Экологическая медицина 2 коллок теория шпоры

1. тема

Роль генетических факторов в возникновении экологически зависимой патологии человека. Наследственными заболеваниями являются те патологические состояния, в этиологии которых ведущую роль играет генетический компонент. Все патологические состояния разделяются на моногенные (монофакторные) наследственные заболевания (менделирующие), для которых определяющим фактором являются генетические нарушения, и полигенные (или мультифакториальные) заболевания, в этиологии которых основное значение принадлежит различным факторам экзогенной природы. Генетические факторы играют одну из ключевых ролей в возникновении и распространении в популяции патологических процессов и состоянии. Множество заболеваний развиваются в результате влияния внешних повреждающих факторов на фоне наследственной предрасположенности. Существует также и третья группа заболеваний, в этиологии которых решающая роль принадлежит различным экзогенным факторам (например, инфекции или травмы). При этих заболеваниях роль генотипа ограничена регулированием степени восприимчивости организма, эффективностью иммунного ответа и возможностями адаптационно-компенсаторных реакций в ответ на внешнее воздействие. Из приведенной классификации генетических заболеваний видно, что около 10% всех форм патологических состояний являются монофакторными болезнями, причина которых исключительно генетическая — поломки на генном или хромосомальном уровне. Функциональная единица наследственности — ген. Через половые клетки родителей передаются не признаки, а информация о них. Первичное действие генов состоит в том, что они программируют биосинтез ферментов по принципу «один ген — один фермент».Ферментные системы контролируются соответствующими комплексами генов и изменения (мутации) в них гена влекут за собой цепи процессов — изменяется или выпадает фермент, что приводит к выпадению соответствующей ступени метаболической реакции и, как следствие, к изменению или нарушению развития отдельных признаков организма, т. е. развитие наследственных признаков идет по схеме «ген — фермент — биохимическая реакция — признак». Для моногенных заболеваний характерно проявление признака в альтернативной форме: есть генетическая поломка — есть болезнь, например фенилкетонурия (ФКУ), нет поломки (дефекта генома) — нет болезни. ПАТОЛОГИЯ – в широком смысле - изучение болезни с целью понимания ее причин и применения полученного знания к лечению больного.

Мутагенные факторы окружающей среды Мутагены – факторы, вызывающие наследственные изменения – мутации. Мутагенами могут быть различные факторы, вызывающие изменения в структуре и количестве хромосом. По происхождению мутагены классифицируют на эндогенные, образующиеся в процессе жизнедеятельности организма и экзогенные – все прочие факторы, в том числе и условия окружающей среды. По природе возникновения мутагены классифицируют на физические, химические и биологические. Физические мутагены: ионизирующее излучение; радиоактивный распад; ультрафиолетовое излучение; чрезмерно высокая или низкая температура. Химические мутагены: некоторые алкалоиды (колхицин – один из самых распространенных в селекции мутагенов); окислители и восстановители (нитраты, нитриты, активные формы кислорода); алкилирующие агенты; нитропроизводные мочевины; некоторые пестициды; некоторые пищевые добавки (ароматические углеводороды, цикламаты); продукты перерабоки нефти; органические растворители; лекарственные препараты (цитостатики, иммунодепрессанты).К химическим мутагенам условно можно отнести и ряд врусов (мутагенным фактором вирусов являются их нуклеиновые кислоты – ДНК или РНК) Химические мутагены должны обладать следующими качествами:• высокой проникающей способностью; • свойством изменять коллоидное состояние хромосом; • определенным действием на состояние хромосомы или гена. Биологические мутагены: специфические последовательности ДНК (транспозоны); некоторые вирусы (вирус кори, краснухи, гриппа); продукты обмена веществ (продукты окисления липидов); антигены некоторых микроорганизмов. Для обоснования введения законодательных документов, направленных на проверку факторов среды на мутагенность, необходимо социально-экономическое понимание их эффективности. Принимая во внимание тот факт, что для большинства химических мутагенов (если не для всех) отсутствует порог действия, можно полагать, что предельно допустимой «генетически-повреждающей» концентрации для химических мутагенов, как и дозы физических факторов, существовать не должно. При оценке опасности мутагенеза, возникающего под влиянием факторов внешней среды, необходимо учитывать существование естественных антимутагенов (например, в пище). В активации и инактивации мутагенов большую роль играют свободные радикалы, цитохром р-450, супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионтрансфераза. Антимутагены способствуют устранению спонтанных и индуцированных повреждений ДНК. Социальные и эволюционные последствия искусственного антимутагенеза: применение искусственных мутагенов может изменить скорость спонтанного мутирования в соматических клетках, в частности в иммунокомпетентных клетках.

Генные и хромосомные мутации их характеристика: Генные (точковые) мутации - это изменения числа и/или последовательности нуклеотидов в структуре ДНК (вставки, выпадения, перемещения, замещения нуклеотидов) в пределах отдельных генов, приводящие к изменению количества или качества соответствующих белковых продуктов. Замены оснований приводят к появлению трех типов мутантных кодонов: с измененным смыслом (миссенс-мутации), с неизмененным смыслом (нейтральные мутации) и бессмысленных, или терминирующих кодонов (нонсенс-мутации). Выделяют три группы подобных изменений. Мутации первой группы заключаются в замене одних оснований другими (около 20 % спонтанно возникающих генных изменений). Вторая группа мутаций обусловлена сдвигом рамки считывания, происходящим при изменении количества нуклеотидных пар в составе гена. Третья группа - мутации, связанные с изменением порядка нуклеотидных последовательностей в пределах гена. Мутации по типу замены азотистых оснований происходят в силу следующих причин. 1. может происходить случайное или под действием химических агентов, изменение структуры основания, уже включенного в спираль ДНК. Если такая измененная форма основания остается незамеченной ферментами репарации, то при ближайшем цикле репликации она может присоединить к себе другой нуклеотид. 2. ошибочное включение в синтезируемую цепь ДНК нуклеотида, несущего химически измененную форму основания или его аналог. Таким образом, изменение структуры ДНК по типу замены оснований происходит до или в процессе репликации первоначально в одной полинуклеотидной цепи. Следствием замены одной пары комплементарных нуклеотидов на другую является образование нового триплета в нуклеотидной последовательности ДНК, отличного от предыдущего. В зависимости от характера и места случившейся замены специфические свойства белка изменяются в разной степени, в ряде случаев существенно. Хромосомные мутации – (или аберрации) – изменения в структуре хромосом. Под влиянием различных воздействий физико-химическая и морфологическая структура хромосом может изменяться. В основе изменения структуры хромосом, как правило, лежит первоначальное нарушение ее целостности - разрывы, которые, сопровождаются различными перестройками, называемые хромосомные мутации или аберрации. Разрывы хромосом происходят закономерно в ходе кроссинговера, когда они сопровождаются обменом соответствующими участками между гомологичными хромосомами. Нарушение кроссинговера приводит к появлению новых групп сцепления, где отдельные участки выпадают - делеция - или удваиваются - дупликация. При таких перестройках меняется число генов в группе сцепления. Разрывы хромосом могут возникать так же под действием различных внешних факторов, чаще физических (например, ионизирующее излучение), некоторых химических соединений, вирусов. Нарушение целостности хромосом может сопровождаться поворотом ее участка, находящегося между разрывами, на 180° - инверсия. Фрагмент хромосомы, отделившийся от нее при разрыве, может прикрепиться к другой хромосоме - транслокация. Нередко две поврежденные негомологичные хромосомы взаимно обмениваются оторвавшимися участками - реципрокная транслокация. Возможно присоединение фрагмента к своей же хромосоме, но в другом месте - транспозиция. Особую категорию хромосомных мутаций представляют аберрации, связанные со слиянием или разделением хромосом, когда две негомологичные структуры объединяются в одну - робертсоновская транслокация, или одна хромосома образует две самостоятельные хромосомы. При таких мутациях не только изменяется морфология хромосом, но и изменяется их количество в кариотипе. Последнее можно рассматривать как геномную мутацию. При повреждении механизма распределения гомологичных хромосом клетка остается неразделившейся, и тогда образуются диплоидные гаметы. Оплодотворение таких гамет приводит к образованию триплоидных зигот, то есть происходит увеличение числа наборов хромосом - полиплоидия. Любые мутационные изменения в наследственном материале гамет - генеративные мутации - становятся достоянием следующего поколения, если такие гаметы участвуют в оплодотворении.

Соматические мутации их характеристика. Соматические мутации - мутации в клетках тела (не гаметах). Если изменяются гены в соматических клетках, то мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Однако при бесполом размножении, если организм развивается из клетки или группы клеток, имеющих мутировавший ген, мутации могут передаваться потомству. Такие мутации называются соматическими. Соматические мутации обуславливают мозаичность организма, т.е. образование в нем отдельных участков тела, тканей или клеток с отличным от остальных набором хромосом или генов. В клетках развивающегося организма могут возникать соматические мутации всех тех типов, которые наблюдаются в половых клетках: умножения хромосомного набора в целом в результате нормального деления хромосом без последующего деления ядра и клетки (полиплоидия); трисомии и моносомии различных хромосом в результате отхождения двух дочерних хромосом к одному полюсу (вместо расхождения их к разным полюсам); потери хромосомы в одной из дочерних клеток в результате ее задержки в зоне экваториальной пластинки при делении и т.д. В соматических клетках с той или иной частотой имеют место инверсии (перевороты), делеции (утраты) и транслокации (перестановки) участков хромосом, а также мутации отдельных генов. Чем раньше в процессе развития организма возникают соматические мутации, тем большее количество клеток-потомков ее унаследует при условии, что мутация не убивает клетку-носительницу и не снижает темпов ее размножения. Например, окраска радужной оболочки глаза – белый или карий сегменты на голубой радужке – обусловлены соматической мутацией. Генные соматические мутации проявляются относительно редко, т.к. в подавляющем большинстве случаев функция мутантного гена или выпавшего участка хромосомы компенсируется наличием нормального гомологичного гена или нормального участка в партнере – гомологе мутантной хромосомы. Проявление некоторых соматических мутаций подавляется соседством нормальной ткани. Наконец, соматическая мутация может не проявиться в силу того, что в данной ткани соответствующий участок хромосомы неактивен. Соматические мутации обуславливают генотипическое разнообразие тканей, часто не передаются по наследству и ограниченные тем индивидуумом, в котором они возникли. Соматические мутации возникают в диплоидных клетках, поэтому проявляется только при доминантных генах или при рецессивных, но в гомозиготном состоянии.

РЕПАРАЦИЯ ДНК. При нормальном биосинтезе ДНК либо под действием различных агентов в самой ДНК могут возникать повреждения. Многие из них исправляются с помощью особых репарирующих ферментов. РЕПАРАЦИЯ– свойственный клеткам всех организмов процесс восстановления природной структуры ДНК, поврежденный при нормальном биосинтезе ДНК в клетке, а также физическими и химическими агентами. Механизм репарации основан на том, что каждая молекула ДНК содержит два полных набора генетической информации, записанной в комплементарных друг другу полинуклеотидных нитях. Это обеспечивает сохранение в одной нити неискаженной информации, даже если другая повреждена, и дает возможность по неповрежденной нити исправить дефект. Первоначально способность к репарации была обнаружена у бактерий, подвергающихся воздействию ультрафиолетовых лучей (УФЛ). В результате облучения целостность молекул ДНК нарушается, в ней возникают димеры – сцепленные между собой соседние пиримидиновые основания. Это могут быть димеры тимина, тимина с цитозином и др. Однако облученные клетки на свету выживают лучше, чем в темноте. Было показано, что на свету в них происходит световая репарация (фотореактивация). Она осуществляется специальным ферментом, активизирующимся квантами видимого света. Фермент соединяется с поврежденной ДНК, разъединяет возникшие в димерах связи и восстанавливает целостность нити ДНК. Позднее у клеток было обнаружено свойство ликвидировать повреждения в ДНК без участия видимого света (эксцизионная или темповая репарация). При эксцизионной репарации устраняются повреждения, появившиеся под влиянием ионизирующей радиации, химических веществ и других факторов. Она протекает в несколько этапов при участии разных ферментов. Первый фермент (эндонуклеаз), опознав повреждение, подрезает вблизи него нить ДНК. Другой фермент (эндонуклеаза или экзонуклеаза) делает в этой нити второй надрез, иссекая поврежденный участок. Третий фермент (экзонуклеаза) значительно расширяет образовавшуюся брешь, отсекая десятки или сотни нуклеотидов. Четвертый фермент (ДНК-полимераза) застраивает брешь в соответствии с порядком нуклеотидов во второй (неповрежденной) нити ДНК. Пятый фермент (лигаза) сшивает нуклеотиды. Пострепликативная репарация осуществляется путем рекомендации (обмена фрагментами) между двумя вновь образовавшими двойными спиралями ДНК. Примером такой репарации может служить восстановление нормальной структуры ДНК при возникновении тиминовых димеров (Т-Т), когда они устраняются самопроизвольно под действием видимого света. В клетке, несмотря на осуществляемую репарацию, количество повреждений структуры ДНК остается высоким, в ней блокируются процессы репликации ДНК. Клетка перестает делиться, благодаря чему не передает возникшие изменения потомству. Совместные действия ферментов репликации и репарации обеспечивают низкую частоту ошибок в молекуле ДНК.

Методы изучения и оценки воздействия мутагенных факторов среды обитания на здоровье. Основы медико-генетического консультирования при мутагенных воздействиях состоят из нескольких позиций. 1. Частота индуцированных мутаций в зародышевых клетках зависит от стадии клеточного цикла. Поэтому при консультировании в каждом случае желательно найти ответ на вопрос: в какой дозе и на каких стадиях клеточного цикла зародышевые клетки подвергались мутагенному воздействию. 2. При медико-генетическом консультировании приходится оценивать воздействие не одного, а нескольких мутагенных факторов. Комбинированное действие мутагенов может вести к аддитивным, синергическим и защитным эффектам. 3. При оценке риска мутагенных воздействий необходимо принимать во внимание разницу в динамике сперматогенеза и оогенеза у человека. Все яйцеклетки от первичной закладки до активации их созревания находятся в состоянии покоя. Оогенез протекает в короткий промежуток времени перед овуляцией. Таким образом яйцеклетка аккумулирует любые мутации на протяжении всего периода от эмбриональной закладки до овуляции. Сперматогенез - более динамичная система, чем оогенез. Полное обновление спермиогенного эпителия происходит каждые 2-3 месяца, в результате чего элиминируется большая часть хромосомных и геномных мутаций. Первичные же сперматогонии могут аккумулировать индуцированные генные мутации на протяжении всей жизни. В результате многократного обновления вероятность ошибочной репликации увеличивается. 4. При консультировании необходимо оценивать суммарный риск, который складывается из «прибавки» доли риска от мутагенного воздействия к имеющемуся риску у данной супружеской пары. Наличие больного ребенка в семье, установление гетерозиготности у родителей не изменяют степени дополнительного риска мутагенного воздействия. Она определяется в соответствии с теорией вероятности. 5. Риск мутагенных воздействий может быть индивидуальным и популяционным. Необходимость введения понятий о двух типах риска обусловлена тем, что одна и та же величина мутационного риска может быть несущественной для конкретного индивида, а в популяциях эффект будет выраженным и отягощающим. Медико-генетическое консультирование в случае мутагенных воздействий на родителей - это оценка риска рождения больного ребенка в семье, которую осуществляет врач-генетик. Устранение мутагенных факторов из среды человека - это задача гигиенистов, решаемая с привлечением специфических методов и подходов. Практический врач-генетик при медико-генетическом консультировании должен определить величину дополнительного риска наследственной патологии в потомстве от мутагенного воздействия, оценить общий риск и дать рекомендации супругам. С общебиологической точки зрения, реакции человека как биологического вида на новые экологические условия могут выражаться следующим образом: 1) дифференциальная смертность или плодовитость в популяции в целом или для специфических генотипов (отбор); 2) изменение экспрессии генов (экогенетические реакции); 3) повреждение наследственности на всех уровнях ее организации (тератогенез, онкогенез, мутагенез). Весь этот комплекс биологических реакций в динамическом популяционном равновесии необходимо прогнозировать в связи с изменениями окружающей среды. Естественно, что в конечном счете это не должно ограничиваться человеческой популяцией, а распространяться на всю биосферу.

2. тема

Характеристика внутренней среды помещений. Современный человек до 90 % своего времени проводит в условиях внутренней, искусственной замкнутой среды помещений жилых, общественных, административных, учебных, спортивных и других зданий, по своим параметрам существенно отличающейся от наружной городской среды. Характерной особенностью внутренней среды является ее многокомпонентность и многофакторность влияния на человека. Внутреннюю среду помещений характеризуют жилая площадь, высота потолков, воздушный куб, микроклимат, инсоляция, химические, физические и биологические факторы воздушной среды, оборудование, отделочные материалы. Особую актуальность представляет воздух жилых и общественных зданий. Он представляет динамичную своеобразную комбинацию химических соединений, как проникающих снаружи в воздушную среду жилища, так и образующихся внутри самого жилища. Человек в жилище подвергается воздействию большинства известных химических, физических и биологических факторов воздуха в различных сочетаниях и комбинациях. Для этих факторов характерно хроническое действие с малой интенсивностью и высокой степенью экспозиции. В большинстве случаев факторы не являются непосредственной причиной возникновения и развития средовых болезней, а вызывают неспецифические предпатологические состояния, осложняют течение хронических заболеваний и затягивают выздоровление. Однако отдельные факторы или их совокупность в условиях внутренней среды могут являться прямыми этиологическими факторами развития аллергических, онкологических и неврологических заболеваний. Различают внешнее и внутреннее загрязнение воздуха помещений. Недостаточная вентиляционная способность вместе с применением синтетических строительных материалов для изготовления мебели, покрытий для стен и полов, увеличением числа механизмов и аппаратуры создали проблему воздушного внутреннего загрязнения.

Внутреннее загрязнение жилых помещений является существенным источником воздействия на организм человека, за счет его образуется около 60 % загрязнителей. Загрязнение воздушной среды жилых и общественных зданий зависит от уровня и характера загрязнения наружного воздуха, степени насыщенности помещений полимерными материалами и средствами бытовой химии, наличия газовых приборов, количества находящихся в помещении людей и длительности их пребывания, срока эксплуатации зданий, температуры воздушной среды, кратности воздухообмена. Воздух жилых помещений содержит до сотни веществ различных химических классов, нередко в 2 - 10 раз превышающих концентрации их в атмосферном воздухе. К внутренним загрязнителям относятся соединения, выделяющиеся из строительных конструкций зданий и почвы под ними, продукты деструкции полимерных материалов, использованных в строительстве и при отделке помещений, продукты неполного сгорания бытового газа, антропотоксины, выделяющиеся в процессе жизнедеятельности человека, продукты, образующиеся при курении табака, вещества, образующиеся при приготовлении пищи, вещества, выделяющиеся из средств бытовой химии, применяющиеся в быту пестициды, соединения, образующиеся в процессе индивидуальной трудовой деятельности, вещества, загрязняющие обувь и верхнюю одежду, в первую очередь рабочую, сероводород, радон и другие летучие вещества, содержащиеся в водопроводной воде. Внешнее загрязнение включает загрязнители физической природы (шум, пыль), химической природы (оксиды серы, азота, углерода, фотооксиданты, продукты выхлопных газов автомобилей) и биологической природы (пыльца растений, споры грибов).

Медицинское значение химических загрязнителей внутренней среды помещений. Самым мощным загрязняющим химическим компонентом закрытых помещений является табачный дым. В процессе горения табака возникает около тысячи различных химических соединений, которые относятся к гемоглобинсвязывающим, канцерогенным, радиоактивным соединениям, промоторам опухолей. Основной путь попадания продуктов горения табака связан с затягиванием курильщиком табачного дыма. Температура тлеющего табака повышается до 900⁰С, что способствует более полному процессу сгорания и попаданию в организм 3-5 % оксида углерода, 8-11 % диоксида углерода и 12-16 % кислорода. Косвенный источник загрязнения воздуха связан с процессом тления сигареты при 600⁰С и поступлению в организм около 1 % оксида углерода, 2 % диоксида углерода и 16 -20% кислорода.Главный токсичный компонент табачного дыма – никотин повышает артериальное давление, вызывает сокращение сосудов, тахикардию, распад жира и гликогена, увеличение сенсорной чувствительности, увеличение частоты дыхания. Ряд других продуктов сгорания табака (формальдегид, бензпирен, радиоактивные соединения) обладают канцерогенным действием.Особенно опасно курение во время беременности. Вредное влияние оказывает табачный дым на детей, находящихся в помещении, где курят взрослые. Дети курящих родителей в течение первого года жизни в 2 раза чаще болеют бронхитами, воспалением легких и другими заболеваниями дыхательной системы. У них нарушается усвоение сахара, затрудняется снабжение тканей кислородом, ухудшается сон. Такие дети отстают в физическом и умственном развитии. В организме «пассивных курильщиков» после пребывания в накуренном и не проветренном помещении определяется значительная концентрация никотина, отмечается большой риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и рака легких. В настоящее время одним из наиболее значимых источников загрязнения внутренней среды химическими веществами являются полимерные материалы. Полимерные материалы повсеместно применяются для гидроизоляции, теплоизоляции и герметизации, покрытия полов, отделки стен, изготовления оконных блоков и дверей, изготовления древесно-стружечных плит, ковров, линолеума, лакокрасочных покрытий, синтетических клеев, шпатлевки и др. У людей под воздействием выделяющихся из полимерных материалов веществ отмечаются жалобы на головные боли, общее плохое самочувствие, хроническую усталость, чувство удушья и другие симптомы, имеющие, как правило, неспецифический характер. Хроническое действие загрязняющих воздух помещений веществ, даже в малых концентрациях, способствует снижению иммунного статуса организма, может служить причиной развития аллергических заболеваний. Антропотоксины – обобщенное название соединений, являющихся продуктами жизнедеятельности человека. В настоящее время известно около 400 таких соединений, поступающих с выдыхаемым воздухом и с поверхности тела человека в воздушную среду жилых и общественных помещений. Антропотоксины относятся к высокоопасным (диметил- и диэтиламин, сероводород, бензол, индол, меркаптан), умеренно опасным (фенол, аммиак, органические кислоты, метанол, метилстирол, винилацетат), малоопасным веществам (ацетон, метилэтилкетон, бутан, метил- и бутилацетат).В обычных условиях эксплуатации жилых и общественных зданий антропотоксины, как правило, не вызывают ухудшение самочувствия человека. Вместе с тем при повышении концентрации антропотоксинов отрицательное действие начинает проявляться уже через 2-4 ч пребывания людей в помещениях, а на фоне загрязнения табачным дымом значительно раньше. Природный газ и продукты его сгорания – источник множества загрязнителей. К ним относятся соединения, которые непосредственно присутствуют в газе (одоранты, газообразные углеводороды, ядовитые металлоорганические комплексы, радиоактивный газ радон), и продукты неполного сгорания (оксид углерода, диоксид азота, аэрозольные органические частицы, полициклические ароматические углеводороды, летучие органические соединения). Одоранты, которые добавляются к природному газу с целью обнаружения его при утечках, даже в подпороговых концентрациях могут вызвать тошноту и головные боли. Летучие органические соединения способны индуцировать совместно с другими компонентами множественную химическую чувствительность. Полициклические ароматические углеводороды оказывают неблагоприятное влияние на дыхательную систему, являются канцерогенами и способны приводить к хронической интоксикации у чувствительных людей. Диоксид азота может индуцировать воспаление легочной системы и уменьшение жизненной функции легких, астмаподобные признаки, снижение резистентности к бактериальным заболеваниям легких, развитие аллергических реакций на другие компоненты. Сероводород в незначительном количестве в воздухе жилого помещения приводит к раздражению глаз, носоглотки. Умеренные уровни вызывают головную боль, головокружение, кашель и затруднение дыхания, высокие уровни приводят к шоку, конвульсиям, коматозному состоянию, заканчивающемуся смертью. Загрязннение воздушной среды помещений формальдегидом приводит к раздражению глаз, раздражению дыхательных путей; асбестом приводит к пневмокониозу, мезотелиоме плевры и брюшины, злокачественным опухолям легких; фенолом вызывает ринит и конъюнктивит.