Биологические факторы воздействия

Это частицы плесени, цветочная пыльца, фитопланктон, различные микроорганизмы, споры грибов, вирусы, глисты, трихомонады и т. д. Биологическими факторами природного происхождения являются широко распространенные мутагены: мутагенные микротоксины, образующиеся в результате деятельности плесневых грибов, капсаицин (различные виды перца), гидрохинон и кофеин (которые мы потребляем вместе с чаем, кофе и винами). Когда цветная пыльца или частички плесени находятся в атмосферном воздухе, у чувствительных людей возникают аллергические реакции - ринит, бронхиальная астма, сенная лихорадка и т. п.

Токсическое действие некоторых видов фитопланктона и отдельных видов растительности также достаточно хорошо известно. Есть, например, люди, которые не могут даже в течение короткого времени находиться в сосновом лесу - у них начинаются сердечные приступы и удушье. Нужно вспомнить такие биологические факторы, как комары, передающие малярию, энцефалитные клещи и т. п. У некоторых людей имеется аллергия на продукты пчеловодства и на укусы пчел - иногда даже со смертельным исходом.

Если вспомнить об антропогенных биологических факторах загрязнения, то это, например, загрязнение сточных вод патогенными микроорганизмами, концентрация которых может достигать больших величин. Кроме того, сточные воды могут являться и источниками возникновения многих кишечных, вирусных и бактериальных инфекций (холеры, дизентерии, брюшного тифа, инфекционного гепатита, полиомиелита и др.). Опасность же попадания неочищенных сточных вод в источники питьевой воды, к сожалению, существует. Об этом, например, свидетельствует авария на Диканевских очистных сооружениях в Харькове, в июле 1995 года. Отдельные лекарства, пищевые добавки природного происхождения также могут являться загрязняющими биологическими факторами - мутагенного действия.

Мутагенность

Исследованием мутаций, мутагенов, мутагенности ученые занимаются уже более 130 лет. В 1886 г. нидерландский ботаник Хуго де Фриз обратил внимание на группу растений, которые по своим внешним признакам были резко отличными от других, но наблюдалось общее сходство. Такие отличия во внешнем виде он назвал мутацией (mutato - изменения, перемены). Сейчас под мутацией понимают изменения количества или структуры ДНК. Мутации приводят к изменению генотипа.

Причины мутаций долгое время оставались невыясненными. Только в 1927 г. сотрудник Т. Х. Моргана - Г. Меллер показал, что их можно вызвать искусственно. Он получал мутации у дрозофил, действуя на них рентгеновскими лучами. Факторы, способные вызвать мутации, получили название мутагенных, они бывают физического, химического и биологического происхождения.

К мутагенам физической природы относят все ионизирующие излучения, в том числе рентгеновское, гамма-лучи, β-частицы, ультрафиолетовые лучи (250-280 нм), космическое излучение. Повышенная температура может увеличить количество генных, и хромосомных мутаций.

Химические мутагены открыты позже физических. Значительный вклад в их изучение сделала украинская генетическая школа во главе с академиком С. М. Гершензоном. Сейчас известно много химических мутагенов, и ежегодно открывают новые. Это кофеин, формальдегид, ртуть и ее соединения, эпоксидные смолы, свинец и его соединения, ароматические углеводороды, пестициды, минеральные удобрения, лекарственные препараты, пищевые консерванты и красители. Химические мутагены способны образовывать мутации всех типов.

К биологическим мутагенам относятся вирусы и бактериальные токсины. Как показали многочисленные исследования, в клетках, пораженных вирусами, мутации наблюдаются значительно чаще, чем в здоровых. Вирусы способны вызывать как хромосомные, так и генные мутации. Они вводят определенное количество собственной генетической информации в генотип клетки-хозяина.

Спонтанные (самопроизвольные) мутации возникают без влияния мутагенных факторов, в частности как ошибки воспроизведения генетической информации. Причинами может быть естественный радиационный фон, космические лучи, которые достигают поверхности Земли, и тому подобное.

Биологические антимутагенные механизмы направлены на защиту генетической информации от мутаций - вырожденность генетического кода и повторяемость многих генов в геноме. Благодаря им, даже если произойдут мутации определенных триплетов, подобные триплеты-синонимы кодирующие соответствующую аминокислоту и состав синтезируемых в организме белков не изменится. Защитой от мутаций служит также удаление из молекулы ДНК измененных участков, в частности при участии ферментов (образуются два разрыва, поврежденный участок молекулы нуклеиновой кислоты удаляется, а на ее место встраивается фрагмент молекулы с присущей этой области последовательностью нуклеотидов). В настоящее время созданы современные фармакологические препараты, относящиеся к «антимутагенам».

Антимутагены - это физические и химические агенты, препятствующие возникновению и снижению частоты мутаций (ферменты, препятствующие действию внутренних мутагенов, видимый свет, низкая температура и т.д.)

Естественными антимутагенами являются множество овощей, используемых в пищу. Например, полезны в качестве антимутагенов витамины Е, С, А и, Ка, среди растений полезны такие, которые снижают вероятность мутагенеза: капуста - в 8-10 раз, экстракт яблок - в 8 раз, лист мяты - в 11 раз, зеленый перец - в 10 раз, баклажаны - в 7 раз, виноград - в 4 раза. Также известно, что снижение генотоксического воздействия пестицидов на сельскохозяйственные культуры можно достичь путем выведения специальных сортов с высоким содержанием антимутагенов и таким образом адаптировать их к интенсивной химизации сельского хозяйства.

Так, сохранение здоровья - результат сложных взаимодействий внутренних биосистем организма и внешних факторов. Познание этих сложных взаимодействий было почвой для возникновения профилактической медицины и ее научного обоснования - гигиены.

Гигиена - наука о здоровом образе жизни. Интенсивно начала развиваться более 100 лет назад благодаря работам Л. Пастера, Р. Коха, И. И. Мечникова и других. Гигиенисты первыми увидели связь между средой и здоровьем человека, и за последние десятилетия эта наука активно развивается, заложив основы современной науки об охране окружающей среды. Однако в гигиене как отрасли медицинской науки есть и свои специфические задачи. Гигиена изучает влияние различных факторов среды на здоровье человека, работоспособность и продолжительность жизни. Это естественные факторы, бытовые условия и общественно-производственные отношения. Ее основная задача - разработка научных основ санитарного надзора, обоснование санитарных мероприятий по оздоровлению населенных пунктов, охрана здоровья детей и подростков, разработка санитарного законодательства, санитарная экспертиза качества пищевых продуктов и предметов быта. Важнейшей задачей этой науки является разработка гигиенических нормативов для воздуха населенных мест и промышленных предприятий, воды, продуктов питания и материалов для одежды и обуви человека с целью сохранения ее здоровья и предупреждения заболеваний. Главным стратегическим направлением в научно-практической деятельности гигиенистов является научное обоснование того экологического оптимума, которому должна соответствовать среда жизни человека. Этот оптимум должен обеспечить человеку хорошее здоровье, высокую работоспособность и долголетие. От того, насколько правильный этот «оптимум» в конкретном районе, городе, зависит очень многое и, прежде всего, совершенство управленческих принятых решений.

Влияние же на человека тех или иных химических соединений зависит от их структуры, химических и физических свойств, особенностей, механизмов действия, путей поступления в организм и превращения в нем, концентрации (дозы), длительности воздействия на организм. То же вещество в зависимости от количества, в котором оно поступило в организм человека, может быть либо незначимой для него, или необходимой, или лекарственной, или токсичной. Пример тому - поваренная соль, с одной стороны, является необходимым для нормальной жизнедеятельности веществом, а с другой - становится «белой ядом» при превышении обычных норм потребления. Именно поэтому считается, что понятие «яд» носит не столько качественный, сколько количественный характер и сущность явления токсичности должна прежде оцениваться количественными отношениями между химически вредными факторами внешней среды и организма. Исходя из этих положений, в токсикологии предлагается следующее определение ядов.

Яд - химический компонент среды обитания, поступающий в количестве (реже - качества), не соответствующей врожденной или приобретенной свойствам организма, и поэтому несовместим с его жизнью.

Яды - это химические соединения, отличающиеся высокой токсичностью, т.е. способностью в минимальных количествах вызывать тяжелые нарушения жизнедеятельности или гибель живого организма.

Исходя из существующей зависимости между количеством вещества, поступившего в организм, и реакцией на нее организма человека, выделяют несколько видов доз такого вещества.

Минимальная действующая (предельная) доза - это такое наименьшее количество вещества, которое вызывает явные, но еще обратимые изменения жизнедеятельности.

С токсикологии известно, что чем сильнее яд, тем ближе величины минимально действующей и минимально токсической дозы.

Минимальная токсичная доза – это уже большее количество вещества, которое вызывает выраженное отравление с комплексом характерных патологических сдвигов в организме, но без смертельного исхода.

Установлено, что при повторном воздействии одного и того же токсичного вещества характер реакций организма может меняться. Одна из причин - эффект кумуляции. Кумуляция может проявляться как в накоплении токсического вещества в организме (материальная кумуляция), так и в накоплении, веществ, которые формируются в результате воздействия токсиканта (функциональная кумуляция). Эффект материальной кумуляции характерен для тех веществ, которые медленно выводятся из организма или медленно обезвреживаются им. Функциональная кумуляция может проявляться тяжелыми расстройствами здоровья в случаях, когда само токсичное вещество не задерживается в организме (например, при действии алкоголя). Другая причина изменения реакции организма при повторном воздействии токсичных веществ - сенсибилизация. Это состояние организма, когда повторное воздействие вещества вызывает больший эффект, чем предыдущее влияние. Этот эффект связан с образованием под воздействием токсического вещества в крови и других внутренних средах организма человека измененных и белковых молекул, ставших чужеродными. Появление такого белка приводит к образованию антител, а при повторном, даже слабом токсическом воздействии происходит взаимодействие яда с антителами, что вызывает такой своеобразный ответ организма. Третья причина изменения реакции при повторном воздействии токсикантов - привыкание. Оно проявляется в ослаблении негативных для здоровья человека эффектов. Механизмы привыкания разные, но чаще всего они связаны со стимуляцией токсичными веществами ферментов, обезвреживающих их в организме, реже - со снижением чувствительности к ним соответствующих биоструктур или перегрузкой последних через массированное воздействие на них избыточного количества молекул токсичного вещества.

Летальные (смертельные) дозы и концентрации - количество вещества, которое приводит к гибели человека при отсутствии срочного медицинского вмешательства.

Различают два основных вида ответных реакций организма (рефлекторных реакций) на токсические дозы чужеродного химического вещества.

Первый является результатом прямого влияния на биоструктуры, когда такое вещество находится в организме и продолжает делать свое специфическое действие.

Второй вид реакции возникает параллельно с первым как следствие нарушения установившегося в организме равновесия процессов жизнедеятельности и включения различных приспособительных реакций. Степень и продолжительности проявления каждого из этих видов биологических реакций зависит от токсических свойств яда, интенсивности химических травм, ряда особенностей организма и других факторов.

Рефлекторные реакции - реакции организма на раздражители внешней и внутренней среды (например, смена температур, сильный звук, раздражающий запах) через посредство центральной нервной системы. Существуют врожденные рефлексы (безусловные) и приобретенные – условные (производятся на основании индивидуального опыта).

Большинство ядов проявляет свое токсическое действие нарушением функционирования ферментативных систем организма. Однако нередко в основе механизма действия ядов лежат их взаимодействия с такими биоструктурами, как гемоглобин, нуклеопротеиды, белки биологических мембран. Исходя из общих механизмов действия на организм человека токсичных веществ, среди них можно выделить две группы. К первой относятся вещества с малой избирательностью действия, т.е. те, которые обладают способностью взаимодействовать со всеми (включая и второстепенные) компонентами клеток. Поэтому для достижения общего токсикологического эффекта необходимо их большое количество. Ко второй группе относятся вещества, которые поражают только определенную биологическую структуру (мишень), не растрачиваясь на второстепенные (менее существенные для жизни) элементы.

Реальная нагрузка на организм человека химических веществ (впрочем, как и физических, и биологических факторов) регламентируется гигиеническими критериями качества среды. Согласно им биологическое действие загрязняющего агента условно разделяют на острое и хроническое. Острое действие проявляется в результате увеличения интенсивности загрязнения окружающей среды обычными для данной урбанизированной территории агентами или временным появлением новых поллютантов. Ответом на это может быть повышение общей заболеваемости и смертности населения, усиление физиологических и биохимических сдвигов неспецифического характера в организме. Острое воздействие имеет место и при аварийных ситуациях. Хроническое действие делят на хроническое неспецифическое и хроническое специфическое. Первое является провоцирующим и представляет собой длительное воздействие на организм человека стресс-факторов малой интенсивности. Его характерной чертой является снижение защитных сил организма, и в первую очередь иммунитета и сопровождается ростом общей заболеваемости населения. При хроническом специфическом действии поллютантов играет роль этиологический (причинный) фактор. Таких агентов немного, но их действие всегда приводит к конкретным заболеваниям.

Гигиеническая регламентация вредных веществ

В связи с особенностями действия на организм человека различных химических веществ особое значение приобретает законодательная регламентация предельно допустимой концентрации (ПДК) вредных веществ, содержащихся в атмосферном воздухе, воде, почве, в пищевых продуктах. ПДК имеет два периода осреднения - максимально разовая и среднесуточная.

Часто вместо ПДК используется другой государственный норматив - ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ). Он, в отличие от ПДК, является временным и расчетным параметром. В основе установления регламентов лежит принцип пороговости, который означает, что для каждого агента, который вызывает те или иные негативные эффекты в организме, существуют дозы (концентрации), при которых изменения функций организма будут минимальными (предельными). Однако, из-за того, что некоторые вещества не имеют предельного уровня воздействия, принцип пороговости не универсален.

Максимально разовая ПДК (ПДКМ.Р.) загрязняющего атмосферу вещества -это максимальная 20-30-минутная концентрация загрязняющего вещества, при воздействии которой у человека не возникают рефлекторные реакции (задержка дыхания, изменение биопотенциалов головного мозга, ощущение запаха, раздражение слизистых оболочек и т.д. ), а при регламентированной частоте повторных воздействий (не менее 99% случаев) не развиваются подострые эффекты неспецифического и специфического характера (увеличение обращений за медицинской помощью по поводу обострения заболеваний легких, сердца и других хронических заболеваний).

Современное состояние человека как биологического вида характеризуется еще целым рядом медико-биологических тенденций, связанных с изменениями в окружающей человека среды: рост близорукости и кариеса зубов у школьников, рост удельного веса хронических заболеваний, появление ранее неизвестных болезней – производных научно-технического прогресса. Эти болезни является результатом влияния антропогенно-экологических факторов.

В таблице приведен перечень факторов окружающей среды, способствующих возникновению и распространению некоторых групп болезней.

Таблица – Взаємозв’язок несприятливих факторів навколишнього природного середовища (НПС) і захворювань людини

№ зп	Хвороби	Несприятливі фактори НПС, що спричиняють захворювання
1	2	3
1	Злоякісні новотвори (рак)	Забруднення повітря канцерогенами Забруднення їжі й питної води нітратами й нітритами, пестицидами й іншими канцерогенами Ендемічність місцевості за мікроелементами Несприятливий склад й жорсткість питної води Іонізуюча радіація
2	Психічні розлади	Сумарний рівень забруднення повітря хімічними речовинами Шум Електромагнітні поля Забруднення середовища отрутохімікатами
3	Патологія вагітності, уроджені аномалії	Забруднення повітря хімічними речовинами Електромагнітні поля Забруднення навколишнього середовища Шум Недолік або надлишок мікроелементів у продуктах харчування й питній воді Іонізуюча радіація
4.	Хвороби системи кровообігу (серце, судини)	Сумарний індекс забруднення повітря хімічними речовинами Шум Електромагнітні поля Склад питної води (надлишок хлоридів, нітратів, підвищена жорсткість) Ендемічність території за мікроелементами (Са, Mg, Сu тощо) Забруднення продуктів харчування пестицидами Клімат: швидкість зміни погоди, кількість днів з опадами, перепади атмосферного тиску
5.	Хвороби органів дихання	Забруднення повітря хімічними речовинами (особливо оксидами вуглецю й сірки) і пилом Клімат: швидкість зміни погоди, вологість, вітер Соціальні умови: житло, матеріальний рівень родини Забруднення повітряного середовища пестицидами
6.	Хвороби органів травлення	Забруднення продуктів харчування й питної води ядохімікатами Ендемічність місцевості за мікроелементами Соціальні умови, матеріальний рівень, житлові умови Забруднення повітря хімічними речовинами (особливо диоксидом сірки) Несприятливий сольовий склад питної води, підвищена її жосткість
7.	Хвороби ендокринної системи	Шум Забруднення повітря, особливо оксидом вуглецю Ендемічність території за мікроелементами Забруднення солями важких металів Рівень інсоляції Електромагнітні поля Надмірна жорсткість питної води
8.	Хвороби крові	Ендемічність території за мікроелементами, особливо хрому, кобальту, заліза Електромагнітні поля Забруднення питної води нітратами й нітритами, пестицидами
9.	Хвороби сечостатевих органів	Недолік або надлишок мікроелементів Забруднення атмосферного повітря Склад і жорсткість питної води

Среднесуточная ПДК (ПДКС.Д.) – максимальная средняя за сутки концентрация, при воздействии которой не развиваются вышеупомянутые подострые неспецифические эффекты, а при регламентированной частоте повторных воздействий (не менее 99% случаев) не развиваются хронические, общетоксические или специфические эффекты.

Вследствие различных воздействий на человека (физические, химические, биологические и социальные факторы) в организме могут возникнуть разнообразные изменения.

Главными из возможных преобразований в организме могут быть:

• тератогенез (пороки индивидуального развития, а также увечья);

• мутационный процесс в гаметах или соматических клетках;

• онкогенез, или развитие злокачественных образований;

• ингибирование (замедление) или стимулирование биологической продуктивности;

• некроз (омертвение) тканей;

• токсикоз.

Эти изменения могут возникать отдельно или в различных сочетаниях друг с другом. Например, тератогенез (от греч teras - чудовище, урод) - формирование аномалий у организмов в процессе эмбрионального развития, обусловленных различными факторами (генетические, действие химических веществ, алкоголь, курение и т.п.).

Все случаи тератогенеза в результате воздействия загрязнителей среды могут быть объединены в три группы:

- не связанные с изменением генотипа организма;

-связанные с изменением генотипа какой-либо части клеток организма;

-связанные с изменением генотипа организма в целом.

Подчеркнем, что в принципе тератогенным может быть любой природный фактор, если интенсивность его воздействия оказывается более оптимальной.

Среди тератогенов известным является никотин. У женщины, которая курит или даже пассивно вдыхает табачный дым, никотин постоянно накапливается и концентрируется в яйцеклетке. После оплодотворения яйцеклетки никотин нарушает нормальное развитие плода. Поэтому ученые считают, что женщина-курильщик практически не имеет шансов родить здорового малыша.

Неумелое использование в США и некоторых других странах препарата талидомида для снятия неприятных ощущений у беременных женщин, что вместо этого привел к аномалиям развития эмбрионов, усилило внимание к проблеме эмбриотропных последствий загрязнения окружающей среды. Среди физических факторов, вызывающих нарушения развития плода, на первое место претендуют ионизирующее излучение. При этом дозы, применяемые при рентгенодиагностике, часто оказываются эмбриотропными, у детей, матери которых неоднократно облучались во время беременности наблюдались злокачественные опухоли и другие аномалии. Негативно влияют на развитие плода и неионизирующие электромагнитные излучения диапазонов радиочастот (сверхвысокочастотное поле в промышленности, радиолокационные станции, телевизионные центры). Статистический анализ младенцев в местностях, расположенных вокруг крупных аэропортов (Япония), подтвердил отрицательное воздействие шума на развитие плода. Ряд специалистов отмечают эмбриотропным действие вибрации, а также негативные последствия комплексного действия вибрации, шума, ускорения, кислородного голодания на развитие плода у стюардесс. Рождение в мире большого количества недоношенных детей, а значит, физически незрелых - показатель крайне неблагоприятного состояния среды обитания человека. Оно связано с нарушениями в генетическом аппарате.

Страшным и практически неизлечимым является онкологическая заболеваемость и смертность - одна из наиболее показательных медицинских тенденций неблагополучия в данном городе или, например, в зараженной радиацией сельской местности. Эти заболевания вызваны злокачественными опухолями. Опухоли (от греч. Onkos) - новообразования, избыточные патологические разрастания тканей. Они могут быть доброкачественные (уплотнительные, раздвигающие окружающие ткани,) и злокачественные (прорастающие в окружающие ткани и разрушающие их).Разрушая сосуды, они попадают в кровь и разносятся по всему организму, образуя так называемые метастазы. Доброкачественные опухоли метастаз не образуют. Развитие злокачественных опухолей, то есть заболевания раком, может возникнуть в результате длительного контакта с определенными веществами: рак легких у рудокопов урановых рудников, рак кожи у трубочистов. Это заболевание вызывается определенными веществами, называемыми канцерогенными.

Среди физических факторов и химических веществ, поступающих в биосферу как загрязнители опасными являются канцерогены, которые способны вызвать в живых организмах злокачественные новообразования (рак).

Канцерогенные вещества (от греч. – Порождающие рак), или просто канцерогены – химические соединения, способные вызывать злокачественные и доброкачественные новообразования в организме при воздействии на него.

Их известно несколько сотен. По характеру действия они разделяются на три группы:

• местного действия;

• органотропные, затрагивающие определенные органы;

• множественного действия, вызывающие опухоли в различных органах.

Многие канцерогенных веществ содержатся в загрязненном промышленными выбросами воздухе, в табачном дыме и т.д. К физическим канцерогенным факторам внешней среды относят УФ-лучи в больших дозах, рентгеновские лучи, радиоактивные изотопы и другие виды радиоактивного загрязнения природной среды. Наиболее сильным химическим канцерогеном ныне признается бенз (а) пирен. Это соединение образуется при сгорании угля, нефти, сланцев в отопительных системах промышленного и бытового назначения, а также в процессах перегонки указанных топлив. С дымовыми газами канцероген в итоге поступает в биосферу. Образуются канцерогены и в воде, если она была чрезмерно хлорированная.

Кроме канцерогенных веществ появление опухоли могут вызвать еще и вирусы. Кроме человека и животных опухоли поражают и растения. Они могут быть вызваны грибами, бактериями, вирусами, насекомыми, действием низких температур. Они образуются на всех частях и органах растений. Рак корневой системы приводит к их преждевременной гибели.

В экономически развитых странах смертность от рака стоит на втором месте после сердечно-сосудистых заболеваний. Исследования показывают зависимость между раковыми заболеваниями и экологической ситуацией, т.е. качеством окружающей среды. Вообще рак надо рассматривать как результат разбалансировки организма, и поэтому вызвать его может любой фактор среды или их комплекс, способный привести организм в разбалансированное состояние. Например, вследствие превышения верхней предельной концентрации загрязнителей воздуха, питьевой воды, токсичных химических элементов в рационе питания и т.д., то есть тогда, когда нормальная регуляция функций организма становится невозможной.