период пренатального развития зародыш совершает дыхательные движения. Некоторые ксенобиотики, находящиеся в амниотической жидкости, могут контактировать с дыхательным трактом (пестициды, а также компоненты табачного дыма).

В период интенсивного роста костей скелета, организм требует поступления большего количества кальция. Однако у детей радиоактивный стронций и свинец могут поглощаться вместо кальция.

Ксенобиотики неодинаково распределяются в организме ребенка и взрослого человека. Например, в мозговой ткани и в костной системе свинец накапливается в большей степени у младенца, чем у взрослого.

Метаболизм ксенобиотика может приводить к его дезактивации или, напротив, к активации. В ряде случаев несовершенство способов детоксикации может играть положительную роль. У взрослого высокие концентрации ацетоаминофена (действующее вещество -- парацетамол) способны вызывать повреждение печени в связи с тем, что этот лекарственный препарат в процессе детоксикации распадается на компоненты, ядовитые для печени. Однако у маленьких детей этого не происходит. Дети, рожденные от матерей, употреблявших ацетоаменофен, будут также иметь в крови высокие уровни данного препарата. Однако он не сможет вызывать повреждения печени. Причина этого явления заключается в том, что у ребенка метаболические пути детоксикации лекарства еще не развились в достаточной степени, и его разрушения не происходит.

В процессе роста и созревания детский организм может подвергаться неблагоприятному воздействию ксенобиотиков. Примеры подобного воздействия: неправильное эмбриональное развитие, торможение роста, снижение коэффициента умственного развития (показатель интеллекта IQ), ранняя половая зрелость, уменьшенная жизненная емкость легких (ЖЕЛ) и др.

В процессе становления взрослого организма клетки подвергаются дифференцировке и дислокации.

• Дифференцировка запускается и регулируется гормонами. При этом присутствие эффекторов эндокринной системы (хлорированные инсектициды), которые воспринимаются организмом, как гормоны, может оказывать негативное воздействие на развивающуюся репродуктивную систему.

• Дислокация. Известно, что нейроны формируются в центральных отделах мозга, а затем мигрируют в другие области ЦНС. Химические соединения типа этанола могут модифицировать этот процесс. Пренатальное воздействие этанола сопровождается торможением миграции и является причиной недоразвития мозга.

Длительный период роста и развития некоторых органов (мозговая ткань и легкие) увеличивает их уязвимость. К примеру, ткань мозга у взрослых после лучевой терапии подвергается обратимым побочным изменениям. У детей лучевая терапия полностью исключена из-за глубоких и отрицательных эффектов ионизирующего излучения на развивающуюся центральную нервную систему. Другой пример -- токсические воздействия на ткань мозга. Пограничная концентрация свинца в крови детей составляет 0,48 мкМ/л. Более высокие концентрации вызывают снижение коэффициента интеллекта (IQ). В то же время допустимый предел воздействия свинца на профессионалов в 6 раз выше.



7.4 Социальная среда

Социальная среда включает условия проживания в семье, положение ее в обществе, а также законы и инструкции, которые затрагивают жизнь человека. Общество обязано защищать детей от вредного воздействия окружающей среды. Это возможно путем использования принципов и методов регулирующей политики. Необходимо принятие адекватных законов об улучшении качества питьевой воды, продуктов питания, внутренней среды детских садов, школ, повышение экологической грамотности населения, родителей, подготовка медицинских экологов и др.

В развитии ребенка выделяют следующие стадии:

1. период внутриутробного развития

2. период новорожденности (от рождения до месячного возраста)

3. грудной возраст (от месяца до 1 года)

4. период молочных зубов (от 1 года до 6 лет)

5. младший школьный возраст (6--12 лет)

6. старший школьный возраст (12--15 лет)

7. пубертатный период (15--18 лет).

Внутриутробное развитие рассматривается как отдельная стадия, где имеются множественные критические этапы развития.

Воздействие на здоровье человека может проявиться даже в том случае, когда оно было оказано на женщину перед зачатием ребенка. Например, женщины, которые потребляли пищевые жиры, загрязненные полихлорированными бифенилами (ПХБ), рожали детей с физическими уродствами (Yusho). У самих женщин заболевание сопровождалось неспецифическими симптомами: усталостью, головной болью, нарушением чувствительности в конечностях и изменениями кожи. Причиной являлись производственные утечки ПХБ с последующим накоплением их в рисе и использованием последнего в качестве продукта питания.

Так как дети подвергаются действию токсикантов в более ранний период жизни, чем взрослые, они имеют больше шансов для развития экологически вызванных заболеваний, имеющих длительные латентные периоды. Дети, живущие в бедности, дети в расовых или этнических общинах подвержены гораздо большему риску для воздействия на них вредных факторов окружающей среды.

7.5 Здоровье женщин и окружающая среда

Половые особенности. Женский организм также имеет специфические особенности в отношении действия факторов окружающей среды. Женщины подвержены не только тем же болезням, которыми страдают мужчины, но и специфическим заболеваниям, связанным с их полом.

Во-первых, женский организм характеризуется относительно большим содержанием жира и жировой ткани (табл. 1), в которых могут накапливаться значительные количества гидрофобных соединений, как правило, токсичных.

Во-вторых, женский организм подвержен циклическим изменениям, что выражается в колебании уровня гормонов, изменении в этой связи метаболической активности клеток- мишеней. Поступление в организм женщины химических соединений с гормональной активностью (ЭЭС) будет держать клетки-мишени в постоянной активности, приводя к их метаболической декомпенсации, и являться фактором развития патологии.

Таблица - 1 Содержание жира в организме в зависимости от возраста (% массы)

Возраст	Мужчина	Женщина
20	11,05	28.7
45-49	21,3	35,3
51-56	25,8	41.9
65-70	30,5	44,6



В-третьих, в определенные физиологические периоды (беременность) женщина нуждается в повышенных количествах тех или иных элементов (например, кальция). Элементы с конкурентной активностью (свинец) способны замещать кальций при всасывании и инкорпорироваться в организме, почти не экскретируясь из него.

Рак молочной железы. В настоящее время обнаружены гены рака молочной железы BRCA1 и BRCA2. Согласно расчетам гены могут быть в 5--10% случаев причиной этого заболевания. Одной из причин активации ракового гена могут быть ЭЭС -- разнообразные синтетические соединения, которые симулируют действие женского полового гормона эстрогена. Эти соединения широко распространены в природе. Они попадают к нам в организм с пищей, водой, вдыхаемым воздухом и в результате профессиональной деятельности.

Эндометриоз - это патологический процесс распространения эндометрия (внутреннего слоя стенки матки) за пределы его нормального расположения (в мышечной стенке матки или в других органах половой системы), а также в других органах (мочевом пузыре, передней брюшной стенке, фаллопиевых трубах, легких). Причину патологии связывают также с воздействием ЭЭС, обладающих эстрогеноподобным действием. Считается, что диоксины и другие хлорированные соединения могут причиной эндометриоза.

Остеопороз. При данном заболевании первичным нарушением является уменьшение массы матрикса костной ткани, а вторичным -- потеря кальция. Это заболевание встречается и у мужчин, но наиболее часто -- у женщин в постклимактерическом периоде. Кадмий и свинец могут замещать кальций в костной ткани.



Тема 8. Экологическая и эколого-медицинская характеристика гидросферы

8.1 Факторы экологического неблагополучия гидросферы

Гидросферой называют совокупность всех вод Земли: материковых (поверхностных, почвенных, глубинных), океанических и атмосферных.

Среди факторов экологического неблагополучия гидросферы можно выделить три большие группы:

ѕ физико-химические факторы;

ѕ химические токсические вещества;

ѕ химически необходимые соединения.

ѕ Физико-химические факторы (тепло, мутность, скорость течения воды).

Самый мощный источник теплового загрязнения водоемов -- атомные электростанции.

Источники мутности - карьеры и каменоломни. Сточные воды каменоломен делают воду мутной, ухудшается проникновение света и падает биологическая продукция кислорода. Донные организмы покрываются слоем осадка и гибнут.

Строительство гидротехнических сооружений влечет за собой изменение скорости течения рек. Так, сужение реки приводит к нарушению экологического равновесия, повышению скорости течения, в результате чего гибнут многие организмы и растения.

Наоборот, зарегулирование стока рек путем строительства гидроэлектростанций ведет к замедлению скорости течения, к насыщению воды биогенными элементами. Последнее сопровождается массовым развитием фитопланктона - динофлагеллатов Gonyaulax, Peridiniumи синезеленых водорослей из рода Апаbаепа и др.

Токсин фитопланктона Gonyaulax-- по биологическому действию это блокатор натриевых каналов электровозбудимых мембран нервных и мышечных клеток.

Из пресноводной водоросли Anabaemaвыделен анатоксин А - сильный нейротоксин, в больших дозах вызывающий смерть в течение 2--7 мин.

При массовом развитии синезеленых водорослей случаются массовые отравления животных, птиц. Причиной развития отдельных вспышек желудочно-кишечных заболеваний с неясной этиологией служит также массовое развитие в водоемах синезеленых водорослей.

* Химические токсические вещества. Большинство из загрязняющих гидросферу компонентов выполняют в живых организмах функции ингибиторов каких-либо процессов (тяжелые металлы, цианистые соединения, углеводороды). В пищевых цепях яды концентрируются и попадают в организм животных и человека. Пример того, как соединение, попадающее в водоем в незначительных концентрациях, явилось причиной отравлений и даже смертельных исходов у человека, -- болезнь Минамата.

Причина болезни Минамата -- метилртуть, которая вместе со сточными водами фирмы «Ниппон Чиссо» (Япония) попадала в бухту, а затем по пищевым цепям в организм человека. Заболевание выражалось в нарушениях зрения, слуха, осязания, а также отклонениях поведения человека. Некоторые случаи закончились смертельным исходом.

• Химически необходимые соединения. К ним относятся удобрения, попавшие с полей в водоемы, фосфаты, которые содержатся в ряде моющих средств, стиральных порошков, и др. Эти компоненты являются источником биогенных элементов и насыщают ими воду, что приводит к повышению биологической продуктивности (явления эвтрофикации) водоемов. Последующее развитие синезеленых водорослей сопровождается смещением экологического равновесия и постепенным заболачиванием водоемов, т.е. их гибелью.



8.2 Воздействие гидросферы на человека

Контакт человека с составляющими гидросферы происходит через верхние дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт и кожу.

• Верхние дыхательные пути. Механизм действия сводится к тому, что в насыщенном парами воды воздухе, имеющем место при формировании тумана или смога, происходит растворение в мельчайших капельках воды различных токсических примесей, газов. Эти компоненты, минуя печень, воздействуют через огромную всасывающую поверхность альвеол легких, обусловливая патологию в них самих, а через большой круг кровообращения попадают во внутреннюю среду организма.

• Желудочно-кишечный тракт. Значительная часть воды, поступающей в организм в свободном состоянии, всасывается в двенадцатиперстной кишке, тощей кишке и желудке. При неблагоприятном состоянии источников водоснабжения происходит преимущественное поражение ЖКТ, что связано с развитием гастроэнтеритов.

• Кожные покровы. При экологическом неблагополучии водоемов во время купания возможен контакт с простейшими, бактериями, гельминтами, насекомыми, живущими и размножающимися в водной среде, т.е. происходит инфицирование человека.

Согласно имеющейся классификации ВОЗ можно выделить пять групп заболеваний, связанных с экологическим состоянием гидросферы:

• заболевания от зараженной воды (тиф, холера, дизентерия, полиомиелит, гепатит);

• заболевания кожи и слизистых (трахома, проказа);

• заболевания, вызываемые моллюсками (шистосомоз, ришта);

• заболевания, вызываемые живущими и размножающимися в воде насекомыми (малярия, желтая лихорадка);

• заболевания от загрязненной воды.



8.3 Механизмы нейро- и нефротоксичности

С питьевой водой в организм человека могут поступать многочисленные ксенобиотики, в том числе оказывающие воздействие на нервную и выделительную системы. В этой связи необходимо отдельно рассмотреть особенности нейро- и нефротоксичности.

Нейротоксичность -- это свойство химических веществ вызывать нарушение структуры и/или функций нервной системы.

Нейротоксичностъ присуща большинству известных веществ. Поэтому практически любая острая интоксикация в той или иной степени сопровождается нарушениями функций нервной системы.

Наиболее важным условием прямого действия ксенобиотика на ЦНС является его способность проникать через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Вещества, не проникающие через ГЭБ, будут вызывать токсические эффекты на периферии.

Развивающаяся у человека патология является следствием воздействия ксенобиотиков на возбудимые мембраны, механизмы передачи нервного импульса в синапсах, пластический и/или энергетический (гипоксия, ишемия) обмен в нервной ткани.

В наибольшей степени нарушение энергетического обмена сказывается на состоянии нейронов, в которых высок уровень процессов потребления кислорода. Среди структур, образуемых серым веществом, наиболее чувствительными к гипоксии являются кора головного мозга, кора мозжечка (клетки Пуркинье), гиппокамп.

Нейротоксический процесс может проявляться в форме нарушений моторных, сенсорных функций, эмоционального статуса, памяти, обучения. Часто нарушаются зрение, слух, тактильная и болевая чувствительность и т.д. Сенсомоторные нарушения приводят к появлению мышечной слабости, парезов и параличей.

Острые нейротоксические процессы обычно обусловлены нарушениями физиологических или биохимических механизмов в нервной системе и не связаны с дегенеративными изменениями нейроцеллюлярных элементов. Подобные эффекты обычно формируются после однократного воздействия токсиканта в относительно высокой дозе и носят обратимый характер. Как правило, таким образом развивается интоксикация веществами, нарушающими передачу нервного импульса в синапсах (многочисленные синаптические яды), проведение возбуждения по возбудимым мембранам (вератрин, тетродотоксин, сакситоксин, этанол, хлороформ и др.), и некоторыми веществами, нарушающими энергетический обмен в мозгу (динитрофенол и др.).

Острые нейротоксические процессы в ЦНС проявляются либо гиперактивацией нервных структур (возбуждение, судорожный синдром), либо их угнетением (заторможенность, утрата сознания), либо дезорганизацией высшей нервной деятельности (неадекватные эмоции, иллюзии, галлюцинации, бред и т.д.). Проявления острого нейротоксического действия на периферии -- это, как правило, следствие нарушений проведения нервных импульсов по двигательным, вегетативным волокнам и блокада или извращение поступающей сенсорной информации (онемение конечностей, парестезии, боль).

Хронически протекающие нейротоксические процессы обусловлены длительным действием ксенобиотиков, преимущественно нарушающих пластический (свинец, тетраэтилсвинец, триметилолово, таллий, ртуть) или энергетический (оксид углерода) обмен. Их развитие часто сопряжено с изменением структурных элементов нервной системы: нейронов, их дендритов и аксонов, миелина, миелинобразующих клеток, эндотелиальных клеток.

Центральные хронические нейротоксические процессы, как правило, мало специфичны. Однако при интоксикациях некоторыми веществами (тетраэтилсвинец) периоду развития хронических эффектов предшествует достаточно специфичная клиника острого нарушения функций мозга.

Нефротоксичность -- это свойство химических веществ вызывать структурно-функциональные нарушения почек.

Нефротоксичность может проявляться как следствие прямого взаимодействия химических веществ (или их метаболитов) с паренхимой почек, так и опосредованного действия главным образом через изменения гемодинамики, кислотно-основного равновесия внутренней среды, массивное образование в организме продуктов токсического разрушения клеточных элементов, подлежащих выведению через почки (гемолиз).

Механизмы нефротоксического действия ксенобиотиков многообразны и вместе с тем развиваются по достаточно общему сценарию. Прошедший через фильтрационный барьер в клубочках токсикант концентрируется внутри канальцев в силу реабсорбции большей части воды, содержащейся в первичной моче. Под влиянием складывающегося при этом градиента концентрации или в силу процессов активной реабсорбции ксенобиотик поступает в клетки канальцевого эпителия и там накапливается. Нефротоксическое действие развивается при достижении критической концентрации токсиканта в клетках. Нарушения гемодинамики являются частой причиной развития токсических нефропатий.

При остром поражении токсикантом почечных канальцев функции органа могут нарушаться вследствие закупорки просвета канальцев продуктами распада клеток эпителия, ретроградного тока гломерулярного фильтрата, повышения давления в капсуле Боумена, а вследствие этого и крови в капиллярной сети почечного клубочка.

Основными проявлениями поражения почек токсикантами являются:

• гематурия вследствие повреждения стенки капилляров клубочков:

• протеинурия - появление белка в моче более 0,5 г в суточной пробе.

Протеинурия может быть гломерулярного происхождения, при этом в моче обнаруживаются преимущественно высокомолекулярные белки (молекулярная масса более 40 000 дальтон), и канальцевого -- в моче обнаруживаются преимущественно низкомолекулярные белки (менее 40 000 дальтон).

Гломерулярная протеинурия указывает на разрушение клубочкового барьера кровь--моча.

Канальцеваяпротеинурия -- указывает на повреждение проксимальных отделов почечных канальцев.

Основные симптомы этой патологии:

• уменьшение количества отделяемой мочи -- менее 600 мл в сутки (олигурия);

• повышение в плазме крови азотсодержащих низкомолекулярных веществ, таких как мочевина, креатинин, и т.д. (азотемия);

• общий отек, что в отсутствие сердечной недостаточности или цирроза печени указывает на резкое снижение содержания белка в крови (гипоальбуминемия);

• гипертензия, развивающаяся вследствие гломерулосклероза.

Эти проявления комбинируются в определенные синдромы. Основными синдромами, развивающимися в результате острых или хронических интоксикаций, являются:

• острая почечная недостаточность, характеризующаяся острым угнетением функций почек с азотемией и, часто, олигурией;

• хроническая почечная недостаточность -- перманентное нарушение функций почек с азотемией, ацидозом, анемией, гипертензией и рядом других нарушений;

* тубулоинтерстициальный нефрит (острый или хронический) с различными признаками канальцевых дисфункций (протеинурия канальцевого типа, ацидоз мочи, потеря солей, снижение удельного веса мочи и т.д.);

• нефротический синдром, характеризующийся тяжелой протеинурией (более 3,5 г белка в суточной моче), гипопротеинемией, отеками, гиперлипидемией, гиперлипидурией. Нефротический синдром может быть следствием гломерулонефритов различных типов;

• быстропрогрессирующий гломерулонефрит, проявляющийся гематурией и олигурией, приводящий к почечной недостаточности в течение нескольких недель.

8.4 Неорганические контаминанты

Нитраты (45 мг/л) В скобках указаны нормативные величины. Эти компоненты попадают в питьевую воду в основном вследствие интенсивного применения в сельском хозяйстве азотных и органических удобрений.

Свинец (0,03 мг/л). Свинец в воде имеет антропогенное происхождение. Хотя его концентрация в воде нормируется, повышенное количество не исключается. Всасывание свинца в ЖКТ составляет примерно 8% от всего поступившего количества. Дети способны резорбировать примерно половину поступающего в ЖКТ свинца.

После резорбции свинец в крови соединяется преимущественно с гемоглобином и быстро распределяется по всему организму и больше всего его в костной ткани -- до 20 мг/кг. Свинец способен формировать с фосфатом в костной ткани и зубах труднорастворимое соединение - фосфат свинца -- и поэтому находится там весьма долгий период (биологический период полувыведения из костей составляет 30 лет). Это привело к тому, что кости современного человека содержат этого металла в 700--1200 раз больше, чем человека, жившего 1600 лет назад.

Выведение свинца происходит в основном через почки (75%) и ЖКТ (15%). В волосах, ногтях может накапливаться до 10% имеющегося в организме свинца.

Ранними специфическими и объективными признаками хронического сатурнизма (повышенного содержания в организме свинца) считают: повышение уровня этого тяжелого металла в крови более 0,4 мг/л (для взрослого человека суточная доза 0,3 мг/сут).

Свинец представляет опасность для людей всех возрастов, особенно для детей и беременных. Эффекты его весьма разнообразны и зависят от действующей концентрации в организме. Последствия накопления свинца связаны с его способностью вызывать преждевременные роды у женщин, снижать вес ребенка при рождении, тормозить его умственное и физическое развитие.

В механизме токсического действия свинца большая роль также принадлежит лактату свинца, образующемуся в мышцах при взаимодействии свинца с молочной кислотой. Лактат свинца легко проникает в нервные и мышечные клетки, реагирует с фосфатами с образованием труднорастворимых фосфатов свинца, которые формируют на оболочке клеток барьер, препятствующий нормальному проникновению в клетки ионов кальция. Следствие подобной блокады - нейромышечные эффекты (парезы, параличи), наблюдающиеся при свинцовой интоксикации. Наиболее чувствительны к свинцу быстрорастущие ткани и эмбриональные клетки.

Свинец способен также преодолевать плацентарный барьер (особенно с 12-й недели беременности), что приводит к психическим расстройствам и умственной отсталости детей. Следовательно, к лицам повышенного риска в отношении действия свинца относят новорожденных, детей, беременных женщин, лиц с заболеваниями почек и больных анемией.

Даже при безопасном уровне свинца в крови он может вызывать неврологическую симптоматику, а также изменение поведенческих симптомов, включая раздражительность и ухудшение внимания. Длительное воздействие свинца может вести к мышечной слабости; гиперактивности и даже агрессивному поведению у детей. У взрослых свинец способен стимулировать гипертонию и вызывать понижение слуха.

Отмечено, что хроническая интоксикация развивается медленно. На ранних ее этапах может наблюдаться лишь снижение адаптационных способностей организма и устойчивости к действию патогенных агентов. Затем появляются общая слабость, головная боль, головокружение, неприятный вкус во рту, тремор конечностей, потеря аппетита, уменьшение массы тела, признаки анемии, запоры, боль в животе. Могут обнаруживаться диффузная дегенерация миокарда, нарушения психического развития детей, хроническая нефропатия.

Считается, что существует прямая корреляция между концентрацией свинца в питьевой воде (если она больше 0,8 мг/л) и частотой психической отсталости детей, а также смертностью от рака почек и всех видов лейкемий.

Существует два пути проникновения свинца в питьевую воду:

• через загрязнение свинцом почвы;

• арматуру водопроводной сети.

Основным источником загрязнения почвы свинцом являются выхлопные газы автомобилей, использующих в качестве топлива этилированный бензин (АИ-92). Попадая на поверхность почвы, свинец смывается дождевой или талой водой, впитывается в почву, достигает водоносных горизонтов, попадая в воду колодцев и систему централизованного водоснабжения. Особую опасность в этом плане представляют открытые водоемы, которые все чаще используются в качестве источников водоснабжения крупных городов.

Свинец также вымывается из сантехнической арматуры, которая содержит латунь. Латунь -- сплав меди с цинком (до 50%) с добавками других элементов, в том числе свинца. При этом несколько факторов усиливают процесс перехода свинца в воду: кислая реакция воды и ее низкая жесткость.

Существует несколько основных способов снижения содержания свинца в питьевой воде:

• для питья и приготовления пищи необходимо использовать только холодную воду, так как горячая вода лучше вымывает свинец из деталей сантехнической арматуры;

• перед набором воды из водопроводного крана необходимо дать ей в течение нескольких минут стечь, особенно если воду не набирали в течение нескольких часов. Свинец, перешедший в воду из деталей сантехнической арматуры, этим самым будет смыт;

• самый эффективный способ снижения количества свинца в воде -- использование фильтров из активированного угля, которые снижают его концентрацию на 88--90%. Активированный уголь обладает огромной адсорбирующей способностью (количество угля размером с горошину имеет активную поверхность, равную половине футбольного поля).

Барий (0,1 мг/л). Способен аккумулироваться в печени, легких и селезенке. Пролонгирует процесс стимуляции мышечного сокращения, блокирует передачу нервных импульсов, вызывая заболевания нервной системы, системы кровообращения.

Кадмий (0,001 мг/л). В среднем в организм человека поступает около 10 мг кадмия в день. В ЖКТ резорбируется примерно до 5% кадмия.

После всасывания кадмий в кровотоке связывается преимущественно с альбумином и транспортируется в печень и почки. Там образуется несвязанная форма кадмия, которая представляет собой токсичный компонент, приводящий к поражению почек. Биологический период полувыведения кадмия из печени и мышечной ткани составляет 10--35 лет. В организме курильщиков содержатся в 3--4 раза более высокие концентрации кадмия.

Накопление кадмия связано с дегенеративными изменениями слизистой носа, глотки, разрушением обонятельного эпителия, обструктивными заболеваниями ВДП и тяжелыми поражениями почек. Интоксикация кадмием сопровождается тяжелой остеомаляцией, остеопорозом и железодефицитной анемией (болезнь итай-итай), а также деформацией скелета вследствие нарушений обмена фосфата и витамина D₃.

Cdтормозит освобождение Са⁺² из костей и стимулирует резорбцию Са⁺²из тонкой кишки в плазму, захват Са⁺² в тубусных клетках почек; накопление кадмия может быть сопряжено с почечной артериальной гипертензией, мутагенным (но не канцерогенным) эффектом.

Мышьяк (0,05 мг/л). Применяется в фармацевтической промышленности (производство лекарств для лечения сифилиса, псориаза), микроэлектронной промышленности (производство полупроводников -- арсенидов галлия, индия), в производстве и использовании биоцидов, пестицидов, гербицидов, средств защиты древесины и др. В организм человека поступает в основном с питьевой водой, которая может быть загрязнена до концентрации 40 мкг/л. Поступление с продуктами питания значительно меньше. Воздействие мышьяка зависит от степени валентности этого металла (трехвалентный мышьяк значительнее токсичнее, чем пятивалентный).

Хроническое воздействие мышьяка приводит к потере веса, депрессии и развитию онкологических заболеваний.

Хром (0,05 мг/л). Необходимый элемент человеческого организма. Однако при значительном поступлении оказывает токсическое действие. Аккумулируется в почках, селезенке, костной ткани, печени и головном мозге. Обладает канцерогенным эффектом. Вызывает поражение почек.

Медь (1 мг/л). Входит в состав сплава латуни сантехнической арматуры и вследствие этого переходит в питьевую воду. Избыток меди -- причина характерных заболеваний у человека. Всасывание меди происходит в ЖКТ (40%), из этого количества 15% -- в желудке. После резорбции медь соединяется в кровотоке преимущественно с альбумином и транспортируется в печень. Содержание меди в печени и селезенке маленьких детей в 3-- 4 раза выше, чем у взрослых.

В течение 72 ч выводится через почки только около 1% поступившей меди, с фекалиями - около 10%. С потом может выделяться до 3% меди.

При хроническом воздействии у детей на первый план выступают нарушения печени и ослабление иммунной системы. Помимо этого, медь обладает раздражающим действием на ЖКТ, является цитотоксическим агентом, способным индуцировать гепатический цирроз.

Фториды (1,5 мг/л). Фтор в концентрации около 1 мг/л предотвращает кариес и остеопороз. При концентрации свыше 1,8 мг/л вызывает потемнение эмали зубов (флуороз).

Хлор. Хлор широко используется для обеззараживания воды от бактерий, вирусов и других микроорганизмов. Его использование привело к тому, что такие болезни, как холера и тиф, которые легко распространяются через зараженную воду, практически не встречаются в развитых странах.

Присутствие в воде избыточного количества хлора придает ей неприятный вкус и «запах плавательного бассейна». Люди, которые пьют хлорированную воду, имеют риск возникновения рака мочевого пузыря на 21% больше и риск возникновения рака прямой кишки на 38% больше, чем те, кто пьет воду с небольшим содержанием хлора.

Радон. Является радиоактивным элементом. В воде радон представляет двоякую опасность:

* употребление питьевой воды с находящимся в ней радиоактивным газом может быть причиной злокачественных новообразований ЖКТ, почек, а также лейкозов;

* за счет накопления в воздухе помещений. Чаще всего это происходит в ванной комнате. Действие радона увеличивает риск возникновения рака легких.

8.5 Органические контаминанты. Летучие органические соединения

Летучие органические соединения (ЛОС) -- водные примеси, которые представляют опасность, когда их концентрация достигает даже незначительных уровней. Отличительная особенность - трудность и высокая стоимость их определения. К ЛОС относятся: бензол, тетрахлористый углерод, винилхлорид, толуол, дихлорэтан и др. Хроническое поступление тетрахлорбензола в организм ведет к хромосомным аберрациям в периферических лимфоцитах.

ЛОС -- побочные продукты при производстве ядохимикатов, красок, клеев, красителей, парфюмерных изделий, перегонке нефти и др. JIOCпроникают в питьевую воду в результате антропогенной деятельности из-за индустриальных утечек, промышленных аварий и халатности. ЛОС -- опасные примеси и могут при длительном воздействии вести к развитию ряда заболеваний (табл. 2).

Таблица 2 - Эффекты, вызываемые ЛОС

ЛОС	Эффект	ЛОС	Эффект
Дихлорбензол	Повреждение почек	Тетрахлористый углерод	Рак
Трихлорбензол	Повреждение печени, почек	Пентахпорфенол	Рак
Дихлорэтан	Повреждение печени, почек, нервной системы. Рак	Винилхлорид	Рак
Трихлорэтан	Повреждение печени, нервной системы	Дихлорметан	Рак
Бензол	Рак	Хлорзамещенные метана	Рак
Толуол	Рак

В процессе его обезвреживания образуются многочисленные продукты, обладающие широким спектром действия. Возникающий при монооксигеназной реакции трихлороксиран обладает способностью связываться с макромолекулами и тем самым оказывать токсические воздействия на печень и почки. Помимо этого, из него образуются: хлоральгидрат, трихлорэтанол и трихлоруксусная кислота, которые имеют седативное, токсическое для ЦНС и раздражающее действие соответственно. Возникающие при действии глютатиона метаболиты трихлорэтана обладают канцерогенным действием.



8.6 Способы снижения содержания ксенобиотиков в питьевой воде

Основным способом снабжения населения чистой питьевой водой является система государственных мер, направленных на снижение содержания токсичных контаминантов в воде. Но давно используются на бытовом уровне и другие способы очистки питьевой воды:

• кипячение. Так как люди потребляют большую часть воды в виде горячих напитков и блюд (супы, чай, кофе), то при кипячении воды или приготовлении пищи некоторые компоненты в значительной степени улетучиваются или выпадают в осадок;

• фильтрация воды с использованием различных по устройству фильтров: из активированного угля, керамики и др., что является наиболее эффективным способом снижения количества радона в воде;

• использование фильтров, работающих на принципе обратного осмоса.



Тема 9. Экологическая и эколого-медицинская характеристика литосферы

9.1 Общие представления

Литосфера -- составная часть биосферы, представляющая собой твердую оболочку Земли. Почва -- это поверхностный слой литосферы, сформированный под действием климата и живых организмов (растительных и животных) и возделываемый человеком.

Основные элементы литосферы, особенно металлы, негомогенно распределены и находятся в различных химических формах. Диффузное распределение металлов в литосфере, почве, растениях и животных имеет большее значение для функционирования биосферы. Металлы и другие элементы литосферы непрерывно мигрируют в гидросферу, атмосферу и биоту.

9.2 Химическая характеристика литосферы

Существуют два механизма перераспределения элементов в литосфере:

• вертикальный (из недр наружу);

• горизонтальный -- миграция в поверхностном слое.

Первый из них ведет к негомогенному распределению металлов в окружающей среде. При этом их концентрации в различных породах могут различаться на порядок и выше. Одним из основных источников этого процесса является вулканическая деятельность.

Второй механизм, который перераспределяет элементы, -- это выветривание. Физические процессы, связанные с этим явлением, ведут к измельчению пород, что подготавливает их к последующему постепенному растворению или переходу в аэрозольное состояние. И тот, и другой процессы при участии органической матрицы ведут к формированию почвенного слоя. Таким образом, выветривание является ключевым процессом в миграции элементов от материнских пород к другим составным частям окружающей среды.

В окружающей нас среде присутствуют все известные элементы. Они подразделяются на эссенциальные и неэссенциальные.

Эссенциальными, т.е. необходимыми для процессов жизнедеятельности, являются:

· макроэлементы: кальций, хлор, магний, фосфор, калий, сера;

· микроэлементы (присутствуют в организме животных и человека в следовых концентрациях): хром, кобальт, медь, фтор, йод, железо, марганец, молибден, селен, цинк.

Неэссенциальные элементы, т.е. компоненты, не имеющие известных биологических функций. К ним относятся: кадмий, мышьяк, ртуть, свинец.

Еще Парацельс (1493--1541) определил основные принципы токсикологии: «Все вещества являются ядами. Нет ни одного соединения, которое не является им. Только доза определяет ядовитые или лекарственные свойства». Как для необходимых, так и для неэссенциальных элементов имеется оптимальное значение концентраций, которые соответствуют нормальному функционированию организма. Снижение концентрации приводит к возникновению дефицитного состояния, т.е. патологии (табл. 3).

Таблица 3. Заболевания, вызываемые дефицитом или избытком элементов

Элемент	Дефицит	Избыток
Железо	Анемия	Гемохроматоз
Медь	Анемия	Хроническая интоксикация медью
Цинк	Задержка полового развития	Диарея
Кобальт	Анемия. «Заболевание белой печени»	Сердечная недостаточность. Полицитемия
Магний	Дисфункция гонад	Атаксия
Хром	Нарушение обмена глюкозы	Нефрит
Селен	Некроз печени	Мышечная дистрофия



Биодоступностъ, миграция и токсичность элементов зависят не только от физических и химических свойств самого компонента, но и от факторов окружающей среды, с которыми он взаимодействует. Важнейший фактор -- кислотность почвы (pH). Подвижность большинства из элементов с уменьшением pH возрастает, в то время как защелачивание уменьшает биодоступность. Сильно влияет тип почвы.

Так, например, почва с высоким содержанием органических компонентов (гумуса) оказывает на металлы хелатирующее (комплексообразующее) действие, что уменьшает скорость их миграции.

Токсичность металлов зависит от атомного и ионного радиуса, буферной емкости, способности к химическим реакциям. Например, токсичность свинца и ртути больше выражена у их органических компонентов, чем у неорганических.

Большое значение имеет степень окисления. Хром более токсичен при валентности, равной шести, и меньше -- в трехвалентной форме.

Приведем некоторые из факторов внешней среды, влияющих на биодоступность металлов:

*pH;

• окислительно-восстановительный (редокс) потенциал (Eh);

• органический углерод;

• температура;

• неорганические лиганды (F, С1);

• сульфиды;

• комплексообразователи (гумус, органические соединения);

• солевой состав среды;

• метилирующие соединения; способность к катионному или анионному обмену;

• ионная сила среды;

• жесткость воды.

Медицинская геология, или геомедицина, -- часть экологической медицины, рассматривающая влияние геологических факторов на здоровье человека и животных.

Болезни Кешана. В начале XX в. новый тип заболеваний был зарегистрирован на северо-востоке Китая в области Кешань и позже получил название болезни Кешана (эндемическая кардиомиопатия). Связана с поражением сердечной мышцы и развитием сердечной недостаточности. Болезнь встречается в зонах, которые отличаются низкой концентрацией селена в почве и грунтовых водах. Компенсация в организме дефицита селена полностью ликвидировала симптомы заболевания и оказывала профилактическое действие.

Болезнь Кашина-Бека. Это заболевание также было давно знакомо китайским медикам (эндемический остеоартрит). Заболевание встречалось в Китае еще в XVI в. Начальными симптомами этой патологии являлись отеки и боли в суставах, атрофия мышц. В дальнейшем происходило утолщение проксимальных межфаланговых суставов кистей, локтевых и голеностопных суставов при полной сохранности функций или незначительном их ограничении. У больных с тяжелой степенью болезни отмечались заметная деформация многих суставов с развитием контрактур, поясничного лордоза и «утиной» походки вследствие поражения тазобедренных суставов, а также короткопалость и низкорослость. Поражались в основном дети 6--13 лет. Причиной патологии является низкое содержание селена в почве.

Имеются данные о том, что факторы окружающей среды могут вносить вклад в этиологию сахарного диабета первого типа среди детей. Эта форма заболевания имеет аутоиммунное происхождение и является инсулинзависимой. Показано, что низкие уровни потребления цинка связаны с высоким риском возникновения этой патологии.

Имеется немало доказательств того, что достаточное содержание основных макроэлементов в окружающей среде (кальция, магния) является фактором, снижающим частоту сердечно-сосудистой патологии.

Проблема загрязнения почвы имеет свои отличия от механизмов загрязнения атмосферы и гидросферы:

• почва -- малоподвижная среда;

• в почве медленнее происходит процесс миграции загрязнителей;

• в ней хорошо накапливаются ксенобиотики.



Тема 10. Экологическая и эколого-медицинская характеристика атмосферы

10.1 Общие представления

Понятие о пульмонотоксичности

Воздействие атмосферного воздуха на человека имеет свои особенности и отличается следующим:

· альвеолярная ткань легких обладает огромной всасывающей способностью, следовательно, ксенобиотики, даже в следовых количествах, способны легко проникать во внутреннюю среду организма;

· всосавшиеся через легкие ксенобиотики сразу попадают в большой круг кровообращения и тем самым минуют мощный фильтр -- печень, где происходит их обезвреживание;

· невозможно применение индивидуальных средств защиты.

Поражение органов дыхания может быть следствием либо непосредственного действия ксенобиотиков на дыхательную систему, либо накопления в легочной ткани продуктов их метаболизма, проникших в организм другими путями.

Пульмонотоксичность -- это свойство химических веществ вызывать структурно-функциональные нарушения со стороны органов дыхания.

Острые отравления веществами, действующими на органы дыхания, сопровождаются рядом респираторных синдромов, среди которых выделяют острый ларингит и острый трахеобронхит, отек легких, острую диффузную интерстициальную пневмонию, острую дыхательную недостаточность.

Последствиями хронического контакта с токсикантами могут стать:

ѕ длительно текущие воспалительные процессы дыхательных путей (риниты, синуситы;

ѕ трахеобронхиты;

ѕ бронхоэктатическая болезнь;

ѕ эмфизема;

ѕ облитерация верхних дыхательных путей;

ѕ гиперреактивные состояния дыхательных путей, в том числе бронхиальная астма, хронические аллергические альвеолиты, интерстициальный фиброз, пневмокониоз, новообразования и др.

Многие газы и аэрозоли вызывают острые ингаляционные поражения. В основе этих процессов лежат либо гиперактивация физиологических защитных реакций организма на действие чужеродных веществ, либо изменение самой легочной ткани.

Немедленные реакции организма на действие ксенобиотиков: кашель, секреция слизи, бронхоспазм, умеренный отек дыхательных путей. Это защитные реакции на вредные воздействия. При интенсивных воздействиях такие транзиторные токсические реакции перерастают в тяжелые патологические состояния.

Афферентные нервы в дыхательных путях, участвующие в кашлевом рефлексе, стимулируются либо непосредственно путем раздражения ксенобиотиком нервных окончаний, либо опосредованно, путем высвобождения в тканях медиаторов, таких как гистамин, простагландины и др. Кашель способны вызывать все вещества, обладающие раздражающим действием на слизистые дыхательных путей. Чрезмерный по выраженности или продолжительности кашель может стать причиной серьезных дисфункций, особенно у чувствительных лиц. Ингаляция токсиканта в концентрациях, не оказывающих вредного воздействия на здорового человека, может у чувствительного лица сопровождаться тяжелым кашлем. Причиной повышенной чувствительности нередко бывает предшествующий контакт с веществом.

Еще одной защитной реакцией на ксенобиотик, которая способна перерасти в патологическое состояние, является выделение слизи подслизистыми железами дыхательных путей и бокаловидными клетками.

Бронхоспазм -- следующая нормальная реакция организма, обеспечивающая защиту паренхимы легких от неблагоприятного воздействия. Ряд веществ способствует бронхоспазму в концентрациях, значительно меньших, чем концентрации, вызывающие изменение легочной ткани (например, диоксид серы). Другие компоненты, например озон, вызывают бронхоспазм в концентрациях, разрушающих структуру ткани.

Умеренный отек ткани воздухоносных путей -- следствие повреждения эпителия вдыхаемыми ксенобиотиками. В ряде случаев похожее состояние может развиваться в результате аллергического процесса. Микроскопия мазка выделений из носа может помочь провести дифференциальный диагноз между реакцией раздражения и аллергической реакцией. Большое число нейтрофилов в отделяемом из носа указывает на воспалительный характер поражения. Увеличенное содержание эозинофилов в мазке говорит об аллергической природе патологического процесса.

Повреждение слизистой дыхательных путей развивается при ингаляции токсикантов в достаточно высоких концентрациях. Прямое повреждение эпителия ингалируемыми ксенобиотиками в высоких концентрациях существенно усиливает реакции, провоцируемые этими веществами в малых концентрациях.

Значительно менее изучены механизмы формирования отсроченных во времени процессов, развивающихся вследствие острого воздействия токсикантов. Состояние большинства людей, перенесших острое ингаляционное поражение, при адекватной терапии нормализуется в течение нескольких суток, недель -- в зависимости от степени тяжести -- благодаря полной регенерации поврежденной ткани. Однако у некоторых лиц может развиться состояние повышенной чувствительности к ксенобиотику, проявляющееся синдромом реактивной дисфункции дыхательных путей. Вероятность развития этого синдрома выше у курильщиков.

Понятие о гематотоксичности.

Вклад экологического состояния атмосферы в заболеваемость и смертность

Непосредственный контакт легочной ткани с системой крови является причиной другого явления -- гематотоксичности.

Гематотоксичность -- это свойство химических веществ избирательно нарушать функции клеток крови или ее клеточный состав (как в сторону уменьшения, так и увеличения числа форменных элементов). Может проявляться нарушениями свойств гемоглобина (метгемоглобинемия, карбоксигемоглобинемия), анемией (в том числе гемолитической), тромбоцитопенией, лейкопенией, лейкемией. Следовательно, вещества, взаимодействующие с гемоглобином и изменяющие его свойства, будут существенно нарушать кислородтранспортные свойства крови, вызывая развитие гипоксии гемического типа.