Воздействие антропогенных факторов на здоровье человека
· Опишите основные типы комбинированного действия химических веществ на живые организмы.
· Что такое эндемические заболевания?
· Что такое ксенобиотики? В чем особенность их воздействия на живые организмы?
· Что называется мутагеном? Приведите примеры веществ-мутагенов.
· Дайте краткую характеристику воздействия основных загрязнителей (свинца, ртути, кадмия и др.) на живые организмы.
В настоящее время доказано, что неблагоприятная экологическая обстановка может явиться непосредственной причиной нарушения состояния здоровья человека, причем не только на уровне индивидуального здоровья (здоровья отдельных особей), но и на популяционном уровне. Наиболее изучено в этом плане воздействие химических факторов окружающей среды - около 80 химических элементов необходимо для построения определенных компонентов собственных клеток, построения гормонов, ферментов, для поддержания нормального обмена веществ и т. д.
Нарушения в состоянии здоровья могут быть связаны с недостатком или избытком определенных химических элементов в данной местности. Существуют территории, избыточно насыщенные токсичными элементами: свинцом, таллием, ураном и др. Есть регионы, “дефицитные” по йоду, железу, фтору. Две трети территории нашей страны испытывает недостаток йода, одна треть - фтора и селена. Это приводит к развитию так называемых эндемических (от греч. endemos - местный, свойственный данной местности) заболеваний.
Сила токсического действия химического фактора на организм человека определяется многими компонентами, например, химическим строением, физико-химическими свойствами загрязнения, путями поступления в организм, способностью к кумуляции (накоплению), концентрацией, временем воздействия (экспозицией) и др.
Как в производственных условиях, так и в обыденной жизни человек редко подвергается действию одного вещества. Чаще всего происходит комбинированное воздействие на организм двух или нескольких загрязнителей одновременно. Возможны три основных типа комбинированного действия химических веществ на живые организмы:
· Синергизм, когда одно вещество усиливает действие другого:
(А + В) > (А) + (В).
Воздействие суммы загрязнителей А и В значительно больше, чем сумма воздействий отдельно вещества А и вещества В.
Комбинированное действие экологических факторов
· Суммация (аддитивное действие), когда воздействие веществ суммируется:
(А + В) = (А) + (В).
· Антагонизм, когда одно вещество ослабляет действие другого:
(А + В) < (А) + (В).
Большую опасность для организма имеют ксенобиотики (от греч. xenos - чужой) - чуждые организму химические вещества. Они обладают общетоксичным, раздражающим и сенсибилизирующим* действием. Например, установлена высокая чувствительность мужских половых желез к бензолу, хлорорганическим соединениям, марганцу, хлоропрену, капролактаму, свинцу.
Ксенобиотики способны оказывать эмбриотропное действие, которое может проявляться в гибели плода, нарушении закладки органов (уродстве), токсикозах беременности и выкидышах.
Химические вещества могут быть мутагенами, вызывающими изменение наследственных свойств у потомства, если мутация захватывает половые клетки. Известны следующие мутагены:
§ естественные природные вещества (нитраты, нитриты, тяжелые металлы, алкалоиды, гормоны);
§ переработанные природные соединения (продукты переработки нефти, сгорания угля, древесины);
§ химические вещества, не встречающиеся в природе (пестициды, нитрозоамины).
Некоторые ксенобиотики являются канцерогенами. Канцерогенный эффект зависит от дозы, времени воздействия, токсичности канцерогенного фактора и может проявиться спустя длительный период - через 10-20 лет.
Рассмотрим влияние некоторых загрязнителей окружающей среды на организм человека.
· Свинец.
При интоксикации свинцом под удар попадают нервная и кроветворная системы. Особенно чувствительны к свинцовым отравлениям дети. Биогеохимический цикл свинца показан на рисунке.
Биогеохимический цикл свинца (по Р. Р. Бруксу)
В организме человека в среднем содержится ~ 120 мг свинца, который можно обнаружить во всех тканях и органах, а в первую очередь в скелете. Десять лет требуется для того, чтобы накопленный в костях свинец уменьшился лишь наполовину. Благодаря хозяйственной деятельности человека миграция свинца в окружающей среде приобрела гигантские масштабы. До 90% от общего количества выброса свинца принадлежит к продуктам сгорания бензина с примесью свинцовых соединений. Появление значительных количеств свинца в атмосфере, гидросфере, педосфере привело к повышению накопления этого металла в организмах растений, животных и человека. В результате самоочищения атмосферы значительная часть свинца либо осаждается вблизи источников загрязнения, либо возвращается на поверхность суши и океанов с осадками.
Городская пыль может содержать до 1% свинца. Его содержание в дожде и снеге колеблется от 1,6 мкг/л в районах, удаленных от промышленных центров, до 250-350 мкг/л в крупных городах. Сточные воды промышленности являются одним из основных источников этого металла в гидросфере. В донных водорослях концентрация свинца за счет эффекта накопления возрастает в 700 раз, в фитопланктоне - в 4000, в зоопланктоне - в 3000 и в моллюсках - в 4000 раз.
Человек, представляющий одно из последних звеньев пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность нейротоксического воздействия свинца. Соединения свинца поступают в организм человека через кожу и слизистые оболочки, через дыхательные пути и пищеварительный тракт. При интоксикации свинцом развивается поражение мозга (энцефалопатия), нарушается дыхательная функция крови вследствие разрушения эритроцитов, возможно развитие импотенции, нарушение функции пищеварительного тракта в результате атрофии слизистой оболочки тонкого кишечника и угнетения целого ряда ферментов за счет вытеснения свинцом из последних цинка и меди. Содержание свинца в крови не приходит к норме даже спустя три года после нормализации его уровня в воздухе. Установлена зависимость между уровнями свинца и кадмия в волосах школьников и степенью их умственного развития.
· Ртуть.
Ртуть попадает в организм при дыхании, с пищей и через кожу. Особенно токсичны органические соединения ртути: метилртуть, этилртуть и др. В организме человека ртуть циркулирует в крови, соединяясь с белками, частично откладывается в печени, почках, селезенке, ткани мозга. Соединения ртути легко проникают в плод через плаценту и в материнское молоко и поэтому особенно опасны для грудных детей. Из организма ртуть выделяется через почки, кишечник, потовые железы. Необходимо примерно 70 дней, чтобы накопленное в организме количество ртути уменьшилось наполовину. Характерный признак отравления ртутью - появление по краям десен каймы сине-черного цвета. Во время печально известной вспышки массового отравления ртутью от употребления рыбы, выловленной в заливе Минамата (в Японии), концентрация ртути в воде залива была в 4-30 тысяч раз выше, чем в открытом океане. В рыбе, вызвавшей отравления у людей, содержание метилртути было в сотни раз больше, чем в воде залива, где она была выловлена. Небезынтересно при этом отметить, что в еще большей степени, чем в рыбах, ртуть накапливается (аккумулируется) в устрицах.
Биогеохимический цикл ртути (по Р. Р. Бруксу)
Первое массовое ртутное отравление (получившее название “болезнь Минамата”) случилось в 1956 г., когда было зарегистрировано 130 заболевших, а второе произошло также в Японии (в районе реки Агано, в префектуре Ниигата) в 1964-1965 гг., когда заболело 180 человек, из которых 52 умерли. Эти отравления явились результатом непосредственного загрязнения залива сточными водами и другими сбросами промышленных отходов от расположенных вблизи заводов по выпуску азотных удобрений и синтезу винилхлорида, содержащих алкилртутные соединения.
Заболевание на начальных стадиях выражалось преимущественно симптомами поражения центральной нервной системы. При этом отмечались расстройства речи, нарушения походки, понижение слуха и зрения. Было выявлено более высокое (в среднем на 25%) содержание метилртути в клетках крови у новорожденных, чем у их матерей, что объясняется более высокой чувствительностью плода к этому яду. У некоторых детей, родившихся от заболевших матерей, оказались различные врожденные уродства.
Суточная предельно допустимая доза ртути для взрослого человека - 0,05 мг, из которых метилртути не должно быть более 0,03 мг.
· Кадмий.
Кадмий попадает в окружающую среду через воздух и воду при добыче и промышленной переработке сырья, при сгорании некоторых видов топлива, сжигании городских отходов, со сточными водами и т. д.
Кадмий обладает способностью накапливаться в живых организмах при длительном воздействии пыли, а также веществ, содержащих повышенное количество металла. Установлено, что в организм взрослого жителя США в сутки поступает 50-60 мкг, в Швеции - 15-20 мкг, а в Японии 80 мкг кадмия.
Воздействие даже незначительных концентраций кадмия может привести к серьезным заболеваниям нервной системы и костных тканей. Тяжелое костное заболевание (“итай-итай”), вызван-
ное хроническим отравлением кадмием, впервые было отмечено в Японии в 1956 г., когда содержащие кадмий сточные воды японского концерна “Мицуи” попали в оросительную систему расположенных неподалеку рисовых полей. Употребление людьми в пищу отравленного риса вызвало у них апатию, боли в различных частях тела, повреждение почек и размягчение костей. Имели место случаи смертельных исходов.
· Хром.
Токсичность хрома и его канцерогенное действие зависят от валентности металла: наиболее опасен в этом отношении шестивалентный хром. Он вызывает раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, оказывает сенсибилизирующее действие, являясь аллергеном. На производствах, связанных с хромом, заболеваемость раком среди рабочих в 30 раз выше, чем среди рабочих других производств. Хром вызывает поражение печени, почек, сердца, аллергию, рак, расстройства психики.
· Медь.
Соединения меди очень токсичны, они обладают мутагенными свойствами. При интоксикации соединениями меди поражаются печень, легкие, развивается гипертония, возможны развитие аллергии и расстройства нервной системы.
· Полихлорированные (ПХБ) и полибромированные (ПББ) бифенилы.
Эти соединения стали обнаруживать в окружающей среде в течение последних десятилетий. Один из первых тревожных сигналов о последствиях присутствия ПХБ в окружающей среде поступил из Японии в 1968 г. Стал широко известен случай массового отравления людей маслом, загрязненным ПХБ. Эта болезнь получила название “юшо”. Мертворожденные дети, заболевания кожи, желудочно-кишечного тракта, нервной системы, поражения печени, селезенки, почек, а также развитие злокачественных новообразований (опухолей) - таков неполный перечень симптомов этого заболевания. Кроме того, наблюдалось потемнение кожи, особенно у детей, рожденных от матерей, которые пострадали от отравления. Научных данных об отдаленных последствиях действия этих веществ на человека пока не имеется.
· Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).
Существует около 600 ПАУ, из которых наиболее распространенным и стойким в окружающей среде является бензопирен. Он образуется при нагревании органического материала в условиях недостатка кислорода, присутствует в выхлопных газах автомобилей (в особенно больших количествах выделяется дизельными двигателями при плохой отладке), а также в промышленных
газовых выбросах. Его присутствие обнаруживается в сигаретном дыме, в дыме коптилен (при копчении окороков и колбас), в выпечных и жареных продуктах и др. Практически любая термическая обработка пищи способствует образованию в ней бензопирена. Бензопирен обладает канцерогенным действием.
Факторы загрязнения и самоочищения среды бензопиреном (БП)
(по Н. Ф. Реймерсу)
· Нитрозоамины.
Нитрозоамины являются канцерогенными веществами. Особенно сильным канцерогенным действием обладает нитрозометилмочевина. Нитрозоамины могут образовываться в желудке людей, если в пище окажутся соответствующие компоненты в виде аминов или амидов, нитратов или нитритов. Множество разнообразных аминов попадает в организм человека с пищей и лекарствами. Например, широко известный пирамидон - это третичный амин - аминопирин, он исключительно эффективно реагирует с нитратами.
· Винилхлорид.
Винилхлорид - вещество, из которого получают поливинилхлорид, используемый для упаковки пищевых продуктов и напитков. Винилхлорид выделяется из упаковочных материалов и попадает прямо в пищу человека, причем его количество в пище прямо пропорционально времени хранения, а также заметно увеличивается с ростом температуры. Особое коварство действия канцерогенных веществ, в том числе и винилхлорида, состоит в том, что скрытый период заболеваний продолжается более
15 лет.
* Сенсибилизация (от лат. sensibilis - чувствительный) - повышение чувствительности организма к воздействию какого-либо фактора окружающей или внутренней среды, например, аллергена.