Классификация экологических факторов
Министерства здравоохранения Российской Федерации
Кафедра биологии
А.Н. Пашков, О.В. Мячина
Биология.
Медицинские проблемы в экологии человека (региональный компонент)
Учебно-методическое пособие
Часть 1
Воронеж 2013
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная медицинская академия имени Н.Н. Бурденко»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
Кафедра биологии
А.Н. Пашков, О.В. Мячина
Биология.
Медицинские проблемы в экологии человека (региональный компонент)
Учебно-методическое пособие
Часть 1
Издательство Воронежской государственной медицинской академии
Им. Н.Н. Бурденко
УДК : 57 + 577.4] : 378.16 (470.324)
ББК
Авторы: Пашков Александр Николаевич, Мячина Ольга Владимировна
Рецензенты:
Попова Татьяна Николаевна – д.б.н., профессор, зав. кафедрой медицинской биохимии и микробиологии ФГБОУ ВПО ВГУ
Чубирко Михаил Иванович – д.м.н., профессор, зав. кафедрой гигиены, эпидемиологии, организации госэпидслужбы ИДПО ВГМА им. Н.Н. Бурденко
Пашков А.Н. Биология. Медицинские проблемы в экологии человека: региональный компонент : в 3-х частях / А.Н. Пашков, О.В. Мячина. – Воронеж : ВГМА, 2013. – Ч. 1. – 109 с.
Учебно-методическое пособие содержит обширные литературные и практические региональные данные, представленные в виде таблиц, рисунков и схем, облегчающих изучение и восприятие представленного материала. Сведения, содержащиеся в пособии, точны, достоверны и необходимы будущему врачу для предупреждения заболеваний среди жителей Центрального Черноземья, связанных с комплексом природных условий и антропогенными факторами. Простота изложения и удачное расположение тем делают их доступными для студентов-первокурсников.
Часть 1 посвящена изучению адаптивных возможностей человека, физиологическим механизмам адаптации жителей Центрального Черноземья к факторам внешней среды и возникающим проблемам в связи с урбанизацией и антропогенной нагрузкой на основные средообразующие природные компоненты. Рассматриваются вопросы влияния ксенобиотиков на живой организм и особенности использования наночастиц в биологии и медицине.
Может представить интерес для студентов, изучающих медицинские проблемы экологии в Центрально-Черноземном регионе.
«Печатается по решению Центрального методического совета Воронежской государственной медицинской академии имени Н.Н. Бурденко, протокол № 7 от « 7 » июня 2013 г.»
Часть 1
Содержание
Предисловие 5
Введение в экологию человека 6
Проблема адаптации – главная проблема экологии 27
Морфофизиологическая характеристика людей естественных экосистем и географических районов 37
Физиологические механизмы адаптации у жителей Центрального Черноземья к факторам внешней среды 41
Загрязнение сред жизни в антропоценозах. Экологические аспекты урбанизации в Центральном Черноземье 63
Ксенобиотики 79
Применение наночастиц в медицине и их влияние на организм человека 91
Вопросы для самоподготовки 96
Тестовые задания 97
Основная литература 101
Дополнительная литература 102
Предисловие
Основную часть студентов, обучающихся в ВГМА им. Н.Н. Бурденко составляют коренные жители Центрально-Черноземного региона (ЦЧР): Белгородской, Воронежской, Курской, Липецкой и Тамбовской областей. Большинство выпускников для осуществления врачебной деятельности возвращается в родные места.
Центральное Черноземье (ЦЧ) является крупным индустриальным центром, поэтому вопросы загрязнения окружающей среды являются актуальными для региона. Выбросы и стоки промышленных предприятий, отходы городского и сельского хозяйств приводят к поступлению в основные жизненные среды различных вредных веществ, с которыми ранее человек или не сталкивался вообще, или интенсивность их воздействия была значительно меньше. Это оказывает влияние на демографическую ситуацию в регионе и заболеваемость как детского, так и взрослого населения. Изучение взаимосвязи между уровнем аэрогенной нагрузки, качеством питьевой воды, состоянием почв и показателями здоровья местных жителей необходимо для правильной оценки экологической обстановки в ЦЧР. Знание адаптивных возможностей населения к различным факторам биосферы необходимо будущему врачу для предупреждения патологии среди жителей Центрального Черноземья, связанной с его загрязнением. О значимости средовых влияний на течение заболевания писал еще в 1864 году известный тамбовский врач Э.Х. Икавитц в своей докторской диссертации «Медико-топографическое описание Тамбовской губернии», которая явилась первой научной провинциальной работой, составленной с санитарно-врачебными целями.
Учебно-методическое пособие написано для студентов ВГМА, обучающихся по специальностям «лечебное дело», «педиатрия» и «медико-профилактическое дело» и может быть использовано для преподавания курса «Медицинские проблемы в экологии человека» (региональный компонент).
Введение в экологию человека
Экология как наука сформировалась с середины XIX столетия, когда возникло понимание, что не только строение и развитие организмов, но и их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям. В 1866 г. немецкий естествоиспытатель Эрнст Геккель в монографии «Всеобщая морфология организмов» назвал экологией один из разделов биологии – науку об условиях обитания организмов в окружающей их среде. Сам же термин «экология» образован от греческих слов «oikos» - дом, обитель, жилище и «logos» - слово, учение. Долгое время экология была представлена всевозможными частными экологическими дисциплинами: экологией растений, экологией животных, экологией грибов и т.д. Эти дисциплины формировались в рамках соответствующих таксономических разделов биологии - ботаники, зоологии, микологии и других, как подразделения этих наук.
Среди множества определений чаще всего экология рассматривается как наука о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания.
По мере накопления знаний о взаимодействии живых организмов со средой обитания исследователи поняли, что на Земле существуют своеобразные системы, состоящие из живых организмов и неживого вещества. Для них характерен высокий уровень организации, наличие прямых и обратных связей между компонентами (частями этих систем), способность сохранять устойчивость в течение продолжительного времени, т.е. эти системы состоят из упорядоченно взаимодействующих и взаимозависимых компонентов, образующих единое целое. Они были названы в 1935 году А. Тенсли экологическими системами, или экосистемами.
Изучение особенностей формирования и функционирования экосистем позволяет предвидеть и предупредить их разрушение в результате воздействия на них негативных факторов, предусмотреть охранные мероприятия и в итоге сохранить среду обитания человека.
В отечественной литературе российский эколог В.Н. Сукачев ввел родственное экосистеме понятие «биогеоценоз» (от греч. биос – жизнь, гео – Земля, ценоз – сообщество). Биогеоценоз представляет собой открытую саморегулирующуюся систему, единство растительных и животных сообществ, приуроченных к определенному участку земной поверхности, тогда как экосистема – более широкое понятие. Экологическая система есть любая совокупность организмов и окружающей их среды. Примерами экосистем являются и горшок с цветком, и ствол упавшего дерева, и пилотируемый космический корабль. Биогеоценозы – это природные образования. В тоже время биогеоценоз может рассматриваться как экологическая система. Любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема есть биогеоценоз.
В любой биогеоценоз (рисунок 1) входят две части:
ü биотическая (от слова «biota», что означает «живое») или биоценоз (т.е. сообщество живых организмов)
ü абиотическая или экотоп.
Рис. 1. Структура биогеоценоза по В.Н. Сукачеву (1964).
Все элементы среды, способные оказывать на живые организмы прямое или косвенное действие хотя бы на одной из стадий его индивидуального развития, называются факторами среды или экологическими факторами. Факторы средыимеют разную природу и делятся на 3 группы: абиотические, биотические и антропогенные (антропические) (таблица 1).
Таблица 1.
Классификация экологических факторов
| Абиотические | Биотические | Антропогенные (антропические) |
| Физические климатические – влага, свет, температура, ветер, давление, течения, продолжительность суток | Влияние растений друг на друга и на другие организмы в биоценозе (прямо или опосредованно) | Все виды человеческой деятельности, приводящие к изменению природы как среды обитания живых организмов |
| Физические эдафические – влагоемкость, теплообеспеченность механический состав и проницаемость почвы | Влияние животных друг на друга и на другие организмы в биоценозе | |
| Химические – состав воздуха, содержание в почве или воде элементов питания, соленость воздуха и воды, реакция рН |
По действию их можно разделить на прямодействующие и косвенно-действующие (опосредованные, модифицирующие). Прямодействующие: свет, тепло, плодородие почв, влага (на растения), косвенно действующие – они же, но через цепи питания – на животных.
Биоценоз – это совокупность популяций всех живых организмов, населяющих определенную территорию. Воздействие живых организмов друг на друга – это биотические факторы среды. В состав биоценоза входят:
ü фитоценозы – сообщество растений;
ü зооценозы – сообщество животных;
ü микробиоценозы – сообщество микроорганизмов.
Каждые выполняют в биоценозе свою роль. Растения являются автотрофами, т.е. они способны синтезировать из неорганических веществ органические, используя энергию солнечного света, и обеспечивать свое питание. Их называют поэтому продуцентами. Наиболее обширные взаимоотношения между организмами в природе – это отношения, в процессе которых происходит трансформация веществ и энергии и совершается их передача в процессе питания, т.е. это отношения на уровне «пища-потребитель». Организмы, связанные друг с другом такими отношениями, составляют цепь питания (пищевую цепь, трофическую цепь). Растения – ее определяющее звено. Они составляют основу так называемых пастбищных цепей питания, создавая и накапливая органические вещества в процессе фотосинтеза. Животные по способу питания являются гетеротрофами, т.е. потребителями готовых органических веществ, т.к. сами не могут синтезировать органические вещества из неорганических. Их называют консументами (от слова «консумо» – потребляю). Животные, питающиеся растениями, растительноядные, составляют уровень консументов 1 порядка; хищные (т.е. питающиеся другими животными) – уровень консументов 2, 3 и более высоких порядков. Жизнь животных и человека, таким образом, зависит от продуктивности растений. Детритные цепи питания (цепи разложения) представляют собой расщепление органических веществ микроорганизмами, которые поэтому называются редуцентами (деструкторами, разрушителями). Они превращают органические вещества отмерших растений и животных в неорганические, которые могут опять использоваться растениями. Так замыкается биотический круговорот веществ. Помимо пищевых отношений живые организмы, входящие в состав биоценоза, могут вступать и в другие виды связей, составляющие очень сложные внутривидовые и межвидовые отношения. Внутри вида это могут быть отношения демографического характера, т.е. определяющие численность популяции (брачные церемонии, плодовитость, коэффициент рождаемости, продолжительность репродуктивного периода) или конкурентные отношения за пространство и пищу. Межвидовые отношения могут принимать характер нейтральных, антагонистических и симбиотических. Они могут быть в виде эксплуатации одного вида другим (хищничество, паразитизм, наездничество, кооперация, сотрапезничество, квартирантство), но могут превращаться и в конкуренцию за обладание экологической нишей или, напротив, в зависимость друг от друга – симбиоз. Таким образом, все биотические компоненты биогеоценоза теснейшим образом связаны между собой, но не могут существовать без абиотических факторов среды.
Абиотическая часть биогеоценоза – экотоп– включает в себя все неорганические, неживые, т.е. абиотические факторы среды. Это солнечный свет, вода, воздух, свойства почвы, особенности рельефа и другие.
Биотическая и абиотическая части биогеоценоза взаимосвязаны, представляют единое целое, образуют саморегулирующуюся систему, осуществляющую взаимодействие с космосом.
Все экологические факторы имеют единицы измерения и определенный диапазон действия, в пределах которого осуществляется жизнедеятельность организмов и биосистем.
Можно сгруппировать экологические факторы по времени (эволюционный, исторический), периодичности (периодический, непериодический), очередности (первичный, вторичный), происхождению (космический, абиотический, биотический, биологический, техногенный, фактор беспокойства, послепожарный и др.), среде возникновения (атмосферный, водный, геоморфологический, эдафический, физиологический, биоценотический, популяционный и др.).