Экотоксикология и здоровье человека

КРАТКИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

По дисциплине «Биогеохимическая экология»

Введение. Цели и задачи курса «Биогеохимическая экология»

    Основные этапы биогеохимического круговорота.

   Деятельность живых организмов сопровождается извлечением из окружающей их неживой природы больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов, составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный круговорот веществ в природе, т.е. циркуляция веществ между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.

     В отличие от энергии, которая однажды использованная организмом, превращается в тепло и теряется для экосистемы, вещества циркулируют в биосфере, что и называется биогеохимическими круговоротами. Из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе, около 40 нужны живым организмам. Наиболее важные для них и требующиеся в больших количествах: кислород, водород, углерод, азот. Кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза и расходуется организмами при дыхании. Азот извлекается из атмосферы благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и возвращается в нее в результате деятельности других бактерий. 

   Круговороты элементов и веществ осуществляются за счет саморегулирующих процессов, в которых участвуют все части экосистем. Эти процессы являются безотходными. В природе нет ничего бесполезного или вредного, даже от вулканических извержений есть польза, так как с вулканическими газами в воздух поступают элементы, например азот.

  Существует закон глобального замыкания биогеохимического круговорота в биосфере, действующий на всех этапах ее развития, как и правило увеличения замкнутости биогеохимического круговорота в ходе сукцессии. В процессе эволюции биосферы увеличивается роль биологического компонента в замыкании биогеохимического круговорота. Еще большую роль на биогеохимический круговорот оказывает человек. Но его роль осуществляется в противоположном направлении. Человек нарушает сложившиеся круговороты веществ, и в этом проявляется его геологическая сила, разрушительная по отношению к биосфере на сегодняшний день.

   Человек вносит в биосферу различные вредные вещества, которые получили название экотоксиканты.    

   Экотоксикология- это наука изучающая действие вредных токсических веществ на живые организмы. Самым распространенным понятием в экотоксикологии является- «вредное вещество» и «токсикант». «Вредное вещество» - это инородный нехарактерный для природных экосистем ингредиент, оказывающий отрицательное влияние на экосистемы и на живые организмы, обитающие в них. Токсиканты – вещества или соединения, способные оказывать ядовитое действие на живые организмы. По химической природе вредные вещества, или токсиканты, бывают неорганического происхождения (кадмий, ртуть, свинец, мышьяк, никель, бор, марганец и д.р.) и органического (нитразольные соединения, фенолы, амины, нефтепродукты, СПАВ, пестициды и д.р.).

Существует классификация опасности различных химических веществ, попадающих в окружающую среду. В зависимости от степени токсикологического воздействия химические вещества подразделяются на три класса – класс опасности: первый, второй, третий.

Наиболее приоритетными для химико-токсикологического анализа являются тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий, медь, никель, кобальт) обладающие высокой токсичностью и миграционной способностью.

Поведение этих токсикантав в различных природных средах обусловлено специфичностью их основных биогеохимических свойств: подвижностью, биохимической активностью, минеральной и органической формами распространения, растворимостью и эффективностью накопления. 

Показателями негативного воздействия элементов и соединений на живые организмы является токсичность и канцерогенность.

Токсичность и канцерогенность – это свойства элементов и соединений, отрицательно влияющие на живые организмы и приводящие к уменьшению продолжительности жизни. Канцерогенез – это способность металла проникать в клетку и реагировать с молекулой ДНК, приводя к хромосомным нарушениям клетки.

Проблема улучшения состояния окружающей среды, сохранение природных богатств по своей значимости и актуальности относится к числу самых приоритетных, так как накопившиеся десятилетиями недостатки в природоохранной деятельности министерств и ведомств бывшего СССР и укоренившийся потребительский подход к природным ресурсам, развитие производительных сил без учета экологических последствий привели к созданию опасных регионов страны, отдельных зон, напряженной экологической обстановки, ухудшению здоровья людей, нанесению значительного ущерба природе.

В связи с этим данная проблема входит в список глобальных проблем современности, поскольку она затрагивает все стороны человеческой деятельности. Изучение взаимодействия общества и природы должно быть направлено не на решение частных задач, а всего взаимосвязанного комплекса проблем этой системы. Особое место в ней должен занимать человек.

 

Экотоксикология и здоровье человека

Адаптированность человека к новым природным условиям может быть кратко охарактеризована как совокупность биосоциальных свойств и особенностей, необходимых для устойчивого существования человека в конкретной экологической среде.

При изменениях экологических факторов для сохранения постоянства внутренней среды организма - гомеостаза - приводятся в действие сложные физиологические механизмы.

Гомеостаз обеспечивают защитно-приспособительные реакции организма, в которых значительная роль, наряду с нервной и иммунной системами, принадлежит и эндокринной.

Всякие изменения во внешней и внутренней среде сопровождаются изменениями функции эндокринных желез и скорости выделения многих гормонов, в частности кортикостероидов, адреналина, тироксина, что в свою очередь приводит к определенным сдвигам в обмене веществ.

Адаптационные реакции, в которых принимает участие эндокринная система, могут быть специфическими в ответ на качественно определенные стимулы и неспецифическими, возникающими в ответ на любое воздействие, независимо от его природы - стрессоры.

Среди стрессоров могут быть физические, химические, фармакологические, биологические, инфекционно-токсические факторы. Гормональные защитные реакции синдрома адаптации по Селье представляют собой необходимые стандартные физиологические реакции на повреждение, выработавшиеся в процессе эволюции и направленные на сохранение гомеостаза, повышение резистентности организма.

Регуляция защитно-приспособительных реакций организма является одной из важнейших функций нейросекреторных центров гипоталамуса.

Большинство изменений, наблюдаемых при стрессе, обусловлены главным образом эффектами глюкокортикоидов (кортизол и кортикостерон), которые являются основными адаптационными гормонами. При стрессе увеличивается и физиологическая активность кортикостероидов за счет уменьшения связывания их белками и угнетения метаболизма. Однако влияние глюкокортикоидов на ткани при стрессе нельзя рассматривать изо­лированно от эффектов других гормонов и нервных механизмов, участвую­щих в регуляции неспецифических адаптационных реакций организма.

Привычно считать, что стрессовые ситуациям возникают в результате нарушения психо-эмоционального состояния, но в последнее время специалисты сходятся во мнении, что и неблагоприятные экологические условия, загрязнения ОС вызывают стрессовые реакции организма.   

Своеобразным "буфером", обеспечивающим адекватность глюкокортикоидного действия в механизме общей адаптации, является инсулин: снижение его продукции усиливает адаптационное влияние глюкокортикоидов, а увеличение, напротив, уменьшает их адаптационные эффекты. Характер гормональной регуляции обмена веществ зависит не только от абсолютного содержания глюкокортикоидов и инсулина, но и от изменения их соотношения.

К группе адаптационных гормонов, кроме глюкокортикоидов, можно отнести соматотропин и функционально связанные с ним гормоны. Важная роль в регуляции адаптационных реакций принадлежит симпатико-адреналовой системе, которая тесно взаимосвязана с системой гипоталамус-гипофизкорковое вещество надпочечников.

В адаптационные реакции при стрессе включаются и другие эндокринные железы и их гормоны (тироксин, глюкагон, пролактин). Так, тиреоидные гормоны, принимая активное участие в процессах окислительного фосфорилирования, являются необходимым звеном в системе обеспечения механизмов адаптации. Гормональная недостаточность при стрессе (стадия истощения) сопровождается снижением резистентности организма к различным неблагоприятным влияниям, в том числе и вредным экологическим факторам, и обусловливает развитие болезни.

В ответ на действие на организм экологических слабых факторов или умеренной силы в нем возникает неизвестная ранее неспецифическая адаптационная реакция тренировки, при действии экологических факторов средней силы возникает неспецифическая адаптационная реакция активации. При воздействии сильных экологических факторов в организме стандартно развивается один и тот же комплекс изменений - острый адаптационный синдром - реакция стресса. Таким образом, в соответствии с новым представлением в ответ на различные воздействия экологических факторов в организме неизменно возникает триада приспособительных неспецифических адаптационных реакций: тренировки, активации и стресса, каждая из которых имеет четко ограниченные параметры нейроэндокринных изменений, что отличает эти реакции друг от друга.

Для реакции тренировки характерно небольшое повышение секреции глюко-, минералокортикоидных гормонов коры надпочечников, активность щитовидной железы и половых желез и активность тимико-лимфатической системы в норме.

При реакции активации повышение секреции минералокортикоидных гормонов, при нормальной секреции глюкокортикоидов, физиологическое повышение активности щитовидной и половых желез, существенно повышена активность тимико-лимфатической системы.

Так как на человека в течение жизни действуют различные раздражители (нагрузки, повреждающие факторы), то в организме всегда идут указанные адаптационные реакции.

Напряженные адаптационные тренировки и активации являются патофизиологической основой предболезни или болезни. Вызывая же искусственно полезные для организма адаптационные реакции, можно оздоровить организм, предупреждать и лечить разные болезни.

 

 

 Основные экотоксиканты окружающей среды

В настоящее время известно от 5 до 10% химических соединений, используемых человеком в хозяйственной деятельности, являются мутагенами и способны вызывать нарушения в генетическом аппарате половых и соматических клеток. Нарушение в половых клетках может вести к бесплодию, гибели эмбрионов, рождению детей с наследственными дефектами. Нарушение в соматических клетках может вызвать рак, нарушение в иммунной системе, снижение продолжительности жизни. Установлено, что около 10% детей рождаются с физическими и психическими дефектами, обусловленными нарушениями в генетическом аппарате.

В эпоху научно-технической революции деятельность человека приобретает масштаб геоэкологических процессов, приводит к изменению естественных биогеохимических циклов на земле, нарушению экологического равновесия в биосфере, что, в свою очередь, сказывается на самом человеке. Последнее, по-видимому, обусловило в настоящее время перенос акцента с охраны природных ресурсов на охрану здоровья человека как главного ресурса и двигателя прогресса. Уровень здоровья человека в значительной степени зависит от качества среды его обитания. По оценкам многих авторов факторы окружающей среды в 18-20% определяют состояние здоровья и находятся на втором месте после образа жизни.

Доля влияния загрязнения атмосферного воздуха в формировании заболеваемости системы органов дыхания составляет 20%, системы кровообращения - 9%. Наиболее актуальны проблемы загрязнения окружающей среды в промышленных городах, где сконцентрировано более 50% населения страны и по ориентировочным расчетам 40% городского населения проживает в экологически опасных зонах.

Наиболее высокий индекс загрязнения в городских условиях получен по тяжелым металлам и оксиду углерода, а в сельских - по пестицидам. Проблема "металлического пресса" в городах особенно актуальна в связи с применением в странах этилированного бензина и со способностью тяжелых металлов кумулировать в организме человека, вызывая отдаленные последствия, такие как мутагенные, канцерогенные, тератогенные и обладая эмбрио- и гонадотоксическими свойствами. Кроме высокотоксических металлов атмосферный воздух многих городов, где размещены химические, нефтехимические, нефтеперерабатывающие и другие предприятия, поступают различные органические соединения. Учитывая многообразие таких соединений, практически невозможно при существующей системе контроля оценить качество атмосферного воздуха. Суммарный уровень валовых выбросов в стране в последние годы остается практически неизменным и составляет 100 млн. тонн. В структуре выбросов наибольшую долю составляют сернистый ангидрид - 35%, твердые вещества (пыль) и оксид углерода (30%), углерод (1,2%), оксид азота (0,9%). Доля специфических вредных веществ в валовых выбросах от стационарных источников в целом по стране не превышает 1-2%, однако, проблема снижения содержания является весьма важной из-за высокой токсичности.

Отмеченные негативные тенденции проявляются на фоне все возрастающих капиталовложений на воздухоохранные мероприятия. Оснащенность стационарных промышленных источников пылегазоочистными установками составляет лишь 83,5%, т.е. каждый шестой источник вредных выбросов в атмосферу выбрасывает токсические вещества без какой-либо очистки. При этом 22 % из них были неисправны или работали неэффективно, что снижает фактическую оснащенность до 61,5 %.

Обращает на себя внимание значительная онкологическая пораженность населения отдельных промышленных городов это проблема была и остается очень важной для всего человечества.

 

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: