ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ Попова Е

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Попова Е.В., Эдокова Г.И.
Кафедра анатомии, физиологии человека и животных ГАГУ
Стабильность химического состава является одним из важнейших и
обязательных
условий
нормального
функционирования
организма.
Соответственно, отклонения в содержании химических элементов, вызванные
внешними (экология, профессия, климат, питание) или внутренними
(заболевания, особые состояния) факторами приводят к широкому спектру
нарушений в состоянии здоровья. Поэтому выявление и оценка отклонений в
обмене макро- и микроэлементов, а также их коррекция являются
перспективным направлением современной медицины, позволяющим подойти к
решению ряда теоретических и, особенно, практических вопросов,
существенно влияющих на показатели здоровья населения регионов России,
резко отличающихся по уровню экономического и социального развития,
климатогеографическими, биогеохимическими условиями [1]. Высокий
динамизм социально-экономических, экологических условий жизни населения,
огромное разнообразие новых фармакологических и парафармакологических
средств, продуктов питания, обрушившееся на жителей России в последнее
десятилетие, несомненно, привели к значительным сдвигам в их элементном
«портрете».
Химические элементы распространены в окружающей среде очень
неравномерно. Обращает на себя внимание огромное содержание таких
микроэлементов (по отношению к человеческому организму) как Si, Al, Fе, Zr,
Mu, Zn, а также макроэлементов К, Са и других в земной коре (верхней
литосфере) и их небольшие концентрации в пресной, морской воде, атмосфере.
Однако в биосфере происходит накопление многих из этих элементов, их
концентрирование, что свидетельствует о высокой потребности в этих
элементах для осуществления процессов жизнедеятельности.
В биосфере концентрируются такие химические элементы, как О, К, S, С,
Р, Сl, N, Sn, Аs, относительно высокое содержание Са, В, Zn, Ва, Sr, Rb, Сu, Рb.
В связи с различными средами обитания существенно различаются
концентрации химических элементов в морских и наземных растениях и
животных.
Так, в «дарах моря» растительного и животного происхождения
сконцентрированы такие элементы, как Са, К, Na, Мg, S, Сl, О, Zn, Сu, Мu, Fе,
J, Ni, Тi, Sr, Zг, Сг, Li, В, Lа.
«Дары природы», предоставляемые человеку на суше, в целом менее
богаты макро- и микроэлементами, хотя здесь следует выделить N, С, F, а также
Мn, Аl, содержание последних в наземных растениях выше, чем в морских в 10
раз.
Наземные растения являются основным источником такого важного
микроэлемента, как Мn, а морские – Са, Fе, Zг, Si, Li, J.
Представители наземной фауны служат основным резервом для
обеспечения человека Р, N, Н, т.е. макроэлементами и чрезвычайно бедны Сг, V,
Мn (элементы, принимающие активное участие в регуляции углеводного и
жирового обмена, толерантности к глюкозе), в меньшей степени другими
микроэлементами.
В свою очередь, представители морской фауны накапливают в себе
повышенные количества Zn, Со, Сu.
Таким образом, поступление химических элементов с пищей может
существенно различаться в зависимости от режима питания, доступности,
например, морепродуктов для широких слоев населения. Все это не может не
сказываться на суточном балансе элементов человека.
Таким образом, в основном химические элементы поступают в организм
человека с пищевой водой и пищей. Исключение составляет только Si, большие
количество которого могут попадать в организм ингаляционным путем в виде
пыли, песка, содержащих соединения этого элемента (SiO2, Si2O3 и др.).
В приморских районах и на небольших островах в виде аэрозолей и
испарений в организм могут попадать существенные количества J.
Выделение же химических элементов происходит более разнообразными
путями.
Так, с мочой преимущественно выделяется Se, Fе, J, Со, Cd, В, Вг, Gе, Мо,
Nb, Rb, Сs, Те, Sb. С потом - Sе, много F, Рb, Sn, Ni. С волосами – Нg.
И все же основные количества химических элементов элиминируются из
организма с калом.
Выявляется следующая закономерность: анионы (J, F, Sе, Сl)
относительно легко абсорбируются (70-95%) и их гомеостаз регулируется в
основном за счет выделения через мочевыделительные пути; катионы –
микроэлементы (Сг, Zn, V, Мn и др.) абсорбируются значительно хуже и их
гомеостаз регулируется в основном за счет выделения через желудочнокишечный тракт (ЖКТ). Катионы нуждаются в специфических путях абсорбции
и в их гомеостазе принимает ЖКТ и желчная секреция. Многие микроэлементы
лучше усваиваются в виде органических комплексов (аспарагинаты, глутаматы,
цитраты, ацетаты, глюконаты металлов).
Минеральные вещества могут взаимодействовать как между собой, так и
с другими питательными веществами и другими факторами. Это взаимное
влияние типа синергизма или антагонизма осуществляется в самой пище,
пищеварительном канале, а также в процессе тканевого и клеточного
метаболизмов.
С практической точки зрения знание этих закономерностей позволяет
предупреждать нежелательные формы взаимодействия и явления так
называемых вторичных дефицитов макро- и микроэлементов у человека.
Кроме того, нельзя недоучитывать также и возможную специфику
взаимосвязей у представителей разного пола, при различных физиологических
состояниях, в различные времена года, под влиянием различных психоэмоциональных и физиологических нагрузок.
Вероятность взаимодействия между минеральными веществами
вследствие их лабильности и способности к образованию связей значительно
больше, чем между другими питательными веществами [2].
Синергистами считают элементы, которые: а) взаимно способствуют
усвоению друг друга в желудочно-кишечном тракте; б) взаимодействуют в
осуществлении какой-либо обменной функции на тканевом и клеточном уровне
[3].
Антагонистами можно считать элементы, которые: а) тормозят абсорбцию
друг друга в желудочно-кишечном тракте; б) оказывают противоположное
влияние на какую-либо биохимическую функцию в организме. В отличие от
синергизма, который чаще бывает взаимным, антагонизм может быть либо
обоюдным, либо односторонним. Так, фосфор и магний, цинк и медь взаимно
тормозят абсорбцию друг друга в кишечнике, а кальций ингибирует абсорбцию
цинка и марганца (но не наоборот).
Изложенное свидетельствует о том, что антагонизм минеральных
элементов – это сложный комплекс биотических взаимоотношений. Итогом его
не всегда является снижение уровня того или иного элемента и его повышенная
экскреция из организма. Иногда антагонизм выполняет защитную роль в
отношении биохимических функций и лишь при резком нарушении
соотношения ионов наблюдаются отклонения в уровне обменных процессов.
Возможность антагонистических взаимоотношений элементов можно в
известной мере предвидеть исходя из их положения в периодической системе. В
основе этих взаимодействий лежат физико-химическая аналогия элементов, их
способность к комплексообразованию, большее или меньшее сродство к
соответствующим активным группировкам биополимеров.
В целом можно предположить, что антагонистами являются химические
аналоги и гомологи (например, Са-Мg), а также элементы, имеющие
одинаковую валентность и способность к образованию аналогичных
комплексов. Анионы и катионы способствуют связыванию соответственно
катионов и анионов (простых и сложных). Это объясняет, в частности,
антагонизм таких элементов, как Zn и Сd, V и Сг, Аs и Sе, Zn и Сu, Са и Fе. В
процессе эволюции организмы адаптировались к определенному химическому
составу среды. Это обусловило, с одной стороны, разнообразие химического
состава флоры и фауны, а с другой – определило повышенную
чувствительность организмов к изменениям концентрации в среде тех или иных
элементов (особенно микро- и ультрамикроэлементов). Поскольку состав
поверхности земли неоднородный, на ней обнаруживаются области с
повышенным или пониженным содержанием тех или иных химических
элементов. Эти области, отличающиеся от соседних областей по содержанию в
них химических элементов (соединений) и вследствие этого вызывающие
различную биологическую реакцию со стороны местной флоры и фауны,
получили название биогеохимических провинций [4].
Биологические реакции организмов на изменение геохимических
факторов могут проявляться в следующих формах: а) толерантности
(приспосабливаемости); б) образовании новых рас, видов, подвидов; в)
эндемических заболеваний; г) уродств и гибели организмов. Последние формы
проявляются в случаях резкой недостаточности или избыточности какого-либо
элемента в среде.
Доказано, что от химического элементного состава среды обитания
организмов зависит их морфологическая и физиологическая изменчивость,
размножение, рост и развитие. Поэтому нарушение баланса химических
элементов в среде, как это происходит в биогеохимических провинциях,
вызывает патологические изменения в организме животных и человека.
Становится очевидным, что наряду с биогеохимическими эндемиями
природного происхождения, следует изучать эндемические болезни,
являющиеся реакцией на аномальный состав природной среды, измененной
техногенной деятельностью человека (антропобиогеохимические провинции и
заболевания).
Таким образом, в зависимости от характера загрязнения среды у человека
поражаются те или иные системы органов. Материалы исследования многих
авторов свидетельствуют, что структура патологических процессов имеет как
общие моменты, так и особенности, связанные с эколого-географической
характеристикой региона [5].
1.
2.
3.
4.
5.
Литература
Скальный А.В. Диагностика и профилактика микроэлементозов с учетом
результатов медико-экологической экспертизы. // В кн. В.Г.Маймулов,
С.В.Нагорный, А.В.Шабров. Основы системного анализа в экологогигиенических исследованиях. – Спб.: Спб ГМА им. И.И. Мечникова,
2000. – С. 175-200.
Metal toxicology. / Ed. R.A.Goyer, C.D.Klassen. M.P.Waalkes. – San Diego:
Academic Press, 1995 – 525 p.
Kirchgessner M. Underwood memorial lecture. Homeostasis and homeorhesis
in trace element metabolism // Trace Elements in Man and Animals-TEMA-8 /
Eds M.Anke, D.Meissner, C.F.Mills. Dresden, 1993. – P.4-21.
Кист А.А. Феноменология биогеохимии и бионеорганической химии. –
Ташкент: Фан, 1987. – 236 с.
Решетник Л.А., Парфенова Е.О., Голубкина Н.А., Скальный А.В. Селен и
здоровье человека. (Методическое пособие для врачей.). – Иркутск, 1998.
– 18 с.