Микроэлементы окружающей среды. Биогеохимические эндемии и их профилактика
Элементы, содержащиеся в организмах в очень небольших количествах (10- 3 % и меньше), принято называть микроэлементами. В.И. Вернадский создал учение, согласно которому химические элементы косной и живой материи связаны, ряд элементов жизненно необходим любому живому организму. Без их достаточного количества не могут протекать основные физиолого-биохимические реакции живого организма. Мощное воздействие микроэлементов на физиологические процессы объясняется тем, что они входят в состав так называемых акцессорных веществ: дыхательных пигментов, витаминов, гормонов, ферментов, а также коферментов, участвующих в регуляции жизненных процессов. Микроэлементы влияют на направленность действия ферментов и их активность. Микроэлементы требуются для всех организмов лишь в оптимальных количествах. Полное отсутствие микроэлементов в питании так же, как и избыток их, вызывает заболевания и гибель живых организмов от болезней, связанных с резким нарушением обмена веществ. Микроэлементы участвуют в таких важнейших биохимических процессах, как дыхание (медь, цинк, марганец, кобальт), фотосинтез (марганец, медь), синтез белков (марганец, кобальт, медь, никель, хром), кроветворение (кобальт, медь, марганец, никель, цинк), белковый, углеводный и жировой обмен веществ (молибден, ванадий, кобальт, вольфрам, марганец, цинк), синтез гумуса (медь).
По классификации, основанной на количественном признаке, все минеральные элементы делятся на три группы в соответствии с их содержанием в организме:
макроэлементы: Са, Р, К, Na, S, Cl, Mg;
микроэлементы (МЭ): Fe, Br, Cd, Zn, F, Sr, Mo, Cu, Si, Cs, J, Mn, Al, B, Rb, Pb и
ультрамикроэлементы: Se, Ti, Sc, Co, V, Cr, As, Ni, Li, Ba, Ag, Sn, Be, Ga, Ge, Hg, Zr, Bi, Sb, U, Th, Rh.
Классификация, основанная на биологической роли элементов:
жизненно необходимые (эссенциальные элементы): Ca, P, K, Cl, Na, Zn, Mn, Mo, J, Se, S, Mg, Fe, Cu, Co;
вероятно (условно) необходимые (условно эссенциальные элементы): F, Si, Ti, V, Cr, Ni, As, Br, Sr, Cd;
элементы с малоизученной или неизвестной ролью: Li, B, Al, Ge, Zr, Sn, Ce, Hg, Vi, Be, Rb, Ag, Sb, Ba, Pb, Ra, U.
Бром - представитель группы галогенов. Наиболее богаты бромом бобовые растения (горох, фасоль, чечевица).
Физиологическая роль брома в организме связана с его избирательным усиливающим влиянием на тормозные процессы в нейронах коры головного мозга.
В производственных условиях, при острых отравлениях, в случае вдыхания паров брома, превышающих ПДК, наблюдаются кашель, носовые кровотечения, головокружение, головные боли, иногда рвота, понос, миалгии. При хроническом поступлении брома появляется аллергическая или кореподобная сыпь, слизистая оболочка рта принимает коричневую окраску, возможны конъюнктивит, бронхоспазм с осиплостью голоса. Высокие концентрации этого микроэлемента в воздухе могут привести к химическому ожогу легких и смертельному исходу. Бромизм - хроническое отравление бромом и его соединениями (катаральный ринит, бронхит, конъюнктивит, энтерит). Неврологические симптомы бромизма - сонливость, атаксия, снижение болевой чувствительности, слуха, зрения, ослабление памяти; психотические нарушения в форме делирия со зрительными, слуховыми, тактильными и вкусовыми галлюцинациями.
Бромодерма - специфическое поражение кожи при длительном приеме препаратов брома, особенно бромида калия.
Литий. На почвах, обогащенных этим микроэлементом, произрастает «литиевая» флора, содержащая в десятки раз больше лития, чем другие совместно растущие растения. Это представители пасленовых (табак, дереза), лютиковых (василистник).
Литий специфически накапливается в тиреоцитах и вызывает у человека увеличение щитовидной железы. Ионы лития угнетают подвижность и метаболизм сперматозоидов.
Никель. Высокие концентрации никеля в виде пыли могут вызвать раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, носовые кровотечения, гиперемию зева, пневмокониоз. Вдыхание паров и соединений никеля может привести к острым приступам литейной лихорадки. Наиболее тяжелой формой профессиональной патологии, обусловленной токсическим действием никеля, является рак легкого.
Ванадий необходим для роста фибробластов в тканевых культурах. Этот микроэлемент может быть незаменимым, но его значение для высших животных еще не установлено.
Алюминий.
Патология, вызванная аномальным накоплением алюминия, многообразна. Возможно выделение следующих форм этого микроэлементоза:
1. Простое накопление алюминия в ЦНС 2. Отложение алюминия при болезни Альцгеймера - 3. Алюминиевая диализная энцефалопатия. 4. Недиализная алюминиевая энцефалопатия маленьких детей, возникающая под влиянием приема внутрь лекарственных препаратов с высоким содержанием алюминия на фоне тяжелой врожденной недостаточности мочевыделения.
5. Перитонеальный алюминоз - ятрогенное отложение алюминия в брюшине.
6. Энцефалопатия, связанная с применением полного парентерального питания при относительной недостаточности гомеостатических механизмов экскреции алюминия, при врожденных или приобретенных заболеваниях почек.
7. Ятрогенная алюминиевая остеодистрофия (остеомаляция) - развитие остеопороза, повышенной ломкости костей, понижение функции остеобластов, возникновение множества переломов.
8. Легочный алюминоз - алюминиевый производственный пневмокониоз с вторичным пневмосклерозом преимущественно верхних долей легких. Алюминиевые бронхиты и пневмонии.
9. Астмоидный алюминоз - бронхоспастический синдром у плавильщиков алюминия.
10. Алюминийзависимая микроцитарная анемия - тяжелое, но обратимое заболевание, возникающее как осложнение при гемодиализе.
11. Токсическое поражение миокарда, связанное с накоплением алюминия в сердце, сопровождающееся нарушением его ритмической деятельности. Заболевание возникает при отравлении фосфидом алюминия, широко применяемым для защиты пищевого зерна от грызунов и других вредителей.
12. Вторичный алюминоз ЦНС при боковом амиотрофическом склерозе и синдроме деменции-паркинсонизма коренных обитателей острова Гуам.
Биогеохимические провинции - территории, характеризующиеся повышенным или пониженным содержанием одного или нескольких химических элементов в почве или в воде, а также в организмах обитающих на этой территории животных и растений. Резкая недостаточность или избыточность содержания какого-либо химического элемента в среде вызывает в пределах данной биогеохимической провинции эндемии - заболевания растений, животных и человека. Например, при недостаточности йода в пище - простой зоб у животных и людей, повышенное содержание бора в окружающей среде, особенно в растениях - борный энтерит - эндемическое заболевание желудочно-кишечного тракта людей и животных.
Живые организмы весьма требовательны к определенной концентрации микроэлементов в среде, к набору, соотношению и формам их соединений. Недостаток или избыток микроэлементов в почвах одинаково вредно сказывается на развитии организмов, вызывая эндемические заболевания растений, животных, человека.
Установлено, что причины этих болезней - недостаток или избыток поступления одного или нескольких элементов с пищей.
Эндемический зоб с давних пор связывают с биогеохимическими особенностями географических ландшафтов. Низкое поступление в пищевую цепь иода вызывается наличием его малодоступных форм. В почве иод прочно связывается гуминовыми веществами. Недостаточное поступление иода, кобальта и высокое марганца оказывает неблагоприятное воздействие на щитовидную железу человека и животных.
При дефиците фтора и молибдена развивается кариес зубов у человека, при избытке - флюороз (разрушение зубной эмали). При избыточном поступлении молибдена с пищей (в районах рудных месторождений) человек болеет эндемической подагрой или молибденовым токсикозом.
Медико-биологические исследования свидетельствуют о том, что не только эндемические заболевания имеют территориальные принципы распространения. Такие заболевания, как атеросклероз, желудочно-кишечные, сердечно-сосудистые, эндокринные, сахарный диабет, костно-суставные, также ограничены территориально. Эти болезни в той или иной мере обусловлены количественным содержанием одного или группы химических элементов, находящихся в окружающей среде. Из неинфекционных болезней наиболее часто связывают с химическим составом отдельных объектов или компонентов биосферы уролитиаз (мочекаменная болезнь); из сердечно-сосудистых - атеросклероз, кардиосклероз, реже ишемическую болезнь сердца; из желудочно-кишечных болезней - колиты, язвы; печени - холециститы и другие болезни. В одних случаях болезни обусловлены недостатком, в других - избытком одного или же нескольких элементов в одном объекте или во всей биогеохимической цепи, в третьих - дисбалансом химических элементов во всей пищевой цепи, реже в отдельных объектах (компонентах) биосферы.
В развитии сердечно-сосудистых заболеваний участвуют хром, кобальт, медь, иод, марганец, молибден, никель, ванадий, цинкБолее высокая смертность от сердечно-сосудистых болезней наблюдается при общем дефиците микроэлементов.
Установлена положительная корреляционная связь между содержанием в почве стронция и распространением гипертонической болезни; стронция, титана, хрома, никеля - ИБС. Установлена прямая зависимость между содержанием иода в почвах области и распространением эндартериита облитерирующего (заболевания сосудов), стронция - и болезни крови и кроветворных органов.
Многие исследования свидетельствуют о влиянии металлов на развитие различных заболеваний органов пищеварения у человека. Кобальт, медь, марганец, цинк играют главную роль при патологии органов пищеварения и печени. Хром, кобальт, никель, цинк, кадмий обладают канцерогенным действием. Повышенное содержание в среде обитания (почва, вода, пищевые продукты) цинка и молибдена увеличивают частоту поражения населения раком желудка и пищевода
Если при недостаточном поступлении цинка в организм человека возможны развитие карликовости, замедление полового созревания, поражения кожи, слизистых оболочек, дерматиты, облысение, паракератозы, то при его избытке развиваются анемии. Недостаток лития способствует маниакально-депрессивным психозам, шизофрении и другим психическим заболеваниям. Селен положительно влияет на состояние сердечно-сосудистой системы, образование красных кровяных телец, повышает иммунные свойства организма.
Лечение и профилактика при эндемических болезнях сводятся к составлению рациона, сбалансированного по содержанию минеральных веществ. По данным химического анализа почвы, воды и произрастающих в определенном биохимическом регионе растений принимаются также соответствующие хозяйственные меры по улучшению лугов и пастбищ (внесение минеральных удобрений и т. д.).