Экологически обусловленные заболевания

Последствия загрязненья биосферы и внутренней среды организма сказывается на структуре заболеваемости и смертности. Хорошо известно, что за последние десятилетия существенно изменилась структура заболеваемости.

Рост числа хронических заболеваний обуславливается во многом факторами окружающей среды. Вода, воздух и почва загрязнены нейротоксинами и канцерогенами. Современная пища обеднена жизненно необходимыми питательными веществами. При этом она часто содержит пестициды и эффекторами эндокринной системы. Всё это является причиной или триггерами практически всех хронических заболеваний, имеющих в настоящее время эпидемиологическое распространение. К хроническим заболеваниям относятся: онкологические и аутоиммунные заболевания, болезни соединительной ткани, сердечно-сосудистой и респираторной системы, иммунной и т.д.

Экологически обусловленные заболевания - заболеваниями, вызываемые естественными и искусственными факторами окружающей среды.

3 группы

1. Природно-климатические. Характерны для определенной климатической зоны. Проявляются в виде кожных заболеваний в условиях жаркого климата или простудных в холодное.

2. Эпидемиологические. Связаны с региональными особенностями местности, приводящие к возникновению природно-очаговых инфекций (клещевой энцефалит).

3. Эндемические. Обусловлены химическим составом почвы и природной воды, которые формируются биогеохимией провинции.

Геохимические эндемии.

Особенности геологических и почвообразовательных процессов в отдельных регионах привели к тому, что химический состав имеет существенное различие. Все химические элементы играют определенную роль или в физических процессах или оказывают токсическое действие.

Последствия воздействия.

Характер нарушения обмена веществ, картина заболевания зависят от того какой элемент находится в избытке или недостатке. Все виды нарушений, обусловленные аномальным распределением химических веществ называются геохимическими эндемиями.

Редко специфические заболевания:

Флюороз – избыток фтора

Эндемический зоб – недостаток йода

Молибдеоз – подагра – избыток молибдена

Избыток свинца – нервная система

20.

21. К настоящему времени накоплены многочисленные данные о том, что значительные загрязнения атмосферы, почвы и воды, в том числе ионизирующая радиация, вредные факторы промышленного производства ведут к нарушениям здоровья. Заболевания, связанные с состоянием окружающей среды, можно разделить на экологически зависимые болезни и экологически обусловленные заболевания.

Экологически зависимыми являются заболевания, при которых состояние окружающей среды влияет на их распространенность и особенности течения, но не является единственной и главной причиной их возникновения.

Экологически обусловленные заболевания – заболевания, причины возникновения которых достаточно очевидно связаны с окружающей средой. Это ряд эндемических (эндемический зоб, эндемический кариес и флюороз и др.) и антропогенных (болезнь Минамата, свинцовая энцефалопатия и нефропатия и др.).

Влияние антропотехногенных факторов изменяет структуру заболеваемости, приводит к протеканию заболеваний в нетипичных формах и проявлениях (Е.В. Олейникова, С.В. Нагорный, Л.П. Зуева, 2005), к их затяжному течению во всех возрастных группах, угнетению иммунологической реактивности организма, росту онкологической заболеваемости (Е.Л. Денисова, А.И. Горшков, Н.П. Ляхова, 2005), хронизации патологических состояний. Так, на примере города Воронежа необходимо отметить, что в последние годы наблюдается увеличение заболеваемости его жителей. Самые высокие темпы прироста у населения старше 18 лет отмечаются по болезням органов дыхания, новообразованиям, болезням системы кровообращения, болезням крови и кроветворных органов, болезням мочеполовой системы. Среди профессиональной патологии на предприятиях города Воронежа отмечена заболеваемость от воздействия шума (нейросенсорная тугоухость), заболеваемость опорно-двигательного аппарата, заболеваемость органов дыхания (пневмокониозы и бронхиты), остальная патология зарегистрирована в единичных случаях. Среди детского населения в возрасте до 14 лет в нашем регионе наибольшую зависимость от воздействия факторов среды имеют болезни органов дыхания, нервной и костно-мышечной систем, новообразования.

Вклад антропогенных факторов в формирование отклонений здоровья составляет от 10 до 57%. При этом влияние на организм человека может проявляться, в основном, тремя типами патологических эффектов:

1. Острая интоксикация возникает при одномоментном поступлении токсической ингаляционной дозы. Токсические проявления характеризуются острым началом и выраженными специфическими симптомами отравления.

2. Хроническая интоксикация обусловлена длительным, часто прерывистым, поступлением химических веществ в субтоксических дозах, начинается с появления малоспецифических симптомов.

3.Отдаленные эффекты воздействия токсикантов:

- гонадотропный эффект проявляется воздействием на сперматогенез у мужчин и овогенез у женщин, вследствие чего возникают нарушения репродуктивной функции

- эмбриотропный эффект проявляется нарушениями во внутриутробном развитии плода:

• тератогенный эффект – гистоморфологические, биохимические, функциональные и другие нарушения развития органов и систем.

• эмбриотоксический эффект – внутриутробная гибель плода, или снижение его размеров и массы при нормальной дифференцировке тканей.

-мутагенный эффект – изменение в структуре генов, структуре и количестве хромосом

-онкогенный эффект – развитие доброкачественных и злокачественных новообразований.

В настоящее время все большее распространение получают хронические заболевания тех органов и систем организма, которые выполняют барьерные функции на границе раздела двух сред – внешней и внутренней – и тем самым поддерживают и сохраняют чистоту внутренней среды организма: дыхательной, пищеварительной, иммунной, лимфатической и выделительной систем, а также печени и кожи.

22. Микроэлементы– это не случайные ингредиенты тканей и жидкостей живых организмов, а компоненты закономерно существующей очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организмов на всех стадиях развития. Выделены три основополагающих принципа ее функционирования: 1) избирательное поглощение микроэлементов; 2) избирательная концентрация их в определенных организмах, органах, тканях и некоторых органеллах клетки; 3) селективная элиминация. Вероятно, эти механизмы поддерживают микроэлементный гомеостаз

В настоящее время введен термин микроэлементоз (А.П. Авцын с соавт., 1991), объединяющий все патологические процессы, вызванные избытком, дефицитом или дисбалансом микроэлементов. В основу их классификации положен принцип, согласно которому на первое место выдвигаются этиологический фактор и характер его проявления.

Это выражено в названиях микроэлементозов:

 если имеется в виду дефицит микроэлементов, то микроэлементоз трактуется как дефицитное состояние по названию элемента: купродефициты, цинкдефициты, хромдефициты, селендефициты и т.д. Употребляются также названия типа гипоиодоз или гипоидное состояние, гипосидероз или сидеропеническое заболевание;

 если речь идет о микроэлементной токсикопатии (микроэлементном токсикозе), то и название микроэлементоза образуется для каждого микроэлемента соответственно с добавлением слова "токсикоз": Al-токсикоз, Cd-токсикоз, Hg-токсикоз, Рb-токсикоз и т.д. При этом сохраняются и такие названия, как меркуриализм, плюмбизм и др.

Микроэлементы с учетом выполняемых ими функций в организме подразделяются на эссенциальные, условно эссенциальные, условно токсичные и токсичные

Влияние микроэлементов на обменные процессы реализуется, прежде всего, через их воздействие на генетический аппарат клетки. Связываясь с нуклеотидами, ионы металлов вызывают существенные изменения в структуре нуклеиновых кислот. Так, Zn, Mg и Мn входят в состав ДНК- и РНК-полимераз, обратной транскриптазы, т-рНК-синтетазы, фактора инициации трансляции и др.). Отсутствие металлов ведет к дестабилизации двойной спирали ДНК и ее частичной денатурации. Присоединение металлов может ослабить электростатическое отталкивание между цепями ДНК; привести к разрыву водородных связей между парами азотистых оснований; Сr и Fe могут включаться в структуру ДНК, образуя поперечные сшивки между нитями, и видоизменять ее структуру.

Поэтому дефицит, избыток и дисбаланс микроэлементов в организме человека может приводить к различным генетическим нарушениям на уровне гамет (гаметопатиям) в виде генных, хромосомных или геномных мутаций. Нарушение обмена микроэлементов (как недостаток их, так и избыток) в организме беременной женщины может вызывать различные пороки развития (таблица 18).

В развитии недостатка или избытка содержания микроэлементов в организме человека важную роль играют природные и промышленные факторы, возможность усвояемости микроэлементов организмом, поэтому микроэлементозы в организме человека разделены на следующие группы:

 природные – обусловленные содержанием микроэлементов в окружающей среде. В естественных условиях встречаются районы, где вследствие повышенного или пониженного содержания микроэлементов в почве и других объектах окружающей среды наблюдаются эндемии. Механизм развития эндемических заболеваний следующий: недостаток или избыток микроэлементов в почве и других объектах окружающей среды ведет к дефициту или избытку их в пищевом рационе, а отсюда и в организме. Наиболее изучены и известны два микроэлемента, являющиеся причиной эндемических расстройств у человека: это фтор, избыточное поступление которого приводит к флюорозу, и йод, недостаточность которого способствует возникновению и распространению эндемического зоба.

 промышленные – преимущественно бывают гипермикроэлементозы, обусловленные вредными условиями производства. Примером могут служить острые и хронические отравления свинцом, кадмием, ртутью и другими химическими элементами, вызванные избыточным содержанием в организме человека.

 ятрогенные – расстройства, возникающие как следствие деонтологических ошибок. Неправильное истолкование слов медицинских работников могут привести к отказу или, наоборот, к чрезмерному приему тех или иных препаратов, содержащих микроэлементы, что может вызвать гипо- и гипермикроэлементозы.

 эндогенные – в результате наследственного или врожденного нарушения усвояемости или повышенной способности к накоплению одного или нескольких микроэлементов в организме человека. Также существует зависимость всасывания и усвоения микроэлементов от заболеваний желудочно-кишечного тракта (Авцын А.П. с соавт., 1991).

23. Биогеохимические провинции – это области на поверхности Земли, различающиеся по содержанию в почвах, водах и других средах химических элементов или их соединений, с которыми связаны определённые биологические реакции у растений, животных и человека. Основой выделения биогеохимической провинции является отклонение содержания элементов в земной коре от среднего значения (кларка). Термин «биогеохимическая провинция» был введен в науку в 1938 году А.П. Виноградовым.

На территории России выделяются следующие биогеохимические регионы биосферы, представляющие собой совокупности нескольких биогеохимических провинций (В.В. Ковальский, 1974):

 таежно-лесной нечерноземный – биологические реакции организмов обусловлены недостатком кальция, фосфора, кобальта, меди, йода, бора, молибдена, цинка, достаточным, в некоторых случаях избыточным, количеством марганца, повышенным содержанием стронция, особенно в поймах рек;

 лесостепной, степной черноземный – биологические реакции организмов определяются достаточным, реже избыточным, количеством кальция, достаточным количеством кобальта, меди, йода, иногда недостатком калия, марганца и часто недостатком фосфора.

Черноземы принято считать почвами оптимального микроэлементного состава, своего рода эталонами. Однако при детальном изучении оказалось, что это не совсем так. В определенных геохимических условиях даже плодородные черноземы могут испытывать недостаток или избыток тех или иных микроэлементов или их подвижных форм

Кроме биохимических провинций и регионов, выделяются также субрегионы. Отдельную группу составляют биогеохимические провинции, характеризующиеся по какому-либо одному элементу (например, недостаток или избыток железа).

Содержание микроэлементов в окружающей среде имеет большое значение для организма человека. Знание аномальных в биогеохимическом отношении регионов и провинций природного происхождения как источников биогеохимических эндемий очень важно для эпидемиологической оценки этих очагов, разработки научно обоснованных методов профилактики таких болезней. Однако в последнее время еще более остро встала проблема техногенных эндемий, заболеваний антропогенного происхождения. Существенные наблюдения накоплены фитопатологами и специалистами по болезням животных. Они показывают, что микроэлементные загрязнения сред жизни по своему значению начинают приобретать характер «лимитирующих факторов», которые угрожают не только нормальному развитию, но и самому существованию различных видов живых существ (Ю. Одум, 1975)

24) Канцерогенез – это процесс возникновения и развития опухоли под влиянием как наследственных предрасполагающих факторов, так и внешнесредовых. Если опухоль в процессе роста захватывает соседние органы и ткани, а ее клетки могут распространяться и на другие удаленные части тела, давая там начало новым опухолям, то такая опухоль называется злокачественной. При доброкачественных опухолях подобного метастазирования не наблюдается.

В эпидемиологических, а также лабораторных исследованиях на экспериментальных животных идентифицировано большое число различных агентов, которые значительно увеличивают риск возникновения опухолевого процесса. Эти агенты называют канцерогенами. Канцерогенностью обладают физические, химические и биологические факторы. Эффект зависит от их природы или комплексного взаимодействия между ними, дозы и длительности воздействия, в то время, как результат их влияния часто определяется индивидуальными особенностями организма, в виде предрасположенности к влиянию канцерогенов, обусловленной генетическими или онтогенетическими причинами (Дильман В.М., 1986).

Из физических факторов канцерогенный эффект установлен для радиоактивного, электромагнитного, ультрафиолетового излучений. Изучение механизмов радиационного канцерогенеза позволило сделать заключение о том, что в основе возникновения опухоли как правило лежит мутация в соматической клетке. Канцерогенез или развитие онкологических заболеваний является одним из видов прямого эффекта радиации.

25. Канцерогенез или развитие онкологических заболеваний является одним из видов прямого эффекта радиации. Так, анализ данных показателя онкозаболеваемости по Воронежской области выявил наибольшую частоту ее распространенности в районах загрязненных радионуклидами после Чернобыльской аварии (В.Н. Немых, 2007). Установлена зависимость канцерогенного эффекта от дозы облучения. Под влиянием облучения могут возникать опухоли практически во всех органах, однако наиболее частыми являются новообразования кожи и костей (особенно при местном облучении) и эндокринно-зависимые опухоли (рак молочной железы, яичников). До сих пор спорным является вопрос о конкретной величине пороговой канцерогенной дозы, однако известно, что при общем облучении канцерогенные дозы значительно ниже, чем при местном применении. Объясняется это тем, что канцерогенный эффект прямого действия ионизирующего излучения зависит от общего количества малигнизировавшихся клеток (оно всегда больше при общем облучении) и репарационных возможностей организма (они более выражены при местном облучении). Тем не менее давно известно о том, что мутагенный эффект ионизирующего излучения отличается беспороговым действием. Это означает, что для возникновения повреждения генетического материала достаточно воздействия всего одной радиоактивной частицы. Кроме того при общем облучении возрастает роль опосредованного влияния облучения на уровне всего организма.

Канцерогенез относится к числу отдаленных эффектов ионизирующего излучения. Главные его действия – это трансформация клетки в сторону опухолевого роста, подавление защитных свойств иммунной системы. Реализация соматической мутации и начало роста опухоли могут быть во времени отодвинуты на большие сроки, иногда измеряемые 2-мя – 3-мя десятилетиями (особенно это касается тканей с невысокой степенью пролиферации).

Помимо ионизирующего излучения большое значение имеет истончение озонового слоя Земли и проникновение жестких ультрафиолетовых лучей в приземной слой атмосферы. Уменьшение лишь на 1 % толщины озонового экрана может увеличить число опухолевых болезней кожи на 3 %.

Решающую роль в наступлении стадии малигнизации может сыграть не только влияние самого физического фактора, но и совместное с ним действие экологических факторов иной природы, например, химической или биологической.

Химические соединения, ассоциирующиеся с раком, наиболее распространены

Этапы канцерогенеза:

 Инициация. На данной стадии происходит взаимодействие канцерогена с локусами ДНК, содержащими гены, контролирующие деление и созревание клетки (протоонкогенами). По-видимому, в течение человеческой жизни немалое число клеток организма из общего их количества претерпевает повреждение ДНК. Однако для инициации опухоли важны лишь повреждения протоонкогенов. К инициации опухоли может привести и повреждение антионкогена (гена-онкосупрессора). Инициированная клетка становится иммортализованной (бессмертной, от англ. immortality — вечность, бессмертие). Она лишается так называемого лимита Хайфлика: строго ограниченного числа делений (в культуре клеток млекопитающих обычно около 50).

 Промоция опухоли. На этом этапе осуществляется экспрессия онкогена; происходит неограниченная пролиферация клетки, ставшей генотипически и фенотипически опухолевой;

 Прогрессия опухоли — это процессы размножения малигнизированных клеток, инвазии и метастазирования, ведущие к поражению здоровых органов и тканей.

К основным отличиям опухолевых клеток от здоровых можно отнести следующие (Дильман В.М.,1983):

 неуправляемый рост; полная независимость от сывороточных факторов роста;

 недостаточность «контактного торможения»;

 изменение адгезивности; усиленная агглютинируемость;

 иная форма: тенденция к приобретению клеткой шаровидной формы;

 изменение состава и свойств гликопротеидов цитоплазматической мембраны: снижение ее гибкости;

 иная организация микровключений; нарушение цитоплазматического скелета;

 иная реакция на регулирующие молекулы;

 повышение уровня анаэробного окисления глюкозы (гликолиза) с накоплением молочной кислоты;

 увеличение продукции протеолитических ферментов;

 иной уровень ц-АМФ и ц-ГМФ (снижение концентрации ц-АМФ);

 появление новых антигенов на клеточной поверхности;

 способность к мобильности в тканях (образование метастазов)

26. Ионизирующее излучение существует в течение всего периода существования Земли, оно распространяется в космическом пространстве.

Распад каждого вида радионуклидов идет с различной скоростью. Время, за которое распадается половина массы данного нуклида, называется физическим периодом полураспада. Физические периоды полураспада значительно различаются.

Разные виды излучения обладают различной проникающей способностью: α-частицы могут распространяться на расстояние от нескольких сантиметров в воздухе до нескольких миллиметров в тканях и задерживаются листом бумаги; β-частицы проникают в покровы человеческого тела на 2 см; γ-излучение наиболее опасно, распространяется очень быстро на сотни метров со скоростью света и задержать его может только свинцовая плита.

Для измерения степени радиационной опасности используются следующие показатели: экспозиционную дозу, поглощенную дозу и эквивалентную дозу, измеряемые определенными единицами. В радиобиологии с 1984 г. приняты единицы системы СИ.

Экспозиционная доза для оценки гамма- и рентгеновского об-лучения.

1 рентген – единица экспозиционной дозы и рентгеновского излучения.

Поглощенная доза – это количество энергии ионизирующего излучения, поглощенной единицей массы организма или какого-либо физического тела, зависит от вида облучения.

1 грей (Гр) – единица поглощенной дозы в системе СИ, 1 Гр = 1 Дж/кг.

1 рад – внесистемная единица поглощенной дозы, 1 рад = 0,01 Гр.

Эквивалентная доза учитывает неодинаковую радиационную опасность для организма разных видов ионизирующего излучения. Эквивалентная доза равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент для каждого вида облучения.

1 зиверт (Зв) – единица эквивалентной дозы в системе СИ. 1 Зв соответствует поглощенной дозе в 1 Дж/кг для рентгеновского, бета- и гамма-излучений.

1 бэр – биологический эквивалент рентгена, 1 бэр = 0,01 Зв.

Эффективная эквивалентная доза отражает суммарный эффект облучения для организма. Определяют путем умножения эквивалентных доз на соответствующие виду ионизирующего облучения коэффициенты и суммированная по всем органам и тканям. Измеряется в зивертах.

Время, за которое удаляется из организма половина попавшего нуклида, называется биологическим периодом полураспада. Эффект от сочетания физиче-ского и биологического периодов полураспада называется эффективным периодом полураспада.

Малые дозы ионизирующего излучения вызывают радиобиологические эффекты, противоположные характеру воздействия больших доз:

 стимулируют рост, развитие, плодовитость, неспецифический иммунитет, общую сопротивляемость организма;

 их воздействие осуществляется через регуляторные механизмы генетических и мембранных структур;

 играют важную роль пусковых механизмов, при этом эффект мало зависит от количества поглощенной энергии и увеличивается при облучении дробными дозами (аккумуляция).

27. Радиация существовала всегда. Радиоактивные элементы входили в состав Земли с начала ее существования и продолжают присутствовать до настоящего времени. Однако само явление радиоактивности было открыто всего сто лет назад.

Радиоактивный распад - весь процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида.

Радионуклид - нестабильный нуклид, способный к самопроизвольному распаду.

Период полураспада изотопа - время, за которое распадается в среднем половина всех радионуклидов данного типа в любом радиоактивном источнике.

Радиационная активность образца - число распадов в секунду в данном радиоактивном образце; единица измерения - беккерель (Бк).

Поглощенная доза единица измерения в системе СИ - грэй (Гр) - энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым телом (тканями организма), в пересчете на единицу массы.

Эквивалентная доза единица измерения в системе СИ - зиверт (Зв)- поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма.

Эффективная эквивалентная доза единица измерения в системе СИ - зиверт (Зв) - эквивалентная доза, умноженная на коэффициент, учитывающий разную чувствительность различных тканей к облучению.

Коллективная эффективная эквивалентная доза единица измерения в системе СИ - человеко-зиверт (чел-Зв) - эффективная эквивалентная доза, полученная группой людей от какого-либо источника радиации.

Полная коллективная эффективная эквивалентная доза - коллективная эффективная эквивалентная доза, которую получат поколения людей от какого-либо источника за все время его дальнейшего существования».

Воздействие радиации на организм может быть различным, но почти всегда оно негативно. В малых дозах радиационное излучение может стать катализатором процессов, приводящих к раку или генетическим нарушениям, а в больших дозах часто приводит к полной или частичной гибели организма вследствие разрушения клеток тканей.

Поражение клеток.

Мерой радиочувствительности является доза облучения, вызывающая гибель 50 % клеток или организмов за определенный промежуток времени – ЛД50/время. У разных биологических объектов этот показатель может отличаться в десятки, сотни, тысячи раз.

Радиочувствительность зависит от:

 объема и структуры генома: чем больше ДНК, чем сложнее ее структура, тем радиочувствительность выше (у бактерий ЛД50 – 1800 Гр, у человека – 2,5 Гр);

 активности ферментов репарации;

 уровня антиоксидантов;

 количества предшественников радиотоксинов;

 способности организма (органа, клеток, ткани) накапливать радиоактивные вещества;

 уровня процессов пролиферации (активно пролиферирующие ткани называются критическими, например, клетки эпителия, кроветворная ткань);

 времени суток (ночью выше);

 величины дозы излучения и характера его действия (прерывистое действие излучения снижает радиочувствительность по сравнению с однократным: однократное облучение обусловливает 100 %-ую гибель при 10 Гр, прерывистое – 100 %-ую при 85 Гр);

 периода онтогенеза: особенно высока радиочувствительность в критические периоды внутриутробного развития (оплодотворение, имплантация, органогенез), постнатального развития (новорожденность, первый год жизни, пубертатный возраст, старение);

 фазы клеточного цикла (G1-период высокорадиочувствителен, S-фаза — устойчива).

Радиационное поражение клетки проходит ряд этапов:

 первичные радиационно-физические процессы (образование свободных радикалов, радиационное повреждение углеводов, липидов, радиационное поражение нуклеиновых кислот);

 радиационное поражение биохимических процессов, опосредованное усиление радиационного эффекта;

 вторичное поражение генома;

 гибель клетки.

Помимо прямого влияния, ионизирующее излучение оказывает на ткани также косвенное воздействие, выражающееся в радиолизе воды и последующем накоплении в организме атомов или групп атомов, обладающих высокой химической активностью – свободных и перекисных радикалов. Такие радикалы изменяют в клетках баланс кальция, увеличивают проницаемость мембран, нарушают биосинтез белков, что сказывается на активности различных ферментов, нарушается обмен веществ, происходят изменения в составе крови – снижается уровень эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и нейтрофилов. Свободные и перекисные радикалы вовлекают в процесс повреждения даже те молекулы, которые не затронуты прямым действием радиации. Производимый излучением эффект создается не столько количеством поглощенной энергии, сколько формой, в которой эта энергия передается.

Радиационно-химическое превращение липидов приводит к изменению структуры и функций всех мембран, в результате чего нарушаются такие процессы в клетке, как транспорт ионов, биоэнергетические процессы, репликация ДНК, синтез белка и другие, происходят выход ферментов из лизосом и вторичное поражение клетки. При высоких дозах могут быть инактивированы системы антиоксидантов.