Химические элементы в среде и в составе тела человека
Минеральные элементы идут на построение костной системы, принимают участие в регулировании осмотического давления тканевых жидкостей, регулируют деятельность сосудисто-сердечной и кровеносной систем, образуют среду, в которой протекают внутриклеточные биохимические процессы и т.п.
Как популяционная характеристика содержание минеральных элементов в тканях и системах человеческого организма стало изучаться в значительной мере в связи с развитием учения о биогеохимических провинциях - регионах, характеризующихся определенным сочетанием макро- и микроэлементов, специфически воздействующих на формообразовательные процессы в живой природе. Биологическая роль минеральных веществ в жизнедеятельности организма огромна.
Исследуется, прежде всего, уровень минерализации скелета, в значительной степени связанный с рационом питания. Кстати, на этом явлении основана методика реконструкции диеты человека по составу неорганических компонентов кости (Козловская М.В., 1996; Бужилова А.П. и др., 1998).
Например, установлено, что распространение в Забайкалье т.н. уровской болезни (синдром Кашина-Бека) вызывается избытком стронция и бария, при недостатке кальция в почве и воде. Болезнь вызывает задержку роста, укорочение пальцев и деформацию межфаланговых суставов. Другим примером геохимической эндемии является так называемый стронциевый рахит, обнаруженный в ряде биогеохимических провинций Таджикистана и в близлежащих территориях (прежде всего горных). В данном случае ведущим фактором оказывается избыток стронция в среде (и, соответственно, в рационе), что является препятствием нормального хода минерализации скелета. Результат этого - деминерализация скелета и остеомаляция, т.е. рассасывание кости в области эпифизов, приводящее, в конце концов, к обездвиживанию человека и глубоким нарушениям обменных процессов.
Снижение уровня минерализации отмечается в районах, где для питья употребляется опресненная вода. Как Вы догадались, современная наука знает немало и других подобных примеров (кстати, многие из них были уже рассмотрены в предыдущих темах). Но общая логика везде одинакова: состав минеральных компонентов среды —> особенности рациона питания —> состав организма. Далеко не во всех случаях человеку удается выработать способы приспособления к таким жестким лимитирующим факторам (даже небиологические). Что ж - адаптация вовсе не абсолютна, особенно в тех случаях, когда воздействию подвергаются важные структурные свойства нашего организма, установленные в ходе длительного эволюционного развития.
Но и такие примеры чрезвычайно интересны для антропологии. Многие особенности, характерные для нормального состояния организма, также напрямую связываются с воздействием макро- и микроэлементного состава среды. Например, одним из объяснений широко известного явления брахикефалии, может быть недостаток костеобразующих элементов в природной среде. В ряде работ установлена тенденция, по которой наибольшее число брахикефальных форм концентрируется в зонах выхода гранитов на поверхность земли - минерализация брахикефальных черепов снижена по сравнению с долихокефальными. Установлена зависимость между размерами и формой скелета и содержанием ряда костеобразующих минералов в экзогенной среде - наиболее грацильные и удлиненные кости скелета характеризуются повышенной минерализацией.
Нарушение геохимического баланса в природной среде особенно отчетливо проявляется в характере ростовых процессов. Например, исследование здоровых и больных рахитом детей в зоне нарушения стронциево-кальциевого отношения показало, что больные дети сильно отстают от нормы по срокам окостенения, срокам прорезывания зубов и по физическому развитию. Особенно велика разница между здоровыми и больными детьми по уровню минерализации скелета.
На настоящий момент картина географической изменчивости уровня минерализации скелета в общих чертах построена только для территории бывшего Советского Союза. Ясно, что эти исследования, помимо теоретического и исторического интереса, имеют огромное практическое значение - медицинское и экологическое (минеральный состав тканей организма может рассматриваться еще и как показатель загрязнения среды - оценивается прямая угроза загрязнения именно для организма человека).
Питание
Помимо минерального компонента, конечно, хотя бы несколько слов надо сказать о роли общего уровня питания (белков, жиров и углеводов) в географической изменчивости биологических признаков человека. Уровень питания, определяет многие закономерности роста и развития организма.
Рассмотрим это на примере исследования населения Индии. Согласно традиции, представители тех или иных каст используют в пищу строго определенный набор продуктов питания, причем состав рациона не находится в прямой зависимости от положения в иерархической лестнице. Представители некоторых высших каст имеют намного больше ограничений в рационе (особенно в отношении белков и жиров), по сравнению с "низшими" и "средними" кастами. Разделив группы генетически близкого населения на вегетарианцев и невегетарианцев, исследователи обнаружили между ними довольно значительные различия по комплексу морфологических и физиологических характеристик.
Для вегетарианцев заметно падение веса, общего уровня холестерина и связанных с этим глюкозы, остаточного азота, уровня седиментации. Сходная тенденция отмечена для кальция, общего белка, мочевины, кислой фосфатазы. Напротив, уровень амилазной активности и щелочной фосфатазы заметно повышен, что вполне понятно, так как амилаза - фермент, участвующий в переработке углеводов (основы растительной пищи). Рост уровня щелочной фосфатазы и понижение кальция в крови свидетельствуют об изменениях обменных процессов (в частности, костеобразования).
Установлена довольно отчетливая закономерность, согласно которой повышение калорийности питания и увеличение содержания белков и жиров в рационе связывается с повышением уровня холестерина крови, весом тела, жироотложением и массивностью скелета. В результате в северных регионах нашей планеты сконцентрированы наиболее массивные и "тяжелые" формы с тенденцией к повышению уровня холестерина, а по мере приближения к экватору растет процент "облегченных" и грацильных форм, с невысоким содержанием холестерина крови. С увеличением интенсивности окислительных процессов в организме увеличивается длина тела и костно-мускульный компонент тела, а жироотложение напротив уменьшается.
Все это выглядит вполне закономерным и объяснимым. Но есть и некоторые весьма любопытные примеры. Так, при планировании масштабного освоения приполярных регионов Земли, ведущими диетологами разных стран были рассчитаны похожие цифры калорийности и состава рациона, учитывающие энергетические затраты организма в этих экстремальных условиях. Эти рекомендации примерно совпадают с показателями, характеризующими рацион коренных народов Крайнего Севера (табл. 9.2).
| Таблица 9.2. Краткая характеристика рациона питания коренного населения Крайнего Севера и нормы, рекомендованные для северных районов (Алексеева Т.И., 1998. С. 180) | ||||
| Состав рациона | Контроль* | Ненцы-оленеводы | Чукчи (тундровые и береговые) | Нормы, рекомендованные для северных регионов |
| Калории | ||||
| Белки (г.) | ||||
| Жиры (г.) | ||||
| Углеводы (г.) |
Рекомендации были рассчитаны верно - переселенцы из умеренных районов успешно работали и легче переносили тяжелые субарктические условия. Вот только частота сердечно-сосудистых патологий и связанных с этим проблем в обменных процессах стала у них существенно возрастать. Хотя нормы неоднократно пересматривались, такая неблагополучная ситуация сохраняется до настоящего времени. При этом коренные народы Севера страдают от этих заболеваний не чаще (а по некоторым данным - реже), чем обитатели умеренных широт, хотя их рацион по-прежнему необычайно калориен. Единого объяснения этого феномена пока не предложено, но в экспериментах установлено, что обмен белков и жиров местных жителей Арктики значительно превышает скорости обменных процессов в контрольной группе, составленной из жителей европейского происхождения (умеренной зоны обитания). Это объясняется чрезвычайно высокой активностью липазы, благодаря чему усвоение жиров происходит в два-три раза быстрее. Вероятно, речь вновь идет о генотипической адаптации (Алексеева Т.И., 1998).
Из анализа корреляций средовых факторов выяснилось, что в условиях повышения холодового стресса и кислотности почв (как правило, это почвы тундровые с вечной мерзлотой) формируется тип хозяйства с высококалорийной диетой (охотники на морского зверя, охотники и рыболовы, оленеводы). Из-за колоссального содержания белков и жиров рацион арктических аборигенов называют даже "диетой хищного животного". С понижением холодовой экстремальности среды рацион питания претерпевает изменения за счет увеличения продуктов с высоким содержанием углеводов. Такой рацион характерен, прежде всего, для земледельческих типов хозяйства.
- Завершая раздел, посвященный анализу географической изменчивости некоторых жизненно важных биологических свойств, заметим, что:
- многие из них имеют зональный характер распределения (прежде всего, морфологические и физиологические признаки);
- другие распространяются локально, но также представляют очевидную реакцию на действие тех или иных факторов среды (яркие и разнородные примеры: сбалансированный биохимический полиморфизм и микроэлементный состав организма).
Во всех случаях мы можем говорить о приспособительном (адаптивном) характере изменчивости.
Гипотеза адаптивных типов