Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Тема № 3. Понятие о биосфере, цивилизации (4 ч.)
План занятия:
Биосфера – живая оболочка земли. Понятие "биосфера" впервые применил французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в 1803 г. в труде по гидрогеологии Франции для обозначения совокупности организмов, обитающих на земном шаре. В 1875 г. применил термин профессор Венского университета геолог Эдуард Зюсс (1831–1914) в работе о строении Альп. Он ввел в науку представление о биосфере как особой оболочке земной коры, охваченной жизнью. Он же выделил биосферу как отдельную оболочку Земли, охваченную жизнью, которая включает части атмосферы, гидросферы и литосферы. Живые существа (растения, животные, микроорганизмы) существуют на поверхности Земли, в ее атмосфере, гидросфере и верхней части литосферы, в целом составляют пленку жизни (сферу) на нашей планете.
В таком общем смысле впервые в 1914 г. использовал этот термин и В.И. Вернадский в статье об истории рубидия в земной коре. Однако, учение В.И. Вернадского о биосфере было еще впереди. Его книга "Биосфера", переведенная затем на французский и английский языки, вышла в 1926 г. Статьи по этой тематике он публиковал до конца жизни. Изучение геохимической роли живого вещества В.И. Вернадский считал своей основной научной задачей. Но его главные мысли о биосфере, глубина и значение его идей только теперь начинают осознаваться обществом.
На основе работ В.И. Вернадского используется определение биосферы как общепланетной оболочки, к составу которой относятся нижние слои атмосферы, гидросфера, и верхние слои литосферы. Ее состав и строение обусловлены современной и прошлой жизнедеятельностью всей совокупности живых организмов. Она вследствие взаимодействия ее живых и неживых компонентов, аккумуляции и перераспределения в ней огромного количества энергии является термодинамически открытой, самоорганизованной, саморегулирующейся, динамически уравновешенной, устойчивой, глобальной системой.
Вернадский подчеркивал, что не строил никаких гипотез, а пытался описать картину планетного процесса на основе эмпирических обобщений. "Основные физические и химические свойства нашей планеты меняются закономерно в зависимости от их удаления от центра. В концентрических отрезках они идентичны, что может быть установлено исследованием" (Вернадский, 1926). Возможно выделить большие концентрические области и дробные внутри них, называемые земными оболочками, или геосферами. Можно предполагать, что в глубоких областях Земли имеются достаточно устойчивые равновесные системы: ядро и мантия, а над ними – земная кора.
Вещество ядра, мантии и земной коры, вероятно, отделено друг от друга, и если переходит из одной области в другую, то очень медленно.
Пять постулатов В.И. Вернадского, относящихся к функции биосферы.
Постулат первый: "С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни". Смысл сказанного однозначен: первобытная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием.
Постулат второй: "Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте... ". И далее: "Первое появление жизни... должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы".
Третий постулат: "В общем монолите жизни, как бы не менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением". Смысл приведенных постулатов таков: первичная биосфера была представлена "совокупностями" организмов типа биоценозов, которые и были главной "действующей силой" геохимических преобразований, а морфологические изменения компонентов этих "совокупностей" не отражались на их "химических функциях".
Постулат четвертый: "Живые организмы... своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом... непрерывной сменой поколений... порождают одно из грандиознейших планетных явлений... миграцию химических элементов в биосфере", поэтому "на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас".
И пятый постулат: "Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами".
Вернадский определил "геохимические функции" терминами: газовая, кислородная, окислительная, кальциевая, восстановительная, концентрационная, разрушение органических соединений, восстановительное разложение, метаболизм и дыхание. Функций этих было достаточно, чтобы "былая биосфера" сыграла свою определяющую роль в становлении оболочек Земли – атмосферы, гидросферы, литосферы и геосферы.
Современная наука о биосфере те же функции классифицирует по пяти категориям: энергетическая, концентрационная, деструктивная, средообразующая, транспортная.
Биосфера (пространство, населенное живыми организмами) охватывает только тонкий пояс Земли, слой толщиной около 20 км. В земном пространстве глубина проникновения живых организмов (педосфера) зависит от климата, степени выветривания горных пород и т. д. Из-за трудностей транспортировки воды вследствие действия гравитационного поля Земли растения редко поднимаются над землей выше 50 м. Самыми важными факторами, ограничивающими распространение живых организмов в атмосфере и гидросфере, является содержание кислорода и температуры условий. В атмосфере из-за пассивного перенесения ветром пыльцы и спор бактерий органическая материя достигает высоты до 10 км. В глубоководных впадинах анаэробные бактерии были найдены на глубине 10000 м.
С экологической стороны биосферу можно разделить на суббиосферы (Шуберт), причем атмосфера, как, только временно обжитое пространство не будет учитываться:
Образование живых веществ и их распад – это две стороны единого процесса, который называется биологическим кругооборотом химических элементов. Жизнь – кругооборот элементов между организмами и средой.
Причина кругооборота – ограниченность элементов, из которых состоит тело. Биологический кругооборот – это многоразовое участие химических элементов в процессах, происходящих в биосфере. В связи с этим биосферу определяют как область Земли, где происходят три основных процесса: кругооборот водорода, азота, серы, в которых принимают участие пять элементов (H, O2, C, N, S), движущиеся через атмосферу, гидросферу, литосферу. В природе кругооборот осуществляют не вещества, а химические элементы.
Биосфера – самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. Верхняя граница ее проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона, который задерживает губительные для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца (из др. ист. лит. – верхняя граница биосферы достигает 85 км над поверхностью Земли, в стратосфере во время запуска геофизических ракет в пробах воздуха определены споры микроорганизмов). Таким образом, живые организмы могут существовать в тропосфере (ни жний слой атмосферы) и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана – до 10–11 км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком состоянии.
Биосфера включает в себя:
В качестве элементов природной среды Д.Ж.Маркович рассматривает атмосферу, гидросферу, литосферу, растения, животных и микроорганизмы.
Атмосфера – газовая, воздушная оболочка, окружающая земной шар. Она подразделяется на нижний слой – тропосферу (до высоты 8–18 км) и вышележащие слои – стратосферу (до 45–55 км), мезосферу (до 80–85 км), термосферу, располагающуюся над мезосферой и совпадающий с ионосферой (Т до 950–1000°С), ионосферу (до 500–800 км) и экзосферу (800–2000 км). Общая масса атмосферы составляет 1,15х1015 т.
У зем ной поверхности в основном состоит из азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%) и углекислого газа (0,03%). На высоте около 30 км распо ложен слой озона, который предохра няет живые организмы на Земле от вредного коротковолнового излучения. Выше 100 км растет доля легких га зов, и на очень больших высотах преоб ладают гелий и водород; часть мо лекул разлагается на атомы и ионы, образуя ионосферу. Неравно мерность нагревания разных слоев атмосферы способствует циркуляции воздуха, влияющей на погоду и кли мат Земли. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород – в результате фотосинтеза. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения.
Гидросфера представляет собой водную оболочку Земли, включающую в себя Мировой океан, воды суши (реки, озера, ледники), а также подземные воды. Вода – важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов, т.е. место обитания гидробионтов. Вода выступает в роли универсального растворителя. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км3. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км3. Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.
Литосфера (земная кора) – верхняя твердая оболочка Земли, располагаю щаяся на мантии. Она составляет 1,5% от общего объема планеты и 0,8% от ее массы. Материковая кора состоит из прерывистой слоистой оболочки и расположенных под ней гранитного и еще ниже базальтового сло ев. Общая толщина литосферы состав ляет 35–45 км (в горных областях до 50–70 км). Океаническая кора имеет толщину 5–10 км и состоит из тонко го (в среднем менее 1 км) слоя осад ков, под которым находятся основные породы (базальт, габбро).
Изверженные породы образуются в результате застывания расплавленной вулканической лавы. Метаморфические породы возникают вследствие нагрева или сжатия ранее образовавшихся пород. Осадочные породы образуются в результате разрушения более древних пород, а также гибели организмов. Из осадочных пород и продуктов жизнедеятельности разнообразных живых существ складывается почва – один их важнейших природных ресурсов человечества. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества – продукты жизнедеятельности организмов.
Живые организмы (живое вещество). Растения, животные и микроорганизмы составляют живую природную среду человека.
Растения являются автотрофными (потребляющими органические вещества, полученными путем преобразования из неорганических) живыми организмами, для которых характерны способность к фотосинтезу и наличие плотных клеточных оболочек, состоящих обычно из целлюлозы. Они, как правило, не способны к активному передвижению. Растения являются основными поставщиками кислорода в атмосферу и потребителями углекислого газа. Они также составляют значительную часть пищевого рациона многих видов животных и людей. Царство растений включает более 350 тыс. научно описанных видов.
Животные представляют собой группу гетеротрофных (питающихся готовыми органическими веществами) живых существ, как правило, способных к активному передвижению. Животные участвуют в круговороте органических веществ и газов, активно усваивая кислород атмосферы и выводя в нее в качестве одного из продуктов жизнедеятельности углекислый газ. Животные широко используются человеком как «рабочая сила», а также как поставщики пищевого сырья и готовых продуктов питания. По имеющимся данным, общее число видов животных достигает 15–20 млн.
Микроорганизмы – это мельчайшие, преимущественно одноклеточные живые существа различной систематической принадлежности (растительное и животное царство), видимые только в микроскоп. К ним относятся бактерии, микоплазмы, риккетсии, микроскопические грибы, водоросли, простейшие, вирусы. Микроорганизмы играют большую роль в круговороте веществ в природе. Некоторые из них активно используются человеком в пищевой и микробиологической промышленности: виноделии, хлебопечении, производстве лекарственных препаратов, витаминов и др. Значительную долю среди микроорганизмов составляют патогенные формы, вызывающие заболевания растений, животных и человека.
Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% – животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов – 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.
В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов – беспозвоночные и только 4% – позвоночные, из которых десятая часть – млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01–0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.
2. Факторы, влияющие на среду обитания человека
Человек как часть органического мира находится в тесном контакте со своей средой обитания. Среда обитания – это та часть природы, которая окружает организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Среда обитания каждого организма многообразна и изменчива. Она слагается из множества элементов живой и неживой природы и элементов, привносимых человеком в результате его хозяйственной деятельности.
Л.В. Максимова составила обобщенную модель среды человека
|
СРЕДА |
||||||
|
ПРИРОДНАЯ |
АНТРОПОГЕННАЯ |
ЖИЗНЕННАЯ |
||||
|
абиотическая |
биотическая |
техногенная |
социальная |
социально-бытовая |
производственная |
рекреационная |
Изучение отношений человека с окружающей средой привело к возникновению представлений о свойствах или состояниях среды, выражающих восприятие среды человеком, оценку качества среды с точки зрения потребностей человека. Как отмечает Л.В. Максимова, наиболее общим свойством среды с точки зрения соответствия ее биосоциальным требованиям человека выступают понятия комфортности, т.е. соответствия среды этим требованиям, и дискомфортности, или несоответствия им. Крайним выражением дискомфортности является экстремальность. Дискомфортность, или экстремальность, среды может быть самым тесным образом связана с такими ее свойствами, как патогенность, загрязненность и т.п.
Экологические факторы среды многообразны, они имеют разную природу и специфику действия. По значимости для организма их подразделяют на две группы.
1. Условия существования или условия жизни – это те экологические факторы, без которых организм существовать не может и с которыми он находится в неразрывном единстве. Отсутствие хотя бы одного из этих факторов приводит к гибели организма.
2. Второстепенные факторы – это те экологические факторы, которые не являются жизненно важными, но могут видоизменять существование организма, улучшая или ухудшая его.
Анализ огромного разнообразия экологических факторов по природе их происхождения позволяет разделить их на три большие группы, в каждой из которых, в свою очередь, можно выделить подгруппы.
I. Абиотические факторы – это факторы неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на организм. Они подразделяются на четыре подгруппы:
a) климатические факторы – это все факторы, которые формируют климат и способны влиять на жизнь организмов (свет, температура, влажность, атмосферное давление, скорость ветра и т.д.);
б) эдафические, или почвенные, факторы – это свойства почвы, которые оказывают влияние на жизнь организмов. Они, в свою очередь, разделяются на физические (механический состав, комковатость, капиллярность, скважность, воздухо- и влагопроницаемость, воздухо- и влагоемкость, плотность, цвет и т.д.) и химические (кислотность, минеральный состав, содержание гумуса) свойства почвы;
в) орографические факторы, или факторы рельефа, – это влияние характера и специфики рельефа на жизнь организмов (например, высота местности над уровнем моря или широта местности по отношению к экватору);
г) гидрофизические факторы – это влияние воды во всех состояниях (жидкое, твердое, газообразное) и физических факторов среды (шум, вибрация, гравитация, магнитное, электромагнитное и ионизирующее излучения) на жизнь организмов.
II. Биотические факторы – это факторы живой природы, влияние живых организмов друг на друга. Они носят самый разнообразный характер и действуют не только непосредственно, но и косвенно через окружающую неорганическую природу.
В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы:
а) внутривидовые факторы – это влияние особей этого же вида на организм (зайца на зайца, сосны на сосну и т.д.);
б) межвидовые факторы – это влияние особей других видов на организм (волка на зайца, сосны на березу и т.д.).
В зависимости от принадлежности к определенному царству биотические факторы подразделяют на четыре основные группы:
а) фитогенные факторы – это влияние растений на организм;
б) зоогенные факторы – это влияние животных на организм;
в) микробогенные факторы – это влияние микроорганизмов (вирусы, бактерии, простейшие, риккетсии) на организм;
г) микогенные факторы – это влияние грибов на организм.
III. Антропогенные факторы – это совокупность воздействий человека на жизнь организмов. В зависимости от характера воздействий они делятся на две группы:
а) факторы прямого влияния – это непосредственное воздействие человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел животных, отлов рыбы и т.д.);
б) факторы косвенного влияния – это влияние человека фактом своего существования (ежегодно в процессе дыхания людей в атмосферу поступает 1,1х1012 кг углекислого газа, из окружающей среды в виде пищи изымается 2,7х1015 ккал энергии) и через хозяйственную деятельность (сельское хозяйство, промышленность, транспорт, бытовая деятельность и т.д.).
В зависимости от последствий воздействия обе эти группы антропогенных факторов подразделяются на:
а) положительные факторы (посадка и подкормка растений, разведение и охрана животных, охрана окружающей среды и т.д.), которые улучшают жизнь организмов или увеличивают их численность,
б) отрицательные факторы (вырубка деревьев, загрязнение окружающей среды, разрушение местообитаний, прокладка дорог и других коммуникаций), которые ухудшают жизнь организмов или снижают их численность.
Все элементы среды по отношению к организму, в том числе и человеческому, неравнозначны: одни из них влияют на его жизнедеятельность, а другие для него безразличны. В связи с этим все элементы среды сгруппированы следующим образом.
1. Нейтральные факторы – это те элементы среды, которые не влияют на организм и не вызывают у него никакой реакции.
2. Экологические факторы – это те элементы среды, которые способны прямо или косвенно оказывать влияние на организм хотя бы на протяжении одной из фаз его индивидуального развития и вызывать у него специфическую приспособительную реакцию.
В зависимости от возможности потребления при взаимодействии с организмом экологические факторы подразделяют на две категории.
1. Условия – это изменяющиеся во времени и пространстве экологические факторы среды обитания, на которые организм реагирует по-разному в зависимости от силы фактора (температура, влажность, атмосферное давление, физические свойства почвы и т.д.). Условия организмом не расходуются и не исчерпываются.
2. Ресурсы – это все экологические факторы среды обитания, которые организм потребляет, в том смысле, что количество их (наличный запас) в результате взаимодействия с организмом может уменьшиться. Ресурсы – это, по преимуществу, вещества, из которых состоит тело организма, энергия, вовлекаемая в процессы его жизнедеятельности, а также места, где протекают те или иные фазы его жизненного цикла.
Природные (естественные) ресурсы – это природные объекты и явления, т.е. различные тела и силы природы, которые человек использует для создания материальных благ, обеспечивающих не только поддержание существования человечества, но и постепенное повышение качества жизни.
Организмы дикой природы черпают ресурсы, являясь частью биогеохимических циклов, непосредственно из окружающей природной среды. Эти ресурсы можно рассматривать и как экологические факторы, в том числе и как лимитирующие, например, большая часть пищевых ресурсов. Но человек не может довольствоваться дарами природы только в той мере, при которой не должно нарушаться ее равновесие (около одного процента от ресурсов природной экосистемы), поэтому ему приходится использовать и те природные ресурсы, которые накоплены за миллиарды и миллионы лет в недрах Земли. Для создания материальных благ человеку необходимы металлы и неметаллическое сырье, а также лесная продукция (строительный лес) и многое другое.
Иными словами, природные ресурсы, используемые человеком, многообразны, многообразно их назначение, происхождение, способы использования и т.п.
По источникам происхождения ресурсы подразделяются
Биологические ресурсы – это все живые компоненты биосферы. К ним относятся промысловые объекты, культурные растения, домашние животные, живописные ландшафты, микроорганизмы, т.е. ресурсы растительного и животного мира.
Минеральные ресурсы – это все пригодные для употребления вещественные составляющие литосферы, используемые в хозяйстве как минеральное сырье или источники энергии, т.е. рудное и нерудное сырье. Если сырье используется как топливо (уголь, нефть, газ, горючие сланцы, торф, древесина, атомная энергия) и одновременно как источник энергии в двигателях, то его называют топливно-энергетическими ресурсами.
Энергетическими ресурсами называют совокупность энергии Солнца и космоса, атомно-энергетических, топливно-энергетических, термальных и других источников энергии.
Второй признак, по которому классифицируют ресурсы, – их использование в производстве. Сюда относятся такие ресурсы как земельный и лесной фонд, водные ресурсы, полезные ископаемые и т.д.
3. Ресурсы биосферы
Источниками существования живого в биосфере, или ее ресурсами, являются кислород, вода, почва, минералы, растительность, животные и др. Ресурсы биосферы делятся на неисчерпаемые и исчерпаемые.
Неисчерпаемые ресурсы подразделяются на космические, климатические и водные. Неисчерпаемость Космоса, энергии Солнца, гравитации и многого другого в масштабе сроков эволюции человека в биосфере очевидна. Это и энергия морских волн, ветра. С учетом огромной массы воздушной и водной среды планеты неисчерпаемыми считают атмосферный воздух и воду. Выделение это относительно. Например, пресную воду уже можно рассматривать как ресурс исчерпаемый, поскольку во многих регионах земного шара возник острый дефицит воды. Можно говорить и о неравномерности ее распределения, и невозможности ее использования из-за загрязнения. Условно считают и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом. Современные ученые-экологи полагают, что при современном уровне технологии использования атмосферного воздуха и воды этим ресурсы можно рассматривать как неисчерпаемые только при разработке и реализации крупномасштабных программ, направленных на восстановление их качества.
Исчерпаемые ресурсы:
Лес имеет немаловажное значение как географический и экологический фактор. Леса предотвращают эрозию почвы, задерживают поверхностные воды, т.е. служат влагонакопителями, способствуют поддержанию уровня грунтовых вод. В лесах обитают животные, представляющие материальную и эстетическую ценность для человека: копытные, пушные звери и дичь. В нашей стране леса занимают около 30% всей ее суши и являются одним из природных богатств.
В настоящее время человек вовлек в сферу своей промышленной деятельности преобладающую часть известных минеральных ресурсов. Если на заре цивилизации человек использовал для своих нужд всего около 20 химических элементов, в начале XX века – около 60, то сейчас более 100 – почти всю таблицу Менделеева. Ежегодно добывается (извлекается из геосферы) около 100 млрд. т руды, топлива, минеральных удобрений, что приводит к истощению этих ресурсов. Из земных недр извлекается все больше различных руд, каменного угля, нефти и газа.
В современных условиях значительная часть поверхности Земли распахана или представляет собой полностью или частично окультуренные пастбища для домашних животных. Развитие промышленности и сельского хозяйства потребовало больших площадей для строительства городов, промышленных предприятий, разработки полезных ископаемых, сооружения коммуникаций.
Таким образом, к настоящему времени человеком преобразовано около 20% суши. Значительные площади поверхности суши исключены из хозяйственной деятельности человека вследствие накопления на ней промышленных отходов и невозможности использования районов, где ведется разработка и добыча полезных ископаемых.
Биологические, в том числе пищевые, ресурсы планеты обуславливают возможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служат основой материального производства человеческого общества.
Классификация природных ресурсов земли (профессор Толстихин О.Н.)
Невозобновимые
Геологические (например, ископаемые руды, осадочные породы и др.)
Ограниченно возобновимые
Минеральные воды и грязи
Почвенные
Рекреационные
Комплексные (ландшафтные)
Подземное пространство
Возобновимые
Водные
Биологические
Климатические
Генетические (генофонд)
Отнесение водных и биологических ресурсов к возобновимым в определенной мере условно. Действительно, в количественном отношении, кругооборотом воды в природе водные ресурсы возобновляются, однако при этом может не происходить возобновление их качества и временного режима. То же можно сказать и в отношении биологических компонентов природы. Известно, что многие организмы, существовавшие в прошлом, ныне исчезли с поверхности Земли, а их экологические ниши заняли другие виды. Таким образом, можно говорить о возобновлении (воспроизводстве) органического вещества Земли в целом, однако при этом может происходить снижение биологического разнообразия. Потому не случайно, сохранив биологические ресурсы в категории возобновимых, генетический фонд, относящийся уже к отдельным популяциям организмов, показан, как ресурс ограничено возобновимый.
Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако, в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. Эти изменения нарастали и в настоящее время обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни человечество постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или не пригодных для утилизации. Это приносит угрозу и существованию биосферы, и самого человека.
4. Биопродуктивность экосистем
Биопродуктивность – способность биогеоценоза на основе использования вещества и энергии к воспроизводству органического вещества. Биопродуктивность обычно оценивается через биологическую нетто (первичную чистую) и брутто (первичную общую) продукцию, выражаемые в единицах массы на единицу площади в единицу времени (обычно за год). Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в химических связях синтезируемого органического вещества, определяет продуктивность сообществ. Органическую массу, создаваемую растениями за единицу времени, называют первичной продукцией сообщества. Продукцию выражают количественно в сырой или сухой массе растений либо в энергетических единицах – эквивалентном числе джоулей.
Валовая первичная продукция – количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание). Эта часть может быть достаточно большой, она составляет от 40 до 70% валовой продукции. Оставшаяся часть созданной органической массы характеризует чистую первичную продукцию, которая представляет собой величину прироста растений, энергетический резерв для консументов и редуцентов. Перерабатываясь в цепях питания, она идет на пополнение массы гетеротрофных организмов. Прирост за единицу времени массы консументов – это вторичная продукция сообщества. Ее вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, т.к. прирост массы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего. Гетеротрофы, включаясь в трофические цепи, живут в конечном итоге за счет чистой первичной продукции сообщества. В разных экосистемах они расходуют её с разной полнотой. Если скорость первичной продукции в цепях питания отстает от темпов прироста растений, то это ведет к постепенному увеличению общей биомассы продуцентов. Под биомассой понимают суммарную массу организмов данной группы или всего сообщества в целом. Часто биомассу выражают в эквивалентных энергетических единицах.
Мировое распределение первичной биологической продукции крайне неравномерно. Самый большой абсолютный прирост растительного мира достигает в среднем 25 г в день в очень благоприятных условиях. На больших площадях продуктивность не превышает 0,1 г/м (жаркие пустыни и полярные пустыни). Общая годовая продукция сухого органического вещества на Земле составляет 150–200 млрд. тонн. Около трети его образуется в океанах, около двух третей – на суше. Почти вся чистая первичная продукция Земли служит для поддержания жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия, недоиспользованная консументами, запасается в их телах, органических осадках водоемов и гумосе почв.
Эффективность связывания растительностью солнечной радиации снижается при недостатке тепла и влаги, при неблагоприятных физических и химических свойствах почвы и т.п. Продуктивность растительности изменяется не только при переходе от одной климатической зоны к другой, но и в пределах каждой зоны.
Для пяти континентов мира средняя продуктивность различается сравнительно мало. Исключением является Южная Америка, на большей части которой условия для развития растительности очень благоприятные.
Питание людей обеспечивается в основном сельскохозяйственными культурами, занимающими приблизительно 10% площади суши (около 1,4 млрд. га). Общий годовой прирост культурных растений составляет около 16% от всей продуктивности суши, большая часть которой приходится на леса. Приблизительно 1/2 урожая идет непосредственно на питание людей, остальная часть – на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отбросах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли.
Растительная пища обходится для людей энергетически дешевле, чем животная. Сельскохозяйственные площади при рациональном использовании и распределении продукции могли бы обеспечить примерно вдвое большее население Земли, чем существующее. Но это требует больших затрат труда и капиталовложений. Особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией. В рацион человека должно входить не менее 30 г белков в день. Имеющиеся на Земле ресурсы, включая продукцию животноводства и результаты промысла на суше и в океане, могут обеспечить ежегодно около 50% потребностей современного населения Земли. Большая часть населения Земли находится, таким образом, в состоянии белкового голодания, а значительная часть людей страдает также и от общего недоедания.
Таким образом, увеличение биопродуктивности экосистем, и особенно вторичной продукции, является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.
5. История цивилизации. Взаимоотношения природы и общества
В понятие цивилизации входят социальная и культурная составляющие жизни общества. В современном представлении цивилизация начинается одновременно с переходом человека из первобытного состояния к разумному существованию. С этого момента она развивается по своим внутренним законам и исходя из создаваемых ею самой предпосылок. Иначе говоря, необходимым условием для развития цивилизации является лишь ее возникновение. Понятие цивилизации связано с преемственностью а жизни общества, наличием культурных традиций в широком смысле – как искусства, так и навыков производства предметов утилитарного назначения.
Б.Б. Прохоровым был предложен наиболее обоснованный подход к построению исторической периодизации процесса изменения взаимоотношений между природой и обществом. В соответствии данным подходом взаимодействия человека с природной средой должны рассматриваться через призму его хозяйственной деятельности. Основываясь на представлении о хозяйственно-культурном типе как системообразующем факторе во взаимоотношениях природы и общества, выделяют четыре эпохи (этапа) становления отношений между ними.
1. Эпоха охотничье-собирательской культуры
2. Эпоха аграрной культуры
3. Эпоха индустриального общества
4. Постиндустриальная эпоха
Эпоха охотничье-собирательской культуры. Основу существования человеческого общества на всем протяжении палеолита составляла охота на крупных животных, сопровождавшаяся собирательством. Для производства первых орудий использовались ествественные материалы – кремень, кварцит, горный хрусталь, вулканическая лава.
Около 1,9 млн лет назад люди стали строить первые жилища – хижины-шалаши, каркас которых составляли ветки и длинные кости убитых животных, нактрытые настилом из травы и листьев. Около 300 тыс. лет назад человек стал использовать огонь, возникающий из молний, самовозгорания торфа, а уже около 150 тыс. лет назад люди научились добывать его самостоятельно.
Отходы жизнедеятельности первобытных охотников-собирателей быстро утилизировались самой природой. Они были невелики по объему и к тому же распределялись на больших территориях из-за кочевого или полукочевого образа жизни групп людей. Отходы составляли органические остатки пищи и одежды из шкур, осколки камней, остающиеся после изготовления каменных орудий.
Воздействие внешних условий и общий характер жизнедеятельности первобытных охотников и собирателей предопределили изменения в состоянии их здоровья. Обнаружены следующие характерные болезненные изменения: рахит, кариес зубов, заболевания челюстей, повреждение суставов позвоночника, артриты и др. Первобытные люди пытались оказывать воздействие на окружающий мир в нужном им направлении с помощью магии.
Эпоха аграрной культуры. Аграрная культура охватывает всю эпоху, когда основой материального производства были земледелие и скотоводство – с момента появления сельского хозяйства (около 8 тыс. лет до н.э.) вплоть до момента возникновения полноценного промышленного производства (середина 18 в н.э.).
Люди занимались сбором урожая диких злаков, а 10–11 тыс. лет назад возникает земледелие. Первыми освоенными культурами были тыква, злаковые растения (пшеница, ячмень), слива, миндаль… Приблизительно 7–8 тыс. лет назад стали возделываться рис, чечевица, горох, фасоль, лен … Параллельно с развитием земледелия шло приручение домашних животных (собака, козы, овцы, крупный рогатый скот, верблюд, лошадь).
Значительно возрастает население планеты и плотность населения. Скопление относительно большого числа людей на ограниченных территориях создавало условия для распространения среди них различных инфекционных болезней. В это время ухудшается санитарное состояние населения. Вокруг поселений стали накапливаться отбросы, нечистоты, происходило загрязнение почвы и водоемов, что способствовало распространению возбудителей инфекций. Органическое истощение почв в результате выращивания сельскохозяйственных культур, вырубка лесов при заготовке древесины, перевыпас домашних животных – все это, в конечном счете, приводило к эрозии почв, надолго выводившейся их хозяйственного оборота.
В 4–3 тысячелетии до н.э. возникают первые города (Иерихон). Далее города, объединяясь, образовывали государства и империи. Городская среда изменяет окружающую природу: выброс отходов производства или сливание их в воду, вырубка леса на топливо, интенсификация земледелия, приводящая к истощению почвы, расширение зон выпаса скота и др. Резкие пики смертности были связаны с войнами, но в большей степени с вспышками эпидемий и голода.
В эпоху античности (VIII в. до н.э.–V в. н.э.) начался процесс добычи полезных ископаемых (руд металлов), что привело к серьезным деформациям окружавших города ландшафтов.
Последним этапом в развитии аграрной культуры, начавшимся в V–VI вв. н.э., стала эпоха феодализма. Хронологически она совпадает с эпохой средневековья.
В это время росту производства препятствовали войны, мародерство, грабежи. В IХ в. население Земли насчитывало примерно 250 млн. чел. Это была эпоха застоя, разобщенности, непрекращавшихся войн, эпидемий, частых неурожаев. На этом фоне заметным был недостаток пищевых ресурсов, большая часть населения Земли хронически недоедала, велики были показатели смертности от голода.
Период с Х в. до середины ХIII в. отмечен мощным прогрессом человечества, его численность увеличилась почти в двое. Однако уже в конце ХIII в. рост численности населения прекратился. В качестве основной причины такого резкого спада многие ученые считают тяжелую, затяжную пандемию чумы.
В эпоху средневековья более интенсивно стали развиваться города. Площадь городов была невелика, но в них было сконцентрировано большое количество населения. Города отличались крайне неблагоприятной для жизни и здоровья людей обстановкой. Несовершенство системы вывода отходов производства и нечистот (иногда ее полное отсутствие), недостаток питьевой воды, высокая плотность заселения – все это способствовало развитию массовых эпидемий холеры, брюшного тифа, чумы и т.д.
В эпоху средневековья стали появляться первые законодательные акты, направленные на охрану окружающей среды. Еще во времена Карла Великого (742–814 гг.) был принят ряд королевских указов и декретов, регламентирующих охоту и имевших определенное природоохранное значение. В ХI в. в первом документе русского права – «Русской правде» – регламентировалась добыча бобра. Во многих странах Европы была запрещена охота в лесах, принадлежавших монархам, крупным феодалам, монастырям. В них были организованы заповедники, представлявшие собой частные охотничьи хозяйства.
Эпоха индустриального общества. Во второй половине ХVIII в. возникает и начинает быстро развиваться крупная машинная индустрия капиталистического способа производства. В ХIХ в. существенно возрос объем выработки ряда полезных ископаемых, прежде всего железной руды и угля. Во второй половине ХIХ в. начинает развиваться добыча нефти и газа, растет добыча цветных металлов.
Характерной чертой этого времени являются рост числа городов, их укрупнение, а также повышение концентрации в них населения. На всем протяжении ХIХ в. продолжалось развитие городской инфраструктуры, совершенствование систем удаления отходов, обеспечения городов сельскохозяйственной продукцией и налаживание сбыта промышленных товаров в аграрный сектор. Развивается система транспортных коммуникаций, строятся дороги, мосты. Строительный материал изымается из карьеров и каменоломен, в окрестностях городов осуществляются вырубки леса, необходимые для постройки деревянных сооружений. Все это деструктивно воздействует на естественные ландшафты и, в конечном счете, ведет к их разрушению. Им на смену приходят «антропогенные» ландшафты.
Питание: основу рациона большинства людей по-прежнему составляли хлеб, овощи и фрукты, ягоды, рыба, картофель, рис. Мясо птицы и скота по-прежнему оставалось достаточно дорогим.
Здоровье: характерно появление нового явления – производственного травматизма; значительную проблему стали представлять разнообразные вирусные инфекции (грипп), приводившие к гибели большого количества людей. Это связано с большой концентрацией людей на небольших территориях, а также эффективных средств лечения болезней известно не было.
Вторую половину ХVIII в. и весь ХIХ в. принято называть веком естествознания. Небывалый расцвет переживают науки о Земле (геология и география), биология, химия, астрономия, физика и др. Складывается эволюционно-исторический подход к анализу явлений природной и социальной действительности. В этот период многими исследователями, представителями различных научных направлений и специальностей, разрабатываются отдельные аспекты предмета будущей единой экологической науки. Э.Геккель вводит термин «экология», которым обозначает новую отрасль знания о взаимоотношениях организмов со средой их обитания. Идет накопление данных о влияниях, оказываемых природой на человека и человеком на природу.
В ХХ в. успехи медицины, биологии, химии способствовали повышению устойчивости по отношению ко многим инфекционным заболеваниям. Однако на смену им приходят новые неинфекционные болезни, порожденные, как принято считать, прогрессом цивилизации. Это различные заболевания нервной системы, онкологические заболевания, заболевания сердечно-сосудистой системы.
Постиндустриальная эпоха. Некоторые исследователи характеризуют современную нам эпоху как этап перехода к постиндустриальной (информационной) цивилизации, подразумевая под этим, что уже сегодня фактически осуществляется переход к главенству производства информации, знаний и гармонизации на этой основе взаимоотношений человека и природы.
Широкое распространение и научное признание в ХХ в. получила концепция ноосферы. Понятие ноосферы было введено в науку в 1927г. французским философом, математиком и антропологом Э. Леруа (1870–1954), предложившим называть ноосферой оболочку Земли, включающую человеческое общество с его индустрией, языком и прочими атрибутами разумной деятельности. Но главным творцом ноосферной концепции по праву считается русский естествоиспытатель и мыслитель В.И.Вернадский (1863–1945), развивший в своих трудах идею ноосферы как «биосферизированного общества».
Он отмечал, что человек охватил своей жизнью, культурой всю биосферу и стремится еще больше углубить и расширить сферу своего влияния. Биосфера, с его точки зрения, постепенно преобразуется в ноосферу – сферу разума. Это преобразование он связывал с развитием науки, углублением научного проникновения в суть происходящих в природе процессов и организацией на этой основе рациональной человеческой деятельности. Он был убежден, что ноосферное человечество найдет путь к восстановлению и сохранению экологического равновесия на планете, разработает и осуществит на практике стратегию бескризисного развития природы и общества.
Обеспокоенные существующим положением многие видные экологи, социологи, экономисты, политики начиная со второй половины 70-х годов ХХ столетия объединили свои усилия с целью выработки нового подхода к построению взаимоотношений между человеком и средой его обитания. Результатом проделанной работы стала формулировка концепции устойчивого развития. Согласно определению Международной комиссии по окружающей среде и развитию под устойчивым должно пониматься такое развитие, при котором удовлетворение потребностей современного человека не ставит под угрозу благополучие последующих поколений и их способность удовлетворять собственные насущные потребности. Это подразумевает, что некоторые параметры, такие, как ключевые физические константы (состав воздуха, воды, почвы, механические свойства земной поверхности, гравитация и др.), генофонд, участки основных экосистем в их первозданном виде, здоровье населения, должны с течением времени сохранять постоянное значение. Важнейшей задачей в этой связи становится охрана окружающей среды, цель которой, в конечном счете, сводится к тому, чтобы, с одной стороны, обеспечить сохранность таких качеств окружающей среды, которые не должны быть подвергнуты изменениям, а с другой стороны – обеспечить непрерывный урожай полезных растений, животных и других необходимых человеку ресурсов путем сбалансированных циклов изъятия и обновления.
В 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась Конференция ООН по окружающей среде и развитию. На ней была заявлена необходимость перехода всего мирового сообщества на рельсы устойчивого развития. Конференция приняла решение об образовании организации Международный Зеленый Крест, главными задачами которой были объявлены экологическое образование и воспитание как основа устойчивого развития и изменения системы ценностей, а также ликвидация последствий «холодной войны» для окружающей среды.
6. Современная цивилизация. Глобальные проблемы современности
Во время холодной войны мир был поделен на "первый", "второй" и "третий". Но затем такое деление утратило смысл. Сейчас гораздо уместнее группировать страны, основываясь не на их политических или экономических системах, не по уровню экономического развития, а исходя из культурных и цивилизационных критериев.
Что имеется в виду, когда речь идет о цивилизации? Цивилизация представляет собой некую культурную сущность. Деревни, регионы, этнические группы, народы, религиозные общины – все они обладают своей особой культурой, отражающей различные уровни культурной неоднородности.
Цивилизации определяются наличием общих черт объективного порядка, таких как язык, история, религия, обычаи, институты, – а также субъективной самоидентификацией людей. Есть различные уровни самоидентификации: так житель Рима может характеризовать себя как римлянина, итальянца, католика, христианина, европейца, человека западного мира. Цивилизация – это самый широкий уровень общности, с которой он себя соотносит. Культурная самоидентификация людей может меняться, и в результате меняются состав и границы той или иной цивилизации.
Цивилизация может включать в себя несколько наций-государств, как в случае с западной, латиноамериканской или арабской цивилизациями, либо одно-единственное – как в случае с Японией. Очевидно, что цивилизации могут смешиваться, накладываться одна на другую, включать субцивилизации. Западная цивилизация существует в двух основных вариантах: европейском и североамериканском, а исламская подразделяется на арабскую, турецкую и малайскую. Несмотря на все это, цивилизации представляют собой определенные целостности. Границы между ними редко бывают четкими, но они реальны.
На Западе принято считать, что нации-государства – главные действующие лица на международной арене. Но они выступают в этой роли лишь несколько столетий. Большая часть человеческой истории – это история цивилизаций. По подсчетам А.Тойнби, история человечества знала 21 цивилизацию. Только восемь из них существуют в современном мире. Это цивилизации: западная, китайская, исламская, индуистская, латиноамериканская, африканская, православная.
В таблице 1 приведен прогноз роста доли населения и валового мирового продукта (ВМП) для основных цивилизационных центров на период времени до 2025 года. Судя по этим данным, Запад ждут в XXI веке непростые испытания.
Таблица 1 – Мировые цивилизации в XXI веке
|
Типы цивилизаций |
Доля населения, % |
Доля ВМП % |
||||
|
1995 г |
2010 г |
2025 г |
1995 г |
2010 г |
2025 г |
|
|
Западная |
13 |
11 |
10 |
47 |
46 |
43 |
|
Китайская |
25 |
24 |
23 |
11 |
14 |
17 |
|
Исламская |
14 |
18 |
21 |
11 |
12 |
15 |
|
Индуистская |
15 |
16 |
17 |
2 |
1,5 |
3 |
|
Латино- американская |
9 |
10 |
9 |
8 |
8 |
9 |
|
Африканская |
9 |
11 |
14 |
1 |
1 |
1 |
|
Православная |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
5 |
|
Японская |
2 |
1.5 |
1 |
8 |
8 |
8 |
Глобальные проблемы современности – это совокупность социоприродных проблем, от решения которых зависит социальный прогресс человечества и сохранение цивилизации. Эти проблемы характеризуются динамизмом, возникают, как объективный фактор развития общества и для своего решения требуют объединённых усилий всего человечества. Глобальные проблемы взаимосвязаны, охватывают все стороны жизни людей и касаются всех стран мира.
Термин появился в 1960-е гг. благодаря деятельности Римского клуба
Список глобальных проблем
Глобальные проблемы являются следствием противостояния естественной природы и человеческой культуры, а также несоответствия или несовместимости разнонаправленных тенденций в ходе развития самой человеческой культуры. Естественная природа существует по принципу отрицательной обратной связи, в то время как человеческая культура – по принципу положительной обратной связи.
Попытки решения глобальных проблем
7. Экологические кризисы и катастрофы. История антропогенных экологических кризисов
Экологический кризис – особый тип экологической ситуации, когда среда обитания одного из видов или популяции изменяется так, что ставит под сомнение его дальнейшее выживание. Основные причины кризиса:
Кризис может быть: глобальным и локальным. Бороться с глобальным экологическим кризисом гораздо труднее, чем с локальным. Решение этой проблемы можно достигнуть только минимизацией загрязнений, произведенных человечеством, до уровня, с которым экосистемы будут в состоянии справиться самостоятельно.
В настоящее время глобальный экологический кризис включает четыре основных компонента:
Эволюционная теория прерывистого равновесия предполагает, что редкие экологические кризисы могут быть двигателем быстрой эволюции.
В истории планеты многочисленны примеры экологических кризисов и катастроф различного масштаба. Они неоднократно потрясали биосферу, несли гибель многим видам живого и существенно меняли генотипический состав биоты. Нарастание негативных последствий антропогенного воздействия на биосферу привело к современной кризисной ситуации в ней.
Кризисы, бедствия и катастрофы – это нарушения природного экологического равновесия, потеря устойчивости биологическими системами. При этом кризисы, не разрушают систему полностью, а приводят ее в состояние неустойчивости, из которого возможен выход к изменению уровня функционирования или управления системой, либо к гибели системы. Таким образом, кризис может быть и обратимым. Катастрофа — комплекс изменений в системе, которые ведут к ее исчезновению. При катастрофе нарушается одновременно большое количество взаимосвязей, прекращает функционировать системообразующий фактор, и система, как таковая, перестает существовать.
Катастрофы в биосфере за время ее существования бывали редко и не оставляли генотипических следов, ибо приводили к вымиранию большого количества видов. После этого вымирания происходили крупные эволюционные перестройки, появлялись новые виды, значительно отличавшиеся по своей организации от предшествующих.
Причинами катастроф были необратимые природные явления (локальные засухи, моры), а также перестройки (прежде всего климатические) во всей биосфере, связанные с периодами горообразования, глобальных потеплений или похолоданий, образования, движения или таяния ледников. Во время тех древних катастроф вымирало более половины всех живущих на Земле видов, причем исчезали климаксные (устойчивые) сообщества и планета заселялась как бы заново, уже другими видами, которыми начинались новые (первичные) сукцессионные ряды.
В наши дни более 90% мировых стихийных бедствий приходится на наводнения, ураганы, землетрясения и засухи. Оставшиеся 10% в сумме составляют сели, цунами, торнадо, снегопады и т. п. По материальному ущербу для человека наиболее значимы наводнения, а по числу человеческих жертв – ураганы.
История антропогенных экологических кризисов
История биосферы богата примерами локальных экологических кризисов. Они случались как до появления человечества, так и во время его существования. В районах, оказавшихся испорченными неумелым хозяйствованием человека, «свет цивилизации» постепенно затухал, зато с новой силой и новым блеском он вспыхивал в других районах земного шаpa.
Подобными кризисами, вызванными антропогенными воздействиями, принято считать следующие.
Кризис перепромысла животных (кризис консументов). Это был первый 1 антропогенный экологический кризис, который произошел 10–50 тыс. лет назад в результате интенсивного развития охоты. Выход из кризиса был найден в ходе сельскохозяйственной революции, ознаменовавшейся переходом к производящему хозяйству.
Кризис примитивного поливного земледелия (кризис продуцентов). Он возник около 2 тыс. лет назад в связи с повышением производительности сельского хозяйства и появлением излишков продукции, которые можно было менять или продавать. Кризис был вызван истощением плодородия почв. Решить проблему удалось в результате второй сельскохозяйственной революции, переходом к широкому освоению неполивных земель.
Кризис перепромысла растительного материала (кризис продуцентов). Этот кризис принято считать вторым антропогенным кризисом, который произошел 150–350 лет назад. В ходе промышленной революции он заставил человечество начать интенсивное использование минеральных (ископаемых) источников энергии, что совместно с другими процессами вызвало дисбаланс в энергетических процессах биосферы.
Кризис физического и химического загрязнения биосферы (кризис редуцентов).
Далее, 40–60 лет назад, в связи с развитием научно-технической революции начался и продолжается в настоящее время третий антропогенный или глобальный кризис, который уже не в состоянии справляться с разложением всего постоянно растущего «антропогенного букета загрязнений». Особые проблемы возникают с теми впервые синтезированными человеком веществами, которые не имеют природных аналогов, и, следовательно, для которых в природе нет систем (организмов или абиотических процессов), способных редуцировать эти вещества до исходных химических элементов.
Тема № 4. Демографические проблемы (2 ч.)
План занятия:
1. Динамика численности человечества
На протяжении большей части человеческой истории рост численности народонаселения был малозаметен. Точная статистика за ранние периоды истории человечества отсутствует, но можно с определенной степенью достоверности говорить о том, что в первобытную эпоху охоты и собирательства население планеты Земля не превышало 10 млн. чел.
Переход к земледелию и скотоводству, который начался примерно 10 тыс. лет назад, привел к существенному, но относительно плавному росту народонаселения. К началу новой эры, т.е. примерно за 8 тыс. лет, население Земли выросло до 230 млн. человек.
На протяжении первого тысячелетия новой эры численность населения Земли увеличивалась быстрее и приблизилась к 500 млн. За первую половину второго тысячелетия 500-миллионный рубеж превзойден не был вследствие серии эпидемий чумы, поразившей многие регионы Европы и Азии. При этом мир был заселен относительно равномерно. В Китае насчитывалось не менее 100 млн. чел., в Индии – около 50 млн., в Японии – 15 млн. В Западной Европе наибольшее число жителей приходилось на Францию – 15 млн., в Италии и Германии – по 11 млн., в Великобритании – около 5 млн., на Руси – примерно столько же.
Во второй половине второго тысячелетия, а точнее, с XVII века, темпы роста населения резко выросли, и эта фаза ускорения совпала с началом промышленного переворота и бурного развития науки. На этом фоне появились серьезные успехи в развитии сельского хозяйства, что позволило увеличить объем производства продуктов питания, и успехи в области гигиены и медицины, которые остановили волну опустошительных эпидемий. Вначале этот процесс затронул Западную Европу, а затем и весь остальной мир.
В 1800 году население Земли составило 1 млрд, в 1900 – 1,6 млрд, в 1960 – 3 млрд, в 1993 – 5,5 млрд, 12 октября 1999 ровно 6 млрд человек, в 2003 – 6,3 млрд, в 2006 – 6,5 млрд, в 2009 население мира составило 6,8 млрд человек, прогноз на 2050 год – 9,2 млрд.
Таким образом, на протяжении ХIХ в. этот процесс роста населения стал набирать темпы и чрезвычайно резко ускорился в первой половине ХХ в. (рисунок 1). Это дало повод аналитикам говорить о «демографическом взрыве». Взрыв демографический – резкое увеличение народонаселения, связанное с улучшением социально-эко номических или общеэкологических ус ловий жизни. Особенно показательны данные второй половины XX века. Так, с 1960 г. в среднем за каждые 15 лет население Земли росло на 1 млрд.
Среди главных причин, вызвавших столь бурное изменение демографической ситуации, обращают на себя внимание, прежде всего достигнутые к этому моменту успехи профилактической и излечивающей медицины, способствующие существенному снижению относительных показателей смертности населения, а также рост потребности производства в рабочей силе.
Рисунок 1. – Динамика численности, среднего возраста жизни человечества
Согласно данным, проводимым К.М. Петровым, ежегодный прирост народонаселения Земли составляет 90 млн. чел., т.е. 3 чел./с. Примерно 90 % детей рождается в беднейших регионах Земли. Плотность населения в различных районах неодинакова. Основной прирост населения приходится на развивающиеся страны. Быстрый рост населения в них провоцирует обострение экологических и социальных проблем (дефицит продовольствия, возникновение и распространение эпидемий, военные конфликты, отставание в уровне культурного развития). В современном мире численность населения становится определяющим фактором экономического развития, как отдельных государств, так и человечества в целом.
Численность населения Беларуси на 14 октября 2009 года составила 9 млн. 489 тыс. – данные переписи. В 13 городах Беларуси численность жителей превышает 100 тыс. Среди городов-стотысячников – Минск, Гомель, Могилев, Витебск, Гродно, Брест, Бобруйск, Барановичи, Борисов, Пинск, Орша, Мозырь, Солигорск. Одновременно с ростом городского населения страны продолжился процесс концентрации жителей в крупных городах. Если в 1999 году в городах с населением свыше 100 тыс. человек проживали 65,3% горожан, то в 2009-м – 67,2%.
За 10 лет, прошедших после переписи 1999 года, число городов в Беларуси увеличилось на 8, а поселков городского типа – уменьшилось на 14.
По данным переписи – в общей численности населения Беларуси горожане составляют 74%. Мужчин в Беларуси насчитывается 46,6%, женщин – 53,4%. По данным Минтруда, сегодня белорусские мужчины живут в среднем 64,5 года, женщины – почти на 12 лет больше (76,2 года). Средняя продолжительность жизни белорусов составила 70,3 года. Как отмечает пресс-служба министерства, Республика Беларусь считается старовозрастной страной, т.к. доля населения старше 65 лет у нас составляет 14,6 %. Доля детей в общей численности жителей составляет 18,5%, молодежи 16–29 лет – 24%. Хотелось бы также отметить, что в Республике Беларусь значительная разница ожидаемой продолжительности жизни при рождении среди городских и сельских жителей. Так, для населения, проживающего в городах, данный показатель составляет 70,5 года, для сельчан – 64,9 года (разница – 5,5 года).
Средняя продолжительность жизни женщин в мире составляет 67,9 года. При этом самая высокая продолжительность жизни женщин регистрируется в Японии – 85,4 года, самая низкая – в Свазиленде (небольшое государство на юге Африки, 30% населения ВИЧ-инфицировано) – 32, 9 года.
Средняя продолжительность жизни мужчин в мире составляет 63,3 года. При этом самая высокая продолжительность жизни мужчин регистрируется в Исландии – 78,7 года, самая низкая – в Свазиленде – 32,1 года. Таким образом, разница продолжительности жизни мужчин и женщин в мире составляет 4,6 года.
По данным американского историка Джея Рассела продолжительность человеческой жизни долгое время была крайне низкой. К примеру, продолжительность жизни англичанина в 14–15 веках составляла в среднем 24,3 года. К 17 веку продолжительность жизни выросла до 37,7 лет, в 19 веке – достигла 40 лет. Аналогичные показатели демонстрировали и другие страны Европы и Азии. В Японии в конце 18 века продолжительность жизни в среднем составляла 32,2 года. Значительный рост продолжительности жизни был отмечен лишь в 1820-е годы – тогда среднестатистический европеец жил 37 лет. В 1900 году срок жизни увеличился до 46-ти лет, в 1950 году – до 67 лет, в 1999 – до 78. Рост продолжительности жизни был связан с развитием науки, медицины, агрономии, а также с изменением системы социального обеспечения.
Исследование демографов свидетельствуют, что, начиная с 1840 года, продолжительность жизни населения индустриально развитых стран мира ежегодно увеличивалась на три месяца. Если данная тенденция сохранится и в будущем, то к 2050 году средний возраст европейца, японца или североамериканца может достигнуть 100 лет. Несмотря на то, что средняя продолжительность жизни человечества на протяжении 20 века увеличилась на 30 лет, высокая смертность в беднейших странах мира сводит данное достижение к нулю. Даже сегодня разница в продолжительности жизни между "бедными" и "богатыми" странами составляет более 40 лет.
Одна из самых острых проблем современности – проблема народонаселения. Сейчас на нашей планете в минуту примерно рождается 180 человек, в секунду – около 3-х, а умирает 1. Каждую секунду численность населения увеличивается на два человека. За год прирост составляет 60 млн.
В наше время удвоение числа людей на планете происходит за 35 лет. А производство пищи растет на 2,3% в год и удваивается за 30 лет.
Закономерности распределения населения на земном шаре на современном уровне
Индустриальные общества эпохи научно-технической революции, нуждаясь в новых технологиях, требующих больших объемов энергии и много рабочей силы, сконцентрировали их в городах. Сверхконцентрация технологий привела к деградации экологических систем. Вероятно, первых людей на Земле было всего несколько де сятков тысяч. Они блуждали в поисках пищи и были зависимы от погодных и климатических условий.
Около 10 тыс. лет тому назад человечество могло исчисляться цифрой в 5–10 млн. Сущест вует своеобразная биологическая закономерность, заключающаяся в том, что любые виды бактерий, растений, животных, попав в благоприятные условия, увеличивают свою численность в такой зависимости от времени, которая носит название «экспоненциальной». Видимо, и человек унаследовал эту особенность. Ана лиз роста народонаселения показывает, что всякий раз, когда условия жизни Homo sapiens улучшались, численность людей уве личивалась.
Ученые отмечают три глобальных всплеска численности на селения планеты (Дольник, 1990). Первый связан с освоением охоты на крупных животных и расселением охотников в конце плейстоцена. Второй произошел около 10 тыс. лет назад, после появления земледелия, когда численность людей увеличилась в 20–30 раз. И всего несколько столетий назад, с наступлением промышленной революции начался третий всплеск численности, продолжающийся до нашего времени.
Эксперты ООН оценивают средний уровень прироста населения в мире существенно ниже ожидавшегося 1,48 % в год вместо 1,57%. «Стабилизация произошла быстрее, чем мы думали», – заме тил директор департамента ООН по проблемам народонаселения Джозеф Чами. На его взгляд, новой тенденцией мы обязаны эф фективным программам планирования семьи во многих странах, более высокому экономическому и социальному статусу женщин. Падение роста населения Джозеф Чами объясняет также повышением уровня смертности в некоторых странах. В Африке рождаемость снизили войны и СПИД. Падает она в Восточной Европе и на территории бывшего Союза, но уже по экономическим причинам.
Приемлемым считается численность населения Земли около 9 млрд. человек к 2050 году, вместо ожидаемых 10 млрд. Этой цели можно достичь увеличением ежегодных расходов на осуществление программ планирования семьи и выбором социальной политики. Важнейшим условием является повышение уровня образования женщин. Еще один фактор (эффективный) – уменьшение размера семьи – гарантированное обеспечение в старости.
На современную структуру населения семьи большое влияние оказывают новейшие достижения науки и медицины. Побеждены многие болезни, уносившие в прошлом тысячи миллионов жизней: малярия, оспа, чума, холера и другие. Повсюду снизилась детская смертность. Достижения в медицине и в фармацевтике, улучшение гигиенических и социальных условий постепенно способствовали ликвидации инфекций, сопровождавших человека с младенчества (в середине 18 в. на первом году жизни умирали 250 из 300 детей, сейчас – только 5).
Человечество растет на 2 % в год, удваиваясь каждые 35 лет. Производство пищи на Земле растет на 2,3% в год, удваиваясь каждые 30 лет. Численность человечества, как и всякого биологического вида, строго следует за изменением количества пищи, главного показателя биологической емкости среды. А она увеличивается не сама по себе, ее увеличивает человек, распахивая новые земли, выводя новые, более урожайные сорта, внося удобрения, применяя ядохимикаты. С каждым годом обеспечивать рост суммарного урожая становится все труднее. Опережающий рост вложений в производство продуктов питания ясно виден из того, что связанное с ним потребление энергии растет на 5 % в год, со временем удвоения 14 лет; потребление воды возрастает на 7%, удваиваясь каждые 10 лет; производство удобрений тоже на 7% в год, а ядохимикатов – даже на 10%. Эти усилия истощают ресурсы, разрушают среду и все более ее загрязняют. Такой рост обеспечивается тем, что человек интенсивно использует запасы угля, нефти, газа, минерального сырья, накопленные за всю предшествующую историю биосферы. Запасы конечные и невозобновимые.
Поэтому нынешняя почти безграничная мощь человечества конечна во времени. Если спросить биолога, что будет, когда ресурсы кончатся, он ответит однозначно: разрушится среда обитания, упадет производство пищи (глобальный экологический кризис), а вслед за этим сократится численность до уровня, который будет обеспечен возобновимыми ресурсами. Так было бы с любым видом, но человек изобретателен, и поэтому утверждать, что численность людей сократится до первобытного уровня, мы не можем. С другой стороны, и расти бесконечно она не может.
В устройстве биосферы соблюден простой закон, связывающий размеры потребляющих органическую пищу видов с их численностью. Главную роль в потоках вещества и энергии в биосфере играют мелкие организмы, а крупные – лишь незначительную, вспомогательную. Главные потребители в биосфере – микроскопические бактерии, грибы и простейшие. За ними следуют мелкие животные – черви, моллюски, членистоногие. Доля потребления дикими позвоночными животными (земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие) очень низка – лишь около 1 % продукции биосферы. Человек со своими домашними животными и потреблением леса должен входить в эту группу крупных потребителей, т. е. потреблять менее 1 %, и то при этом другие члены его группы будут обречены на вымирание. Современный же человек потребляет (вместе с домашними животными и изъятием леса) 7 % продукции биосферы, т. е. вышел далеко за пределы того, что в биосфере отведено для крупных потребителей. Он нарушил, возмутил биосферную закономерность.
Но биосфера – саморегулирующаяся система, и она стремится вернуть численность людей к дозволенному уровню. Вымирание нужных человеку животных и растений, падение продуктивности самых ценных для нас экосистем, отторжение от биосферных круговоротов производимых нами загрязнений – все это может быть понято как действие обратной связи, биосферного механизма, стремящегося ограничить численный рост человечества.
Предел численности населения на каждой ступеньке развития цивилизации свой. Но говорить о пределе в масштабе Земли на отдаленный срок бессмысленно. Ведь никто не скажет, как пойдет развитие науки, и будут ли экологические и военные катаклизмы.
При идеальных общественно-экологических условиях демографическая емкость нашей планеты оценивается в 1,0–1,5 млрд. человек. Сейчас эта цифра составляет около 7 млрд. человек. Но все равно рост численности населения будет продолжаться, так как пищевые ресурсы вопреки регионально существующему голоду и недоеданию достаточны для жизни, а скорее существования более 15 млрд. человек.
3. Негативные последствия роста численности населения Земли
Негативные последствия роста численности населения Земли: рост материального потребления, рост городских агломераций, загрязнение среды, падение уровня жизни, изменение структуры населения и его скученность.
Рост материального потребления. Рост населения не пропорционален росту потребления, так как обычно сопровождается падением уровня жизни. Потребление возрастает, прежде всего, за счет тех областей, которые мало связаны с уровнем жизни (потребление риса, зерна и т.п.).
Рост городов происходит за счет сельскохозяйственных угодий, что, в свою очередь, ведет к усилению оттока населения из сел в города.
Загрязнение среды возрастает из-за увеличения объема бытовых отходов, роста городов, интенсификации сельскохозяйственного производства. Это провоцирует рост заболеваемости, запуская механизм естественного отбора, ведущего к изменению (ухудшению) генофонда. Борьба с загрязнением, в свою очередь, сопряжена со значительным увеличением непроизводительных отходов.
Падение уровня жизни. Основные факторы падения уровня жизни связаны с ростом численности населения – многодетностью и обусловленным ею дефицитом семейного бюджета, ростом цен на землю, соответствующим удорожанием жилищного строительства, ресурсов, всех систем жизнеобеспечения, а также с ростом непроизводительных расходов.
Изменение структуры населения. Сдвиг в пользу городского населения с ростом его численности сопровождается:
Скученность населения ускоряет процесс загрязнения среды. Она провоцирует гормональные нарушения у человека, увеличивает степень конфликтности и агрессивности в семье и на производстве. Социально-психологические последствия скученности: отчуждение, утрата социальной значимости личности, снижение ценности жизни, социальное безразличие и карьеризм, саморазрушение, преступность.
Многие специалисты отмечают, что чем выше будет численность и плотность населения, хуже состояние общего здоровья, тем катастрофичнее будут последствия эпидемий и пандемий. Подобное развитие событий отнюдь необязательно, если будут учтены экологические ограничения и закономерности, если человечество вложит значительные силы и средства в оптимизацию своего воспроизводства.
Сложность современной демографической ситуации состоит в том, что экономически большинство стран мира с капиталистической рыночной экономикой по-прежнему заинтересовано в росте численности населения. Существенный прогресс в деле оптимизации процесса воспроизводства населения достижим лишь при сокращении потребности в трудовых ресурсах в условиях вывода человека из процесса непосредственного материального производства. Экономический рост должен идти за счет механизации и автоматизации производства с сокращением числа занятых в нем людей.
4. Основные факторы регулирования численности людей
На ранних этапах эволюции человек был полностью включен в те экосистемы, которые он осваивал, расселяясь по Земле. В связи с этим наибольшую роль в регуляции его численности играли связи с другими видами и абиотические факторы, прежде всего температура и осадки. Болезни, голод, высокая детская смертность были главными факторами, ограничивающими численность нашего вида на большей части всего времени его эволюции. Жесткость естественного отбора способствовала сравнительно быстрому развитию мозга ранних людей, что создавало нейрофизиологическую основу всё более усложненного поведения наших предков. В ходе своего исторического развития (использование огня, усложнение трудовой деятельности, коллективный труд, возникновение общественных структур, культуры, науки, техники, медицины и т.д.) постепенно вывело человечество из-под действия природных масштабов регуляции численности. Развитие медицины увеличило среднюю продолжительность жизни. В настоящее время считается нормой, что все дети в семье выживают. Поэтому даже при двоих детях в каждой семье численность людей непременно растет, она может стабилизироваться при снижении уровня рождаемости до 15–17 детей на 10 семей. По мере снижения роли чисто биологических факторов в регуляции численности людей всё сильнее проявлялась её зависимость от чисто человеческих, социально-экономических и социокультурных факторов.
Как ни ужасны современные войны, относительного влияния на численность населения воюющих сторон в древности, когда воевали луками, было ничуть не меньше. Например, в 3 в. до н.э. гражданская война в Китае унесла 2/3 его населения. Восстание «краснобровых» в 1 в. н.э. унесло 70% жизней. Если на рубеже нашей эры численность населения Китая составила 60 млн. человек, то из-за войн с внешними врагами, восстаний и гражданских войн к 3 в. н.э. в Китае осталось 7–8 млн. чел. В настоящее время Китай на 1 месте по численности населения – 1,5 млрд., на 2 месте Индия – 1,2 млрд. Самое маленькое государство мира – государство-город Ватикан внутри территории Рима (столица Италии), полностью независимое от Италии. Население Ватикана – около 1000 чел. В России проживает 150 млн. человек.
Уровень развития экономики, как основного источника жизни ресурсов человека больше, чем что-либо другого определяющего численность людей. Уровень производства пищи до сих пор остается регулятором численности людей. Ниже этого уровня реальная численность людей колеблется из-за войн, эпидемий, стихийных бедствий и т.д.
Одна из основных тенденций развития человеческого общества непрерывное повышение уровня производства. Это позволяло человеку в течение всей его истории постепенно увеличивать «емкость среды обитания». В заполнении увеличивающейся емкости среды Homo sapiens ведет себя как любой другой биологический вид. Так, по оценкам ООН на 1985 г. смерть от голода угрожала почти 500 млн. человек, примерно 10% населения мира.
Техническая цивилизация стремится бесконечно увеличивать емкость среды обитания, а численность людей по-прежнему ограничивается голодом, болезнями, войнами. Но емкость среды обитания человека может увеличиваться так за счет преобразования «под человека» среды обитания всего живого – биосферы.
Все возрастает активность человечества в развитии с/хозяйственного и промышленного производства ведет к нарастанию уровня загрязнения. Именно быстрый рост численности людей, «демографический взрыв», есть та основа, на которой возникли и становятся все более быстрыми все остальные глобальные экологические проблемы. Только осознанное и гуманное, не за счет болезней и войн, а за счет культурного развития добровольное ограничение человечеством роста своей численности сможет позволить решить остальные глобальные проблемы, обеспечить возможность долгого существования человечества на Земле.
При безусловном равенстве биологических возможностей у разных народов существуют различные культурные традиции, определяющие отношение к семье и многодетности.
В истории большинства народов от числа детей в семье зависела, по мере их подрастания и включения в трудовую деятельность, продуктивность и устройство семейного хозяйства. При низкой производительности труда содержать стариков–родителей могли только несколько детей. Вместе с тем в экономически развитых странах в последние десятилетия отношение к данной проблеме меняется. Понимание ограниченности ресурсов и желание позаботиться о счастливом будущем своих детей приводит многих к необходимости иметь 1–2 детей.
В большинстве стран сложилась тенденция поощрения высокой рождаемости (необходимость иметь сильную армию).
Любым народам падение своей численности воспринимается как опасная тенденция. (Литва, Эстония, Латвия – 1986 – 88 гг., Беларусь – 2000 – 2003 гг. и др.) Китай – с 70-х г. действуют законы, поощряющие малодетные семьи, т.е. разумная численность населения необходима.
5. Модели регуляции численности населения
Длительное время основной концепцией в регулировании численности населения является принцип неограниченного роста. Впервые попытку оценить количественно возможные последствия неуправляемого роста численности людей, сопровождающегося опережающим ростом потребления энергии на душу населения, производства продовольствия, промышленной продукции и общим экономическим ростом проанализировал Римский клуб.
В начале 70-х г. сначала Форрестер и Медоуз, затем Мессарович и Пестель представили Римскому клубу доклады, в которых на основании исследования моделей мира было показано, что неограниченный рост численности людей, возрастающее использование невозобновимых ресурсов, рост производства и одновременно дефицит продовольствия, ухудшение качества природной среды и рост заболеваемости приведут человечество к неминуемой катастрофе.
Критики этих докладов указывали, что отказ от идеи роста, переход к «нулевому росту», будет означать деградацию экономики, культуры, науки и вызовет вместо стабилизации деградацию человечества. В дальнейшем точки зрения «нулевого роста» заменили пределами роста, которые могут меняться в зависимости от результатов взаимодействия человечества с природной средой. При этом даже если перераспределение доходов сделает невозможной привычную роскошь, возможно духовное и культурное развитие любого человека неограниченно.
Модели "Пределы роста" и "Человечество на перепутье" были разработаны в рамках проектов Римского клуба (международной неправительственной организации, созданной в 1968 г. по инициативе и на средства западных стран и занимающейся изучением общечеловеческих и глобальных проблем). В них прогнозировались вероятные состояния глобальной социально-экономической системы в целом и в макрорегиональном разрезе при сохранении современных систем ценностей, ведущих к росту численности населения Земли и увеличению объема производства материальных благ.
В докладе Римского клуба под названием "Пределы роста" описывались перспективы роста численности населения и мировой экономики в грядущем столетии. В нем были поставлены и изучены важнейшие вопросы:
Общие выводы ученых:
Построение второй глобальной модели было вызвано критикой "Пределов роста", основные положения которой сводились к отсутствию у первой модели пространственно-социальной дифференциации глобальной системы.
Во второй модели Месаровича и Пестеля, опубликованной в книге "Человечество на перепутье" была впервые проведена регионализация глобальной системы: моделировался не мир в целом, а система взаимосвязанных стран и регионов. Это позволило дифференцировать прогнозы по социально-экономическим типам и отдельным глобальным проблемам, а также использовать одно из важнейших свойств глобального моделирования – рассчитывать и анализировать не одну возможную траекторию динамики глобальной системы или семейство близких по характеру траекторий, а различные ряды вариантов и альтернатив развития, использовать сценарный подход в моделировании.
Результаты прогнозов по второй глобальной модели детализировали и подтвердили вывод, полученный с помощью первой модели: во всех регионах мира нагрузка на биосферу резко возрастает; необходимо принятие срочных мер по предотвращению прогрессирующего истощения природных ресурсов, так как задержки могут привести не только К экономическим потерям, но и к разрушению среды обитания обширных регионов.
В 70–80-х гг. по инициативе членов Римского клуба был выполнен большой цикл работ по математическому моделированию мировой системы, анализу и прогнозу социальных, экономических и экологический процессов в ней.
Глобальные модели стали рабочим методом комплексного прогнозирования крупных проблем. С их помощью была выявлена острота демографической напряженности в мире, угрожающая стабильности всей биосферы, подчеркнута необходимость пересмотра системы ценностей, которой руководствуется человечество, отдельные страны и регионы. Методической основой глобального моделирования стал весь спектр современных направлений в математике и вычислительной технике – системная динамика Дж. Форрестера, теория многоуровневых иерархических систем М. Месаровича, межрайонный межотраслевой подход затраты – выпуск В. Леонтьева, математическое программирование Л. Канторовича. Результаты прогнозов, рассчитанные по первым моделям, несмотря на жесткую критику, оказали значительное воздействие на мировое развитие. Из работ отдельных исследователей они были перенесены в официальные правительственные документы и материалы международных организаций. Резко возросли затраты на программы планирования семьи развивающихся странах, энерго- и ресурсосберегающие технологии в развитых, рост производства в мировом сельском хозяйстве, общий переход к постиндустриальному, информационному обществу и становление стран новой индустриализации.
Суть охраны окружающей среды состоит в нахождении рационального соотношения экологических интересов общества в чистой, здоровой и высокопродуктивной природной среде с его экономическими интересами, связанными с удовлетворением материальных потребностей людей. Эти интересы едины, так как в центре их стоит человек, обеспечение качества его жизни. Вместе с тем они противоречивы в своей основе. Человек не только объект воздействия окружающей среды, он одновременно является субъектом такого воздействия, отрицательно влияющего на его здоровье, благополучие, на состояние природной среды.
Есть три выхода из создавшегося противоречия
Первый: существенное ограничение или прекращение антропогенного воздействия на природу – это экологический утопизм.
Второй путь: развитие экономики без учета экологических ограничений – это экономический экстремизм, который ведет к деградации природы и гибели человечества.
Остается один – третий путь: сочетание экономических и экологических потребностей. Но сочетание бывает разное. Практика показывает, что предшествующее развитие общества привело к экологическому кризису, шло под приоритетом экономики. Следовательно, нужно менять сложившееся соотношение в приоритетах, найти оптимальное сочетание экономических и экологических интересов.
Б. Коммонер выделил пять видов человеческого вмешательства в экологические процессы:
К настоящему времени сложилась достаточно целостная система законов, принципов и правил функционирования биосферы.
Законы
Принципы
Правила
Бейджеровский международный институт экологической экономики поставил себе целью разумно соединить экономические и экологические дисциплины и донести до сознания людей, принимающих решения, что человечество находится внутри, а не вне природы, а также понять связи между экономикой и экосистемами.
Перспектива благополучного будущего человечества связано не с неограниченным ростом, а с неограниченным развитием, пути перехода к которому в последнее время направлением, обозначенным как «устойчивое развитие».
В 1992 г. в Рио-де-Жанейро на уровне глав государств и правительств состоялась конференция ООН по окружающей среде и развитию. Конференция констатировала невозможность развития стран по пути, которым шли так называемые высокоразвитые государства. Провозглашена необходимость перехода мирового сообщества на путь "достойного развития", обеспечивающего установленный баланс между решением социально-экономических проблем и сохранением окружающей среды, удовлетворением основных жизненных потребностей нынешнего поколения с сохранением таких возможностей для будущих поколений. Если человечество не сделает этого, то его ждет катастрофа.
Устранение сложившихся противоречий возможно только в рамках стабильного социально-экономического развития, не разрушающего своей природной основы. Улучшение качества жизни людей должно обеспечиваться в тех пределах хозяйственной емкости биосферы, превышение которых приводит к разрушению естественного биотического механизма регуляции окружающей среды и ее глобальным изменениям. Лишь выполнение этих условий гарантирует сохранение нормальной окружающей среды и возможность существования будущих поколений людей.
Переход к устойчивому развитию предполагает постепенное восстановление естественных экосистем до уровня, гарантирующего стабильность окружающей среды. Этого можно достичь усилиями всего человечества, но начинать движение к данной цели каждая страна должна самостоятельно.
Однако переход к устойчивому развитию осуществить нельзя, сохраняя нынешние стереотипы мышления, пренебрегающие возможностями биосферы и порождающие безответственное отношение граждан и юридических лиц к окружающей среде и обеспечению экологической безопасности.
Тема № 5. Человек в урбо- и агроэкосистемах (2 ч.)
План занятия:
1. Социально-экологические проблемы городов
Функции города: административные, торговые, транспортные, военные, хозяйственные, культурные. В любом городе имеются функции градообслуживающие (отрасли производства, обслуживающие население города) и градообразующие (отрасли и производства, продукция и услуги которых идут за пределы города). Крупные города, как правило, полифункциональные, т.е. выполняют сразу несколько функций (хотя и среди этих функций обычно можно выделить преобладающую). Небольшие города очень часто монофункциональны.
Комплекс социально-экологических проблем присущ любой территории, где отмечается концентрация промышленных предприятий и населения. Наиболее ярко он проявляется в условиях города с характерной для него комбинацией достаточно надежных внутренних и внешних связей, потоков населения, pесуpсов, энергии и информации, входящих в городскую черту и перераспределяющихся на территории города между отдельными компонентами городской природно-технической геосистемы и населяющими город людьми.
Состав и напряженность экологических проблем велики и разнообразны в зависимости от следующих обстоятельств:
В условиях города, как нигде ярко проявляется техногенная нагрузка на измененную природную среду и человека. Ориентировка городов на обслуживание промышленных предприятий, транспортных и энергетических узлов, иных хозяйственных объектов, привела к значительной перепланировке центральных частей старых городов. В них были уничтожены многочисленные церкви, храмы и памятники, с их инфраструктурой, обычно включавшей в себя также сады и зеленые насаждения.
Расширение городов, концентрация в них производств и населения, диктуют необходимость новых планировочных решений: развитием рельсового, автомобильного и автобусного транспорта. Возросший тpанспоpтный поток потребовал, во многих случаях, изменить направление дорожной сети, увеличить ее пропускную способность, изменить организацию движения и информацию его участников, перевести часть транспортных артерий и пешеходных переходов под землю. Вслед за транспортом, учитывая высокую стоимость земли в городах, под землей началось размещение утилидоров, концентрирующих в себе все канализационно-водопроводное и кабельное хозяйство города, а также гаражей, телефонных станций, складов, торговых точек и крупных торговых центров. Примером может служить обустройство подземного пространства столичных городов.
Длительное время города фоpмиpовались достаточно спонтанно, без научной и планировочной оптимизации производственных, селитебных pекpеационных и буферных (зоны санитарной охраны) теppитоpий. Особенно бурный теppитоpиальный рост городов наступил после второй мировой войны, чему во многом способствовала массовая автомобилизация населения многих стран. В США этот процесс получил определение "расползания городов". В России наиболее известным примером подобного расширения городской территории является Москва, поглотившая своими кварталами многие села и их земли.
Расползание городов на обширных пpостpанствах порождает множество экологических проблем, важнейшие из которых составляют:
1. Сокращение сельскохозяйственных угодий, земли которых отторгаются районами городской застройки, pекpеационными пpигоpодными паpками и лесными массивами, необходимыми для обеспечения отдыха населения и в качестве буферных зон (санитарной охраны), призванных принять на себя и нейтрализовать какие то загрязнения, поступающие в воздушную среду с производственных объектов, пpедпpиятий теплоэнергетики и транспортных артерий.
2. Интенсификацию использования энергетических pесуpсов, вплоть до их истощения за счет необходимости:
3. Ухудшение состояния воздушной среды города сбросом загрязняющих веществ в атмосферу, тpанспоpтом, производственными и теплоэнергетическими объектами а также за счет повышенной запыленности атмосферы. Загрязнение, вызывающее, в сочетании с имеющейся естественной влажностью воздуха и солнечной радиацией, образование в теплое время года высокотоксичного фотохимического смога, а при низких отрицательных темпеpатуpах воздуха морозного тумана, также весьма отрицательно влияющего на состояние верхних дыхательных путей и общего здоровья горожан.
4. Деградация водных pесуpсов вследствие их изъятия для обеспечения нужд города и загрязнения водных объектов через воздушную среду, сбросом неочищенных и недоочищенных сточных вод в водные объекты.
5. Утрата и сокращение мест отдыха, а также зеленых массивов внутри и по пеpифеpии городов в которых осуществляется восстановление атмосферного кислорода, нейтрализация загрязнений, выпадающих из воздуха, а также снижение качества природной основы рекреационных зон и, соответственно, их реабилитирующей роли.
6. Возникновение и воздействие на организм человека электромагнитных полей и излучений, связанных с линиями высоковольтных электpопеpедач, работой передающих радиостанций, pадаpов метеослужбы и других источников электромагнитного излучения.
7. Изменение микpоклиматической обстановки, вызванное тем, что более теплый, в сравнении с пригородной зоной, но загрязненный воздух, формирующийся на городской территорией, образует устойчивый вертикальный воздушный поток. В условиях низких зимних темпеpатуp и атмосферой инверсии, поднявшийся над городом воздух растекается к его пеpифеpии, постепенно охлаждается, опускается к земле и вновь возвращается в гоpод.
8. Осложнение геоэкологических условий развития города, эксплуатации жилых и промышленных зданий, сооружений и инженерных коммуникаций по причине активизации и появления новых, не свойственных данной местности, инженеpно-геологических процессов.
9. Формирование антропогенных зооценозов (крысы, мыши, бродячие собаки и др.).
10. Возникновение и усиление социальной напряженности, проблемы безопасности в городе, являющиеся естественным следствием нескольких традиционных и нетрадиционных причин:
11. Осложнение сан.-гигиенической и эпидемиологической обстановки вследствие концентрации людей и снижения иммунитета вследствие воздействия бактериологических и химических загрязнений в воздухе, воде, употребления не всегда экологически чистых продуктах питания. Постоянными "лабораториями, производителями и репродукторами" микробного и вирусного населения являются городские помойки, свалки, поля биологической очистки, откуда вторичные и измененные биологические продукты могут поступать обратно в город. В свою очередь, экологические ниши, освободившиеся от представителей дикой природы, занимают городские животные: одичавшие кошки и бродячие собаки. Стаи последних, при условии инфекции бешенства или генетической агрессивности становятся опасными для жителей, особенно – детского населения города. В некоторых европейских городах появились популяции лисиц.
Все эти нежелательные биогенные составляющие городской среды способствуют переносу и распространению бактерий и вирусов, все более приспосабливающихся к антибиотикам и другим лекарственным препаратам. В результате учащаются и, в условиях общей жилищной и транспортной скученности населения, усиливаются, порой выходя из-под контроля по своим последствиям эпидемии различных заболеваний в том числе – венерических заболеваний и СПИДа. На этом фоне, возникают пригородные зональные и парковые очаги клещевого энцефалита, провоцируются стрептококковые и иные инфекции внутри больниц и родильных домов, происходит адаптация возбудителей к антибиотикам и другим лекарственным препаратам. В социальном плане эпидемиями можно назвать также массовые проявления алкоголизма, и в особенности – наркомании и токсикомании.
Как ни парадоксально звучит, но повышенная комфортность городской жизни и привыкание к ней горожан, в сочетании с "лекарственным давлением" – постоянной пропагандой все новых и новых лекарственных средств, при повышении стоимости квалифицированной медицинской помощи, переходу все большего числа граждан на "самолечение" и использование этих лекарств без врачебных рекомендаций, еще более способствует снижению природных адаптационных возможностей горожан.
Характерными чертами современного этапа общественного развития являются быстрый рост городов и увеличение числа проживающих в них людей. В городских поселениях формирует ся особая среда жизни человека – городская (урбанизированная) среда.
В городских условиях на здоровье человека влияют пять основных групп факторов:
При оценке здоровья населения учитывается и такой немаловажный фактор, как фактор региональной особенности, который складывается из целого ряда элементов: климата, рельефа, степени антропогенных нагрузок, развития социально-экономических условий, плотности населения, промышленных аварий, катастроф и стихийных бедствий и т.п.
Среда городов развивается в определенном природном ланд шафте и включает в себя как компоненты неживой (абиотической) природы – рельеф, климат, источники воды, так и живой природы (биоты) – растительность, животный мир. Для описания природно го компонента этого типа среды обычно прибегают к понятию «природно-ресурсный потенциал». Согласно определению Г. С. Камериловой, природно-ресурсный потенциал – это та часть при родных ресурсов, которая может быть реально вовлечена в хозяйственную деятельность при данных технических и социально-экономических возможностях общества с условием сохранения среды жизни человека.
Помимо природных, городская среда содержит компоненты, искусственно созданные человеком, – техносферу. Ее компоненты включают в себя производство и его результаты, городской архи тектурный комплекс, транспорт.
Наконец, последний, и, пожалуй, наиважнейший компонент городской урбосистемы – население. Оно выступает как потреби тель продуктов деятельности производства, но в то же время и как носитель разнообразных нематериальных потребностей. Соци альные интересы людей включают широкий спектр потребностей культурного, экологического, этического, национального, эконо мического и политического характера. Инфраструктура города призвана обеспечивать удовлетворение всего многообразия по требностей населения и отдельных людей как субъектов взаимо отношений с другими компонентами урбосистемы.
Различные компоненты городской среды тесно связаны между собой. В процессе их взаимодействия усиливаются противоречия между отдельными компонентами. В результате активной преоб разующей деятельности человечества возникла новая экологиче ская среда с высокой концентрацией антропогенных факторов. Такие из них, как загрязнение атмосферного воздуха, высокий уровень шума, электромагнитные излучения, являются непосред ственным продуктом индустриализации, другие – сосредоточение предприятий на ограниченной территории, высокая плотность населения, миграционные процессы и т.д. – являются следствием урбанизации как формы расселения.
Более всего естественная среда обитания изменяется в крупных городах. Этому способствуют специфический ритм жизни, психо эмоциональная обстановка труда и быта и пр. Как отмечает В.И. Торшин, интенсивность солнечной радиации в городах на 15–20% ниже, чем в прилегающей местности, тогда как среднего довая температура примерно на 1,5°С выше, не столь значитель ны суточные и сезонные колебания температуры, чаще возникают туманы, больше осадков (в среднем на 10%), ниже атмосферное давление.
Городскому жителю постоянно приходится решать задачи, требующие больших психологических усилий, он вынужден уве личивать продолжительность своего рабочего времени, сокращая отдых и постоянно ощущая нехватку времени. Горожане испыты вают постоянный избыток информации. В результате у многих людей развиваются неврозы и так называемые болезни цивилиза ции. Социальные условия, информационные и интеллектуальные перегрузки, вызывающие у горожан психическую усталость и эмоциональные стрессы, становятся причиной возникновения большинства язвенных болезней желудка и 4/5 случаев инфаркта миокарда, провоцируют конфликтные ситуации, дезорганизацию ближайшего социального окружения человека, способствуют раз витию болезней.
Как отмечает В. И. Торшин, стресс стал сегодня привычным со стоянием для горожан. Они испытывают его от появления на свет до самой смерти. Еще в 1926 г. Г. Селье обратил внимание на то, что у пациентов, страдающих различными заболеваниями, обна руживается ряд общих симптомов, таких, как потеря аппетита, мышечная слабость, повышенное артериальное давление, сниже ние уровня мотиваций и др. Эти наблюдения послужили ему ос нованием для определения стресса как «совокупности всех неспе цифических изменений (внутри организма), функциональных и органических».
Эмоциональный стресс развивается в условиях, когда не удает ся достигнуть результата, жизненно важного для удовлетворения биологических и социальных потребностей, и когда результат со провождается комплексом соматовегетативных реакций. При дли тельном стрессе продолжительное влияние гормонов, участвую щих в формировании стресс-реакции, ведет к нарушениям функ ций организма, начинается заболевание – у одних людей это па тология сердечно-сосудистой системы, а у других – изъязвление желудочно-кишечного тракта. Таким образом, стресс может слу жить патогенетической основой невротических, сердечно-сосуди стых, эндокринных и других заболеваний, количество которых, особенно в последнее время, непрерывно возрастает.
В высокоурбанизированных странах повсеместно отмечается тенденция рост случаев психических заболеваний. Одними из наиболее распространенных тяжелых проявлений расстройств «психического здоровья» жителей современного города стали алкоголизм и нар комания, их неизбежными спутниками являются резкое увеличе ние частоты нервно-психических заболеваний, рост преступности, числа самоубийств. Наиболее высок процент наркоманов среди молодежи, что обычно объясняют диспропорцией между сомати ческой и психической акселерацией. Прямо пропорционально степени урбанизации, индустриализации и увеличению расстоя ния между центром города и его окраинами повышается преступ ность, что, по-видимому, является следствием недостаточной со циальной адаптированности молодых людей. Число психических расстройств и преступлений достигает наиболее высокого уровня в густонаселенных районах больших городов, что указывает на тот факт, что перенаселенность является одним из решающих факторов в возникновении психических заболеваний и различных форм социальной патологии.
Еще одним негативным следствием научно-технического про гресса и еще одной причиной возникновения «болезней цивилиза ции» является гиподинамия. 100 лет назад доля физического труда в общественно полезной деятельности человека составляла 96%. Сейчас же она занимает всего около 1 %. Из-за гиподинамии ске летные мышцы и сердце все больше детренируются, что ведет к их дистрофии. В результате любая перегрузка, которая в тренирован ном организме вызывала бы изменение деятельности миокарда лишь в пределах физиологической нормы, становится чрезвычай ной и приводит к развитию патологических процессов. На фоне гиподинамии не только отрицательные, но и положительные эмо ции способны вызвать значительные нарушения сердечной дея тельности. У малоподвижных, страдающих ожирением городских жителей часто встречаются ортопедические заболевания (деформа ция скелета, искривление позвоночника, плоскостопие), которые еще больше ограничивают движения.
Здоровье людей в значительной мере зависит от качества как природной, так и антропогенной среды. В условиях большого го рода влияние на человека природного компонента ослаблено, а действие антропогенных факторов резко усилено. Газовые и пы левые выбросы промышленных предприятий, сброс ими в окру жающие водоемы сточных вод, коммунальные и бытовые отходы крупного города загрязняют окружающую среду разнообразными химическими элементами. В большинстве промышленных пылей и отходов содержание таких элементов, как ртуть, свинец, кадмий, цинк, олово, медь, вольфрам, сурьма, висмут и др., в сотни, тысячи и десятки тысяч раз выше, чем в природных почвах.
Среди источников загрязнения, отрицательно влияющих на здоровье человека, значительную роль играет автомобиль. Авто мобили являются причиной 10–25% заболеваний, вырабатывают почти половину всех загрязнителей воздуха. Окислы серы и раз нообразные мелкие частицы (смеси сажи, пепла, пыли, капелек серной кислоты, асбестовых волокон и т.д.) вызывают не меньше болезней, чем выхлопные газы автомобилей. Они поступают в атмосферу от электростанций, заводов и жилых домов.
Загрязненный воздух поражает, прежде всего, легкие. Среди забо леваний органов дыхания выделяют острые (простуда, бронхит, воспаление легких) и хронические болезни (хронический бронхит, астма). Во всех странах на долю респираторных заболеваний прихо дится больше случаев, чем на все остальные болезни, вместе взятые.
Загрязнение окружающей среды сказывается и на возникнове нии такого заболевания, как рак легких, хотя основная роль в патогенезе этого заболевания принадлежит курению. Для жителей крупных городов вероятность этой болезни примерно на 20–30% выше, чем для людей, живущих в деревнях или небольших город ках. Установлена связь между содержанием твердых частиц в воз духе и частотой рака желудка и предстательной железы.
Обнаружена связь загрязнения атмосферного воздуха с ростом случаев заболеваний генетической природы, при этом уровень врожден ных пороков развития в условиях промышленных городов зави сит не только от интенсивности загрязнения, но и от характера атмосферных выбросов. Ряд химических веществ обладает мута генным действием, которое может проявляться в увеличении час тоты хромосомных аберраций в соматических и половых клетках, что приводит к новообразованиям, спонтанным абортам, перина тальной гибели плода, аномалиям развития и бесплодию. В за грязненных районах чаще встречаются неблагоприятно проте кающие беременности и роды. Дети, рожденные после патологи ческой беременности, в загрязненных атмосферными выбросами районах, часто имеют недостаточную массу тела и низкий уровень физического развития, а также функциональные отклонения сер дечно-сосудистой и дыхательной систем.
Загрязнение атмосферного воздуха вызывает у людей большую озабоченность, чем любой другой вид разрушения окружающей среды. В настоящее время большинство развитых стран уделяет большое внимание ликвидации основных источников загрязнения воздуха. Перевод энергетических установок с угля на нефть и природный газ значительно уменьшил выброс окислов серы. Усовершенствование конструкции автомобилей снизило выброс га зов, содержащих окись углерода и углеводороды. Там, где прини маются меры по борьбе с загрязнением воздуха, можно отметить и улучшение состояния здоровья населения.
Между геохимической структурой загрязнения территорий го родов и состоянием здоровья населения также существует связь, прослеживаемая на всех этапах – от накопления загрязняющих ве ществ и возникновения иммунобиологических сдвигов в организме до повышения заболеваемости. В детских садах, расположенных в очагах загрязнения, число детей с высокой степенью микробной обсемененности достигает 32%, в то время как на фоновых терри ториях – 8%. Показатели заболеваемости детей бронхиальной ас тмой, бронхитами, отитами, коньюнктивитами коррелируют с массой выпадений. В загрязненных районах города показатели заболеваемости на 40–60% выше, чем в остальных районах.
Загрязнение гидросферы. Установлено, что минеральный баланс организма, имеющий важное значение в возникновении или предупреждении целого ряда соматических заболеваний, тесно связан с минеральным составом употребляемой воды и пищи, которые, в свою очередь, обусловлены как природными геохимическими особенностями конкретной местности, так и антропогенными факторами. Хими ческие отходы, методы очистки воды на водопроводных станциях и обработка продуктов питания на предприятиях пищевой про мышленности либо увеличивают минерализацию воды, либо сни жают ее. Существует обратная корреляция между жесткостью питьевой воды и уровнем сердечно-сосудистой заболеваемости. В мягкой воде содержится небольшой уровень кальция, магния, ванадия, что положительно влияет на сердечно-сосудистую сис тему. Обнаружена отрицательная взаимосвязь между уровнем сердечно-сосудистых заболеваний и содержанием в воде хрома, ванадия, марганца, кобальта, цинка, лития и положительная – с содержанием меди, кадмия и нитратов, а также хлоридов. Опти мальное содержание кальция в питьевой воде 50–75 мг/л, а мини мальное – не ниже 25 мг/л. Употребление питьевой воды, содер жащей фтор в концентрациях менее 1 мг/л, приводит к массовому распространению среди населения кариеса, в первую очередь страдают дети. Избыток фтора в окружающей среде, и прежде всего в питьевой воде (более 2 мг/л), способствует росту заболе ваемости флюорозом.
Значительную роль в жизни человека, особенно в крупных го родах, играет шум. Высокий уровень шума способствует повыше нию числа гипертензий и гипотензий, гастритов, язвенной болезни желудка, болезней желез внутренней секреции и обмена веществ, психозов, неврозов, болезней органов кровообращения. У лиц, проживающих в шумных районах, чаще выявляются церебраль ный атеросклероз, увеличенное содержание холестерина в крови, астенический синдром. Доля новорожденных с пониженной мас сой возрастает соответственно увеличению уровня шума.
При сильных шумах возбуждение вегетативной нервной систе мы действует на центры, регулирующие артериальное давление, дыхание и деятельность пищеварительного тракта, влияет на кору больших полушарий. В результате длительного влияния шумов малой интенсивности в нервных центрах слухового анализатора образовываются доминантные очаги, которые тормозят деятель ность других центров, вследствие чего нарушаются многие функ ции организма.
В условиях интенсивного шума развивается выраженное охра нительное торможение в коре большого мозга, происходят серь езные сдвиги в высшей нервной деятельности (нарушается урав новешенность нервных процессов, снижается их подвижность, ухудшается условно-рефлекторная деятельность), что приводит к изменению нормальных корково-подкорковых соотношений.
Существенное воздействие на организм человека оказывает быстрота смены погоды. Можно уверенно говорить, что благо приятные природно-климатические условия могут смягчать вред ное влияние антропогенных факторов на организм человека, а резкий климат с быстрой сменой погоды усугубляет их.
Общее действие неблагоприятных факторов городской среды снижает резистентность организма, приводит к более раннему возникновению тех заболеваний, к которым предрасположен дан ный человек, ухудшает течение уже имеющихся.
Таким образом, урбанизация неоднозначно действует на чело веческое общество:
с одной стороны, город предоставляет челове ку ряд общественно-экономических, социально-бытовых и куль турных преимуществ, что положительно сказывается на его ин теллектуальном развитии, дает возможность для лучшей реализа ции профессиональных и творческих способностей,
с другой – че ловек отдаляется от природы и попадает в среду с вредными воздействиями: загрязненным воздухом, шумом и вибрацией, огра ниченной жилплощадью, усложненной системой снабжения, зави симостью от транспорта, постоянным вынужденным общением со множеством незнакомых людей – все это неблагоприятно сказы вается на его физическом и психическом здоровье.
Проблемы, связанные с урбанизацией, необходимо решать не отдельными частными мероприятиями, изыскивая скороспелые и малоэффективные решения, а разработав комплекс взаимосвязан ных социальных, экологических, технических и других мер. Во всех случаях человек и окружающая среда должны рассматри ваться как единое целое.
Агроэкосистема – сознательно спланированные человеком биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользования. Характерная особенность агроэкосистем – малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного или нескольких видов растений (или сортов культивируемых растений).
К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими пастбищами и т.д.
Агроэкосистемы, как и природные экосистемы, характеризуются набором составляющих их видов (т.е. обладают определенным составом организмов) и определенными взаимоотношениями между организмами и средой обитания. В агроценозе складываются те же цепи питания, что и в естественных экосистемах.
Агроценоз – искусственно создан ное и постоянно поддерживаемое че ловеком биотическое сообщество, об ладающее высокой продуктивностью одного или нескольких избранных видов (сортов, пород) растений и живот ных. Например, трофическую структуру ржаного поля определяет набор продуцентов (рожь, сорняки), консументов (насекомые, птицы, полевки, лисы) и редуцентов (грибы, микроорганизмы).
Однако в отличие от естественной экосистемы обязательным звеном пищевой цепи здесь является человек, который формирует агроценозы, исходя из их практической значимости, – и обеспечивает их высокую продуктивность.
Главная цель создания агроэкосистемы – рациональное использование тех биологических ресурсов агроэкосистемы, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека – источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов. Сюда же относятся специально культивируемые человеком виды, являющиеся объектами сельскохозяйственного производства: рыбоводства, звероводства, специального выращивания лесных культур, а также виды, используемые для промышленных технологий.
Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокого урожая – чистой продукции автотрофов. Обобщая все уже сказанное выше об агроэкосистемах, подчеркнем следующие их основные отличия от природных:
1. В них резко снижено разнообразие видов: снижение видов культивируемых растений снижает и видовое разнообразие животного населения биоценоза; видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным; культурные пастбища (с подсевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля.
2. Виды растений и животных, культивируемых человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека.
3. Агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной.
4. Чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи, всячески пресекаются человеком.
5. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов – это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерные сообщества, а потому не могут существовать без поддержки человека.
В настоящее время пахотными землями и пастбищами занято свыше 30% суши, и деятельность людей по поддержанию этих систем превращается в глобальный экологический фактор.
Несмотря на значительную упрощенность агроэкосистем в них все же сохраняется множество биоценотических связей, в конеч ном счете, влияющих на судьбу урожая. Сопоставление сведений о фауне и флоре пшеничных полей показывает гигантскую слож ность даже предельно простого агроценоза, здесь сохраняется более тысячи видов.
Условия, которым в идеале должны соответствовать поля сельско-хозяйственных культур, – быть высокопродуктивными и вместе с тем стабильными – с экологической точки зрения несовме стимы. В природных экосистемах первичная продукция растений потребляется в многочисленных цепях питания и вновь возвращается в виде минеральных солей и углекислого газа в систему биологического круговорота. Ограждая урожай от его природных потребителей, отчуждая его и заменяя органическими и минеральными удобрениями, мы обрываем множество цепей питания и дисбалансируем сообщество. По существу, все усилия по созданию высокой густой продукции отдельных культур – есть борьба «против природы», которые требуют больших затрат труда и материальных средств.
Почва является важнейшей системой жизнеобеспечения и существования сельскохозяйственного производства, но продуктивность сельскохозяйственных экосистем зависит не только от плодородия почвы и поддержания ее качества. В не меньшей мере на нее влияет сохранность среды обитания полезных насекомых (опылителей) и других представителей животного мира. К тому же в этой среде обитают многие естественные враги сельскохозяйственных вредителей. Известна также «антиворобьиная» кампания в Китае, когда были уничтожены тысячи особей этих якобы вредящих урожаю зерновых птиц. А вслед за этим последовала вспышка размножения вредителей злаковых культур, которая нанесла по-настоящему серьезный урон земледельцам страны.
Существует перечень типичных нарушений состояния земель, используемых в сельскохозяйственном производстве. Они привлекали внимание многих специалистов, разработаны достаточно основательно для всех агроклиматических зон и могут быть представлены следующим образом:
1. Истощение плодородия почв вследствие многолетнего выращивания одной и той же культуры (монокультуры) и исчерпание в этой связи запасов питательных веществ, в частности, азота, фосфора, некоторых микроэлементов, запасов гумуса как такового; накопление в почвах биотоксичных веществ в результате нарушения биохимического баланса.
2. Потеря почвой оптимальной зернисто-мелкокомковатой структуры с ее замещением пылью, образованием вторичной корки, сливных компонентов, уплотнения подпахотного слоя с резким снижением его водопроницаемости в результате обработки почвы тяжелой техникой и неоптимального применения минеральных удобрений и иных стимуляторов роста растений.
3. Накопление в почве токсичных и канцерогенных соединений, в том числе - ртути, свинца, кадмия, цинка, радиоактивных нуклидов, бензапирена; накопление обменного натрия, соды и развитие вторичной щелочности; накопление вторичной серной кислоты в результате ее поступления с кислотными осадками или из отходов сульфидов горного производства и, как следствие, выщелачивание из субстрата и вторичное накопление в почве водорода и алюминия. Накопление в почвах избытка нитратов и нитритов в результате неумеренного использования минеральных удобрений или общего нарушения водносолевого баланса; вторичное засолонение почв в связи с изменением уровня грунтовых вод, например под воздействием ирригационных систем; накопление фтора в результате использования для поливов фтороносных подземных вод.
4. Заражение почв и почвенно-грунтовых вод опасными вирусами, гельминтами, патогенными микробами и их переносчиками.
5. Ухудшение почвенного климата в результате изменения величины альбедо поверхности или каких-то региональных климатических событий: аридизация климата, понижения температуры воздуха и изменение срока вегетационного периода, изменение воднотеплового баланса.
6. Региональное понижение поверхности под воздействием откачки подземных вод, добычи из недр нефти и газа, проседания поверхности над горными выработками и развитие в этой связи процессов водной эрозии, суффозии, пучения, просадок поверхности лессовых грунтов, с частичным разрушением гумусового горизонта и иными нарушениями почвенного профиля.
7. Развитие комплекса криогенных геологических процессов, в частности термокарста, солифлюкции, оплывания протаивающих грунтов, термоэрозии (водно-мерзлотной эрозии), пучения поверхности, вторичного повторно-жильного льдообразования с частичной или полной переработкой почвенного профиля.
8. Полное разрушение и уничтожение почвенных горизонтов в результате производства горных работ, экстремальной водной или воздушной эрозии (черные бури), уничтожение почв оползнями, селевыми наносами, затопление их аварийными сливами нефтепродуктов, полное выгорание торфянистых почв в результате пожаров.
9. Отчуждение земель для строительства городов, поселков, промышленных комплексов и иных инженерных потребностей. Использование почв в сельскохозяйственном производстве и развивющиеся в этой связи естественные и антропогенные процессы нашли отражение в таких показателях, как эрозионный снос взвешенного материала в моря и океаны, выросший за последние 50 лет по крайней мере в 10 раз, с 3 до 24 млрд. т/год (с 20-х по 50-е годы); по прогнозу он может достигнуть 58 млрд. т/год.
Сельскохозяйственное освоение территорий часто приводит к нарушению созданных природой механизмов регуляции численности отдельных видов и к резким изменениям их численности. Искусственная регуляция численности вредителей – по боль шей части необходимое условие поддержания агроэкосистем. Это связано, прежде всего, с важностью подавления видов, вышедших из-под контроля естественных регуляторных механизмов.
Подавление численности вредителей химическими средствами, кроме загрязнения среды и включения ядов в цепи питания часто вызывает так называемый бумеранг-эффект: вслед за подавлением численности вредителя вскоре возникает новая, еще более мощ ная его вспышка. Обычно применение ядохимикатов тотального действия сильнее влияет на естественных врагов вредителя, чем на его собственные популяции. В результате следующие поколе ния полностью освобождаются из-под пресса паразитов и хищников, и происходит их массовое размножение. Таким образом, не доучет биоценотических механизмов регуляции численности на полях сельскохозяйственных культур также не в экономических интересах человека. В трехзвенной цепи культурное растение– вре дитель–паразит повышение чистой продукции растений может быть достигнуто как подавлением второго звена, так и усилением третьего. Именно этот подход используется в разработке биологи ческих методов борьбы с вредителями.
В агроценозах значительно чаще происходит чрезмерное увеличение отдельных видов, названное Ч. Элтоном «экологическим взрывом». Из истории известны такие, например, «экологические взрывы»: в конце XIX столетия грибок фитофторы уничтожил картофель во Франции и вызвал голод, а колорадский жук распространился в Америке до Атлантического океана и в начале XX в. проник в Западную Европу, в 40-х гг. – в европейскую часть России. В тяжелое послевоенное время этот жук буквально «очищал» наши поля, поскольку мы были не готовы к его нашествию.
Чтобы не происходило таких явлений, необходима искусственная регуляция численности вредителей с быстрым подавлением тех, которые только пытаются выйти из-под контроля. При этом часто мнение человека не совпадает с «мнением» природы об избыточной численности того или иного вредителя. Так, с позиций естественного отбора стабилизация численности яблоневой плодожорки на некотором уровне не вредит существованию яблони как вида, но человеку нужно гораздо больше качественных плодов для питания. Поэтому в сельскохозяйственной практике он применяет такие средства для подавления численности вредителей и в таком количестве, что они воздействуют во множество раз сильнее, чем природные абиотические и биотические регуляторы.
Упрощение природного окружения человека, с экологических позиций, очень опасно. Поэтому нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и умножать его многообразие, оставляя нетронутые заповедные участки, которые могли бы быть источником видов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.
Сукцессия – последовательная сис тема биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных фак торов или воздействий человека; ныне, как правило, наблюдается в результате сложного взаимодействия природных и антропогенных причин.
С экологических позиций крайне опасно упрощать природное окружение человека, превращая весь ландшафт в агрохозяйственный. Основная стратегия по созданию высокопродуктивного и устойчивого ландшафта должна заключаться в сохранении и ум ножении его многообразия. «Если дикая природа отступает, – писал Ч. Элтон, – мы должны научиться передавать часть ее стой кости и богатства ландшафтам тех земель, с которых мы снимаем наши урожаи». Наряду с поддержанием высокопродуктивных по лей следует особенно заботиться о сохранении как можно более многообразных заповедных, не подвергающихся усиленному ант ропогенному воздействию участков разного масштаба, с богатым видовым разнообразием, которые могли бы быть источником ви дов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.
Все искусственно создаваемые в сельскохозяйственной практике агроэкосистемы полей, садов, пастбищных лугов, огородов, теплиц представляют собой системы, специально поддерживаемые человеком. В агросистемах используется именно их свойство производить высокую чистую продукцию, так как все конкурентные воздействия на культивируемые растения со стороны сорняков сдерживаются агротехническими мероприятиями, а формирование пищевых цепей за счет вредителей пресекается с помощью различных мер, например химической и биологической борьбы. Но эти сообщества неустойчивы, не способны к самовосстановлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели от массового размножения вредителей или болезней. Для их поддержания необходима постоянная деятельность людей.
Тема № 7. Воздействие факторов окружающей среды на человека (2 ч.)
План занятия:
1. Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека
Изначально Homo sapiens был подвержен тем же факторам регуляции и саморегуляции экосистемы, что и весь животный мир. Главными из ограничивающих факторов были гипердинамия и недоедание. Среди причин смертности на первом месте стояли патогенные (вызывающие болезни) воздействия природного характера. Особое значение среди них имели инфекционные болезни, отличающиеся, как правило, природной очаговостью. Болезнетворные микроорганизмы, вирусы, гельминты, простейшие могут находиться в атмосфере, воде, почве, в теле других живых организмов, в том числе и в самом человеке.
Особенностью природно-очаговых заболеваний является то, что возбудители болезней, ее переносчики и хранители существуют в данных природных условиях (очагах) вне зависимости от того, обитает здесь человек или нет. Человек может заразиться от диких животных (грызунов, птиц, насекомых и др.), проживая в этой местности постоянно или случайно оказавшись здесь. Природно-очаговые болезни являлись основной причиной гибели людей вплоть до начала XX в. К таким болезням относят чуму, туляремию, сыпной тиф, клещевой энцефалит, малярию, сонную болезнь.
Наиболее страшной из таких болезней была чума. Смертность от чумы во много раз превосходила гибель людей в бесконечных войнах средневековья и более позднего времени. С XIV в. чума неоднократно отмечалась в России, в том числе и в Москве, и даже в начале XX в. наблюдалась в портовых городах Черного моря, в том числе и в Одессе. В XX в. крупные эпидемии были зарегистрированы в Индии.
Заболевания, связанные с окружающей человека природной средой, существуют и в настоящее время, хотя с ними ведется постоянная борьба. Это объясняется, в частности, причинами сугубо экологической природы, например, резистентностью (выработкой сопротивления к различным факторам воздействия) носителей возбудителей и самих возбудителей болезней. Характерным примером влияния этих процессов является борьба с малярией.
Малярия – заболевание, вызываемое заражением паразитами рода Plasmodeum, передаваемое укусом зараженного малярийного комара. Это заболевание – экологическая и социально-экономическая проблема. В 1955 г., по данным ЮНЕП, умирало ежегодно примерно 2 млн. человек. Против комаров в 1943 г. начали применять ДДТ, особенно интенсивно – с 1956 г. ДДТ и другие пестициды – мощные и стойкие, но уже к 70-м гг. число популяций комаров, стойких к ДДТ, возросло настолько, что число заболеваний, например, только в Индии возросло до 6 млн. уже в 1976 г., в то время как в 1966 г. их было всего 40 тысяч. Другой фактор, препятствующий ликвидации малярии, – у ее паразита появилась устойчивость к лекарствам от малярии (хинину).
Сейчас, чтобы не отравлять окружающую среду пестицидами, все чаще пользуются экологически оправданными методами борьбы с малярией. Это методы управления жизненной средой – осушение заболоченных территорий, уменьшение солености воды и др., и биологические методы – использование других организмов для ликвидации комара, для чего культивируется не менее 265 видов личиноядных рыб, а также микробы, вызывающие болезни и гибель комаров.
Высокая смертность людей от инфекционных болезней обусловила достаточно медленный рост численности населения – первый миллиард жителей на Земле появился лишь в 1860 г. Развитие профилактической медицины резко улучшило санитарно-гигиенические условия жизни, привело к значительному снижению заболеваемости природно-очаговыми болезнями, а некоторые из них в XX в. практически исчезли.
2. Эпидемиология инфекционных болезней
Инфекция – это внедрение и размножение в организме человека и животных болезнетворных микроорганизмов, сопровождающееся комплексом реактивных процессов.
Инфекционный процесс – это взаимодействие или борьба между макроорганизмом (человек, животное) и болезнетворным микроорганизмом.
Эпидемический процесс – явление возникновения и распространения инфекцион ных заболеваний среди людей. Он представляет собой цепь последовательно возникающих однородных инфекционных заболеваний людей. Этот процесс составляют три взаимодействующих звена:
1) источник инфекции, который выделяет возбудителя болезни;
2) механизм передачи возбудителей инфекционной болезни (факторы и пути передачи);
3) восприимчивое население.
При выпадении одного из этих звеньев, или факторов, новые случаи инфекционных заболеваний не возникают.
Источником инфекции при большинстве заболеваний является больной человек или больное животное, из организма которых возбудитель болезни выделяется в момент выдоха, кашля, рвоты, чихания, при мочеиспускании, дефекации. Человек может заразиться от больного животного при прямом контакте (укус бешеным животным, обработка туши и др.), а также при употреблении молока и мяса больных животных.
Инфекционные болезни, при которых источником инфекции является человек, называются антропонозами; животные – зоонозами, человек и животное – антропозоонозами.
Бактерионосители – это люди, которые после выздоровления еще долго остаются источником инфекции или переносят болезнь в очень легкой, стертой форме, или после заражения не болеют, а являются переносчиками заболевания.
В передаче возбудителей болезней участвуют факторы внешней среды – воздух, вода, почва, пищевые продукты, называемые факторами передачи инфекции.
Выделяют пути передачи инфекции:
1) контактный путь передачи – через наружные покровы:
прямой путь (передача возбудителя при непосредственном соприкосновении носителя инфекции со здоровым организмом);
непрямой контакт (инфекция передается через внешние предметы);
2) алиментарный путь передачи:
водный;
пи щевой;
3) аэрогенный путь передачи:
воздушно-капельный – через воздух, с капельками слюны, слизи;
воздушно-пылевой – с частицами пыли;
4) трансмиссивный путь передачи – передача возбудителей болезней насекомыми: вшами, блохами, клещами, комарами и др. (в основном при укусах).
Восприимчивость людей к разным инфекционным болезням неодинакова. Это зависит от искусственной вакцинации, ранее перенесенных заболеваний, полноценности питания, возраста и иных социальных факторов.
Активность эпидемического процесса зависит от:
социальных факторов – плотности населения, жи лищных условий, санитарно-коммунальном благоустрой стве населенных мест, материальном благосостоянии, условий труда, культурном уровне населения, миграционных процессов, состояния здравоохранения;
природных условий – климата, ландшафта, растительного и животного мира, наличия природных очагов инфекцион ных заболеваний, стихийных бедствий.
Классификация инфекционных заболеваний:
1) кишечные инфекции – передаются через загрязнен ные воду, пищу, руки (дизентерия, сальмонеллез, болезнь Боткина, ботулизм и др.);
2) инфекции дыхательных путей – инфицирование челове ка происходит в результате вдыхания воздуха, содержа щего взвешенные в нем зараженные частицы (дифтерия, грипп, менингококковая инфекция, корь, коклюш, большинство детских инфекций и др.);
3) трансмиссивные или кровяные инфекции – передаются с кровью кровососущими насекомыми (сыпной тиф, клещевой энцефалит, болезнь Лайма и др.);
4) инфекции наружных покровов – передаются через поврежденную кожу и слизистые оболочки (бешенство, столбняк, чесотка и др.).
Эпидемический очаг – это место нахождения источника инфекции вместе с окружающей территорией, в пределах которой при конкретных обстоятельствах может распространяться возбудитель болезни.
Интенсивность заболеваемости характеризуется следующими понятиями:
спорадическая заболеваемость – это заболеваемость в какой-либо местности, которая удерживается на одном уровне в виде единичных случаев на протяжении нескольких лет;
эпидемическая вспышка – ограниченный во времени и по территории резкий подъем заболеваемости, связанный с одномоментным заражением людей;
эпидемия – это широкое распространение инфекционной болезни, значительно превышающее обычно регистрируе мый на данной территории уровень заболеваемости;
пандемия – необычно большое распространение заболеваемости, как по уровню, так и по масштабам, с охватом ряда стран и целых континентов.
3. Влияние социально-экологических факторов на здоровье человека
Природная среда сейчас сохранилась лишь там, где она не была доступна людям для её преобразования. Урбанизированная или городская среда – искусственный мир, созданный человеком, не имеющий аналогов в природе и способный существовать только при постоянном обновлении.
Социальная среда сложно интегрируется с любой окружающей человека средой и все факторы каждой из сред «тесно взаимосвязаны между собой и испытывают объективные и субъективные стороны качества среды жизни».
Влияние городской среды достаточно ярко подчеркивается определенными тенденциями современного состояния здоровья человека. С медико-биологических позиций наибольшее влияние экологические факторы городской среды оказывают на следующие тенденции:
Акселерация – это ускорение развития отдельных органов или частей организма по сравнению с некой биологической нормой. Ученые полагают, что это эволюционный переход в жизни вида, вызванный улучшающимися условиями жизни.
Биологические ритмы – важнейший механизм регуляции функций биологических систем, сформировавшийся под воздействием абиотических факторов, в условиях городской жизни могут нарушаться.
Нарушение биологических ритмов – важнейшего механизма регуляции функций биологических систем – в условиях городской жизни может быть вызвано появлением новых экологических факторов. Это, прежде всего, относится к циркадным ритмам: новым экологическим фактором, например, стало электроосвещение, продлившее световой день. Возникает хаотизация прежних биоритмов, и происходит переход к новому ритмическому стереотипу, что вызывает болезни у человека и у представителей биоты города вследствие нарушения фотопериода.
Аллергизация населения – одна из основных новых черт в измененной структуре патологии людей в городской среде. Аллергия – извращенная чувствительность или реактивность организма к тому или иному веществу, так называемому аллергену (простые и сложные минеральные и органические вещества). Причина аллергических заболеваний (бронхиальная астма, крапивница, лекарственная аллергия, ревматизм, волчанка красная) – в нарушении иммунной системы человека, которая в результате эволюции находилась в равновесии с природной средой. Городская же среда характеризуется появлением совершенно новых веществ – загрязнителей, давление которых ранее иммунная система человека не испытывала.
Онкологическая заболеваемость и смертность – одна из наиболее показательных медицинских тенденций неблагополучия в данном городе или, например, в зараженной радиацией сельской местности. Эти заболевания вызваны опухолями. Опухоли (греч. «onkos») – избыточные патологические разрастания тканей. Они могут быть доброкачественными и злокачественными.
Развитие злокачественных опухолей, т.е. заболевание раком, может возникнуть в результате длительного контакта с определенными продуктами: рак легких – у рудокопов урановых рудников, рак кожи – у трубочистов. Это заболевание вызывается определенными веществами, называемыми канцерогенами. Канцерогенные вещества (греч. «рождающие рак») или просто канцерогены, химические соединения, способные вызвать злокачественные и доброкачественные новообразования в организма при воздействии на него.
Рост доли лиц с избыточным весом – также явление, вызванное особенностями городской среды: переедание, малая физическая активность и прочее.
Рождение на свет большого количества недоношенных детей, а значит физически незрелых – показатель крайне неблагоприятного состояния обитания человека. Оно связано с нарушениями в генетическом аппарате и просто с ростом адаптируемости к изменениям среды. Физиологическая незрелость является результатом резкого дисбаланса со средой, которая слишком стремительно трансформируется.
Абиологические тенденции, под которыми понимаются такие черты образа жизни человека, как гиподинамия, курение, наркомания и др.тоже являются причиной многих заболеваний – ожирение, рак, кардиологические болезни и др.
«Омоложение» многих форм патологии. Искусственная среда, созданная самим человеком, также требует к себе адаптации, которая происходит в основном через болезни. Причины возникновения болезней, в этом случае следующие: гиподинамия, переедание, информационное изобилие, психоэмоциональный стресс.
4. Метеорологические факторы и их влияние на организм
Человек, находясь в условиях естественной внешней среды, подвергается влиянию различных метеорологических факторов: температура, влажность и движение воздуха, атмосферное давление, осадки, солнечное и космическое излучения и т. д. Перечисленные метеорологические факторы в совокупности определяют погоду.
Погода – это физическое состояние атмосферы в данном месте в определенный период времени. Многолетний режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, характером местности (рельеф, почва, растительность и т. д.), и связанная с ним циркуляция атмосферы создают климат. Существуют различные классификации погод в зависимости от того, какие факторы положены в основу.
С гигиенической точки зрения различают три типа погоды:
Хотя на человека влияет климат в целом, в определенных условиях ведущую роль могут играть отдельные метеорологические элементы. Следует отметить, что влияние климата на состояние организма определяется не столько абсолютными величинами метеорологических элементов, свойственных тому или другому типу погоды, сколько непериодичностью колебаний климатических воздействий, являющихся в связи с этим неожиданными для организма.
Метеорологические элементы, как правило, вызывают у человека нормальные физиологические реакции, приводя к адаптации организма. На этом основано использование различных климатических факторов для активного воздействия на организм с целью профилактики и лечения различных заболеваний. Однако под влиянием неблагоприятных климатических условий в организме человека могут происходить патологические сдвиги, приводящие к развитию болезней. Всеми этими проблемами занимается медицинская климатология.
Медицинская климатология – отрасль медицинской науки, которая изучает влияние климата, сезонов и погоды на здоровье человека, разрабатывает методику использования климатических факторов в лечебных и профилактических целях.
Температура воздуха. Этот фактор зависит от степени прогревания солнечным светом различных поясов земного шара. Перепады температур в природе достаточно велики и составляют более 100 °C.
Зона температурного комфорта для здорового человека в спокойном состоянии при умеренной влажности и неподвижности воздуха находится в пределах 17–27 °C. Следует заметить, что этот диапазон индивидуально обусловлен. В зависимости от климатических условий, местожительства, выносливости организма и состояния здоровья границы зоны термического комфорта для разных лиц могут перемещаться.
Независимо от окружающей среды температура у человека сохраняется постоянно на уровне около 36,6 °C и является одной из физиологических констант гомеостаза. Пределы температуры тела, при которых организм сохраняет жизнеспособность, сравнительно невелики. Смерть человека наступает при повышении до 43 °C и при падении ниже 27–25 °C.
Относительное термическое постоянство внутренней среды организма, поддерживаемое посредством физической и химической терморегуляции, позволяет человеку существовать не только в комфортных, но и в субкомфортных и даже в экстремальных условиях. При этом адаптация осуществляется как за счет срочной физической и химической терморегуляции, так и за счет более стойких биохимических, морфологических и наследственных изменений.
Между организмом человека и окружающей его средой происходит непрерывный процесс теплового обмена, состоящий в передаче вырабатываемого организмом тепла в окружающую среду. При комфортных метеорологических условиях основная часть тепла, вырабатываемого организмом, переходит в окружающую среду путем излучения с его поверхности (около 56 %). Второе место в процессе теплопотери организма занимает отдача тепла путем испарения (примерно 29 %). Третье место занимает перенос тепла движущейся средой (конвекция) и составляет примерно 15 %.
Температура окружающей среды, влияя на организм через рецепторы поверхности тела, приводит в действие систему физиологических механизмов, которая в зависимости от характера температурного раздражителя (холод или жара) соответственно уменьшает или увеличивает процессы теплопродукции и теплоотдачи. Это, в свою очередь, обеспечивает сохранение температуры тела на нормальном физиологическом уровне.
При понижении температуры воздуха возбудимость нервной системы и выделение гормонов надпочечниками значительно повышаются. Основной обмен и выработка тепла организмом увеличиваются. Периферические сосуды сужаются, кровоснабжение кожи уменьшается, тогда, как температура ядра тела сохраняется. Сужение сосудов кожи и подкожной клетчатки, а при более низких температурах и сокращение гладких мышц кожи (так называемая «гусиная кожа») способствуют ослаблению кровотока во внешних покровах тела. При этом кожа охлаждается, разница между ее температурой и температурой окружающей среды сокращается, а это уменьшает теплоотдачу. Указанные реакции способствуют сохранению нормальной температуры тела.
Местная и общая гипотермия способны вызвать ознобление кожи и слизистых оболочек, воспаление стенок сосудов и нервных стволов, а также отморожение тканей, а при значительном охлаждении крови – замерзание всего организма. Охлаждение при потении, резкие перепады температур, глубокое охлаждение внутренних органов нередко ведут к простудным заболеваниям.
При адаптации к холоду терморегуляция изменяется. В физической терморегуляции начинает преобладать расширение сосудов. Несколько снижается артериальное давление. Выравнивается частота дыхания и сердечных сокращений, а также скорость кровотока. В химической терморегуляции усиливается несократительное теплообразование без дрожи. Перестраиваются различные виды обмена веществ. Сохраняются гипертрофированными надпочечники. Уплотняется и утолщается поверхностный слой кожи открытых участков. Увеличивается жировая прослойка, а в наиболее охлаждаемых местах откладывается высококалорийный бурый жир.
В реакции приспособления к холодовому воздействию вовлекаются почти все физиологические системы организма. При этом используются как срочные меры защиты обычных реакций терморегуляции, так и способы повышения выносливости к продолжительному воздействию.
• При срочной адаптации происходят реакции термической изоляции (сужение сосудов), понижения теплоотдачи и усиления теплообразования.
• При длительной адаптации те же реакции приобретают новое качество. Реактивность понижается, но резистентность повышается. Организм начинает отвечать значительными изменениями терморегуляции на более низкие температуры внешней среды, поддерживая оптимальную температуру не только внутренних органов, но и поверхностных тканей.
Таким образом, в ходе адаптации к низким температурам в организме происходят стойкие приспособительные изменения от клеточно-молекулярного уровня до поведенческих психофизиологических реакций. В тканях идет физико-химическая перестройка, обеспечивающая усиленное теплообразование и способность переносить значительные охлаждения без повреждающего действия. Взаимодействие местных тканевых процессов с саморегулирующимися общеорганизменными происходит за счет нервной и гуморальной регуляции, сократительного и несократительного термогенеза мышц, усиливающего теплообразование в несколько раз. Повышается общий обмен веществ, усиливается функция щитовидной железы, увеличивается количество катехоламинов, усиливается кровообращение мозга, сердечной мышцы, печени. Повышение метаболических реакций в тканях создает дополнительный резерв возможности существования при низких температурах.
Умеренное закаливание значительно повышает устойчивость человека к повреждающему действию холода, к простудным и инфекционным заболеваниям, а также общую сопротивляемость организма к неблагоприятным факторам внешней и внутренней среды, повышает работоспособность.
При повышении температуры основной обмен, а соответственно и выработка тепла у человека снижаются. Физическая терморегуляция характеризуется рефлекторным расширением периферических сосудов, что увеличивает кровоснабжение кожи, при этом отдача тепла организмом увеличивается в результате усиления излучения. Одновременно увеличивается потоотделение – мощный фактор теплопотери при испарении пота с поверхности кожи. Химическая терморегуляция направлена на понижение теплообразования путем снижения обмена веществ.
При адаптации организма к повышенной температуре вступают в действие механизмы регуляции, направленные на поддержание термического постоянства внутренней среды. Первыми реагируют дыхательная и сердечно-сосудистая системы, обеспечивающие усиленную радиационно-конвекционную теплоотдачу. Далее включается наиболее мощная потоиспарительная система охлаждения.
Значительное повышение температуры вызывает резкое расширение периферических кровеносных сосудов, учащение дыхания и пульса, увеличение минутного объема крови с некоторым снижением артериального давления. Кровоток во внутренних органах и в мышцах уменьшается. Возбудимость нервной системы падает.
Когда температура внешней среды достигает температуры крови (37–38 °C), возникают критические условия терморегуляции. При этом теплоотдача осуществляется главным образом за счет потения. Если потение затруднено, например, при сильной влажности окружающей среды, происходит перегревание организма (гипертермия).
Гипертермия сопровождается повышением температуры тела, нарушением водно-солевого обмена и витаминного равновесия с образованием недоокисленных продуктов обмена веществ. В случаях недостатка влаги начинается сгущение крови. При перегревании возможны нарушения кровообращения и дыхания, повышение, а затем падение артериального давления.
Длительное или систематически повторяющееся действие умеренно высоких температур приводит к повышению толерантности к тепловым факторам. Происходит закаливание организма. Человек сохраняет работоспособность при значительном повышении температуры внешней среды.
Таким образом, изменение температуры окружающей среды в ту или иную сторону от зоны температурного комфорта приводит в действие комплекс физиологических механизмов, способствующих сохранению температуры тела на нормальном уровне. В экстремальных температурных условиях при срыве адаптации возможны нарушения процессов саморегуляции и возникновение патологических реакций.
Влажность воздуха. Зависит от присутствия в воздухе водяных паров, которые появляются в результате конденсации при встрече теплого и холодного воздуха. Абсолютной влажностью называют плотность водяного пара или его массу в единице объема. Переносимость человеком температуры окружающей среды зависит от относительной влажности.
Относительная влажность воздуха – это процентное отношение количества содержащихся в определенном объеме воздуха водяных паров к тому их количеству, которое полностью насыщает этот объем при данной температуре. При падении температуры воздуха относительная влажность растет, а при повышении – падает. В сухой и жаркой местности днем относительная влажность составляет от 5 до 20 %, в сырой – от 80 до 90 %. Во время выпадения осадков она может достигать 100 %.
Относительную влажность воздуха 40–60 % при температуре 18–21 °C считают оптимальной для человека. Воздух, относительная влажность которого ниже 20 %, оценивается как сухой, от 71 до 85 % – как умеренно влажный, более 86 % – как сильно влажный.
Умеренная влажность воздуха обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма. У человека она способствует увлажнению кожи и слизистых оболочек дыхательных путей. От влажности вдыхаемого воздуха в определенной мере зависит поддержание постоянства влажности внутренней среды организма. Сочетаясь с температурными факторами, влажность воздуха создает условия для термического комфорта или нарушает его, способствуя переохлаждению или перегреванию организма, а также гидратации или дегидратации тканей.
Одновременное повышение температуры и влажности воздуха резко ухудшает самочувствие человека и сокращает возможные сроки пребывания его в этих условиях. При этом происходит повышение температуры тела, учащение пульса, дыхания. Появляется головная боль, слабость, понижается двигательная активность. Плохая переносимость жары в сочетании с повышенной относительной влажностью обусловлена тем, что одновременно с усилением потоотделения при высокой влажности окружающей среды пот плохо испаряется с поверхности кожи. Теплоотдача затруднена. Организм все больше перегревается, и может возникнуть тепловой удар.
Повышенная влажность при пониженной температуре воздуха является неблагоприятным фактором. При этом происходит резкое увеличение теплоотдачи, что опасно для здоровья. Даже температура 0 °C может привести к отморожению лица и конечностей, особенно при наличии ветра.
Низкая влажность воздуха (менее 20 %) сопровождается значительными испарениями влаги со слизистых оболочек дыхательных путей. Это приводит к уменьшению их фильтрующей способности и к неприятным ощущениям в горле и сухости во рту.
Границами, в пределах которых тепловой баланс человека в покое поддерживается уже со значительным напряжением, считают температуру воздуха 40 °C и влажность 30 % или температуру воздуха 30 °C и влажность 85 %.
В любом явлении окружающей нас природы существует строгая повторяемость процессов: день и ночь, прилив и отлив, зима и лето. Ритмичность наблюдается не только в движении Земли, Солнца, Луны и звезд, но и является неотъемлемым и универсальным свойством живой материи, свойством, проникающим во все жизненные явления – от молекулярного уровня до уровня целого организма.
В ходе исторического развития человек приспособился к определенному ритму жизни, обусловленному ритмическими изменениями в природной среде и энергетической динамикой обменных процессов.
В настоящее время известно множество ритмических процессов в организме, называемых биоритмами. К ним относятся ритмы работы сердца, дыхания, биоэлектрической активности мозга. Вся наша жизнь представляет собой постоянную смену покоя и активной деятельности, сна и бодрствования, утомления от напряженного труда и отдыха.
При резкой смене погоды снижается физическая и умственная работоспособность, обостряются болезни, увеличивается число ошибок, несчастных и даже смертных случаев. Изменения погоды не одинаково сказываются на самочувствии разных людей. У здорового человека при изменении погоды происходит своевременное подстраивание физиологических процессов в организме к изменившимся условиям внешней среды. В результате усиливается защитная реакция и здоровые люди практически не ощущают отрицательного влияния погоды.
Солнечная радиация и её профилактика
Самым мощным природным фактором физического воздействия является солнечный свет. Длительное пребывание на солнце может привести к ожогам различной степени, вызвать тепловой или солнечный удар.
Метеопатология. Большинство здоровых людей практически не чувствительны к изменениям погоды. Вместе с тем довольно часто встречаются люди, которые проявляют повышенную чувствительность к колебаниям метеопогодных условий. Таких людей называют метеолабильными. Как правило, они реагируют на резкие, контрастные смены погод или на возникновение метеоусловий, необычных для данного времени года. Известно, что метеопатические реакции обычно предшествуют резким колебаниям погоды. Как правило, метеолабильные люди чувствительны к комплексам погодных факторов. Однако существуют лица, плохо переносящие отдельные метеорологические факторы. Они могут страдать анемопатией (реакции на ветер), аэрофобией (состояние страха на резкие изменения в воздушной среде), гелиопаией (повышенная чувствительность к состоянию солнечной активности), циклонопатией (болезненное состояние на погодные изменения, вызванные циклоном) и т. п. Метеопатические реакции связаны с тем, что адаптивные механизмы у таких людей или недостаточно развиты, или ослаблены под влиянием патологических процессов.
Субъективными признаками метеолабильности являются ухудшение самочувствия, общее недомогание, беспокойство, слабость, головокружение, головная боль, сердцебиение, боли в области сердца и за грудиной, повышение раздражительности, снижение работоспособности и т. п.
Субъективные жалобы, как правило, сопровождаются объективными изменениями, происходящими в организме. Особенно чутко реагирует на перепады погоды вегетативная нервная система: парасимпатический, а затем и симпатический отдел. В результате появляются функциональные сдвиги во внутренних органах и системах. Возникают сердечно-сосудистые расстройства, происходят нарушения мозгового и коронарного кровообращения, изменяется терморегуляция и т. п. Показателями подобных сдвигов являются изменения характера электрокардиограммы, векторкардиограммы, реоэнцефалограммы, параметров артериального давления. Увеличивается количество лейкоцитов, холестерина, повышается свертываемость крови.
Метеолабильность обычно наблюдается у людей, страдающих различными заболеваниями: вегетативными неврозами, гипертонической болезнью, недостаточностью коронарного и церебрального кровообращения, глаукомой, стенокардией, инфарктом миокарда, язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки, желчно- и мочекаменной болезнью, аллергией, бронхиальной астмой. Часто метеолабильность появляется после перенесенных заболеваний: гриппа, ангины, воспаления легких, обострения ревматизма и т. п. На основании сопоставления синоптических ситуаций с реакциями организма (биоклиматограмма) стало известно, что наиболее чувствительны к метеофакторам больные с сердечно-сосудистой и легочной недостаточностью по причине возникновения у них спастических состояний.
Механизмы возникновения метеопатических реакций недостаточно ясны. Полагают, что они могут иметь разную природу: от биохимической до физиологической. При этом известно, что местами координации реакций организма на внешние физические факторы являются высшие вегетативные центры головного мозга. С помощью лечебных и особенно профилактических мероприятий метеолабильным людям можно помочь справиться со своим состоянием.
5. Влияние водных ресурсов на жизнедеятельность человека
Воды, находящиеся на поверхности планеты (материковые и океанические), образуют геологическую оболочку, называемую гидросферой. Гидросфера находится в тесной связи с другими сферами Земли: литосферой, атмосферой и биосферой. Водные пространства – акватории – занимают значительно большую часть поверхности земного шара по сравнению с сушей.
По современным данным, акватория Мирового океана составляет 70,8%, однако 95% ее сосредоточено в морях и океанах, 4% – во льдах Арктики и Антарктики, 1% составляет пресная вода рек и озер. Кроме того, большие запасы воды имеются в толще земли – это так называемые подземные воды.
Вода постоянно находится в движении, перемещаясь с течениями рек и морей, а также испаряясь с поверхности водоемов и выпадая затем в виде атмосферных осадков. Она аккумулирует тепло, влияет на распределение солнечной энергии на земле и образование различных по климатическим особенностям районов. Вода водоемов способна самоочищаться и обеззараживаться. Это сложный физико-химический процесс.
Вода жизненно необходима. Она нужна везде – в быту, сельском хозяйстве и промышленности. Вода необходима организму в большей степени, чем все остальное, за исключением кислорода. Упитанный человек может прожить без пищи 3–4 недели, а без воды – лишь несколько дней.
Живой клетке вода требуется как для сохранения своей структуры, так и для нормального функционирования; она составляет примерно 2/3 массы тела.
Вода помогает регулировать температуру тела, служит в качестве смазки, облегчающей движения суставов. Она играет важную роль в построении и восстановлении тканей тела.
При резком сокращении потребления воды человек заболевает или его организм начинает хуже функционировать. Но вода нужна, конечно, не только для питья: она помогает также содержать человеку в хорошем гигиеническом состоянии свое тело, жилище и среду обитания.
Без воды невозможна личная гигиена, то есть комплекс практических действий и навыков, обеспечивающих защиту организма от болезней и поддерживающих здоровье человека на высоком уровне. Умывание, теплая ванна и плавание приносят ощущение бодрости и спокойствия.
Ряд кожных и глазных заболеваний может быть предупрежден благодаря систематическому механическому удалению с поверхности тела и одежды с помощью мыла и воды болезнетворных микробов.
Вода, которую мы потребляем, должна быть чистой. Болезни, передаваемые через загрязненную воду, вызывают ухудшение состояния здоровья, инвалидность и гибель огромного числа людей, особенно детей, преимущественно в менее развитых странах, обычным для которых является низкий уровень личной и коммунальной гигиены. Такие болезни, как брюшной тиф, дизентерия, холера, анкилостомоз, передаются прежде всего человеку в результате загрязнения водоисточников экскрементами, выделяемыми из организма больных.
Успех в борьбе с указанными болезнями или достижение полной их ликвидации зависит от того, как организована система удаления всех продуктов обмена, выделяющихся из организма человека, как поставлено дело обеспечения чистой водой всего населения.
Через воду могут передаваться инфекционная желтуха, туляремия, водная лихорадка, бруцеллез, полиомиелит. Вода подчас становится источником заражения человека животными паразитами – глистами. С загрязненной фекалиями водой в организм человека могут попасть яйца некоторых паразитических червей. В кишечнике они превращаются в паразитов (таковы аскариды, острицы). Наконец, через воду иногда происходит заражение лямблиями, которые поражают тонкий кишечник и печень.
Качество воды определяется также по наличию в ней химических включений, которые раньше всего обнаруживают наши органы чувств: обоняние, зрение. Так, микрочастицы меди придают воде некоторую мутность, железа – красноту.
Присутствие в воде железа не угрожает нашему здоровью. Однако повышенное содержание солей железа в воде придает ей неприятный болотистый вкус. Если в такой воде постирать белье, на нем останутся ржавые пятна. Подобные же пятна появляются на посуде, раковинах и ваннах.
Иногда в питьевой воде встречается много солей соляной и серной кислот (хлориды и сульфаты). Они придают воде соленый и горько-соленый привкус. Употребление такой воды приводит к нарушению деятельности желудочно- кишечного тракта. Вода, в 1 л которой хлоридов больше 350 мг, а сульфатов больше 500 мг, считается неблагоприятной для здоровья.
А с содержанием солей кальция и магния тесно связано другое свойство воды – ее жесткость. Сильно насыщенная солями вода причиняет массу неудобств: в ней труднее развариваются овощи и мясо, при стирке увеличивается расход мыла, накипь портит чайники и котлы, засоряет водопроводные трубы. Исследования ученых доказали, что существует определенная связь между употреблением жесткой воды и распространенностью некоторых болезней.
К такому выводу пришли западногерманские медики изучавшие состав воды и распространенность наиболее часто встречающихся болезней в различных городах Германии. Оказалось, что, чем больше в воде того или иного города солей и примесей, тем меньше среди горожан употреблявших эту воду, случаев инфаркта и приступам гипертонии. И наоборот, чем мягче питьевая вода, тем выше процент сердечников среди населения.
Такого же мнения придерживаются и английские ученые. По данным исследований доктора Томаса Грау Форда из Лондона, в Глазго, где очень мягкая вода, самая высокая на Британских островах смертность от сердечно- сосудистых болезней. В Лондоне же картина совершенно другая: случаев инфаркта со смертельным исходом здесь на 37% меньше, чем в Глазго.
Вода также отвечает за зубы человека. От того сколько фтора содержится в воде зависит частота заболеваемости кариесом. Считается, что фторирование воды эффективно для профилактики кариеса, особенно у детей.
Но кроме полезных примесей в воде находятся и другие, опасные для организма человека. По данным отечественных исследователей, употребление шахтной воды, содержащей 0,2-1 мг/л мышьяка, вызывает расстройство центральной, и особенно периферической, нервной системы с последующим развитием полиневритов. Безвредной признана концентрация мышьяка 0,05 мг/л.
Об опасности для здоровья содержания в воде свинца гигиенисты впервые заговорили в связи с массовыми интоксикациями, которые возникли при использовании на водопроводах свинцовых труб. Однако повышенные концентрации свинца могут встречаться в подземных водах. Вода считается безвредной в том случае, если содержание в ней свинца не более 0,03 мг/л.
Бериллий довольно широко распространен в природе. Он содержится в некоторых природных водах. Бериллий является ядом общетоксического действия, который способен накапливаться в организме человека и в таком случае приводить к поражению дыхательной, нервной и сердечно-сосудистой систем. Содержание бериллия в питьевой воде допускается не более 0,002 мг/л.
Молибден встречается в природных водах. Избыточное его попадание в организм человека ведет к заболеванию молибденовой подагрой. Безвредной считается концентрация молибдена в питьевой воде на уровне 0,5 мг/л.
Стронций широко распространен в природных водах, при этом его концентрации колеблются в широких пределах (от 0,1 до 45 мг/л). Длительное его поступление в больших количествах в организм приводит к функциональным изменениям печени. Вместе с тем продолжительное употребление питьевой воды, содержащей стронций на уровне 7 мг/л, не вызывает функциональных и морфологических изменений в тканях, органах и в целостном организме человека. Эта величина принята в качестве норматива содержания стронция для питьевой воды.
Также не предусматривается содержание в воде нитратов. Согласно современным научным данным, нитраты в кишечнике человека под влиянием обитающих там бактерий восстанавливаются в нитриты. Всасывание нитратов ведет к образованию метгемоглобина и к частичной потере активности гемоглобина в переносе кислорода
Таким образом, в основе метгемоглобинемии лежит та или иная степень кислородного голодания, симптомы которого проявляются в первую очередь у детей, особенно грудного возраста. Они заболевают преимущественно при искусственном вскармливании, когда сухие молочные смеси разводятся водой, содержащей нитраты, или при употреблении этой воды для питья. Дети старшего возраста менее подвержены этой болезни, а если заболевают, то менее тяжело, так как у них сильнее развиты компенсаторные механизмы. Употребление воды, содержащей 2–11 мг/л нитратов, не вызывает повышения в крови уровня метгемоглобина, тогда как использование воды с концентрацией 50–100 мг/л резко увеличивает этот уровень. Метгемоглобинемия проявляется цианозом, увеличением содержания в крови метгемоглобина, снижением артериального давления. Эти симптомы специалисты зарегистрировали не только у детей, но и у взрослых. Содержание нитратов в питьевой воде на уровне 10 мг/л является безвредным.
Уран – широко распространенный в природных водах радиоактивный элемент. Особенно большие его концентрации могут встречаться в подземных водах. В основу нормирования урана положены не его радиоактивные свойства, а токсическое влияние как химического элемента. Допустимое содержание урана в питьевой воде равно 1,7 мг/л.
Строго регламентируется и предельно допустимая концентрация в воде некоторых добавок, применяемых для осветления воды (полиакриламид, сернокислый алюминий). Без всякого преувеличения можно сказать, что высококачественная вода, отвечающая санитарно-гигиеническим и эпидемиологическим требованиям, является одним из непременных условий сохранения здоровья людей. Но чтобы она приносила пользу, ее необходимо очистить от всяких вредных примесей и доставить чистой человеку.
За последние годы взгляд на воду изменился. О ней все чаще стали говорить не только врачи-гигиенисты, но и биологи, инженеры, строители, экономисты, политические деятели. Да и понятно – бурное развитие общественного производства и градостроительства, рост материального благосостояния, культурного уровня населения постоянно увеличивают потребность в воде, заставляют более рационально ее использовать.
Большое значение в рациональном питании имеет питьевой режим. Вода является универсальным растворителем, средой и участником всех биохимических и физиологических процессов в организме. В обычных условиях суточная потребность взрослого человека в воде составляет 40 мл/кг массы тела, но она лишь напо ловину удовлетворяется за счет свободной жидкости, а остальная часть поступает с пищевыми продуктами. Полезен прием «живой» воды: кремниевой, талой.
Водный обмен в организме протекает с большой интенсив ностью; даже при умеренной температуре и небольшой физичес кой нагрузке человек выделяет за сутки с мочой, калом и выдыхае мым воздухом более 2 л воды. При усиленном потоотделении это количество значительно увеличивается.
Потеря жидкости приводит к повышению вязкости крови и безусловнорефлекторно вызывает чувство жажды. Обезвоживание организма сопровождается нарушением обмена веществ, патологи ческими изменениями в организме и может закончиться смертель ным исходом.
Избыточное потребление воды увеличивает нагрузку на серд це и усиливает процессы распада белков. Для восполнения потерь воды рекомендуется пить не пресную воду, а минерализованную или слегка подсоленную. Чувство жажды хорошо утоляют квас, подсоленный томатный сок, клюквенный морс, зеленый чай.
Тема № 8. Адаптация человека к природной среде (4 ч.)
План занятия:
1. Общие закономерности адаптации
Адаптация человека – сложный социально-биологический процесс, в основе которого лежит изменение систем и функций организма, мотивов, ценностей, поведения, личностных и профессиональных компетенций человека для его приспособления к окружающей среде, а также активное изменение человеком самой среды для своих нужд и потребностей (в процессе создания материальной и духовной культуры общества – системы жизнеобеспечения: питания, жилища, одежды, транспорта, инфраструктуры, искусства, образования и т. д.).
Адаптация есть, несомненно, одно из фундаментальных качеств живой материи. Оно присуще всем известным формам жизни и настолько всеобъемлюще, что нередко отождествляется с самим понятием жизни. Существует множество определений адаптации. Это связано с тем, что данный феномен является предметом исследования многочисленных научных направлений. В соответствии с этим имеются и разнообразные классификации адаптаций, в зависимости от того, какие критерии положены в их основу. Различные авторы выделяют такие типы адаптаций, как биологическая, физиологическая, биохимическая, психологическая, социальная и т. п.
Для экологической физиологии наибольший интерес представляет физиологическая адаптация, под которой понимают устойчивый уровень активности физиологических систем, органов и тканей, а также механизмов управления, которые обеспечивают возможность длительной активной жизнедеятельности организма человека и животного в измененных условиях существования (общеприродных и социальных), а также способность к воспроизведению потомства.
Однако следует учитывать, что физиологическая адаптация – это широкое понятие. Оно включает ряд индивидуальных адаптаций: видовых, наследственно закрепленных и популяционных. Вместе с тем исследование механизмов адаптационных процессов указывает на то, что невозможно судить об адаптации человека, не учитывая психологических, биохимических и других аспектов.
Виды адаптации:
В основе индивидуальной адаптации лежит генотип – комплекс видовых признаков, закрепленных генетически и передающихся по наследству. В результате генотипической адаптации на основе наследственной изменчивости, мутаций и естественного отбора сформировались современные виды животных.
Однако генетическая программа организма предусматривает не заранее сформировавшуюся адаптацию, а возможность ее реализации под влиянием среды. Это согласуется с суждением И.И. Шмальгаузена (1968): наследственным является не внешнее проявление какого-либо признака, а способность реагировать определенным образом на определенные изменения во внешней среде, т. е. норма реакции на условия внешней среды.
Наличие такой пластичности позволяет сохранить относительное постоянство видоспецифических характеристик, т. е. поддерживать гомеостаз, несмотря на неизбежные различия, в которых протекает развитие отдельных особей. По А.С. Северцову, «нормой реакции называют пределы, в которых может изменяться фенотип без изменения генотипа».
Такая норма реакции вырабатывается в онтогенезе (индивидуальном развитии) по отношению к любым колеблющимся факторам среды: атмосферному давлению, климатическим и метеорологическим условиям и т. п. Широкой нормой реакции обладают почти все онтогенетические реакции, обычно именуемые модификациями, а также физиологические реакции и большинство поведенческих реакций.
В настоящее время под нормой адаптивной реакции понимают пределы изменения системы под влиянием действующих на нее факторов среды, при которых не нарушаются ее структурно-функциональные связи.
Если воздействие факторов среды на организм превышает норму адаптивной реакции, он теряет способность к адаптации.
Адаптация, приобретаемая в ходе индивидуальной жизни организма при его взаимодействии с окружающей средой, называется фенотипической. При этом изменения, которые накапливаются в организме, не передаются по наследству, а как бы накладываются на наследственные признаки. Это позволяет следующим поколениям приспособиться к новым условиям, используя не специализированные реакции предков, а потенциальную возможность адаптации.
Любое уменьшение приспособительных возможностей представляет одновременно и снижение уровня здоровья. Болезнь можно рассматривать как нарушение нормальной физиологической адаптации к повседневным условиям.
В зависимости от длительности действия неадекватного фактора и степени морфофункциональных перестроек выделяют три этапа адаптации: начальный, этап неустановившейся адаптации и долговременную, установившуюся адаптацию, или состояния адаптивности. Невозможность обеспечить формирование адекватных приспособительных реакций приводит к частичной адаптации (дизадаптации), либо к срыву адаптации – дезадаптации.
Другие авторы выделяют: 1) биологическую, 2) социальную, 3) этническую адаптации.
1) Биологическая адаптация – эволюционно возникший механизм приспособления организма человека к условиям среды (природным факторам). Сюда относятся факторы живой и неживой природы. В соответствии с этим различают биотические и абиотические факторы.
К абиотическим факторам среды относят воздушную среду, атмосферное давление, световое излучение, магнитные поля, температуру окружающей среды, метеопогодные факторы т. п. Человек адаптировался к различным климатогеографическим условиям. Он приспособился к циклическим изменениям в природе: к смене дня и ночи, времен года.
К биотическим факторам относят все многообразие животного и растительного мира, включая возбудителей болезней. Как правило, на человека действует комплекс природных факторов. Так, сезонные факторы включают в себя изменения освещенности, температуры, влажности и т. п.
2) Социальная адаптация – процесс адаптации индивида (группы индивидов) к социальной среде для реализации его (их) потребностей, интересов, жизненных целей. Включает приспособление к условиям и характеру труда (учебы), межличностным отношениям, экологической и культурной среде, условиям проведения досуга, быту, а также их активное изменение для удовлетворения своих потребностей, а также изменение самого себя, своих мотивов, ценностей, потребностей, поведения, компетенций.
Традиционно социальными факторами считаются различные виды трудовой деятельности, условия жизни в городе и селе. Технический прогресс характерен тем, что изменяется соотношение физического и умственного труда, а значит, и комплекс сопровождающих их факторов. Освоение труднодоступных районов, богатых полезными ископаемыми, глубоководные погружения, полеты в космос – все перечисленное сопряжено с экстремальными воздействиями на организм. Это может быть влияние высоких и низких температур, шумов, вибраций, изменение газовой среды и барометрического давления, действие измененной гравитации – перегрузок или невесомости. Вместе с тем и обычная трудовая деятельность в нормальных условиях, включая учебный процесс, также требует адаптации к ней организма.
3) Этническая адаптация – двусторонний процесс биосоциального приспособления этнических групп (общностей) к природной и социально-культурной среде районов их обитания (ее языково-культурным, политическим, экономическим, климато-территориальным и другими параметрам).
2. Проблемы адаптации человека к окружающей среде
В истории нашей планеты (со дня ее формирования и до настоящего времени) непрерывно происходили и происходят грандиозные процессы планетарного масштаба, преобразующие лик Земли. С появлением могущественного фактора –человеческого разума – начался качественно новый этап в эволюции органического мира. Благодаря глобальному характеру взаимодействия человека с окружающей средой он становится крупнейшей геологической силой.
Производственная деятельность человека оказывает влияние не только на направление эволюции биосферы, но определяет и собственную биологическую эволюцию. Человек, как и другие виды живых организмов, способен адаптироваться, то есть приспосабливаться к условиям окружающей среды.
Адаптацию человека к новым природным и производственным условиям можно охарактеризовать как совокупность социально-биологических свойств и особенностей, необходимых для устойчивого существования организма в конкретной экологической среде.
Жизнь каждого человека можно рассматривать как постоянную адаптацию, но наши способности к этому имеют определенные границы. Также и способность восстанавливать свои физические и душевные силы для человека не бесконечна.
В настоящее время значительная часть болезней человека связаны с ухудшением экологической обстановки в нашей среде обитания: загрязнениями атмосферы, воды и почвы, недоброкачественными продуктами питания, возрастанием шума.
Приспосабливаясь к неблагоприятным экологическим условиям, организм человека испытывает состояние напряжение, утомления. Напряжение – мобилизация всех механизмов, обеспечивающих определенную деятельность организма человека.
При утомлении здорового человека может происходить перераспределение возможных резервных функций организма, и после отдыха вновь появятся силы. Люди способны переносить самые суровые природные условия в течение относительного продолжительного времени. Однако человек, не привыкший к этим условиям, попадающий в них впервые, оказывается в значительно меньшей степени приспособленным к жизни в незнакомой среде, чем ее постоянные обитатели.
Способность адаптироваться к новым условиям у разных людей не одинакова. Так, у многих людей при дальних авиаперелетах с быстрым пересечением нескольких часовых поясов, а также при сменной работе возникают такие неблагоприятные симптомы, как нарушение сна, падает работоспособность. Другие же адаптируются быстро.
Среди людей можно выделить два крайних адаптивных типа человека.
Первый из них – спринтер, характеризующийся высокой устойчивостью к воздействию кратковременных экстремальных факторов и плохой переносимостью длительных нагрузок.
Обратный тип – стайер. Интересно, что в северных регионах страны среди населения преобладают люди типа "стайер", что явилось, по-видимому, результатом длительных процессов формирования популяции, адаптированной к местным условиям.
3. Механизмы адаптации
Процесс адаптации носит фазовый характер.
Первая фаза – начальная, характеризуется тем, что при первичном воздействии внешнего, необычного по силе или длительности фактора возникают генерализованные физиологические реакции, в несколько раз превышающие потребности организма. Эти реакции протекают некоординированно, с большим напряжением органов и систем. Поэтому их функциональный резерв скоро истощается, а приспособительный эффект низкий, что свидетельствует о «несовершенстве» данной формы адаптации. Полагают, что адаптационные реакции на начальном этапе протекают на основе готовых физиологических механизмов. При этом программы поддержания гомеостаза могут быть врожденными или приобретенными (в процессе предшествующего индивидуального опыта) и могут существовать на уровне клеток, тканей, фиксированных связей в подкорковых образованиях и, наконец, в коре больших полушарий благодаря ее способности образовывать временные связи.
Примером проявления первой фазы адаптации может служить рост легочной вентиляции и минутного объема крови при гипоксическом воздействии и т. п. Интенсификация деятельности висцеральных систем в этот период происходит под влиянием нейрогенных и гуморальных факторов. Любой агент вызывает активизацию в нервной системе гипоталамических центров. В гипоталамусе информация переключается на эфферентные пути, стимулирующие симпатоадреналовую и гипофизарно-надпочечниковую системы. В результате происходит усиленное выделение гормонов: адреналина, норадреналина и глюкокортикоидов.
Вместе с тем возникающие на начальном этапе адаптации нарушения в дифференцировке процессов возбуждения и торможения в гипоталамусе приводят к дезинтеграции регуляторных механизмов. Это сопровождается сбоями в функционировании дыхательной, сердечно-сосудистой и других вегетативных систем.
На клеточном уровне в первой фазе адаптации происходит усиление процессов катаболизма. Благодаря этому поток энергетических субстратов, кислорода и строительного материала поступает в рабочие органы.
Вторая фаза – переходная к устойчивой адаптации. Она проявляется в условиях сильного или длительного влияния возмущающего фактора, либо комплексного воздействия. При этом возникает ситуация, когда имеющиеся физиологические механизмы не могут обеспечить должного приспособления к среде. Необходимо создание новой системы, создающей на основе элементов старых программ новые связи.
Многими исследователями применялся кибернетический подход к рассмотрению данного вопроса. В свете теории П.К. Анохина (1975) оптимальный адаптивный эффект достигается в результате создания определенной функциональной системы. Под функциональной системой П.К. Анохин понимал такое сочетание процессов и механизмов, которое, формируясь в зависимости от данной ситуации, непременно приводит к конечному приспособительному эффекту как раз именно в данной ситуации.
В.И. Медведев (1982) полагает, что основным местом образования новых адаптационных программ у человека является кора больших полушарий при участии таламических и гипоталамических структур. Таламус предоставляет при этом базовую информацию. Кора больших полушарий благодаря способности к интеграции информации, образованию временных связей в форме условных рефлексов и наличию сложного социально обусловленного поведенческого компонента формирует эту программу. Гипоталамус отвечает за реализацию вегетативного компонента программы, заданной корой. Он осуществляет ее запуск и коррекцию. Следует отметить, что вновь образованная функциональная система непрочна. Она может быть «стерта» торможением, вызванным образованием других доминант, либо угашена при неподкреплении.
Адаптивные изменения во второй фазе затрагивают все уровни организма
• На клеточно-молекулярном уровне в основном происходят ферментативные сдвиги, которые обеспечивают возможность функционирования клетки при более широком диапазоне колебаний биологических констант.
• Динамика биохимических реакций может служить причиной изменения морфологических структур клетки, определяющих характер ее работы, например клеточных мембран.
• На уровне ткани проявляются дополнительные структурно-морфологические и физиологические механизмы. Структурно-морфологические изменения обеспечивают протекание необходимых физиологических реакций. Так, в условиях высокогорья в эритроцитах человека отмечено увеличение содержания фетального гемоглобина.
• На уровне органа или физиологической системы новые механизмы могут действовать по принципу замещения. Если какая-либо функция не обеспечивает поддержание гомеостаза, она замещается более адекватной. Так, увеличение легочной вентиляции при нагрузках может происходить как за счет частоты, так и за счет глубины дыхания. Второй вариант при адаптации является для организма более выгодным. Среди физиологических механизмов можно привести изменение показателей активности центральной нервной системы.
• На организменном уровне либо действует принцип замещения, либо осуществляется подключение дополнительных функций, что расширяет функциональные возможности организма. Последнее происходит благодаря нейрогуморальным влияниям на трофику органов и тканей.
В целом во второй фазе адаптации идет поиск организмом более выгодных механизмов функционирования при снижении широты и интенсивности сдвигов.
Третья фаза – фаза устойчивой или долговременной адаптации. Основным условием наступления этого этапа адаптации является многократное либо длительное действие на организм факторов, мобилизующих вновь созданную функциональную систему. Иными словами, организму нужна тренировка, во время которой происходит фиксация сложившихся адаптационных систем и увеличение их мощности до уровня, диктуемого средой. Организм переходит на новый уровень функционирования. Он начинает работать в более экономном режиме за счет уменьшения затрат энергии на неадекватные реакции. На данном этапе преобладают биохимические процессы на тканевом уровне. Накапливающиеся в клетках под влиянием новых факторов среды продукты распада становятся стимуляторами реакций анаболизма. В результате перестройки клеточного обмена процессы анаболизма начинают преобладать над катаболическими. Происходит активный синтез АТФ из продуктов ее распада. Метаболиты ускоряют процесс транскрипции РНК на структурных генах ДНК. Увеличение количества информационной РНК вызывает активацию трансляции, приводящую к интенсификации синтеза белковых молекул.
Таким образом, усиленное функционирование органов и систем оказывает влияние на генетический аппарат ядер клетки. Это приводит к формированию структурных изменений, которые увеличивают мощность систем, ответственных за адаптацию. Именно этот «структурный след» является основой долговременной адаптации.
4. Адаптивные формы поведения
При воздействии нового фактора первой включается в реакцию психофизиологическая сфера. Речь идет об адаптивных формах поведения, которые выработались в ходе эволюции и направлены на экономизацию затрат организма.
Существует несколько классификаций адаптивных форм поведения.
В одной из них различают три типа приспособительного поведения:
Классический общий адаптационный синдром описан в 1936 году Г. Селье как процесс, состоящий из трех последовательных стадий.
1. Стадия тревоги характеризуется двумя фазами: фазой шока и фазой противотока. При значительной силе стрессора стадия тревоги может закончиться гибелью организма.
2. Если организм переживает эту по сути защитную стадию синдрома, наступает стадия резистентности.
3. При продолжительном действии стрессора она переходит в стадию истощения.
Современная модель общего адаптационного синдрома. Исследования последних лет несколько дополнили классическую модель Г. Селье. Современная модель общего адаптационного синдрома выглядит следующим образом:
1. Стадия тревоги, или стадия напряжения:
– усиленный выброс адреналина в кровь, обеспечивающего мобилизацию углеводных и жировых ресурсов для энергетических целей и активирующего деятельность в-клеток инсулярного аппарата с последующим повышением содержания инсулина в крови;
– повышенное выделение в кровь секреторных продуктов кортикальными клетками, приводящее к истощению в них запасов аскорбиновой кислоты, жиров и холестерина;
– понижение деятельности щитовидной и половых желез;
– увеличение количества лейкоцитов, эозинофилия, лимфопения;
– усиление каталитических процессов в тканях, приводящее к снижению веса тела;
– уменьшение тимико-лимфатического аппарата;
– подавление анаболических процессов, главным образом снижение образования РНК и белковых веществ.
2. Стадия резистентности:
– накопление в корковом слое надпочечников предшественников стероидных гормонов (липоидов, холестерина, аскорбиновой кислоты) и усиленное секретирование гормональных продуктов в кровяное русло;
– активизация синтетических процессов в тканях с последующим восстановлением нормального веса тела и отдельных его органов;
– дальнейшее уменьшение тимико-лимфатического аппарата;
– снижение инсулина в крови, обеспечивающее усиление метаболических эффектов кортикостероидов.
3. Стадия истощения – в этой стадии преобладают главным образом явления повреждения, явления распада.
Во время стадии тревоги неспецифическая сопротивляемость организма повышается, при этом он делается более устойчивым к различным воздействиям. С переходом в стадию резистентности неспецифическая сопротивляемость уменьшается, но возрастает устойчивость организма к тому фактору, которым был вызван стресс.
Учение Г. Селье о стрессе получило широкое распространение. В разных странах было издано около 40 трудов ученого, посвященных общему адаптационному синдрому. Г. Селье и его сотрудники опубликовали свыше 2000 работ по этой проблеме. К 1979 году, по данным Международного института стресса, в мире вышло в свет более 150 000 публикаций, посвященных стрессу.
5. Признаки достижения адаптации. Специфическая адаптация
По своей физиологической и биохимической сути адаптация – это качественно новое состояние, характеризующееся повышенной устойчивостью организма к экстремальным воздействиям. Главная черта адаптированной системы – экономичность функционирования, т. е. рациональное использование энергии.
Состояние адаптации характеризуется физиологическими, биохимическими и морфологическими сдвигами, возникающими на разных уровнях организации от организменного до молекулярного.
На уровне целостного организма проявлением адаптационной перестройки является совершенствование функционирования нервных и гуморальных регуляторных механизмов. В нервной системе повышается сила и лабильность процессов возбуждения и торможения, улучшается координация нервных процессов, совершенствуются межорганные взаимодействия. Устанавливается более четкая взаимосвязь в деятельности эндокринных желез. Усиленно действуют «гормоны адаптации» – глюкокортикоиды и катехоламины.
На клеточно-молекулярном уровне за счет изменений в энзимных системах происходит мобилизация энергетических ресурсов и пластического материала. Морфологические изменения затрагивают структуру клеточных мембран, благодаря чему улучшается регуляция окислительных процессов, синтеза макроэргов и различных структурных и ферментативных белков. Благодаря интенсивным процессам синтеза увеличивается масса клеточных структур.
Важным показателем адаптационной перестройки организма является повышение его защитных свойств и способность осуществлять быструю и эффективную мобилизацию иммунных систем.
Следует отметить, что при одних и тех же адаптационных факторах и одних и тех же результатах адаптации организм использует индивидуальные стратегии адаптации. При этом, по мнению В. И. Медведева (1982), в адаптационном процессе могут быть преимущественно задействованы различные механизмы: поведенческие, физиологические, биохимические.
Специфический характер адаптации, по мнению других ученых, основан на избирательном действии качественно различных физических и химических факторов на физиологические системы организма и клеточный метаболизм. Полагают, что при повторном действии раздражителя включается определенная функциональная система. Причем ее защитный эффект проявляется только во время действия этого раздражителя. Отмеченная закономерность подчеркивает, таким образом, принцип специфичности в развитии повышенной устойчивости организма. Примером специфических адаптационных изменений является адаптация к гипоксии, физическим нагрузкам, высоким температурам и т. д. Специфичность адаптационных изменений может быть весьма высокой.
По данным И. А. Шилова (1985), существует как бы два уровня специфической адаптации. Первый уровень относится к обычным условиям существования организма, второй – к чрезвычайным (экстремальным, изменяющимся, лабильным).
Для нормального функционирования организма необходим определенный диапазон колебаний факторов окружающей среды (газового состава атмосферного воздуха, его влажности, температуры и т. п.). Избыток или недостаток этих факторов неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности.
Уровень колебания («доза») факторов, соответствующий потребностям организма и обеспечивающий благоприятные условия для его жизни, считают оптимальным.
Отклонения от зоны оптимума в сторону недостаточной или избыточной дозировки факторов без нарушения жизнедеятельности организма называют зонами нормы. Такие отклонения человек способен переносить благодаря наличию специфических адаптивных механизмов, требующих затрат энергии. При этом их диапазон индивидуально обусловлен и зависит от пола, возраста, конституции и т. п. Именно эти физиологические механизмы обеспечивают адаптивный характер общего уровня стабилизации отдельных функциональных систем и организма в целом по отношению к наиболее генерализованным и устойчивым параметрам окружающей среды – I группа адаптивных механизмов.
При дальнейшем сдвиге факторов за пределы нормы в сторону избытка или недостатка наступают зоны пессимума. Они соответствуют нарушению гомеостаза и проявлению патологических изменений, но жизнедеятельность организма еще сохраняется. Вне зон пессимума адаптивные реакции, несмотря на полное напряжение всех механизмов, становятся малоэффективными, и наступает гибель.
В зонах пессимума добавляются лабильные реакции, обеспечивающие гомеостаз благодаря включению дополнительных функциональных адаптивных реакций – II группа адаптивных механизмов.
Взаимодействие двух рассмотренных уровней специфической адаптации обеспечивает соответствие функций организма конкретным факторам и его устойчивое существование в сложных и динамичных условиях окружающей среды.
В качестве примера можно привести людей, недавно попавших в горы (лабильные реакции), и горцев (стабильная адаптация).
Для стабильной адаптации жителей гор характерны стойкая перестройка уровня эритропоэза, сдвиги сродства гемоглобина к кислороду, изменение тканевого дыхания, направленное на поддержание эффективного газообмена в условиях гипоксемии. У равнинных жителей при подъеме в горы наблюдается учащение дыхания, тахикардия, позже – выброс в кровь депонированных эритроцитов и ускорение эритропоэза (лабильные реакции).
О наличии в адаптационном процессе как неспецифических, так и специфических компонентов свидетельствуют явления, получившие названия перекрестная адаптация, покрывающая адаптация, перенос адаптации и т. п. Речь идет о том, что организм, адаптированный к действию какого-либо одного фактора, становится в результате этого более устойчивым к действию другого или других факторов. Так было показано, что у человека, адаптированного к гипоксии, повышается устойчивость к статической и динамической мышечной работе. В свою очередь, мышечная работа ускоряет и усиливает адаптацию к гипоксии, к холоду. Гипоксия увеличивает устойчивость к теплу. Адаптация к теплу способствует адаптации к гипоксии. По данным В. И. Медведева (1982), гипоксические явления и развитие антигипоксических реакций у человека в той или иной степени наблюдаются при действии холода, тепла, сдвигах барометрического давления, изменении влажности, газовой среды (кислород, углекислый газ), светового режима, гравитации, при влиянии сильных эмоциогенных раздражителей, уменьшении или увеличении информационного потока, необходимого для формирования различных видов деятельности при физической и умственной работе. Он полагает, что изменение энергетики является составной (неспецифической) частью всех адаптационных процессов, а антигипоксические реакции формируют аппарат защиты энергетического обмена.
Однако Г. Селье (1960) и другие исследователи отмечают, что не всегда повышенная резистентность к одному фактору обеспечивает устойчивость организма к действию раздражителей другой природы. Наоборот, эта так называемая перекрестная резистентность в ряде случаев отсутствует, и проявляется перекрестная сенсибилизация. При этом резистентность к определенному агенту сопровождается повышением чувствительности к другому агенту. Это явление дало основание Г. Селье высказать мысль о существовании адаптационной энергии, мера которой для каждого организма ограничена и обусловлена генетическими факторами.
Цена адаптации может проявляться в двух различных формах:
1) в прямом изнашивании функциональной системы, на кото рую при адаптации падает главная нагрузка,
2) в явлениях отрицатель ной перекрестной адаптации, т. е. в нарушении у адаптированных к определенной физической нагрузке людей других функциональных систем и адаптационных реакций, не связанных с этой нагрузкой.
Цена адаптации в значительной мере зависит от вида физических нагрузок, к которым происходит приспособление. Так, например, у тяжелоатлетов высокотренированных к статическим силовым на грузкам, наблюдается снижение выносливости к динамической ра боте; утомление при таких нагрузках у них развивается быстрее, чем у нетренированных здоровых людей.
На фоне высокой тренированности у штангистов, борцов и дру гих спортсменов нередко наблюдается снижение резистентности к действию холода и простудным заболеваниям, нарушение клеточного и гуморального иммунитета. У высокотренированных на выносли вость спортсменов отмечаются нарушения функций желудочно-ки шечного тракта, печени и почек, что является следствием ограничен ного кровоснабжения этих органов в период длительной мышечной работы.
Однако высокая цена адаптации и феномены отрицательной пе рекрестной резистентности при таком приспособлении представля ют собой возможное, но вовсе не обязательное явление. Наиболее рациональный путь к предупреждению адаптационных нарушений состоит в правильно построенном режиме тренировок, отдыха и пи тания, закаливании, повышении устойчивости к стрессорным воз действиям и гармоничном физическом и психическом развитии лич ности спортсмена.
6. Адаптация человека к экстремальным факторам среды
Воздействие экологических факторов на приспособительные процессы организма человека связано с тем, что, попадая по различным причинам в природные условия, отличающиеся по адаптационной норме от нормы адаптации популяции, люди вынуждены первоначально биологически приспосабливаться к этим новым условиям как к экстремальным для функционирования их организмов.
К причинам возникновения экологических экстремальных воздействий на организм человека можно отнести ситуации, условно обозначенные как:
1) аварийные, когда человек или группа людей внезапно попадают на некоторое время в экологические условия, отличные от условий популяции;
2) условия экспедиции, когда группа людей заранее готовится к непродолжительному пребыванию в природной среде, экологически отличающейся от условий популяции, для выполнения трудовых функций;
3) освоение новых территорий, вызывающее необходимость адаптации к экологической среде популяции при необходимости выполнения трудовых функций.
При аварийной ситуации один человек или небольшая группа людей неожиданно оказываются в условиях природной среды в отрыве на некоторое время от популяции. Возникает необходимость в преадаптации к новым для человека условиям, в которых отсутствуют компенсаторное воздействие популяции и связь с нею.
Ко второму варианту относятся случаи, когда в аварийную ситуацию попадает функционально сформированный человек, но узкоспециализированный к определенному виду трудовой деятельности, требующей большой физической выносливости. Примером может служить матрос парусного флота Айртон, психологически дифференцированный к выполнению социально ограниченного комплекса функций. Несмотря на то, что социальная компенсация его существования в условиях необитаемого острова была осуществлена (ему оставили запас продовольствия, инструмент и оружие), она оказалась недостаточной для поддержания необходимого уровня его психической преадаптации. В результате на фоне сохранения биологических функций дизадаптировались социально-психические функции, произошла его десоциализация, одичание, возврат к досоциальному уровню. Но после его спасения и возвращения в среду социальной популяции произошла реадаптация, восстановились навыки речи и др.
Наиболее важную роль играет дизадаптация психологическая. Нарушение информационного стереотипа, вызывающего перегрузку психической структуры человека, ориентированную на социальную компенсацию, приводит к поломке структуры и функций психологической ориентировки, выражающейся в чувстве страха. Кажущаяся в некоторых случаях опасность для жизни вызывает панику, в результате которой человек не осуществляет функционально необходимых действий и погибает, как это происходит при кораблекрушениях. Безволие, отказ от активного освоения природных структур приводит к гибели. Это доказал эксперимент французского врача А. Бомбара, в течение 65 суток находившегося в условиях человека после кораблекрушения и доказавшего, что сила воли и мужество обеспечивают спасение и в экстремальных условиях. А. Бомбар таким образом показал, что в экстремальной обстановке возможна преадаптация организма к новым условиям при наличии волевых качеств, обусловивших психологическую резистентность к нарушению социальной компенсации.
Определяющими факторами, обеспечивающими успех выживания в этих экстремальных условиях и возвращения в условия популяции, являются конституциональные (физические и психологические) характеристики организма человека, уровень адаптации к социальным условиям, степень функциональной дифференциации и специализации индивида или группы людей.
Первый вариант охватывает случаи, когда в природную среду попадает ребенок, не адаптированный к условиям социального функционирования в популяции. В качестве конкретного примера можно привести случай, произошедший в Индии, когда в волчьем логове были обнаружены две девочки – Амалла 2 лет и Камала 7 лет. Дети адаптировались к условиям жизни в волчьей стае, которая обеспечила их организмам биологические функции. Попав в человеческое общество, девочки не смогли реадаптироваться к нему, несмотря на компенсаторные меры, которые были предприняты для облегчения их реадаптации. До конца жизни они не смогли овладеть прямохождением, речью и навыками человеческого общежития. При отсутствии компенсации биологических функций со стороны природной среды, осуществляемой хотя бы популяцией высших животных, ребенок гибнет вследствие истощения энергетических ресурсов, имевшихся в аварийной ситуации.
Примером целенаправленной деятельности в аварийных условиях является Робинзон, обладавший большим запасом социальной информации, чем Айртон. В аналогичных условиях жизни на необитаемом острове он сумел использовать природные условия для обеспечения своих жизненных функций, а затем создал условия социальной компенсации, предотвратившие его дизадаптацию и позволившие вернуться к социальной жизни, реадаптироваться к ней, избежав физической и психологической цены адаптации. Обладая более широкой социальной информацией – опытом, навыками и знаниями, Робинзон смог создать своим трудом условия, приближенные к функционированию в социальной среде.
В итоге можно заключить, что адаптивно-компенсаторные механизмы приспособления индивида к аварийному изменению экологической среды подчинены стратегии выживания, т.е. как можно более длительного сохранения физиологических функций организма на уровне преадаптации путем использования компенсаторных условий природной среды для последующего возвращения в условия социальной среды и реадаптации к ней.
Исходя из наличия перечисленных факторов, можно выделить следующие условные типовые варианты приспособления к аварийной ситуации:
1) вариант «Маугли» (персонаж из романа Р. Киплинга);
2) вариант «Айртон» (матрос из романа Ж. Верна «Дети капитана Гранта», выселенный на необитаемый остров);
3) вариант «Робинзон» (персонаж из романа Д. Дэфо).
Второй вид адаптации к изменению экологических условий возникает в ситуации, обозначенной как экспедиция, т.е. необходимость для группы людей в течение определенного времени выполнять трудовые функции автономно в условиях природной среды. Имеется ряд профессий, которые предусматривают такую деятельность как профессиональную норму: моряки, геологи, исследователи неосвоенных природных районов, водоемов, космонавты и др. В отличие от аварийной ситуации, возникающей неожиданно для людей, экспедиционные условия предусматривают соответствующую подготовку, которая может быть обозначена как предкомпенсация. В конечном счете, эти меры должны обеспечить минимальную адаптацию индивидов к новым условиям, снизить цену адаптации, облегчить реадаптацию после возвращения из экспедиции. К таким мерам относятся:
Так, в условиях Арктики и Антарктики в первую очередь компенсируется влияние низких температур, а в тропиках и пустынях – влияние высокой температуры и отсутствие воды; в необходимых случаях компенсируется количество и качество пищевого рациона, кислородная недостаточность и др.
Человек в экстремальных условиях
Экстремальными условиями считаются опасные условия среды, к которым организм не имеет должных адаптаций. Человек, как и любой другой живой организм, приспособлен к жизни в определенных условиях температуры, освещенности, влажности, гравитации, излучений, высоты над уровнем моря и т.д. Эти свойства выработались у него в процессе эволюционного развития. Попадая в экстремальные условия, человек может адаптироваться к ним до определенных пределов.
Например, большинство людей на Земле живет в условиях высокогорья, на высоте до 3000 м над уровнем моря. Около 15 млн. человек – на высоте до 4800. Но на высоте выше 5500 м человек не может жить постоянно. У него резко ухудшается здоровье, происходит стремительное развитие болезней, что может привести к неминуемой гибели, если не вернуться к привычным условиям жизни. Это связано с очень низким парциальным давлением вдыхаемых и выдыхаемых газов, большим перепадом дневных и ночных температур, повышенной солнечной радиацией, а также высокой плотностью высокоэнергетических тяжелых частиц. Основную проблему для человеческого организма в таких условиях представляет перенос атмосферного кислорода к клеткам. Примером могут служить альпинисты – покорители высокогорных вершин. 8–тысячники Гималаев они могут покорять только в кислородных масках и находиться на такой высоте можно не более часов.
Еще одним видом экстремальных условий является влажность. Высокая влажность характерна для тропических лесов. Лесные заросли почти не пропускают света, преграждая путь ультрафиолетовым лучам. Здесь жарко и влажно, как в теплице. Средняя температура +280С (колебания в пределах 3–90С), средняя относительная влажность 95% ночью и 60–70% днем. Ветры в лесах очень слабые. Воздух насыщен углекислым газом и полон запахов, испарений, микроскопических волосков, чешуек и волокон. Уровень испарений здесь в 3 раза выше средних показателей планеты в целом. Примером адаптации к таким экстремальным условиям могут служить размеры людей, живущих в тропических лесах. Они ниже ростом и весят меньше тех, которые живут на открытых местах. Их средний вес 39.8 кг при росте 144 см. Для жителей саванны эти показатели равны 62.5 кг и 169 см. По сравнению с представителями других групп населения потребление кислорода при физической нагрузке, объем легких и частота пульса у них выше среднего.
Температура окружающей среды представляет собой важнейший и зачастую ограничивающий жизненные возможности экологический фактор и вид экстремальных условий, который практически каждый человек в течение жизни может испытать на себе. Мы живем и комфортно себя чувствуем в довольно узком интервале температур. В природе же температура не постоянна и может колебаться в довольно широких пределах (+60.... – 60С).
Резкие колебания температуры – сильные морозы или зной – неблагоприятно действуют на здоровье людей. Однако существует много приспособлений для борьбы с охлаждением или перегревом.
Возьмем, к примеру, экстремальные условия Севера. Акклиматизация эскимосов (а они и сейчас живут в условиях ледникового периода) основывается на вазомоторно-нервных регуляциях. Звери на севере приспосабливают свой организм к пониженной отдаче энергии. У некоторых это вызывает даже необходимость зимней спячки. Люди в тех же обстоятельствах реагируют повышенной отдачей энергии. Это требует развития способности добывать себе достаточное количество пищи, а также влияет на выбор еды. Она должна быть максимально полезной человеку. Эскимосская пища для нас была бы несъедобной, поскольку она должна содержать большое количество чистого жира. Обычный ужин, например, происходит следующим образом: эскимос отрезает длинную полоску сырого подкожного сала, заталкивает к себе в рот столько, сколько войдет, возле самых губ отхватывает порцию ножом, а остальное вежливо передает сидящему рядом. И в других случаях в Арктике, кроме мяса, не подается ничего, а единственной зеленью у эскимосов является заквашенное содержимое оленьих желудков, представляющее собой переваренные лишайники.
Как показывает опыт полярных экспедиций прошлых и нынешних лет, далеко не все из них смогли выдержать суровые условия полярного Севера (или Антарктиды) и приспособиться к ним. Многие погибли из-за неправильно подобранного питания и снаряжения.
Морозы, разразившиеся в одну из зим в Западной Европе, привели к катастрофическим последствиям и сопровождались человеческими жертвами. В те же дни в Верхоянске (полюс холода) при температуре –57оС школьники 8–9 лет ходили на занятия в школу, а табуны чистопородных домашних лошадей, сопровождаемые пастухами, паслись как обычно.
Невесомость – это относительно новый вид экстремальных условий, возникший в результате освоения человеком космических пространств. Перед первым полетом человека в космос некоторые ученые утверждали, что он не сможет работать в состоянии невесомости и, более того, полагали, что психика нормального человека не выдержит встречи с невесомостью. Полет первого космонавта опроверг эти прогнозы. Проявление невесомости начинает проявляться с нарушения деятельности вестибулярного аппарата, внутреннего уха, зрения, кожной и мышечной чувствительности. Человек испытывает ощущение, будто он совершает полет головой вниз. Как выраженность, так и продолжительность этих симптом индивидуальна. По мере увеличения срока пребывания в невесомости они ослабевают но, как правило, вновь возникают в первые часы и дни после возвращения на Землю в условиях земной силы тяжести. В невесомости нет гидростатического давления крови, а поэтому начинается действие реакций, вызванных невесомостью самой крови. Происходит перераспределение крови: из нижней части она устремляется в верхнюю. Это приводит к сдвигам в обмене веществ сердечной мышцы и постепенному ее ослаблению. Кроме того, появляются симптомы, связанные с отсутствием нагрузки на костно-мышечную систему. Развивается атрофия мышц, ответственных за организацию позы в условиях действия силы земного тяготения. В связи с потерей солей кальция и фосфора изменяется прочность скелета, особенно в продолжительных полетах. И, тем не менее, в условиях невесомости человек может приспособиться к отсутствию гравитации и гидростатическому давлению крови.
Человек – существо социальное. Поэтому, кроме природных экстремальных ситуаций, могут возникать и критические ситуации, связанные с жизнью человека в обществе. В течение сравнительно короткого отрезка своей истории человечество прошло через периоды рабства, крепостного права, мировых войн. Условия жизни – скученность, страх, недоедание, болезни – являются причиной серьезных, порой непереносимых страданий для многих людей. В таких условиях возникают острые физические, психические и социальные стрессы создающие угрозу для жизни, здоровья и благополучия людей.
Воздействие стресса сказывается на основных физиологических реакциях центральной нервной системы, а также на деятельности желез внутренней секреции. Биологически активные вещества, вырабатываемые эндокринными железами (гормоны), совместно с нервными импульсами оказывают влияние практически на каждую клетку организма. Однако и в стрессовых условиях у человека развиваются адаптивные явления.
Человек всегда обладал способностью адаптироваться к естественной и искусственной среде. Это процесс, в результате которого человек постепенно приобретает отсутствовавшую ранее устойчивость к определенным факторам окружающей среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью. Полная адаптация человека в экстремальных ситуациях сохраняет возможность интеллектуальной деятельности, соответствующее ситуации поведение и продолжение рода. Однако нужно помнить, что продолжительные, интенсивные, многократно повторяющиеся нагрузки вызывают реакции, приводящие в конечном счете к подрыву физического здоровья.
Адаптация человека – это процесс, в результате которого организм постепенно приобретает отсутствовавшую ранее устойчивость к определенным факторам окружающей среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью, и решать задачи, ранее неразрешимые.
Человек всегда обладал способностью адаптироваться к естественной и искусственной среде. Это процесс, в результате которого человек постепенно приобретает отсутствовавшую ранее устойчивость к определенным факторам окружающей среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью. Полная адаптация человека в экстремальных ситуациях сохраняет возможность интеллектуальной деятельности, соответствующее ситуации поведение и продолжение рода. Однако нужно помнить, что продолжительные, интенсивные, многократно повторяющиеся нагрузки вызывают реакции, приводящие, в конечном счете, к подрыву физического здоровья.
7. Экологические аспекты заболеваний
Здоровье – естественное состояние организма, характеризующееся его уравновешенностью с окружающей средой и отсутствием каких-либо болезненных изменений.
По мнению И. Р. Петрова, А. Д. Адо, Л. Л. Рапопорта, С. М. Павленко, А. Н. Гордиенко и др., болезнь определяется как снижение приспособляемости организма к внешней среде при одновременной мобилизации его защитных сил. В наиболее общем смысле болезни людей – следствие нарушения исторически выработанных форм связи организма с окружающей средой.
Эти определения характеризуют особенности гомеостатического регулирования в нормальных условиях. Однако и в процессе адаптации при очень сильном или длительном воздействии неблагоприятных факторов среды либо при слабости адаптационных механизмов в организме возникает дезадаптация (нарушение или срыв адаптации) и развиваются патологические состояния – болезни адаптации. Например, горная болезнь, проявляющаяся в условиях высокогорья. Иногда болезни адаптации бывают вызваны не слабостью адаптационных механизмов, а их большой инертностью. Поэтому в данном случае следует принимать во внимание индивидуальные особенности людей.
Болезни адаптации могут развиваться на разных этапах адаптационного процесса. Так, Г. Селье приписывает важное патогенетическое значение общему адаптационному синдрому, выраженному в начальный период адаптации при сильном внешнем воздействии. Когда эта реакция превышает свою биологически полезную меру или, наоборот, развивается в недостаточной степени, она приводит к патологическим сдвигам в организме. Если эта неоптимальность особенно выражена и довлеет над явлениями, вызванными специфическими особенностями раздражителя, тогда налицо различные формы болезни адаптации. Следовательно, по своим проявлениям болезнь адаптации носит полиморфный характер, охватывая различные системы организма. По мнению ученого, важное значение, как в самой возможности возникновения болезни адаптации, так и в определении ее полиморфности имеют так называемые обусловливающие факторы. Речь идет о том, что те или иные обстоятельства или факторы, которые не являются интегральной частью общего адаптационного синдрома, в условиях стресса могут изменить нормальный ход развития адаптационной реакции и привести к крайне нежелательным патологическим сдвигам в организме. Обусловливающие, или кондициональные, факторы имеют различную природу и могут быть как внешними (например, диета, температура, холод), так и внутренними (например, наследственность, конституция, предшествовавшее действие патогенных факторов).
Однако наиболее распространены болезни адаптации при длительном пребывании людей в неблагоприятных условиях. Вследствие продолжительного напряжения механизмов регуляции, а также клеточных механизмов, связанных с повышенными энергетическими затратами, происходит истощение и потеря наиболее важных резервов организма. Часть структур или функций выключается. Приспособление продолжается через болезнь. Решающая роль при этом принадлежит ЦНС. Сохранение жизни обеспечивается за счет дорогой вынужденной «платы». В дальнейшем может наступить гибель организма.
Дезадаптация и развитие патологических состояний происходит поэтапно
• Начальный этап пограничной зоны между здоровьем и патологией – это состояние функционального напряжения механизмов адаптации. Наиболее характерным его признаком является высокий уровень функционирования, который обеспечивается за счет интенсивного или длительного напряжения регуляторных систем. Из-за этого существует постоянная опасность развития явлений недостаточности.
• Этап пограничной зоны – состояние неудовлетворительной адаптации. Для него характерно уменьшение уровня функционирования биосистемы, рассогласование отдельных ее элементов, развитие утомления и переутомления. Состояние неудовлетворительной адаптации является активным приспособительным процессом. Организм пытается приспособиться к чрезмерным для него условиям существования путем изменения функциональной активности отдельных систем и соответствующим напряжением регуляторных механизмов (увеличение «платы» за адаптацию). Однако вследствие развития недостаточности нарушения распространяются на энергетические и метаболические процессы, и оптимальный режим функционирования не может быть обеспечен.
• Состояние срыва адаптации (полома адаптационных механизмов) может проявляться в двух формах: предболезни и болезни.
– Предболезнь характеризуется проявлением начальных признаков заболеваний. Это состояние содержит информацию о локализации вероятных патологических изменений. Данная стадия обратима, поскольку наблюдаемые отклонения носят функциональный характер и не сопровождаются существенной анатомо-морфологической перестройкой.
– Ведущим признаком болезни является ограничение приспособительных возможностей организма. Недостаточность общих адаптационных механизмов при болезни дополняется развитием патологических синдромов. Последние связаны с анатомо-морфологическими изменениями, что свидетельствует о возникновении очагов локального изнашивания структур. Несмотря на конкретную анатомо-морфологическую локализацию, болезнь остается реакцией целостного организма. Она сопровождается включением компенсаторных реакций, представляющих физиологическую меру защиты организма против болезни.
8. Методы увеличения эффективности адаптации
Они могут быть неспецифическими и специфическими.
Неспецифические методы увеличения эффективности адаптации: активный отдых, закаливание, оптимальные (средние) физические нагрузки, адаптогены и терапевтические дозировки разнообразных курортных факторов, которые способны повысить неспецифическую резистентность, нормализовать деятельность основных систем организма и тем самым увеличить продолжительность жизни.
Рассмотрим механизм действия неспецифических методов на примере адаптогенов.
Адаптогены – это средства, осуществляющие фармакологическую регуляцию адаптивных процессов организма, в результате чего активизируются функции органов и систем, стимулируются защитные силы организма, повышается сопротивляемость к неблагоприятным внешним факторам.
Увеличение эффективности адаптации может достигаться различными путями: с помощью стимуляторов-допингов либо тонизирующих средств.
• Стимуляторы, возбуждающе влияя на определенные структуры центральной нервной системы, активизируют метаболические процессы в органах и тканях. При этом усиливаются процессы катаболизма. Действие данных веществ проявляется быстро, но оно непродолжительно, поскольку сопровождается истощением.
• Применение тонизирующих средств приводит к преобладанию анаболических процессов, сущность которых заключается в синтезе структурных веществ и богатых энергией соединений. Эти вещества предупреждают нарушения энергетических и пластических процессов в тканях, в результате происходит мобилизация защитных сил организма и повышается его резистентность к экстремальным факторам.
Механизм действия адаптогенов, приводящий к адаптационной перестройке функций органов, систем и организма в целом, предложенный Е. Я. Капланом и др. (1990). Они, во-первых, могут действовать на внеклеточные регуляторные системы – ЦНС (путь 1) и эндокринную систему (путь 2), а также непосредственно взаимодействовать с клеточными рецепторами разного типа, модулировать их чувствительность к действию нейромедиаторов и гормонов (путь 3). Наряду с этим адаптогены способны непосредственно воздействовать на биомембраны (путь 4) влияя на их структуру, взаимодействие основных мембранных компонентов – белков и липидов, повышая стабильность мембран, изменяя их избирательную проницаемость и активность связанных с ними ферментов. Адаптогены могут, проникая в клетку (пути 5 и 6), непосредственно активизировать различные внутриклеточные системы.
Таким образом, вследствие адаптационных превращений, происходящих на разных уровнях биологической организации, в организме формируется состояние неспецифически повышенной сопротивляемости к различным неблагоприятным воздействиям.
По своему происхождению адаптогены могут быть разделены на две группы: природные и синтетические. Источниками природных адаптогенов являются наземные и водные растения, животные и микроорганизмы. К наиболее важным адаптогенам растительного происхождения относятся женьшень, элеутерококк, лимонник китайский, аралия маньчжурская, заманиха и др. Большой интерес представляют различные виды шиповника. Помимо обильного содержания витамина С, в нем находятся каротин, Р-активные продукты, фолиевая кислота и другие биологически активные вещества. По рецептам тибетской медицины приготавливают растительные сборы. Особой разновидностью адаптогенов являются биостимуляторы. Это экстракт из листьев алоэ, сок из стеблей каланхоэ, пелоидин, отгоны лиманной и иловой лечебных грязей, торфот (отгон торфа), гумизоль (раствор фракций гуминовых кислот) и т. п. Из зарубежных препаратов, обладающих адаптогенным действием, можно назвать «Цернильтон» и «Полиитабс Спорт» (Швеция). Основу этих препаратов составляют водо– и жирорастворимые экстракты пыльцы растений. К препаратам животного происхождения относятся: пантокрин, получаемый из пантов марала; рантарин– из пантов северного оленя, апилак – из пчелиного маточного молочка. Широкое применение получили вещества, выделенные из различных микроорганизмов и дрожжей, – продигиозан, зимозан и др.
Многие эффективные синтетические адаптогены получены из природных продуктов (нефти, угля и т. п.). Высокой адаптогенной активностью обладают витамины.
Специфические методы увеличения эффективности адаптации. Эти методы основаны на повышении резистентности организма к какому-либо определенному фактору среды: холоду, высокой температуре, гипоксии и т. п.
Рассмотрим некоторые специфические методы на примере адаптации к гипоксии. Интенсивные поиски путей повышения устойчивости к высотной гипоксии на протяжении последних десятилетий проводились Н. Н. Сиротининым, В. Б. Малкиным и его сотрудниками, М. М. Миррахимовым и др. Были разработаны различные режимы гипоксической тренировки (высокогорной и барокамерной), показана эффективность противогипоксических фармакологических средств. Представлены материалы о защитном эффекте сочетанного воздействия на организм гипоксической тренировки и приема фармпрепаратов.
• В течение почти 50 лет делались попытки использовать адаптацию в условиях высокогорья для повышения адаптационных резервов организма. Было отмечено, что пребывание в горах увеличивает «высотный потолок», т. е. устойчивость (резистентность) к острой гипоксии. К настоящему времени накоплен большой опыт проведения высокогорных тренировок альпинистов. Был выдвинут принцип активной ступенчатой адаптации, который лег в основу построения рациональной тактики высотных восхождений, обеспечившей покорение высочайших горных вершин. При этом В. Б. Малкиным и др. (1989) впервые было установлено значение индивидуальной фоновой высотной резистентности. По сути дела, были отмечены различные типы индивидуальной адаптации к гипоксии, в том числе и диаметрально противоположные, направленные в конечном счете как на экономизацию, так и на гиперфункцию сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
• Применение различных режимов барокамерной гипоксической тренировки имеет ряд преимуществ по сравнению с высокогорной тренировкой, поскольку является одним из наиболее доступных методов повышения высотной устойчивости. При этом доказано, что адаптационные эффекты после тренировки в горах и в барокамере при одинаковой величине гипоксического стимула и равной экспозиции весьма близки.
В настоящее время используются так называемые стационарные и дробные режимы барокамерной адаптации к гипоксии. К стационарным относят режимы тренировки, при которых человек находится постоянно на одной и той же высоте, причем, как правило, пребывание на высоте достаточно длительное. Дробные режимы тренировки включают ступенчатые барокамерные подъемы на различные высоты (Н. Н. Сиротинин, 1958). И в том и в другом случае такие режимы тренировки, как и многочисленные их модификации, требуют сравнительно больших затрат времени – от 2 до 5–6 недель.
В. Б. Малкиным и др. (1977, 1979, 1981, 1983) предложен метод ускоренной адаптации к гипоксии, позволяющий за минимальный срок повысить высотную резистентность. Этот метод получил название экспресс-тренировки. Он включает многократные ступенчатые барокамерные подъемы с «площадками» на различных высотах и спуск до «земли». Такие циклы повторяют несколько раз.
Установлено, что при моделировании острой формы горной болезни в барокамере на «высоте» 4200 м в течение суток у обследуемых, подвергавшихся экспресс-тренировке к острой гипоксии, ее симптомы были выражены значительно слабее или не развивались вовсе. Об этом свидетельствовали и субъективная оценка самочувствия, и результаты физиологических исследований. Экспресс-тренировка оказалась достаточно эффективным средством защиты от горной болезни.
• Принципиально новым режимом гипоксической тренировки, разработанным В. Б. Малкиным и др. (1980, 1989), следует признать барокамерную адаптацию в условиях сна. Факт формирования тренировочного эффекта во время сна имеет важное теоретическое значение. Он заставляет по-новому взглянуть на проблему адаптации, механизмы формирования которой традиционно и не всегда правомерно связываются лишь с активным бодрствующим состоянием организма. Действительно, в исследованиях с людьми в третью ночь их пребывания в барокамере на «высоте» 4200 м была отмечена некоторая нормализация фазовой структуры сна, увеличение числа завершенных циклов, тенденция к восстановлению количества эпизодов быстрого сна по отношению к их числу в нормальных условиях. Заметно снизилось и число пробуждений. Примечательно, что после проведения барокамерной тренировки во время сна у всех обследуемых «высотный потолок» повысился в среднем на 1000 м.
• При выборе фармакологических средств предупреждения горной болезни В. Б. Малкиным и др. (1989) учитывалось, что в ее патогенезе ведущая роль принадлежит нарушениям кислотно-щелочного равновесия в крови и тканях и связанным с ними изменением мембранной проницаемости.
С другой стороны, один из самых серьезных симптомов острой горной болезни – расстройство сна – также обусловлен нарушением кислотно-основного баланса вследствие развития гипокапнии. Последняя приводит к изменению чувствительности дыхательного центра к углекислоте и появлению так называемого сгруппированного периодического дыхания. Нарушения ритма дыхания в ночное время, в свою очередь, снижают величину легочной вентиляции, что способствует еще большему усилению кислородного голодания. Таким образом, прием лекарственных препаратов, нормализующих кислотно-щелочное равновесие, должен устранять и расстройства сна в гипоксических условиях, тем самым способствуя формированию адаптационного эффекта. Таким препаратом является диакарб из класса ингибиторов карбоангидразы.
Как показали исследования, использование диакарба для профилактики острой горной болезни при ее моделировании в барокамере в течение суток на «высоте» 4200 м способствовало нормализации фазовой структуры сна. Что особенно важно – во время сна сохранялось ритмичное дыхание. Вегетативные реакции у людей, принимавших диакарб, были изменены в меньшей степени, чем у обследуемых контрольной группы. О лучшей переносимости хронической гипоксии свидетельствовала и субъективная оценка самочувствия и сна. Профилактический эффект препарата, как полагают, связан с его влиянием на регуляцию дыхания, особенно в ночное время. Исследования, проведенные в условиях высокогорья Памира, подтвердили выраженный защитный эффект диакарба в профилактике острой горной болезни. На это указывали данные энцефалографии и других методов, включавших регистрацию кардиореспираторных показателей, а также результаты анкетирования.
Принцип интервальной гипоксической тренировки при дыхании газовой смесью, содержащей от 10 до 15 % кислорода, в последнее время стал использоваться не только для увеличения адаптационного потенциала человека, но и для повышения физических возможностей, а также для лечения различных заболеваний, таких как лучевая болезнь, ишемическая болезнь сердца, стенокардия и т. д. По мнению Е. А. Коваленко (1993), такой метод повышает активность системы антиоксидантных ферментов. Каждый «импульс» в процессе подобной гипоксической тренировки усиливает включение механизмов борьбы с гипоксией, а при переходе к нормоксии увеличивается мощность антиоксидантной защиты от возникновения свободнорадикальной патологии.
В наших исследованиях было предложено использовать комплекс дыхательных функциональных проб и дыхательной тренировки для прогнозирования адаптационного эффекта и управления адаптационным процессом в условиях острой и хронической гипоксии у людей с учетом их индивидуальных особенностей (Е. П. Гора, 1992). При этом различные режимы произвольного управления дыханием, применяемые на разных этапах адаптации к гипоксии, оказывали влияние на физиологические и биохимические процессы адаптации.
Разумеется, перечисленные методы повышения устойчивости к высотной гипоксии не исчерпывают всего многообразия подходов к решению этой проблемы. Однако уже сейчас ясно, что наиболее реальный путь повышения резистентности организма к недостатку кислорода – это использование рациональных режимов гипоксической тренировки в сочетании с комплексом фармакологических средств, регулирующих обменные процессы и направленных на предотвращение истощения нервных и гуморальных механизмов.
Тема № 9. Биологиче ские ритмы человека и космические циклы (2 ч.)
План занятия:
1. Характеристики биоритмов, их связь с космическими циклами
Существует несколько определений биологических ритмов. Согласно одному из них: биоритмы – это регулярное, периодическое повторение во времени характера и интенсивности жизненных процессов, отдельных состояний или событий.
Биоритмы в той или иной форме присущи всем живым организмам. Для экологической физиологии человека подходит определение, в соответствии с которым биологический ритм – это самоподдерживающийся автономный процесс периодического чередования интенсивности и частоты физиологических процессов и реакций.
Биологические ритмы – циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Они наблюдаются почти у всех животных и растений, как одноклеточных, так и многоклеточных, у некоторых изолированных органов и отдельных клеток. Одни биоритмы (биение сердца, частота дыхания и т.д.) относительно самостоятельны, другие – собственно биоритмы – дают возможность организмам приспосабливаться к циклическим изменениям окружающей среды (суточным, сезонным и др.).
Механизм биоритмов обеспечивается генетической информацией ДНК и синхронизируются клетками коры головного мозга. Внутренние «часы» – эндогенные ритмы, регулируемые внутренними факторами, экзогенные «часы» регулируются внешними факторами. Но чаще биоритмы – смешанные.
Существуют 2 точки зрения на природу биоритмов:
1) биоритмы основаны на происходящих в организме строго периодических физико-химических процессах — «биологических часах». Изменения внешних условий служат сигналами времени, которые могут сдвигать фазы ритма. При постоянстве условий ритмичность полностью спонтанна, что доказывается несовпадением циркадного ритма с колебаниями геофизических факторов.
2) организм воспринимает циклы проникающих геофизических факторов (геомагнитное поле, космические лучи и т.д.). Собственная система измерения времени, если она имеется, играет вспомогательную роль. Изменения освещения и температуры могут сдвигать фазу биоритмов по отношению к геофизическому циклу. Под влиянием неестественных для организма, но постоянных условий может возникнуть регулярный сдвиг фазы биоритмов
Биологические ритмы реализуются в тесном взаимодействии с окружающей средой и отражают особенности приспособления организма к циклично изменяющимся факторам этой среды. Вращение Земли вокруг Солнца (с периодом около года), Земли вокруг своей оси (с периодом около 24 ч), вращение Луны вокруг Земли (с периодом около 28 дней) приводит к колебанию освещенности, температуры, влажности, напряженности электромагнитного поля служат своеобразными датчиками времени для биологических часов.
В основе всякой ритмики лежит периодический волновой процесс. Для характеристики биоритма важны следующие показатели: период, уровень (мезор), амплитуда, фаза, частота и др.
1. Период ритма рассчитывают как длительность одного полного цикла ритмических колебаний в единицах времени.
2. Уровнем (мезором) принято считать среднюю величину функции, изучаемой в течение одного биологического цикла.
3. Амплитуда – это половина разности между наибольшим и наименьшим значениями кривой ритма в течение одного биологического цикла.
4. Фаза характеризует положение колеблющейся системы в каждый данный момент времени. При этом время наибольшего подъема функций определяется как акрофаза, а время наибольшего спада процесса – как батифаза.
5. Частота – это количество циклов, совершающихся в единицу времени.
6. Помимо этих показателей, каждый биологический ритм характеризуется формой кривой, которую анализируют при графическом изображении динамики ритмически меняющихся явлений (хронограмма, фазовая карта и др.). Простейшая кривая, описывающая биоритмы, – это синусоида. Однако, как показывают результаты математического анализа, структура биоритма бывает, как правило, более сложной.
Биологические колебательные системы отличаются от механических богатым запасом свободной энергии. Циклические колебания физиологических процессов с точки зрения энергетики биологически наиболее целесообразны, выгодны и соответствуют принципу оптимальной организации. Биологические колебательные системы обладают такими свойствами, как постоянство во времени, способность к саморегуляции, устойчивость.
Для существующих ритмов свойствен широкий временной диапазон – от «быстрых» микроволн элементарных частиц до глобальных циклов биосферы. Ритмические явления протекают на различных уровнях организации живой материи: субклеточном, клеточном, тканевом, органном, системном и т. д. В сложноорганизованных биологических системах, к которым относится организм человека, имеется целая иерархия циклических колебаний, и биологический ритм каждой функциональной системы обычно является результатом согласования и интеграции ряда более элементарных колебаний, т.е. результатом хроноструктурной упорядоченности и организованности.
В.И. Вернадский высказывал предположение, что революци онные изменения в морфологии живых существ соотноси мы с так называемыми критическими периодами геологи ческой истории планеты, движущие пружины которых вы ходят за пределы только земных явлений. Речь, возможно, идет о кос мическом воздействии. Интенсивность не только геологи ческих процессов, но и эволюционно-органических «связана с активностью биосферы, с космичностью ее вещества. При чины лежат вне планеты». Становление предков современ ного человека находится в прямой связи с ритмическими изменениями климата нашей планеты, которые являются результатом интегрального отражения взаимодействия всех геосфер нашей планеты друг с другом и с космосом. Космические воздействия слагаются из гравитационных и корпускулярных. Первые связаны с изменением орбит Зем ли и Солнца под воздействием других планет и галактик, им присущ средне- и долгопериодический характер (все известные климатические циклы, начиная с цикла продол жительностью 35–45 тыс. лет и кончая циклом 200 тыс. лет, так или иначе связаны с орбитальными циклами). Вторые пока еще не исследованы, вероятно, они являются причиной короткопериодических климатических ритмов с длительностью в единицы, десятки, сотни и первые тыся чи лет.
Обусловленные гравитацией колебания скорости вра щения Земли, ее углового момента вызывают изменения атмосферно-океанической циркуляции, тогда как колеба ния потока корпускулярных частиц ответственны за изме нения стратосферных течений. Немаловажную роль в обо их случаях играет магнитное поле Земли. Однако до сих пор механизм этой глубокой связи магнитного поля с кли матом, а через него и со всей биосферой, не выяснен. Уста новлено, что орбитальные климатические ритмы (400 тыс.; 1,2; 2,5; 3,7 млн. лет) являются рабочими хронометрами биосферы, среди них – 400-тысячелетний ритм служит основной причиной крупнопериодических из менений климата и эволюции органического мира. Этот ритм выявлен геологами из последовательности леднико вых событий и только потом обнаружен астрономами. Внутри данный ритм членится на 6–8 фаз, причем станов ление и развитие живого вещества биосферы, в том числе и предков человека, полностью подчиняются этому клима тическому ритму с его фазами.
Циклические (периодические) процессы встречаются на различных уровнях развития материи, на чиная с космических и заканчивая социальными процессами. Данные науки свидетельствуют о том, что ритм и перио дичность управляют Вселенной, живыми организмами, со циальными явлениями. Ритм как бы «запрограммирован» сущностью движения, без которого бесконечный мир про сто не может существовать, он выступает в качестве основ ного закона природы и общества. Ритмы крайне разнооб разны, их нельзя сводить друг к другу, ибо на каждом уров не иерархической Вселенной мы встречаемся с качественно различными ритмическими процессами и структурами.
Вернадский обосновал положение, что все характерис тики жизни и времени совпадают: и жизнь, и время не обратимы; они никогда не текут вспять; они всегда направ лены одинаковым образом – из прошлого в будущее, т. е. асимметричны. Время биологически содержательно, оно строится причинно-обусловленными событиями: сменой поколений. Биологическое время, как называет его Вернадский, имеет совершенно четкие мерные единицы, которые нельзя заменить никакими другими.
На основании исторического материала крупный рус ский ученый В.М. Бехтерев сделал вывод, «что везде и всюду появление коллективной деятельности, как и проявление индивидуальной жизни, подчиняется закону ритма, имеющего, таким образом, всеобщее значение». Человек как биосоциальное существо фокусирует в себе многооб разие ритмов, порожденное биологической и социокуль турной эволюцией.
У каждого живого существа и у каждой социальной системы есть свой внутренний ритм. Но все они настраи ваются на те колебания, которые оказывают на них вли яние, и вынуждены приспосабливаться к ним тем больше, чем колебания сильнее. Могут быть и конкурирующие ритмы, но побеждают более мощные. И среди них вне кон куренции стоит Солнце как колебательный источник энер гии, влияющий на все живое на Земле. Если оно оказыва ет влияние и на общественные явления, то их изучение ста новится крайне важным для настройки на солнечные и другие космические колебания, особенно если те носят пе риодический характер. Космическое влияние следует рас сматривать в синтезе с внутренней цикличностью биологи ческой и социальной жизни.
В то же время Солнце, как внешний и мощный источ ник энергии, настраивает все земные процессы, в том чис ле и в обществе. Циклы Солнца – это часы, регистриру ющие смену его активности. И если бы удалось устано вить, что смена солнечной активности связана со сменой социальных форм общественной жизни, то можно было бы говорить о настройке социальных циклов на солнечные или хотя бы о влиянии солнечной цикличности на соци альные перемены. И если бы связь удалось установить, то человечество получило бы в свои руки мощный ускоритель полезных эффектов и гаситель негативных. Например, было бы известно, когда лучше начинать крупные рефор мы в обществе – в год негативного или пассивного Сол нца. Проведение перемен и их прогнозирование осветилось бы разумом более высокого порядка. Конечно, необходи мо исследовать и использовать весь комплекс космических ритмов для настраивания социальных процессов. Поэтому конечная цель изучения всех ритмических процессов – это сознательное управление ими в пределах человеческих возможностей.
Основателем гелиобиологии является русский ученый А.Л. Чижевский. Его основная научная линия – исследование влияния солнечной активности на все живое. Главная идея А.Л. Чижевского – это связь истори ческих событий с солнечной активностью. Вот одна из его центральных мыслей, высказанная в книге «Физические факторы исторического процесса»: «Более или менее дли тельные исторические события, продолжающиеся в тече ние нескольких лет и получающие решительное проявле ние в эпоху максимума солнцедеятельности, а также со путствующая этим событиям эволюция идеологий, массо вых настроений и пр., протекают по всеобщему историче скому циклу, претерпевая следующие ясно обнаруживаемые этапы:
Такова идея функци ональной связи общественной возбудимости (войн, револю ций, массовых движений) с солнечной активностью. Связь эта, если она есть, может быть только статистической, т. е. не соблюдаться во всех случаях. И это понятно, потому что на любое социальное явление влияет множество факторов. Из них мы обычно отдаем приоритет экономическим и политическим противоречиям – социальным двигателям исторического прогресса. Тем не менее, если эта связь хотя бы в небольшом числе случаев имеет место, она должна исследоваться и учитываться. Необходимость этого важна еще и потому, что она, возможно, ведет к доказательству великой гипотезы об универсальности явления циклично сти всех земных и космических процессов.
Изучив историю 80 стран и народов за 2 500 лет, А.Л. Чижевский показал, что с приближением к годам мак симума солнцедеятельности количество исторических собы тий с участием масс увеличивается и достигает своей наи большей величины в эти годы. Наоборот, в минимумы актив ности солнца наблюдается минимум массовых действий.
2. Классификации биоритмов
Биологические ритмы – периодически повторяющиеся изменения в ходе биологических процессов в организме или явлений природы. Является фундаментальным процессом в живой природе. Наукой, изучающей биоритмы, является хронобиология.
Классификация биоритмов по выполняемой функции:
Классификация биоритмов по длительности
Сезонные колебания в характере поведенческих реакций человека
Это суточное колебание температуры тела, АД, ЧСС, ЧДД, РS, работоспособности человека и др. Например: ночью все показатели снижаются. («Совы», «Жаворонки»). Суточным колебаниям оказались подвержены содержания различных веществ в тканях и органах, например, глюкозы, натрия и калия в крови, плазмы и сыворотки в крови, гормонов роста и др. По существу, в околосуточном ритме колеблются все показатели эндокринные и гематологические, показатели нервной, мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем.
Этому же циркадианному ритму подчинены: чувствительность организма к разнообразным факторам внешней среды и переносимость функциональных нагрузок. У человека выявлено около 500 функций и процессов, имеющих циркадианную ритмику.
Классификация биоритмов в зависимости от источника происхождения:
Экзогенные биологические ритмы – это колебания, вызванные периодическими воздействиями извне. Они являются пассивными реакциями на колебания факторов окружающей среды. Влияние (отражение) лунных ритмов на отлив и прилив морей и океанов. Соответствуют по циклу фазам Луны (29.53 суток) или лунным суткам (24.8 часов). Лунные ритмы хорошо заметны у морских растений и животных, наблюдаются при культивировании микроорганизмов. Психологи отмечают изменения в поведении некоторых людей, связанные с фазами луны, в частности, известно, что в новолуние растёт число самоубийств, сердечных приступов и пр. Менструальный цикл связан с лунным циклом.
Эндогенные биоритмы поддерживаются механизмами обратной связи. В зависимости от того, на каком уровне биологической организации она замыкается, различают биоритмы в клетках (митотический цикл), органах (сокращения кишечника), организмах (овариальный цикл) и т. п. Эндогенные ритмы – автономные (спонтанные, самоподдерживающиеся, самовозбуждающиеся) колебания, обусловленные активными процессами в самой системе.
Классификация биоритмов Н. И. Моисеевой и В. Н. Сысуева (1961):
3. Адаптационная перестройка биологических ритмов. Десинхроноз
При резком изменении ритмов внешней среды (геофизических или социальных) происходит рассогласование эндогенно обусловленных колебаний физиологических функций человека. Такое нарушение периодической сопряженности функционально взаимосвязанных систем организма получило название десинхроноза.
Симптоматика десинхроноза сводится к расстройствам сна, снижению аппетита, настроения, умственной и физической работоспособности, различным невротическим расстройствам. В некоторых случаях отмечают органические заболевания (гастрит, язвенная болезнь и т. п.).
Состояние, когда система циркадианных ритмов организма не соответствует временным условиям окружающей среды, называется внешним десинхронозом. Под влиянием новых «датчиков времени» начинается перестройка сложившейся ранее системы циркадианных ритмов организма. При этом физиологические функции перестраиваются с различной скоростью, нарушается фазовая структура ритмов физиологических функций – развивается внутренний десинхроноз. Он сопровождает весь период приспособления организма к новым временным условиям и длится иногда на протяжении нескольких месяцев.
Среди факторов, приводящих к адаптивной перестройке биологических ритмов, выделяют:
– смену временных поясов (переезды на значительные расстояния в широтном направлении, трансмеридианные перелеты);
– устойчивое рассогласование по фазе с местными датчиками времени ритма «сон – бодрствование» (работа в вечернюю и ночную смену);
– частичное или полное исключение географических датчиков времени (условия Арктики, Антарктики и др.);
– воздействие различных стрессоров, среди которых могут быть патогенные микробы, болевые и физические раздражители, психическое или усиленное мышечное напряжение и т. п.
Все чаще появляются сведения о рассогласовании биологических ритмов человека с ритмами его социальной активности, составляющими уклад жизни, – режимом труда и отдыха и т. п.
Перестройка биоритмов происходит также и под влиянием неблагоприятных условий, первично не связанных с трансформацией ритмов и приводящих к развитию десинхроноза лишь вторично. Такой эффект оказывает, например, утомление. Поэтому в одних случаях возникает специфический синхроноз, как последствие необычных или чрезмерных требований к циркадианной системе (например, временные сдвиги), в других – неспецифический десинхроноз как следствие воздействия на организм неблагоприятных социальных и биологических факторов.
Выделяют следующие виды десинхроноза:
Большую нагрузку на хронофизиологическую систему организма создают перелеты со сменой часовых поясов. Продолжительность и характер перестройки физиологических функций при этом зависят от многих факторов, из которых ведущий – величина часового сдвига. Отчетливая перестройка циркадианных ритмов начинается после перелета через 4 и более часовых поясов. Следующим фактором является направление переезда. Обследования разных контингентов людей при трансмеридиональных перелетах как на запад, так и на восток показали, что перемещения в разных направлениях имеют свою специфику. Не меньшую роль при прочих равных условиях играет климатическая контрастность пунктов перелета.
Интересно отметить, что при трансмеридиональном перелете функциональные сдвиги в организме (субъективный дискомфорт, эмоциональные, гемодинамические реакции и т. п.) выражены резче, чем при медленном пересечении поясных зон (поездом, на судах), когда человек «вписывается» в смещенную пространственно-временную структуру окружающей среды постепенно. Тем не менее переезд поездом сопровождается своим, специфическим для разных направлений субъективным дискомфортом.
Выраженность десинхроноза, характер и скорость адаптационных перестроек в новых условиях зависят от величины поясно-временных сдвигов, направления перелета, контрастности поясно-климатического режима в пунктах постоянного и временного проживания, характер двигательной деятельности спортсменов. При возвращении в место постоянного жительства реадаптация людей протекает в более короткий период, чем адаптация к новым условиям.
Скорость перестройки суточного ритма зависит также от возраста и пола человека, его индивидуальных особенностей и профессиональной принадлежности. Так, нормализация циркадианного ритма у женщин происходит быстрее, чем у мужчин. Анатомо-физиологическая незрелость детского организма и мобильность функциональных проявлений у подростков являются причиной легкого возникновения десинхроноза. Вместе с тем высокая пластичность ЦНС у подростков обеспечивает более быстрое и менее трудное приспособление их к трансмеридиональному перемещению. Наименее выражены и быстрее перестраиваются все реакции организма у хорошо тренированных спортсменов.
В основе формирования суточной периодики лежит условно-рефлекторный динамический стереотип, образование которого в новых условиях проходит несколько фаз:
• 2–5-е сутки после перелета характеризуются снижением функций организма и прямых показателей работоспособности;
• 6–10-е сутки сопровождаются колебаниями названных показателей;
• 11–14-е сутки – характеризуются полным их восстановлением и
• после 15 суток иногда отмечается превышение исходного уровня (сверх-восстановление).
Существенное влияние на процессы адаптации к новым поясно-климатическим условиям оказывает специфика двигательной деятельности. В частности, десинхроноз больше сказывается на выполнении скоростных, скоростно-силовых и сложно-координационных упражнений, в упражнениях на выносливость его влияние значи тельно меньше.
4. Аспекты практического применения биоритмологии
Биоритмологический подход к феномену времени как к биологическому параметру и изучение закономерностей временной организации живых систем открывают новые возможности для регуляции и управления процессами, протекающими в организме.
Одна из центральных проблем современной биоритмологии – проблема синхронизации и десинхронизации биоритмов. Десинхронизация биологических ритмов, наблюдаемая при адаптивных и патологических процессах, позволила установить, что исследование биоритмов является важным методическим приемом в решении вопросов физиологии труда, выявлении патологического процесса, адаптации человека к измененным геофизическим и социальным синхронизаторам, подбора космонавтов.
Биологические ритмы – колебания смены и интенсивности процессов и физиологических реакций. В их основе лежат изменения метаболизма биологических систем, обусловленные влиянием внешних и внутренних факторов. Факторы, которые влияют на ритмичность процессов, происходящих в живом организме, получили определение «синхронизаторы», или «датчики времени».
К внешним факторам относятся:
- изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм);
- магнитного поля;
- интенсивности космических излучений;
- приливы и отливы;
- сезонные и солнечно-лунные влияния;
- социальные влияния, характерные для человека.
К внутренним факторам относятся нейрогуморальные процессы, протекающие в определенном, наследственно закрепленном темпе и ритме.
Ритмы формируют внешние синхронизаторы. Ярким примером формирования эндогенных ритмов под влиянием синхронизаторов внешней среды является влияние на новорожденного ребенка с его эндогенными ритмами таких синхронизаторов как свет, звук, пища и др., а по мере развития ребенка усиливается роль социальных факторов. Сравнительно быстро у ребенка формируется суточный, 24-часовой ритм физиологических процессов.
Известный хронопедиатр Т. Хельбрюгге установил, что первые признаки суточной периодики выделения с мочой натрия и калия отмечается на 4 – 20 неделе, а креатинина и хлоридов на 16 – 22 месяце после рождения. На 2 – 3 неделе происходит начало синхронизации с ритмом дня и ночи на протяжении суток таких показателей как температура тела, а на 4 – 20 неделе – частоты пульса. В первые 2 недели жизни экскреция с мочой котизола и кортикостерона имеет незначительные суточные колебания (максимальная экскреция в 16 – 20 часов, минимальная — поздним вечером и ночью), что характерно для детей старшего возраста и взрослых. Таким образом, становление суточного ритма экскреции кортикостероидов происходит уже на 2 – 3 неделе жизни ребенка.
Человеческое тело представляет собой сложную систему, организованную во времени и пространстве. При многих заболеваниях нормальная организация нарушается и заменяется аномальной динамикой. Болезни, характеризующиеся аномальной временной организацией, называются динамическими болезнями.
Биоритмология в диагностике и терапии современной медицины
Вся наша повседневная жизнь строго укладывается в 24-часовые рамки, в том числе и интенсивность физиологических функций колеблется в соответствии с наиболее заметным циклом чередования сна – бодрствования. Например, ежедневное повышение и снижение порога болевой чувствительности наших зубов. Во второй половине дня порог болевой чувствительности зуба в полтора раза выше, а онемение в результате анестезии продолжается в несколько раз дольше, чем ночью. Удержание алкоголя в крови быстро возрастает примерно после 10 часов утра. Поэтому идти на прием к стоматологу лучше после обеда. Эффективность обезболивания максимальна тоже вскоре после полудня: доза наркоза, необходимая утром, днем может оказаться избыточной. Аллергические реакции возникают быстрее и проявляются тяжелее в начале ночи, чем в полдень. Печень удерживает низкий уровень алкоголя в крови вечером гораздо лучше, чем утром.
Поставить диагноз значительно проще, зная клиническую норму с учетом её ритмичности. Скажем, нормальная температура тела ночью ниже 36,6 оC, поэтому «нормальное» показание температуры в 3 часа ночи – симптом лихорадки. Аддисонова болезнь (бронзовая болезнь) и болезнь Иценко – Кушинга обусловлены нарушением функции надпочечников (соответственно – недостаточностью и избыточностью), поэтому для их диагностики требуется измерять уровень гормона кортизола (гидрокортизона) в крови, но с учетом времени забора крови. Диагноз и терапевтические меры могут быть более эффективными, если их строить на основе циркадного цикла.
При применении гормональной терапии также важно правильно выбрать время для введения препарата: так, при недостаточности функции надпочечников больным обычно делают инъекции кортизона по утрам, когда в норме активность коры надпочечников максимальна. Введение кортизона в иное время суток будет подавлять деятельность и без того ослабленных надпочечников.
Во многих клинических ситуациях используется в качестве терапевтического воздействия на пациента периодическая стимуляция. Например, введение лекарств и использование электронных сердечных пейсмекеров и механических вентиляторов, для повышения эффективности терапевтического действия которых были разработаны датчики, устанавливающие обратную связь между пациентом и механическим регулятором дыхания или сердцебиения. Эта связь позволяет облегчить управление этими приборами и избежать опасной конкуренции между навязанным ритмом и внутренними ритмами.
У некоторых больных диабетом могут возникнуть трудности в установлении соответствующего графика введения инсулина. Периодическое введение инсулина в соединении с регулярным приемом пищи и режимом физической нагрузки оказывается неэффективным для поддержания уровня глюкозы в крови в нормальных пределах. Вместо этого могут быть нерегулярные флуктуации (Например, при слежении за уровнем глюкозы в крови после его повышения). Для таких пациентов необходимо разрабатывать схемы введения инсулина, основанные на данных о текущем уровне сахара в крови и понимании динамики системы его регуляции.
Другой клинически важный случай взаимодействия между эндогенными и экзогенными ритмами связан с суточной периодичностью. Циркадные ритмы часто изменяются у людей с эмоциональными расстройствами. Появилась попытка лечить таких больных, восстанавливая нормальные фазовые соотношения между собственным циклом сна и бодрствования и нормальным 24-часовым циклом. Фазовый сдвиг циркадных часов может осуществляться световым режимом, небольшими изменениями в режиме сна, навязываемыми в течение нескольких дней, и с помощью лекарств. Изменения в циркадном ритме могут быть одним из проявлений, а не причиной эмоционального расстройства, так что устранение циркадных нарушений не обязательно будет производить лечебный эффект.
Учет физиологических ритмов необходим при составлении рационального режима труда и отдыха человека, при выборе времени приема лекарств, особенно гормональных препаратов. Физиологические ритмы имеют и определенное диагностическое значение в клинике, физиологии труда и спортивной медицине: при различных заболеваниях и переутомлении отмечается их нарушение.
Многие заболевания человека характеризуются необычной и сложной динамикой. Анализ механизмов, лежащих в основе таких заболеваний, неизбежно связан с теоретическим анализом наблюдаемой динамики. Методы изучения этих проблем заключаются в формулировании теоретических и биологических моделей болезни. Далеко идущей целью исследователей является помощь в разработке новых диагностических и терапевтических стратегий в лечении людей.
Тема № 10. Генофонд человека и агрессивные факторы среды (2 ч.)
План занятия:
1. Генофонд человека
Генофонд человека – это совокупность всех генов в общей популяции человека как биологического вида (гены всех живущих на Земле людей).
Это понятие впервые ввел в 1928 году А.С. Серебровский.
Общая популяция человека обозначает совокупность всех людей Земли.
Термин – популяция впервые ввел В. Иогансен в 1903 году для обозначения неоднородной группы особей одного биологического вида, а в 1926 году С.С. Четвериков стал основателем популяционной генетики, наиболее важными факторами, которой считаются естественный отбор и изоляция.
Общая популяция современного человека подразделяется на:
• расы (австралийская, азиатская, европейская, негроидная);
• нации (американцы, англичане, китайцы, корейцы, монголы, русские, татары и т.д.);
• народы и народности (большие и малые популяционные группы);
• этнические группы (около 5–6 тысяч) – у каждой группы свой язык общения или языковое наречие.
Особенности генофонда человека:
Первые две особенности можно объединить одну общую особенность и означить ее как количественный и качественный состав генофонда, являющийся базой для характеристики геномного и протеомного здоровья человека.
Третья особенность связана с репродуктивным процессом, в ходе которого осуществляется постоянный обмен наследственным материалом внутри общей популяции, и каждое новое поколение людей вносит в генофонд больший или меньший вклад в зависимости от приспособленности их генотипов к среде обитания.
В связи с тем, что условия окружающей среды по-разному влияют на жизнеспособность и репродуктивность организмов с разными генотипами, генофонд человека (человечества) постепенно изменяется в результате естественного отбора, и более приспособленные люди (генотипы) чаще других выживают и оставляют потомство.
Биологический смысл репродуктивного процесса – это способность индивида оставить после себя здоровое потомство, способное к новому воспроизводству, и тем самым – сохранению целостности генофонда.
Четвертая особенность связана с наличием в общей популяции ее меньшей части – людей с измененной наследственностью, т. е. имеющих наследственную патологию.
Такие люди менее приспособлены к выживанию, у них повышенная заболеваемость и уменьшенная продолжительность жизни, в связи с чем они подвергаются избирательной гибели в процессе естественного отбора.
Таким образом, все 4 особенности генофонда составляют для человека основу его геномного, протеомного и репродуктивного здоровья.
Условием для сохранения генофонда является благоприятное воздействие на наследственный материал человека факторов окружающей среды.
Если факторы окружающей среды изменяют наследственный материал, то возникает ненаследственная (модификационная) или наследственная (комбинативная и/или мутационная) его изменчивость, которая проявляется значительным генотипическим и фенотипическим разнообразием.
2. Мутационная изменчивость
Мутация – это изменение структурной организации, количества или функционирования наследственного материала и продуцируемых им белков.
Мутационный процесс или мутагенез – это процесс формирования мутаций под действием мутагенов – факторов, повреждающих наследственный материал.
Мутации могут проявиться спонтанно без видимых внешних причин, но под влиянием внутренних условий в клетке и организме в целом – это спонтанные мутации или спонтанный мутагенез.
Мутации могут быть вызваны действием внешних факторов физической, химической или биологической природы – это индуцированные мутации или индуцированный мутагенез.
Вновь возникшие мутации называются новыми мутациями или мутациями de novo. К ним, например, относятся мутации, лежащие в основе ряда аутосомно-доминантных болезней, таких как ахондроплазия (10% случаев относятся к семейным формам), нейрофиброматоз Реклингаузена, I типа (50–70% семейные формы), болезнь Альцгеймера, хорея Гентингтона.
Мутации от нормального состояния гена (признака) к патологическому состоянию называются прямыми.
Мутации от патологического состояния гена (признака) к нормальному состоянию называются обратными.
Мутации в соматических клетках называются соматическими. Они формируют патологические клеточные клоны (совокупность патологических клеток) и в случае одновременного присутствия в организме нормальных и патологических клеток приводят к клеточному мозаицизму, например, при наследственной остеодистрофии Олбрайта экспрессивность заболевания зависит от количества аномальных клеток.
Соматические мутации могут быть как семейными, так и спорадическими (несемейными) формами. Они лежат в основе злокачественных новообразований и процессов преждевременного старения.
Мутации в половых клетках называются герминативными. Они встречаются реже соматических мутаций, лежат в основе всех наследственных и некоторых врожденных болезней и передаются из поколения в поколение.
Герминативные мутации могут быть семейными и спорадическими формами и наследоваться как предрасположенность к раку, например, ретинобластома и синдром Ли-Фромени.
3. Механизмы действия основных мутагенов
Ионизирующее излучение. Наиболее изученной областью мутагенеза является физический и, в частности, радиационный мутагенез.
Любые источники ионизирующей радиации пагубны для здоровья человека – это, как правило, мощные мутагенные, канцерогенные и тератогенные факторы. Например, ионизирующее излучение может индуцировать мутации, приводящие к наследственным и онкологическим болезням. Доказано, что доза облучения в 10 рад удваивает частоту мутаций у человека.
Реализация эффекта облучения осуществляется в несколько стадий:
Следует отметить, что еще в 30-ые годы ХХ века радиобиологи столкнулись с таким парадоксом биологического действия радиации на живые организмы, как несоответствие между ничтожно малым количеством поглощенной энергии и вызываемым ею большим биологическим эффектом.
Именно тогда в радиобиологии были сформулированы основные принципы теории мишени. В частности, Ф. Дессауэр предложил в 1922 году гипотезу "точечного тепла", которая предполагала, что большой биологический эффект при относительно небольшой общей энергии объясняется тем, что энергия концентрируется в малых объемах, приводя объект к микролокальному разогреву. Так как распределение "точечного тепла" является случайным, то конечный эффект будет зависеть от случайных попаданий дискретных порций энергии в жизненно важные микрообъемы объекта – «мишени».
На основе проведенных этим автором экспериментов, раскрывающих закономерности радиобиологических реакций, было предположено, что они (реакции) осуществляются в том случае, если в клетке произошло определенное число "попаданий" в мишень. Однако применение принципа попадания (гипотеза "точечного тепла") было доказано лишь в отношении первичных (пусковых) физических механизмов реакции.
Эта гипотеза не учитывала все физико-химические реакции, происходящие в клетках в результате поглощения ничтожно малого количества энергии, приводящей к возникновению глубоких биохимических событий в клетке. В дальнейшем учениками этого ученого была выведена общая формула, лежащая в основе математического расчета кривых "доза-эффект", в которую входило число попаданий в определенный "чувствительный объем", необходимый для одной единицы реакции, например, для гибели одной клетки.
Вместе с тем оказалось, что при ионизирующем излучении не всякая передача энергии приводит к лучевому повреждению объекта, а радиационный эффект возникал по принципу "все или ничего" в зависимости от попадания или непопадания ионизирующих частиц в уникальную структуру объекта.
Именно эти утверждения получили название принципа мишени, согласно которому объем живых клеток гетерогенен по своей чувствительности: в них имеются определенные участки (мишени), попадание в которые (и только в них!) приводит к поражению объекта. Было установлено, что радиационный эффект обусловлен одним или несколькими попаданиями ионизирующих частиц в мишень.
При ионизирующем излучении (радиация) повреждение молекулы ДНК представляет собой наиболее критическое для клетки событие. При этом эффект радиации – это цепь последовательных событий, происходящих в молекуле ДНК.
Индукция повреждений ДНК идет двумя путями: непосредственное попадание ионизирующей частицы в молекулу ДНК – I тип повреждения и косвенно через индукцию свободных радикалов – II тип повреждения.
При I типе повреждения индуцируются модификации оснований, сшивки ДНК-ДНК и ДНК-белок, а также одно- и двунитевые разрывы молекулы ДНК.
При II типе повреждения представлены модифицированными основаниями и однонитевыми разрывами молекулы ДНК.
Химические мутагены. В мире известно около 5–7 млн. различных химических соединений. В народном хозяйстве, на производстве, быту постоянно применяются примерно 50–60 тысяч химических веществ и ежегодно внедряются в практику около одной тысячи новых соединений. Из них от 5% до 10% соединений способны индуцировать мутации. В это число входят гербициды и пестициды (доля мутагенов среди них достигает 50%), а также ряд лекарственных препаратов (синтетические гормоны, цитостатики, некоторые антибиотики и др.).
При действии химических мутагенов формируются как точковые, так и хромосомные мутации. Основными типами точковых мутаций являются модификации одного нуклеотида в цепи ДНК: его замещение или выпадение, либо включение в цепь дополнительного нуклеотида. Основными типами аберраций хромосом являются разрывы молекулы ДНК и транслокации ее фрагментов.
Эффект мутагенного действия на клетку зависит также от фазы ее жизненного цикла в момент воздействия. Часто химические вещества способны вызывать мутации лишь тех клеток, которые находятся в определенной фазе клеточного цикла – это циклоспецифичные соединения. Другие химические мутагены действуют независимо от периода клеточного цикла – это циклонеспецифичные соединения. К числу последних, например, принадлежат алкилирующие агенты и другие модификаторы, способные вызвать повреждение нуклеотидов.
Некоторые химические вещества изначально являются реакционно-способными мутагенами, непосредственно соединяющимися с молекулой ДНК и изменяющими ее химическую структуру. Другие химические вещества относятся к промутагенам, и для превращения в мутагены они проходят метаболическую активацию под действием ферментативных систем клетки и организма.
Вирусы. Наиболее значимыми биологическими мутагенными являются РНК-содержащие вирусы и, в частности, ретровирусы, в жизненный цикл которых входит стадия образования ДНК обратной транскриптазой и внедрение ее в форме провируса в геном клетки хозяина.
Впервые обратная транскрипция была обнаружена в 1970 году при работе с вирусом саркомы Рауса (ВСР). Обратная транскрипция – это синтез ДНК по матрице РНК.
В состав ретровируса входят две идентичные молекулы РНК, которые содержат как минимум четыре гена:
• gag – белок нуклеотида (или нуклеозида?);
• pol – обратная транскриптаза;
• env – белок капсида (оболочки);
• onc – онкоген, ответственный за злокачественную трансформацию.
Предпочтительного места для внедрения провируса в геном нет. Это позволяет отнести его к мобильным генетическим элементам. Важной характеристикой вирусного мутагенеза является способность вирусов вызывать точковые мутации, приводящие к замене оснований.
Процессы формирования пороков в эмбриогенезе обозначают ся как тератогенез (от греч. teratos – урод, чудовище). К тератогенам, или тератогенным факторам, относят те средовые факторы, которые нарушают эмбриональное развитие, воздействуя в течение беременности. Врожденные пороки развития занимают одно из первых мест в структуре детской заболеваемости, перинатальной и ранней дет ской смертности.
Врожденный порок развития (ВПР) – стойкое морфологическое изменение органа, части органа или участка тела, выходящее за пределы нормальных вариаций строения и наруша ющее их функцию.
Причины пороков развития различны. ВПР могут возникать как результат мутации, либо как следствие воздействия тератогенных факторов, либо как результат сочетания воздействий на предрас положенный к дефекту организм.
Можно выделить следующие причины.
Эндогенные (внутренние) факторы развития пороков
Мутации. На их долю приходится более 30 % всех пороков. В зависимости от уровня, на котором произошла мутация, различают:
Эндокринные заболевания и метаболические дефекты могут приводить к самопроизволь ным выкидышам или нарушать морфологическую дифференциа цию органов плода. Так, наблюдается возникновение пороков при сахарном диабете, некоторых опухолях, фенилкетонурии, других нарушениях обмена у матери.
«Перезревание» половых клеток обусловлено десинхронизацией процессов овуля ции и оплодотворения. Возможно перезревание как яйцеклеток, так и сперматозоидов. Как результат – возникновение анеуплоидии, триплоидии.
Возраст родителей:
Экзогенные (средовые) факторы. При этом пороки обусловле ны действием тератогенных факторов непосредственно на эмбри он или плод. На долю таких пороков приходится менее 5 %.
Физические факторы (радиационные, вибрационные, шумовые и температурные воздействия; механические факторы) вызывают следующие патологические изменения:
Химические факторы:
– при приеме противосудорожных препаратов возможно у ребенка возникновение расщелины губы и нёба, микроцефалии, ги поплазии ногтей и концевых фаланг пальцев, деформации носа;
– при приеме талидомида (транквилизатор) – возникновение по роков верхних и нижних конечностей, расщелины губы и нёба;
– употребление алкоголя бере менной женщиной может вызвать развитие алкогольной эмбриофетопатии.
– бен зин, бензол, фенол, соли тяжелых металлов обладают эмбриотоксическими свойствами
Биологические факторы. Известны тератогенные эффекты вируса краснухи и цитомегаловирусной ин фекции. Так, вирус коревой краснухи вызывает поражение цент ральной нервной системы, пороки органов зрения и слуха.
Совместное воздействие генетических и средовых факторов. По роки данной природы носят мультифакгориальный характер. Доля пороков, вызванных таким факторами, составляет примерно 50 %.
В зависимости от объекта и времени воздействия повреждающих факторов различают:
гаметопатии – результат поражения половых клеток, приводяще го к нарушению наследственных структур. К гаметопатиям отно сятся все наследственно обусловленные врожденные пороки, в осно ве которых лежат мутации в половых клетках родителей больного.
бластопатии – результат поражения бластоцисты, т.е. зароды ша в период первых 15 дней после оплодотворения (до завершения дифференциации зародышевых листков). Следствием бластопатии являются двойниковые пороки (сросшиеся близнецы), циклопия (наличие одного или двух слившихся глазных яблок в одной орби те, расположенной по средней линии лица). Часть мозаичных форм хромосомных болезней – также результат бластопатии;
эмбриопатии – результат воздействия тератогенного фактора на эмбрион в период с 16-го дня до 8–9-й недели беременности. К этой группе относятся талидомидные, диабетические, алкоголь ные и некоторые медикаментозные эмбриопатии, а также поро ки, обусловленные вирусом краснухи.
фетопатии – следствие повреждения плода в период с 9-й не дели до момента рождения. Пороки данной группы сравнительно редки, представлены персистированием эмбриональных структур (крипторхизм, открытый Ботталов проток), пренатальной гипо плазией какого-либо органа или всего плода.
В периоде органогенеза существуют предельные временные про межутки, в течение которых воздействие тератогенных факторов может вызвать нарушение правильного формирования органов. Этот промежуток времени называют тератогенным терминационным пе риодом (от лат. terminus – граница, предел). Воздействие повреж дающего фактора на плод может привести к развитию порока органа только в том случае, если он действовал до окончания периода формирования органа. Если тератогенный фактор воздействовал позднее тератогенного терминационного периода, он не может рассматриваться в качестве причины развития порока. Чувствитель ность закладок различных органов к действию повреждающих фак торов различна. Наиболее рано формируются пороки развития центральной нервной системы и сердца. Следует отме тить, что практически врожденные пороки всех органов формиру ются в первые 7–9 недель внутриутробного развития.
Врожденные пороки развития, возникающие после окончания основного периода органогенеза, проявляются главным образом:
К наиболее частым видам врожденных пороков развития отно сятся:
Основными механизмами тератогенеза являются изменения размножения, миграции и дифференцировки клеток. Нарушение размножения может проявляться торможением пролиферативной активности клеток вплоть до полной остановки. Результатом подобных нарушений может быть аплазия или гипопла зия любого органа или его части.
Еще одно следствие нарушения размножения – задержка сли яния эмбриональных структур, что, по-видимому, лежит в основе многих дизрафий (в том числе расщелин нёба, губы, спинномоз говых и черепно-мозговых грыж).
Другой вид изменения контроля размножения клеток проявля ется на тканевом уровне нарушением генетически запрограмми рованного процесса гибели клеток. Такой механизм лежит в осно ве персистирования и многих видов атрезий. В результате нарушения миграции клеток могут развиться гетеротопии.
Нарушение дифференциации может наступить на любом этапе развития, что повлечет за собой образование массы недифферен цированных клеток, агенезию, морфологическую и функциональ ную незрелость, а также персистирование эмбриональных структур.
Понятие о канцерогенезе (ракообразовании). По данным ВОЗ (Всемирной Организации Здравоохранения), рак является второй из наибо лее распространенных причин смертности в мире после сердечно-сосудистых патологий.
Рак – это заболевание, связанное с развити ем в организме человека злокачественной опухоли. У человека встречаются и доброкачественные опухоли, клетки которой растут, оставаясь в пределах той ткани, где они локализуются. Такие опухоли легко удаляются, не осложняя здоровья человека. Наиболее важные отличия злокачественной опухоли от доброкачественной – это инвазия и метастазирование. В процессе инвазии опухолевые клетки прорастают в нормальные ткани, нарушают их функционирование и питание, что приводит в конечном итоге к гибели нормальных клеток. Метастазирование – способность злокачественной опухоли образовывать опухолевые узлы в отдаленных частях организма. На определенном этапе развития злокачественных опухолей клетки приобретают способность к амебовидному движению и начинают вторгаться через кровеносную и ,лимфатическую системы в окружающие ткани и распространяются по всему организму (этап метастазирования).
Отличительной чертой, злокачественной опухоли является не столько ускоренный рост опреде ленных клеток, сколько нарушение механизмов кон троля, не допускающих вторжения клеток в другие ткани и распространения их по организму. Обычно деление здоровых клеток любой ткани контролируется механизмами, заставляющими работать клетку в запрограммированном генотипом режиме и не позволяющими им вторгаться в другие ткани организма. В какой-то момент обычная клетка начинает делиться безудержно, приобретая «бессмертие».
Раковые клетки отличаются от нормальных тремя главными свойствами:
1) быстро делятся;
2) сцеплены друг с другом не так прочно, как нормальные;
3) они дедифференцируются и не дифференцируются при последующих делениях и напоминают слабо дифференцированные клетки зародыша.
Раковые опухоли в зависимости от локализации в тканях принято разделять на три типа:
В 1964 году Дарлингтон попытался обосновать теорию рака соматическими мутациями.
Наиболее интересной из разнообразных теорий рака была вирусно-генетическая, предложенная Зилбером в 1968 году. Основные положения этой теории сформулированы в 1975 г. Л. Зилбером, И. Ирлиным и Ф.Киселёвым и сводились к следующему: возникновение опухолей вызывается вирусами; механизм вирусного канцерогенеза не является инфекционным, хотя природа онковирусов не отличается от вирусов, вызывающих инфекционные заболевания; вирус является носителем фактора, вызывающего наследственные изменения в клетках; эти изменения нарушают взаимоотношения между клетками и вызывают неконтролируемый рост клеток, приводящий к образованию опухоли.
Говоря современным языком, авторы предполо жили, что ДНК онкогенного вируса при попадании в здоровую клетку встраивается в клеточную ДНК и изменяет ее. В таком виде рекомбинированная ДНК передается следующим клеточным по колениям. Но эта теория не согласовывалась с тем фактом, что у многих онкогенных вирусов генетическим материалом является РНК, а не ДНК.
В 1976 г. Темин и Балтимор обнаружили фермент, названный ревертазой (обратная транскриптаза), который катализирует синтез ДНК (кДНК) по вирусной РНК. В дальнейшем кДНК при попадании в клетку и вызывает злокачественное перерождение клетки. Это был триумф вирусно-генетической теории. Оставалось идентифицировать онковирусы человека. Но вирусы рака человека так и не удалось обнаружить. Наряду с этим оказалось, что некоторые формы рака имеют не вирусное происхождение. Было доказано, что многие химические вещества (канцерогены) способны индуцировать раковую опухоль. Оказалось, что многие мутагены являются сильными канцерогенами.
Мутационная теория рака была сформулирована в 1974 г. Бернетом: опухоль берет начало от одной исходной соматической клетки; изменения вызываются химическими агентами и вирусами, взаимодействующими с ДНК; мутации могут накапливаться, что приводит клетки к неограниченному размножению; накопление мутаций увеличивается с возрастом человека.
В 1975 г. Брюс Эймс предложил проверять вещества на мутагенность. Он проверил гипотезу об идентичности понятий «канцерогены» и «мутагены». В 90 случаях из 100 канцерогены оказались сильными мутагенами, но только 13% соединений, не обладающих канцерогенной активностью, оказались мутагенами. Следовательно, события, приводящие в итоге к онкологическим заболеваниям, начинаются с изменений, происходящих в ДНК клеток.
В 1978 г. формируется генная теория рака, которая преодолела недостатки вирусной и мутационной теорий. В начале 70-х годов Дж.Майкл Бишоп и Гарольд Вармус предположили, что онкогены являются обычными компонентами нормальных клеток. В то время многие исследователи считали, что онкогены попадают в организм с вирусами, но Бишоп и Вармус (1976) обнаружили, что онкогены из хромосомной ДНК клетки-хозяина могут включаться в ретровирусный геном (РНК-содержащие вирусы). В норме эти протоонкогены становятся онкогенами и могут вызывать у человека рак как в случае ретровирусной трансформации, так и в результате воздействия канцерогенов. премию в 1989 г.
В 1979 г. Роберт Вайнберг провел серию экспериментов по генетической трансформации, результаты которых показали, что в ДНК человека есть участки – онкогены, активизация которых способствует развитию болезни.
К началу 90-х годов было описано около 30 онкогенов (c-onc) и еще более 10 проонкогенов несут различные опухолевые вирусы.
Основными принципами генной теории рака в настоящее время можно считать следующие:
Выделены активные онкогены некоторых опу холей человека, экстрагированная ДНК которых переносит способность к неопластическому (злокачественному) росту клеток в культуре ткани. Оказалось, что выделенные из различных опухолей человека онкогены часто оказывались одинаковыми. Предполагается вероятным, что небольшая группа онкогенов участвует в возникновении многих форм рака.
Число соматических клеток в организме от дельного человека в среднем равно 11–14 миллиардам. В процессе онтогенеза ДНК постоянно подвергается действию различных факторов, повреждающих структуру ДНК. Относительная стабильность генетического материала связана не со свойством ее консервативности, а с наличием во всех клетках живого организма систем репарации, устраняющих возникающие повреждения ДНК. С возрастом у человека вероятность нарушения работы систем репарации ДНК более вероятна. Этим и объясняется факт большей частоты встречаемости онкозаболеваний среди лиц пожи лого возраста.
Менделевское наследование онкозаболеваний у человека встречается редко и только для доброкачественных опухолей: нейрофиброматоз, опухоли эндокринных желез и множественный полипоз. Хромосомные перестройки встречаются практически во всех опухолевых клетках, однако маркерные хромосомы известны лишь для незначительного числа заболеваний.
Высказывается мнение о мультифакторном наследовании некоторых онкологических заболеваний (карцинома молочной железы, желудка и др.), так как они часто встречаются в отдельных семьях. Однако одни только генетические факторы не могут объяснить предрасположенности к онкологическим заболеваниям, нельзя отрицать и роль среды (например, рак легких связан с курением, хотя не все курильщики заболевают). Вероятно, в конечном итоге появление опухолей обусловлено взаимодействием множества генетических механизмов и факторов среды.
Интересные факты….. Ведет ли цивилизованная жизнь к генетическому ухудшению человеческого рода?
Нередко приходится слышать, что цивилизованная жизнь ведет к генетическому ухудшению человеческого рода из-за отсутствия естественного отбора против «плохих» генов. Аргументы сторонников этой точки зрения мы уже приводили: предоставленный самому себе носитель «плохого» гена умер бы рано, но современная медицина и комфортные условия повышают его шансы прожить долгую жизнь, завести детей и передать им этот ген. Следовательно, таких генов в популяции становится все больше?
Вначале – немного генетики и теории эволюции. Существует такое понятие, как генетический груз, или груз мутаций, т.е. наличие в популяции «плохих» вариантов генов, приводящих к наследственным болезням. Каждый «плохой» вариант появляется вследствие мутации – «поломки» нормального гена. Такая поломка препятствует синтезу нормально функционирующего белка и тем самым нарушает жизнедеятельность организма. Любой человек получает в наследство от родителей две копии каждого гена: один от матери, а другой от отца. Мутантный ген может передаться ребенку от родителя, но мутация может возникнуть и внезапно.
Рассмотрим несколько примеров. Многие анемии вызываются мутациями, которые изменяют белковые цепи молекулы гемоглобина или препятствуют их синтезу. При этом нарушается функция гемоглобина – он больше не может транспортировать кислород из легких в клетки организма. В частности, одна из форм анемии – β-талассемия (болезнь, которую вызывают мутации в гене, контролирующем синтез β-цепи гемоглобина) распространена в Средиземноморье, Азии и на севере Африки с частотой примерно один на 10 тыс. населения (0.01%). Другое заболевание – фенилкетонурия, вызываемая неспособностью организма усвоить полученную с пищей аминокислоту фенилаланин (это происходит из-за мутации в гене, кодирующем синтез фермента фенилаланингидроксилазы, который превращает фенилаланин в другую аминокислоту – тирозин). Повышенное содержание фенилаланина и его производных в крови и других тканях приводит к замедленному развитию и умственной отсталости. Это заболевание также встречается со средней частотой 0.01% в Европе и Азии. Носители этих мутаций, у которых дефектна только одна из двух копий гена, практически не болеют, но передают их своим детям. Болеют, погибают, не оставляют потомства в основном люди с двумя дефектными копиями, в организме которых нужный белок не синтезируется. В этом и заключается естественный отбор; он-то и останавливает на определенном уровне накопление мутаций. В природе сохраняется баланс между возникновением мутаций и их исчезновением. Казалось бы, не будь естественного отбора – число мутаций в генофонде человека немедленно возрастет. Но это не так. Тут важен фактор времени: и накопление мутаций, и отбор против них – медленные процессы.
Допустим, что приведенное выше значение (0.01, или в долях – 0.0001) – это часть популяции, которую составляют люди, страдающие неким наследственным заболеванием. Известно, что доля мутантных генов в популяции равна квадратному корню из доли больных, т.е. 0.01, или 1%. У новорожденных новые мутации появляются с частотой, самое большое, один на 10 тыс. в каждом поколении, т.е. за одно поколение доля мутантных генов увеличится на 0.01% (в 100 раз меньше, чем уже имеется). Но именно на такую же величину уменьшается их число в популяции из-за отбора. Это и есть баланс между мутациями и отбором. (Приведенные выше расчеты относятся к так называемым рецессивным мутациям, которые приводят к заболеванию лишь будучи в двух копиях. Некоторые заболевания вызываются одной копией «дефектного» гена – доминантные мутации. Однако их гораздо меньше, чем рецессивных, и потому мы здесь о них не говорим).
Как мы видим, каждая из противоборствующих эволюционных сил способна лишь ненамного изменить груз мутаций. Генетический груз, имеющийся в настоящее время, – результат накопления мутаций в популяциях за многие тысячи поколений, за десятки тысяч лет. Значит, ослабление естественного отбора в современных популяциях не может существенно увеличить мутационный груз даже через столетия. Это может произойти только через многие тысячелетия, да и то если медицина и социальные условия обеспечат полноправное участие носителей дефектных генов в жизни и воспитании своих, детей. Но тогда эти мутации перейдут в категорию нейтральных, не оказывающих отрицательного влияния на жизнедеятельность! Доля доминантных мутаций по сравнению с рецессивными может увеличиваться быстрее, однако общий вывод от этого не меняется. Тем самым мы приходим к заключению, что цивилизованные условия жизни не увеличивают генетический груз человечества.
Тема № 11. Эндемические заболевания и их профилактика (2 ч.)
План занятия:
Эндемическое заболевание – (от греч. endemos – местный), относится к болезням, наблюдающимся у людей длительное время на данной ограниченной территории и обусловленное природными и социальными условиями. Эндемическое заболевание может быть связано со стойкими природными очагами инфекционных болезней, природно-очаговые заболевания (лаймборрелиоз, клещевой энцефалит и др.).
Эндемическое заболевание – заболевание, характерное для определённой местности. Связано с резкой недостаточностью или избыточностью содержания какого-либо химического элемента в среде.
Могут быть также и неинфекционными заболеваниями:
Неинфекционные эндемические заболевания связаны с геохимическими особенностями среды. В.И. Вернадский, развивая учение о биосфере, установил, что химический состав организмов связан с химическим составом земной коры, что обусловлено эволюцией. В процессе эволюционного развития организм вырабатывает способность к избирательному поглощению определенных химических элементов, их избирательной концентрации в определенных органах и тканях и элиминации (Авцын А.П., 1972 г.). Такие способности организма реализуются в процессе обмена веществ с окружающей средой. Обмен осуществляется через биогеохимические пищевые цепи. В эти цепи включаются микроэлементы горных пород, почвы, воздуха и воды, поглощаемые растениями, входящие в состав животных организмов, которые с пищей растительного и животного происхождения и отчасти с питьевой водой поступают в организм человека. Особенно существенное значение для жизни организмов имеют пороговые концентрации химических элементов, т.е. концентрации, за пределами которых происходит срыв регулирующих функций организма, и в результате этого возникает эндемическая болезнь (Ковальский В.В., 1974 г.).
В.И. Вернадский, а позднее и А.П. Виноградов разработали теорию биогеохимических провинций, под которыми понимают территории, характеризующиеся повышенным или пониженным содержанием одного или нескольких химических элементов в почве или воде, а также в организмах животных и растений, обитающих на этой территории. На таких территориях могут наблюдаться определенные болезни, непосредственно связанные с недостатком или избытком этих элементов. Эти болезни получили название эндемических. Существуют территории, избыточно насыщенные токсическими элементами (ртутью, кадмием, таллием, ураном), и дефицитные регионы по содержанию йода, фтора, селена и других химических элементов. Почти 2/3 территории Российской Федерации характеризуются недостатком йода, около 40% – селена
Территория земного шара по геохимическим особенностям весьма различна. Таежно-лесная нечерноземная зона характеризуется недостатком кальция, фосфора, калия, кобальта, меди, йода, бора, цинка, достаточным количеством магния и относительным избытком стронция, особенно по речным поймам. В лесостепной и степной черноземной зоне наблюдается достаточное количество кальция, кобальта, меди, марганца. Сухостепная, полупустынная и пустынная зоны отличаются повышенным содержанием сульфатов, бора, цинка. В некоторых пустынях наблюдается избыток нитратов и нитритов. В горных зонах биогеохимический характер территорий, лежащих на разных высотах, различается. Отмечается недостаток йода, иногда кобальта, меди, а в некоторых случаях – избыток молибдена, кобальта, меди, свинца, цинка.
В процессе эволюционного развития организм выработал способность к избирательному поглощению определенных химических элементов и их избирательной концентрации в определенных тканях. Такие способности реализуются в процессе обмена веществ с окружающей средой. Обмен осуществляется через пищевые цепи. В эти цепи включаются микроэлементы горных пород, почвы, воздуха и воды, поглощаемые растениями, входящие в состав организмов животных, которые с пищей и питьевой водой поступают в организм человека
Существенное значение для жизни организма имеют пороговые концентрации химических элементов, т. е. те концентрации, за пределами которых происходит срыв регулирующих функций организма, и в результате этого возникают эндемические болезни. Различают начальные пороговые концентрации, от которых начинается недостаток элементов для организма, и верхние – от которых начинается избыток. Следовательно, и недостаток, и избыток могут вызвать заболевание организма
Кроме естественных биогеохимических районов и провинций, выделяют искусственные. Образование их обусловлено поступлением в окружающую среду неочищенных или плохо очищенных сточных вод, твердых отходов, содержащих химические вещества различных классов опасности, пестицидов, минеральных удобрений. В искусственных биогеохимических провинциях отмечается повышение уровня заболеваемости населения, связанное как с отдаленными последствиями их воздействий, так и с непосредственным их воздействием на организм. Отдаленные последствия проявляются в виде врожденных уродств, аномалий развития, нарушений физического и психического развития детей. Непосредственное воздействие встречается в виде случаев острых и хронических отравлений при проведении сельскохозяйственных работ
2. Клещевой энцефалит
Клещевой энцефалит – природно-очаговая трансмиссивная инфекция, характеризующаяся преимущественным поражением центральной нервной системы.
Этиология и эпидемиология. Возбудитель – фильтрующийся вирус, длительное время сохраняется при низких температурах, в высушенном состоянии, но быстро погибает при кипячении, под действием дезинфицирующих веществ (формалин, фенол, спирт). Основным резервуаром и переносчиком вируса в природе являются иксодовые клещи. Дополнительным резервуаром являются грызуны, птицы, хищники, домашние животные. Для заболевания характерна строгая весенне-летняя сезонность. Основным путем инфицирования человека является трансмиссивная передача через укусы клещей, возможна передача инфекции алиментарным путем при употреблении в пищу сырого молока инфицированных коз и коров.
Симптомы. ИП: 7–14 дней. Заболевание начинается остро: озноб, подъем температуры до 38–39° С, сильная головная боль, тошнота, слабость. С 3–4 дня болезни отмечается полиморфизм клинических проявлений. В зависимости от формы болезни определяются: ригидность мышц затылка и другие менингеальные симптомы, бред, галлюцинации, психомоторное возбуждение, вялые параличи мышц конечностей, эпилептические припадки с потерей сознания (менингоэнцефа-литическая форма); слабость в конечностях или появление чувства онемения с двигательными нарушениями, вялые парезы шейно-плечевой (шейно-грудной) локализации, боли в области мышц шеи, надплечий, рук с атрофией пораженных мышц (полиомиелитическая форма); боли и расстройства чувствительности в дистальных отделах конечностей, парестезии (чувство «ползания мурашек», покалывание), вялые параличи мышц конечностей и туловища (полирадикулоневритическая форма). Летальные исходы до 25–30 %.
Профилактика: обязательные лесомелиоративные мероприятия в лесопарках, зонах отдыха и вблизи жилых массивов (расчистка и благоустройство лесов, удаление сухостоя и валежника, проведение санитарных рубок, скашивание травы и разреживание кустарника, оборудование пеших лесных дорожек); при работе или отдыхе в лесу и других возможных местах заражения – максимальная защита одеждой открытых участков тела; применение инсектицидов; само- и взаимоосмотры одежды и тела людей при посещении ими леса в период активности клещей; вакцинация.
3. Болезнь Лайма
Болезнь Лайма – природно-очаговая трансмиссивная инфекция, характеризующееся поражением кожи, нервной, сердечно-сосудистой систем и суставов.
Этиология и эпидемиология. Возбудители – бактерии рода боррелий, типа спирохет. Бактерии передаются человеку через укус инфицированных иксодовых клещей. Источники возбудителя инфекции – мышевидные грызуны, дикие и домашние животные. Основной путь передачи возбудителя инфекции человеку и животным – трансмиссивный. Характерна сезонность заболеваний в весенне-летний и летне-осенний периоды.
Симптомы. ИП – от 2 дней до нескольких месяцев (чаще 1–2 недели). Условно выделяют 3 последовательные стадии.
I стадия: в месте присасывания клеща – кольцевидная мигрирующая эритема бледно-розового или ярко-красного цвета; субфебрилитет (повышение температуры тела до 38о С) и симптомы общей интоксикации (головная боль, общая слабость, анорексия, тошнота и рвота); увеличение регионарных лимфатических узлов, мышечные и суставные боли.
II стадии (через 30–40 дней) характерны поражения нервной системы и (или) сердца: сильные головные боли и тугоподвижность шеи (менингит), неврит черепных (чаще лицевого) нервов, головокружения, тахикардия, нарушения предсердно-желудочковой проводимости.
В III поздней стадии (от нескольких месяцев до 10 лет и более) развиваются мигрирующие стреляющие боли в суставах (полиартрит); нарушения интеллекта, снижение внимания и памяти (в связи с органическими поражениями головного мозга); атрофирование кожи; болезненные малинового цвета узелки на коже (доброкачественная лимфоцитома).
Профилактика: обязательные лесомелиоративные мероприятия в лесопарках, зонах отдыха и вблизи жилых массивов; меры индивидуальной защиты от нападения и присасывания клещей; применение инсектицидов; само- и взаимоосмотры одежды и тела людей при посещении ими леса в период активности клещей.
4. Эндемический флюороз
Флюороз (лат. fluorum фтор) – поражение зубной эмали, вызванное длительным потреблением излишнего количества фтора обычно с питьевой водой и сельскохозяйственной продукцией. Это заболевание возникает часто в детском возрасте, если в организм ребенка поступает слишком много фтора в период формирования зубов. Однако, дефицит этого микроэлемента (меньше 0,5 мг/л) в сочетании с другими факторами (нерациональное питание, неэффективное очищение зубов и др.) вызывает кариес зубов. Кариес зубов способствует развитию других заболеваний полости рта (тонзиллита, стоматита), ревматоидного состояния, нарушению процесса пищеварения и др.
Этиология. Эндемический флюороз встречается в определенных географических местностях и связан с потреблением с раннего детства воды из водоисточников, в которых фтор содержится в концентрациях выше 1,5 мг/л. В условиях жаркого, тропического климата, способствующего повышенному водопотреблению, эндемический флюороз может развиваться при концентрациях фтора в воде 0,6–0,8 мг/л. Флюороз может быть также обусловлен длительным потреблением воды из водоисточников, в которые попадают сточные воды, содержащие соединения фтора.
Симптомы. Клинически эндемический флюороз на начальных стадиях заболевания проявляется поражением зубов – возникновением на симметричных зубах белых пятен и полос. Прежде всего, происходит поражение резцов, при значительно завышенном уровне содержания фтора – и всех остальных зубов. С течением заболевания пятна постепенно темнеют, приобретают желто-серый, темно-бурый, коричневый цвет, эмаль становится шероховатой, хрупкой, легко стирается, теряет блеск, приобретает матовый оттенок. При сильно превышенном уровне содержания фтористых соединений развиваются остеосклероз и остеопороз.
Профилактика: снижение потребления фтора (употребление воды без фтористых соединений, пищи с пониженным содержанием этого элемента), отказ от фторсодержащих зубных паст. Важное значение имеют периодические медосмотры, проведение на водопроводных сооружениях дефторирования воды.
5. Эндемический зоб
Эндемический зоб – диффузное увеличение щитовидной железы, обусловленное дефицитом поступления в организм йода. По данным ВОЗ, более чем для 1,5 млрд жителей существует повышенный риск недостаточного потребления йода. У 650 млн. человек отмечается увеличение щитовидной железы – эндемический зоб, а у 45 млн. жителей выраженная умственная отсталость связана с йодной недостаточностью.
Йод, как известно, относится к микроэлементам. Суточная потребность в нем составляет 100–200 мкг. Дефицит йода не имеет порой выраженных внешних проявлений, поэтому он получил название "скрытый голод".
Дефицит йода, который наблюдается в большинстве континентальных европейских стран, в том числе и в Полесском регионе Беларуси, не только является причиной увеличения щитовидной железы в эндемических областях, но и приводит к целому ряду других патологических состояний.
Этиология. Основная причина развития эндемического зоба – недостаточное поступление йода в организм. Йод – микроэлемент, необходимый для биосинтеза тиреоидных гормонов – тироксина и трийодтиронина. Йод поступает в организм человека с пищей, водой, воздухом. 90 % суточной потребности в йоде обеспечивается за счет продуктов питания, 4-5 % – воды, около 4-5 % – поступает с воздухом.
Предрасполагающие факторы: отягощенная наследственность, генетические дефекты биосинтеза тиреоидных гормонов, загрязненность воды урохромом, нитратами, высокое содержание в ней кальция, гуминовых веществ, что затрудняет всасывание йода, дефицит в окружающей среде и продуктах питания микроэлементов цинка, марганца, селена, молибдена, кобальта, меди и избыток кальция, применение лекарственных препаратов, блокирующих транспорт йодида в клетки щитовидной железы (перйодат, перхлорат калия), воздействие инфекционно-воспалительных процессов, особенно хронических, глистных инвазий, неудовлетворительных санитарно-гигиенических и социальных условий. В этих ситуациях резко снижаются компенсаторные возможности щитовидной железы поддерживать оптимальный уровень тиреоидных гормонов в крови.
Увеличением массы ткани щитовидная железа пытается увеличить синтез гормонов в условиях недостаточного поступления йода в организм. Однако концентрация йода в щитовидной железе снижена (в норме в щитовидной железе содержится 500 мкг йода в 1 г ткани).
Формы эндемического зоба: диффузный, узловой, смешанный (диффузно-узловой).
Симптомы. Больные отмечают увеличение щитовидной железы, "чувство дискоморта" в области шеи при движении, реже – сухой кашель. При большом зобе, особенно расположенном частично загрудинно, возможны нарушение дыхания, ощущение тяжести в голове при наклоне туловища, дисфагия. При осмотре обнаруживают диффузный, узловой или диффузноузловой зоб различной величины. Длительное время сохраняется эутиреоидное состояние, хотя нередко наблюдаются явления гипотиреоза (брадикардия, гипотония, слабость, сухость кожи, выпадение волос и ломкость ногтей), особенно в районах со значительно выраженным йодным дефицитом. Узловой зоб в этих регионах чаще малигнизируется.
Профилактика: массовая и индивидуальная. Массовая профилактика зоба заключается в добавлении к поваренной соли йодата калия – йодирование. На одну тонну поваренной соли добавляют 20–40 г йодата калия. Такая поваренная соль не должна храниться больше срока указанного на упаковке, так как соли йода разрушаются, это же происходит и при хранении соли во влажной атмосфере. Солить пищу необходимо после приготовления. При нагревании йод улетучивается. Важна реализация программ массовой йодной профилактики органами здравоохранения (йодирование соли, хлеба, воды, молока и др.).
Индивидуальная профилактика назначается пациентам, которые перенесли операцию на щитовидной железе, временно проживающим в эндемическом по зобу регионе, работающим со струмогенными веществами. Применяют препараты йода, содержащие физиологические количества этого микроэлемента (100–150 мкг/сут): антиструмин, йодид калия, поливитамины с минеральными добавками. Одновременно рекомендуется употребление пищи богатой йодом: морская капуста, морская рыба и морепродукты, грецкие орехи, хурма.
6. Уровская болезнь
Уровская болезнь – эндемическое заболевание, характеризующееся развитием деформирующего остеоартроза суставов верхних и нижних конечностей с ограничением подвижности, развитием сгибательных контрактур (ограничение нормальной амплитуды движений в суставе). Болезнь встречается в основном в Забайкалье, Читинской и Амурской областях, Китае и Корее, изредка в странах Европы. Эндемичная зона охватывает большую территорию, на которой проживает более 30 млн. человек, из них около 2 млн. больных.
Этиология. Уровская болезнь определена по названию р. Уров, где она впервые была выявлена; иначе именуется болезнью Кашина-Бека, по именам подробно описавших её врачей. Развитие болезни связывают с нарушением минерального обмена, возникающим при дисбалансе ряда химических элементов (прежде всего фосфатов и марганца, а по данным китайских учёных – селена) в почве, воде, растениях и соответственно в продуктах питания.
Симптомы. Заболевание обычно начинается в детском возрасте (в 6–15 лет, иногда раньше), чаще наблюдается у мальчиков. Начало заболевания постепенное, незаметное. Больные отмечают усталость, боли в костях, позвоночнике и суставах, тугоподвижность. Нередко начало болезни совпадает с физической травмой, физическим напряжением, охлаждением, острой инфекцией. У части больных патологический процесс клинически проявляется подостро: возникают сильные боли в позвоночнике, суставах и мышцах, мышечные подергивания, парестезии. Появляются ноющие боли в суставах, повышенная утомляемость; через 2–3 года развиваются деформации суставов конечностей, атрофия мышц. В тяжёлых случаях утолщаются межфаланговые суставы пальцев кистей (реже стоп) с деформацией кисти – так называемая "медвежья лапа". Часто отмечается низкий рост (140–160 см.). Это объясняется поражением позвоночника (особенно рано грудного, а затем и поясничного отделов). Наблюдается утолщение дистальных суставов пальцев, умеренное ограничение в них движения. Такие же изменения возникают в плюснефаланговых суставах. У части больных наступают общее похудание, атрофия мышц. Кожа морщинистая, тургор снижен. Ногти тусклые. Нередко развиваются бронхит, эмфизема легких, гастрит, гипотония.
Морфологически обнаруживают грубые дегенеративные изменения в костно-суставных тканях с преимущественной локализацией в суставах конечностей и позвоночнике. Различают три стадии болезни [Устинова Е. Е., 1983]:
первая стадия характеризуется деформацией и утолщением проксимальных суставов II–III пальца кистей, небольшим ограничением движений суставов,
вторая – деформацией межфаланговых суставов и 2–3 крупных суставов, «короткопалостью», атрофией мышц,
третья – более выраженной «короткопалостью», значительной деформацией суставов конечностей и ограничением движения в них.
Профилактика сводится к рациональному выбору водоисточника (с нормальным содержанием химических элементов), мест проживания и заселения, применение поливитаминов с микроэлементами.
7. Эндемическая подагра
Эндемическая подагра – хроническое заболевание, связанное с нарушением мочекислого (пуринового) обмена, повышением содержания в крови мочевой кислоты и отложением в тканях организма кристаллов её натриевой соли (урата Na), что клинически проявляется рецидивирующим острым артритом и образованием подагрических узелков. Подагра (греч. podos – нога, греч. agra – захват, дословно «нога в капкане»). В основе возникновения лежит накопление мочевой кислоты и уменьшение ее выделение почками, что приводит к повышению концентрации последней в крови (гиперурикемия).
Этиология. Эндемическая подагра развивается в районах с высоким содержанием молибдена и недостатком меди в природных объектах окружающей среды (так называемая молибденовая подагра).
Симптомы. Клинически подагра проявляется рецидивирующим острым артритом и образованием подагрических узлов – тофусов.
Полная естественная эволюция подагры проходит четыре стадии:
Профилактика. Заболевание характеризуется глубокими нарушениями белкового обмена, что приводит к повышенному образованию в организме мочевой кислоты, поэтому профилактикой является: умеренное питание, ограничение употребления мяса, рыбных продуктов, спиртных напитков, чая, какао и кофе. Рекомендованы прогулки и физические упражнения на свежем воздухе, спорт.
8. Уролитиаз (мочекаменная болезнь)
Мочекаменная болезнь – это хроническое заболевание, характеризующееся образованием в почках и мочевыводящих путях мочевых камней (конкрементов) в результате нарушения обмена веществ и изменения со стороны мочевых органов.
Самой частой формой заболевания является почечнокаменная болезнь, при которой мочевые камни образуются в паренхиме почек, почечных чашечках и лоханках. При этом камни могут перемещаться в мочеточники и мочевой пузырь; реже они образуются в мочевом пузыре.
Этиология. К основным факторам, способствующим возникновению мочекаменной болезни, относятся:
нарушение водно-солевого обмена;
длительное употребление продуктов, содержащих большое количество минеральных солей, жесткая питьевая вода;
нарушения питания, витаминного баланса (недостаток в еде витаминов А и С, избыток витамина D, ограничение воды, недостаток йода и др.).
Другие причины:
изменения со стороны мочевых путей (врожденные аномалии, дискинезии и воспалительные процессы, травмы, инородные тела и др.);
инфекции мочевых и половых органов;
болезни, которые требуют длительного покоя (переломы костей, остеомиелит, хронические заболевания внутренних органов);
лекарственные препараты (сульфаниламиды, тетрациклины и др.).
Симптомы. Различают межприступный, приступный периоды мочекаменной болезни (почечная колика). Развитие и проявление болезни всегда обусловлено размером камня, воспалительными процессами в почках и теми болезненными проявлениями, которые вызывает камень. Мелкие камни не дают значительных болей. Большие камни периодически вызывают тупую или острую боль в поясничной области. Интенсивность боли зависит от степени нарушения уродинамики, а характер их – от места локализации камня, который нарушает отток мочи (лоханка, разные сегменты мочеточника).
Почечная колика возникает внезапно после ходьбы, тряской езды, бега. Появляются сильные схваткообразные боли, локализующиеся в той половине поясничной области, где располагается камень (камни). Боли распространяются вниз по ходу мочеточника, в область паха, в половые органы. Больной во время приступа крайне беспокоен, кричит, стонет, не находит себе места. Почечная колика сопровождается тошнотой, рвотой, чувством распирания в животе и вздутия. Одновременно с болями развиваются дизурические явления: учащенное мочеиспускание, болезненность и затруднения при мочеиспускании. Количество выделяемой мочи уменьшено, микро- или макрогематурия (примесь крови в моче).
При обследовании больного определяется резкая болезненность при пальпации поясничной области и положитель ный симптом Пастернацкого (усиление боли при поколачивании в области пораженной почки). Продолжительность приступа почечной колики – от нескольких минут до 2–3 и более часов.
Профилактика: рациональный режим питания и питьевой режим, своевременное лечение заболеваний, которые могут привести к камнеобразованию.
9. Железодефицитная анемия
Железодефицитная анемия – гематологический синдром, характеризующийся нарушением синтеза гемоглобина вследствие дефицита железа. В физиологическом смысле это не заболевание, а патологическое состояние, проявляющееся в недостаточности дыхательной функции крови, вызванной снижением количества и/или качества эритроцитов (например, низкого содержания гемоглобина в самих эритроцитарных клетках) в организме.
Этиология: недостаток поступления железа с пищей (неполноценное питание) и, как следствие, недостаточный синтез гемоглобина в процессе образования эритроцитов (эритропоэза).
Основными причинами ЖДА являются острые или хронические кровопотери и недостаток богатой железом пищи – мяса и рыбы.
Другие причины, вызывающие анемию:
ускоренное разрушение эритроцитов в самом организме или нарушение транспорта железа вследствие дефицита трансферрина.
Симптомы:
Профилактика: С пищей в организм человека поступает 10–20 мг железа в сутки. В пищеварительном тракте всасывается обычно 3–10% от этого количества, что составляет 1–2 мг в сутки. Среднефизиологическая потребность человека в железе составляет для мужчин 1,5–2 мг, а для женщин 2–4 мг в сутки. Обмен его в организме обусловлен многими факторами. Для удовлетворения потребности организма в железе имеет значение не столько его общее содержание, сколько биологическая доступность. Железо легче всего усваивается из продуктов животного происхождения в связи с тем, что находится там в виде миоглобина мышц и гемоглобина крови. Поступая же из растительной пищи, железо должно пройти определенное преобразование, при этом для его всасывания большое значение имеет наличие в пище определенных компонентов, например, аскорбиновой кислоты.
С целью профилактики железодефицитной анемии полезно регулярно вносить в свой рацион железосодержащие продукты – мясо, печень и другие мясные продукты, а также зелёные яблоки, тушеную морковь, красную свеклу, груши, томаты, гречневая крупа, гранат и т.д. Красное мясо более богато железом, чем мясо птицы.
Тема № 12. Концепция здоровья. Мероприятия по профилактике заболеваний (6 ч.)
План занятия:
По определению ВОЗ, здоровье – это «состояние полного фи зического, духовного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней и физических дефектов». Понятие «благопо лучие» затрагивает все стороны жизни человека. Человек находит ся в состоянии полного благополучия, когда гармонично сочетаются физические, психические (интеллектуальные), социальные, духов ные, эмоциональные составляющие его жизни. В качестве непре менного условия в критерии здоровья входит возможность полно ценно, активно, без всяких ограничений заниматься трудовой и общественно полезной деятельностью. Здоровье представляет ре альную предпосылку для удовлетворения индивидуальных и обще ственных материальных и духовных потребностей, т.е. является со циальной ценностью. Сохранение и укрепление здоровья – одна из основных задач государства, ибо у нездоровой нации нет будущего.
Медицинская энциклопедия трактует здоровье как состояние организма, при котором функции всех его органов и систем уравновешены с внешней средой и отсутствуют какие-либо болез ненные проявления. В то же время не исключается наличие в орга низме еще не проявившегося болезнетворного начала, колебаний в самочувствии или некоторых отклонений от того, что рассматрива ется как физиологическая норма (например, возрастные измене ния, появляющиеся в пожилом возрасте). В связи с этим понятие «практически здоровый человек» применяется к человеку, у которого наблюдающиеся в организме отклонения от нормы не сказы ваются на его самочувствии и работоспособности.
Многие ученые считают, что в понятие здоровья следует включать способность организма приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды. Живой орга низм является открытой саморегулирующейся системой, которая сама себя исправляет и совершенствует. На протяжении своего развития он меняет формы взаимодействия со средой, изменяется сам, и от степени динамичности, способности поддерживать гомеостаз в значительной степени зависит его здоровье.
Природные, социальные факторы среды затрагивают различ ные уровни биологической системы (клеточный, тканевый, орган ный, системный). Чем ниже уровень разрушения, тем сложнее, как правило, поставить диагноз. Под влиянием практически любых воздействий в большей или в меньшей степени происходят изме нения внутренней среды, и все реакции организма (адаптацион но-компенсаторные) направлены на сохранение или выравнивание ее параметров. Организм либо приспосабливается (адаптируется) к изменившимся условиям, либо компенсирует (восполняет) частич но или полностью утраченную функцию. Адаптационная и компен саторная функции осуществляются благодаря пластичности струк тур организма; отдельные клетки или органы берут на себя допол нительные функции, утраченные или ослабленные в результате действия повреждающего фактора. Если агрессивность фактора чрезмерно велика или продолжительна, напряжение адаптацион но-компенсаторных механизмов достигает предельного уровня и может произойти их срыв, сопровождающийся развитием патоло гии. Следовательно, заболевание возникает в случае сильного по вреждающего воздействия или ослабления адаптационно-компен саторных механизмов организма.
Организм, обладающий высокими функциональными резерва ми, имеет большие шансы противостоять болезнетворному началу. Стало быть, под здоровьем можно понимать способность организ ма адаптироваться к изменениям окружающей среды, взаимодей ствуя с ней свободно, на основе биологической, психологической и социальной сущности человека.
Учитывая многоплановость понятия «здоровье», выделяют здоровье индивидуальное и популяционное. Компонентами инди видуального являются соматическое, физическое, психическое, нрав ственное и репродуктивное здоровье:
Соматическое здоровье отражает состояние органов и систем организма. Основой его является генотип организма, реализуемый фенотипически в зависимости от возрастных потребностей и факто ров среды.
Физическое здоровье характеризуется степенью совершенства саморегуляции функций, гармонией физиологических процессов, высоким уровнем роста, развития организма и его способностью адаптироваться в процессе взаимодействия с окружающей средой.
Психическое здоровье – зависит от состояния головного мозга и выражается уровнем и качеством мышления, развитием внимания и памяти, степенью эмоциональной устойчивости, развитием волевых качеств и адекватными поведенческими реакциями.
Нравственное здоровье – комплекс жизненных ценностей, установок и мотивационных потребностей человека, соответствующий общественным нормам, идеалам. Отличительными признаками нравственного здоровья человека являются прежде всего сознательное отношение к труду, овладение сокровищами культуры, активное неприятие нравов и привычек, противоречащих нормальному образу жизни.
Репродуктивное здоровье – способность организма продуцировать в течение репродуктивного возраста достаточное количество полноценных гамет (яйцеклеток и сперматозоидов), отсутствие анатомических, физиологических и психологических препятствий для оплодотворения, вынашивания и рождения ребенка.
Индивидуальное здоровье зависит не только от анатомических и физиологических особенностей организма, но и от его взаимодействия со средой на биологическом, экологичес ком и социальном уровнях.
Популяционное (общественное) здоровье отражает степень благополучия всех видов индивидуального здоровья большой группы людей, длитель но занимающей общее пространство. Характеризуется оно комп лексом статистических медико-демографических показателей (вы сокой рождаемостью, выживаемостью потомства и низким уровнем смертности во всех возрастных категориях), уровнем физического развития, заболеваемости населения, доступностью и эффектив ностью медицинского обслуживания, а также социально-экономи ческими факторами.
По данным ВОЗ уровень здоровья лишь на 20% зависит от наследственных факто ров. Доля влияния средовых биологических и социальных факторов на здоровье человека составляет 18–22%. Незначительная часть (8–10%) показателей здоровья определяется деятельностью медицинских учреждений. В наибольшей степени качественное и количественное проявление здоровья обусловлено образом жизни человека. Следовательно, здоровье – это результат гармоническо го единства врожденных и приобретенных биологических и соци альных качеств, а болезнь — нарушение этой гармонии.
2. Норма здоровья
Здоровье как конкретное специфическое состояние характери зуется определенными показателями организма. К прямым показа телям здоровья относятся такие, которые непосредственно харак теризуют его качество и количество – это уровень физического развития, работоспособности, функциональное состояние, биохи мический и иммунологический статус организма. Косвенное пред ставление о состоянии здоровья можно получить по так называе мым морбидным показателям – уровню заболеваемости, госпитали зации, инвалидизации и смертности.
В качестве нормы отдельных показателей принимают их стандартные значения, полученные в результате статистического усреднения многочисленных данных о них у большой группы лю дей. Таким образом, среднестатистическая норма принимается за абсолютную, идеальную норму здоровья. Однако такое понимание нормы лишает ее конкретного содержания, сводит к абстрактной математической величине, так как в силу индивидуальных, возраст ных, половых и прочих различий между людьми не существует всеобщей нормы.
Некоторые физиологические и биохимические показатели име ют довольно однородные значения у подавляющего большинства здоровых людей и являются своеобразной характеристикой вида Homo sapiens (например, величина артериального давления, значе ние рН крови и др.). Эти параметры отражают сложившееся в ходе эволюции уравновешивание систем организма (гомеостаз), обеспе чившее выживание и развитие вида. Выход этих показателей за пределы стандартной нормы указывает на нарушение адаптацион ных механизмов и на развитие болезни.
Стандартная норма нужна, она служит эталоном, но жестко регламентированных нормативов быть не может, поскольку они за висят от климатогеографических условий, этнических, расовых особенностей. То, что для одних людей является нормой, для других мо жет быть результатом патологии. Так, к примеру, у жителей тропи ческих районов имеется эндемический дефект формы эритроцитов (серповидная анемия), выполняющий защитную функцию; малярийный плазмодий не может размножаться в измененном эритро ците, и это позволяет популяции противостоять опасному заболе ванию – малярии. В умеренном климате подобный дефект является тяжелым заболеванием, сопровождающимся разрушением эритро цитов (гемолизом).
Понятие нормы, как и понятие здоровья, должно быть индиви дуализированным. Учитывая, что организм человека, как биологи ческая система, отличается нестабильностью, изменчивостью функ циональных показателей, нормы его показателей должны включать не только среднестатистическую величину, но и серию отклонений от нее.
Индивидуальная норма организма редко совпадает со средне статистическими показателями, практически каждый человек пред ставляет собой отклонение от нормы, имеет свою меру здоровья, которая зависит от конституции, возраста, пола, профессии, место жительства и пр. Однако набор индивидуальных показателей дает лишь статичную характеристику состояния организма в данный момент. Организм же представляет собой систему, в которой постоянство и устойчивость совмещаются с динамизмом.
Нормальным может считаться только такое состояние орга низма, при котором он способен гибко перестраиваться, изменять в пределах нормы адаптации свои показатели, поэтому необходимо выделять динамическую норму здоровья. Она характеризуется со вокупностью таких показателей, которые позволяют наилучшим образом поддерживать оптимальное функционирование системы (жизнедеятельность, работоспособность), обеспечивают наиболее высокую экономичность и надежность всех процессов при измене нии окружающих условий.
Следовательно, под нормальным состоянием организма целе сообразно понимать не столько нахождение определенных показа телей в заданных диапазонах значений, соответствующих средне статистическим нормам, сколько сохранение способности так регу лировать свои параметры, чтобы обеспечивать уравновешивание со средой в разных ситуациях. Способность организма адекватно изменять свои функциональные параметры и сохранять оптималь ность в различных условиях является наиболее характерным пока зателем его нормы здоровья.
Качество общественного здоровья достаточно убедительно отражает условия жизни, т.е. является индикатором этих условий и служит показателем приспособленности (адаптированности) конкретной общности людей к среде своего обитания. О качестве общественного здоровья в нашей стране можно получить определенное представление при сравнении данных медицинской статистики.
Заболеваемость населения Беларуси. Анализ результатов наблюдений в системе социально-гигиенического мониторинга позволяет сделать следующие выводы:
3. Принципы и элементы здорового образа жизни
Образ жизни – биосоциальная категория, «лицо» индивида, включающая представления о типе жизнедеятельности человека, характере его труда, быта, форма удовлетворения материальных и духовных потребностей, правила индивидуального и духовного поведения.
Здоровый образ жизни определяют как способ жизнедея тельности, адекватный потребностям и возможностям человека, осознанно реализуемый им с целью формирования, сохранения и укрепления здоровья, продления рода и достижения активного долголетия.
Такие категории, как уровень, качество, условия и стиль жиз ни человека в значительной степени определяют его здоровье.
К условиям жизни относят материальные, социальные, полити ческие, нравственные, культурные и другие факторы, определяю щие и обусловливающие образ жизни.
Уровень жизни характеризует количественную сторону усло вий жизни: размер и структура материальных и духовных потреб ностей человека, благосостояние, обеспеченность жильем, меди цинской помощью, уровень образования, продолжительность рабо чего и свободного времени и пр.
Качество жизни выражается степенью уверенности людей в возможности удовлетворения своих потребностей, самореализа ции; эта категория обусловлена социальным положением, про фессиональным статусом и т. д.
Стиль жизни отражает индивидуальные особенности поведе ния и мышления человека, способ удовлетворения потребностей, он проявляется уровнем активности и зависит от общественных традиций, укладов, а также личностных характеристик.
Здоровый образ жизни обеспечивается сочетанием полноцен ной биологической и социальной адаптации с возможностью мак симального самовыражения в конкретных условиях жизни. С био логических позиций принципы здорового образа жизни выражают ся:
1) валеологической осведомленностью,
2) рациональным пита нием,
3) умеренной аэробной физической активностью,
4) ритмич ностью жизненных проявлений, т.е. соблюдением режима дня, че редованием труда и отдыха,
5) психогигиеной и психопрофилактикой,
6) соблюдение навыков личной гигиены,
7) отказом от вредных привычек.
С социальной точки зрения здоровый образ жизни характеризует ся адекватным поведением, основанным на соблюдении нравственно-этических устоев общества, доброжелательном отношении к людям, активной жизненной позиции, направленной на самореали зацию и совершенствование общественного бытия.
4. Понятие о болезни. Мероприятия по профилактике заболеваний
Медицинская энциклопедия трактует «болезнь» как состоя ние, «характеризующееся нарушением жизнедеятельности орга низма, взаимосвязи его с окружающей средой, которое обычно приводит к временному или постоянному снижению или утрате трудоспособности».
Основным признаком болезни, несомненно, является ограни чение приспособительных возможностей организма, которое име ется при каждом заболевании, но проявляется по-разному. Бо лезнь – это потеря равновесия между организмом и средой, нарушение соответствия данного организма требованиям окружа ющей среды вследствие воздействия на него чрезвычайных раздра жителей.
Факторы, влияющие на здоровье, могут быть внутренними и внешними. Внешние факторы: переохлаждение, перегревание, воздействие радиоактивного излучения. Внутренние факторы: снижение иммунитета, отягощенная наследственность и т. д. При чрезмерных воздействиях их на организм – снижается его резистентность (сопротивляемость), что приводит к развитию патологических процессов, т.е. нарушению функции органа или его структуры.
Таким образом, патологический процесс – это реакция на раздражитель и сопровождается повышением температуры, болью, отёком, кашлем, рвотой и т.д.
Патологическое состояние – это этап патологического процесса или его следствие. К примеру, нелеченая ангина может привести к миокарду, ревматизму, пиелонефриту.
Совокупное представление о патологическом процессе и патологическом состоянии включает в себя понятие болезнь.
По характеру течения болезни делят на:
Этиология – причины возникновения заболевания.
Патогенез – механизм возникновения развития и течения заболевания.
Периоды болезни:
Определённая клиника для каждой болезни. Имеет свои симптомы или синдромы (симптомкомплекс или совокупность симптомов).
Течение любого патологического процесса сопровождается нарушением соотношений процессов ассимиляции (построение, синтез клеток и др. простых образований в более сложные) и диссимиляции (распад сложных структур до простых и выведение из организма).
При нарушении клеточно-тканевого обмена, нарушении трофики – развивается дистрофия.
Глубокие дистрофические изменения в тканях приводят к их атрофии – гибели клеточно-тканевых структур, замещение тканей органа на соединительно-тканные структуры и как следствие, снижение объема органа и его функциональной активности.
При преобладании процессов ассимиляции развивается гипертрофия – увеличение органа или его части.
Кислотно-щелочное состояние организма (КЩС) обеспечивает полноценность метаболических превращений, нормальное функционирование клетки при постоянстве объёма, состава и рН жидкостей организма.
Кислотно-щелочное равновесие (баланс) – это относительное постоянство водородного показателя рН равное в пределах от 7.35 до 7.45. КЩС является объективным показателем нарушений в системе обмена веществ и газообмена и степени опасности для здоровья таких нарушений. При увеличении концентрации водорода возникает состояние ацидоза (закисления, кислая среда). При уменьшении концентрации водорода возникает явление алкалоза (защелачивания, щелочная среда).
Водно-солевой обмен – совокупность процессов распределения воды и электролитов, т.е. их всасывания, распределения во внутренних средах и выделения из организма.
Водный баланс – соотношение между поступившей в организм водой и выделенной.
Ишемия – уменьшение притока крови к органу за счет ангиоспазма (спазма сосудов), обтурации (закупорке) артерий тромбом (сгусток крови), атеросклеротической бляшкой, эмболом (мигрирующий тромб, пузырьки воздуха, капельки жира, кусочки тканей и т. д.).
Длительная ишемия приводит к некрозу (омертвление, необратимое прекращение жизнедеятельности клеток, тканей или органа).
Инфаркт – тот же некроз, но когда говорят об органе (целом или его части). Например, инфаркт миокарда, легких, почек, мозга, селезенки.
Мероприятия по профилактике заболеваний
Профилактика же заболеваний зависит от многих причин, начиная с социально-экономической политики государства и заканчивая собственным поведением человека. На здоровье и продолжительность жизни оказывают влияние индивидуальные приспособительные реакции каждого члена общества с его социальными и биологическими функциями в определенных условиях конкретного региона.
Хорошо известными последствиями развития цивилизации являются нарастающее ухудшение экологических условий и постоянное вмешательство во внутреннюю среду организма человека – неоправданное использование антибиотиков, гормонов, недостаточно изученных пищевых добавок и генетически модифицированных продуктов, появление новых патогенных факторов и состояний (профессиональные вредности, СПИД, гепатиты C, В и т. д.).
В настоящий период в условиях глобальных негативных изменений природной среды, стремительных социальных изменений эволюция болезней, в первую очередь инфекционных, ускоряется, ее темпы измеряются уже не тысячелетиями или столетиями, а лишь десятилетиями. По данным ВОЗ, с 1976 по 1996 г. – срок ничтожный по историко-биологическим меркам – появилось 30 новых инфекционных болезней. Это такие тяжелые заболевания, как легионеллез, лихорадки Марбург и Эбола, энтериты, вызываемые бывшими «мирными» микробами E. coli, геморрагические лихорадки, целый алфавитный набор гепатитов, в том числе вызывающих рак и цирроз печени. Официальные данные ВОЗ свидетельствуют: в цивилизованном мире каждые два года возникают три (!) новые инфекционные болезни. В последние годы появились возбудители нередко смертельных болезней – вирусы западнонильской лихорадки, атипичной пневмонии (SARS) и птичьего и свиного гриппа.
Изменяется характер взаимодействия патогенов с организмом хозяина. В круг возбудителей вовлекаются все новые представители мира микробов, в первую очередь условно-патогенные. Повсеместно распространяется длительная персистенция патогенов, способных длительно сохраняться не только в организме хозяина, но и в объектах внешней среды (почва, вода, растения). В неблагоприятных условиях патогены могут переходить в некультивируемое состояние, когда бактерии не способны реплицировать свою ДНК, но сохраняют остаточный уровень метаболизма, необходимый для поддержания целостности клетки. Появляются стертые, атипичные, медленно текущие, хронические патологические процессы или бессимптомные формы заболеваний, частота которых оказывается неизмеримо больше, чем острых инфекций.
По данным ВОЗ, в мире насчитывается около 5 млрд. человек с паразитарными инфекциями. Насчитывается около 250 видов гельминтов, паразитирующих у человека. В Европе эта патология диагностирована у каждого третьего. По мнению некоторых специалистов, возбудители паразитарных заболеваний есть у 85–90% взрослого населения. Однако далеко не все о них знают. Гельминтозам свойственен достаточно широкий диапазон клинических проявлений: от бессимптомных до крайне тяжелых, представляющих угрозу для жизни человека. Ежегодно в мире умирает 51 миллион человек от разных болезней, из них более 16 миллионов – от инфекционных и паразитарных.
Важным аспектом эволюции является устойчивый рост частоты так называемых болезней цивилизации – заболеваний, которые стали регистрироваться особенно часто или даже появились впервые на высоте развития материальной и духовной культуры человеческого общества. Болезни цивилизации – широко распространенные среди населения промышленно развитых стран заболевания (артериальная гипертензия, ишемическая болезнь сердца, сахарный диабет, неврозы, психические расстройства, аллергозы, заболевания ЖКТ, онкологические заболевания и др.), связанные со специфическими факторами, характерными для больших городов (загрязнение среды обитания, переедание, эмоциональные стрессы, вибрация, шум, электромагнитные излучения и др.). Вклад болезней цивилизации в общую структуру заболеваемости оказался доминирующим сравнительно недавно, преимущественно во второй половине ХХ столетия, и имеет тенденцию к экспоненциальному росту в настоящее время.
Современная медицина должна быть в большей мере профилактической, т.е., направленной на предупреждение и недопущение развития заболеваний. Еще древние говорили: "Болезнь легче предупредить, чем лечить". Профилактические меры должны быть направлены на повышение адаптационных возможностей собственного организма, повышение его функциональных возможностей, иммунитета, защитных сил, тонуса, работоспособности, возможности сопротивляться стрессам, усталости, депрессии, микробам и вирусам. Во многом профилактика заболеваний зависит от соблюдения принципов здорового образа жизни.
Карантинные мероприятия и профилактическая иммунизация населения привели практически к полной ликвидации особо опасных инфекций – чумы, оспы, сибирской язвы, проказы и др. При этом в ряде случаев успехи оказались настолько весомыми, что некоторые болезни вообще перестали быть актуальными.
Современная медицина осуществляет эффективную профилактику и терапию полиомиелита, туберкулеза, сифилиса и многих других инфекционных заболеваний. Значительное снижение летальности при инфекциях, еще недавно крайне опасных, улучшение медицинской помощи, питания, жилищных условий и ряд других факторов способствовали значительному увеличению средней продолжительности жизни человека за последние 100 лет.
5. Двигательная активность как фактор сохранения, укрепления и формирования здо ровья
К важнейшим факторам сохранения и формирования здо ровья относится двигательная активность. Оптимальный уровень ее, соответствующий физическим и возрастным особенностям организма, дает ощущение бодрости, повышает работоспособ ность, улучшает сон, аппетит, порождает «мышечную радость» и внутреннее удовлетворение. Под влиянием физических упражне ний возрастает потребление кислорода тканями органов, усилива ется деятельность дыхательной и сердечно-сосудистой систем, по вышается иммунитет, обмен веществ, уровень свободной энергии, стимулируется деятельность желез внутренней секреции, а нервная система становится более пластичной по отношению к негативным воздействиям.
С другой стороны, гипокинезия – отличительная особенность современного общества сопровождается обменными и неврологи ческими нарушениями, создает условия для сенсибилизации (по вышения чувствительности) сердечно-сосудистой системы к пси хоэмоциональным нагрузкам при одновременном снижении ее функционального резерва. Физическая культура благоприятствует восстановлению нарушенных функций, позволяет нейтрализовать неблагоприятные социальные воздействия людям любого возраста, но, тем не менее, спортом занимается в основном молодежь. Боль шая же часть населения, ссылаясь на занятость, недостаток време ни, отодвигают свое желание оздоровить организм на неопределен ное время.
Взрослым людям разработать программу оздоровления, адапти рованную под особенности организма и поставленные цели, помо гут тренеры спортивных секций и оздоровительных центров. Зани маясь физической культурой, следует постоянно следить за состоя нием своего здоровья и корректировать силу, интенсивность нагру зок, используя доступные экспресс-методы.
В процессе эволюции животного мира, в том числе человека, мно гие органы и системы организма формировались в тесной взаимосвя зи с разного рода движениями. Без работы мышц невозможно пере мещение человека в пространстве, осуществление внешнего дыха ния, перекачивание крови сердцем, продвижение пищи по пищева рительному тракту, работа мочеполовой системы, передача звуковых волн в слуховом аппарате, поисковая функция глаза и чтение текста, произнесение слов и многие другие функции.
Существует такое изречение: “Если хочешь быть сильным – бегай, если хочешь быть красивым, – бегай, если хочешь быть умным, – бегай”. Оно раскрывают значение движения для развития и формирования человека, а также для различных сторон его психики и физиологических процессов, протекающих в его организме.
Нарастающее в современном мире ограничение подвижности противоречит самой биологической природе человека, нарушая функцио нирование различных систем организма, снижая работоспособность и ухудшая состояние здоровья. Чем больше прогресс освобождает человека от физического труда и излишних движений, тем больше растет необходимость компенсации двигательной активности.
В этих условиях очевидна роль развития массовых форм физичес кой культуры. Приобщение к физической культуре очень важно для женщин, от здоровья которых зависит качество потомства; для детей и подростков, развитие организма которых крайне нуждается в вы соком уровне подвижности; для лиц пожилого возраста с целью со хранения бодрости и долголетия.
За последнее время, наряду со многими отрицательными демогра фическими явлениями (сокращение рождаемости, повышение смертности, снижение продолжительности жизни), обнаруживается рост проявлений физиологической незрелости (Аршавский И.А.). Ребенок рождается доношенным, с нормальным весом и длиной тела, но в функциональном отношении недостаточно зрелым. Это проявляется в его пониженной двигательной активности мышечной слабости (гипотонии), быстрой утомляемости, сни жении устойчивости к простудным и инфекционным заболеваниям (снижение иммунитета), неустойчивыми эмоциональными реакция ми, слабым типом нервной системы.
Результатом физиологической незрелости являются недостаточное развитие физических качеств и навыков, ожирение, развитие близорукости, искривления позво ночника, плоскостопие, детский травматизм. Эти явления наклады вают свой отпечаток на всю последующую жизнь человека. Они приводят к задержке полового развития (инфантилизму) в подрост ковом периоде, к снижению физической и умственной работоспо собности в зрелом возрасте и крайнему старению пожилых людей. Борьба с проявлениями физиологической незрелости не может сводиться к фармако-воздействиям, психологическим или педагогическим мероприятиям. Основное необходимое средство противосто яния этому явлению – повышение двигательной активности. Это путь к долголетию и здоровому образу жизни в любом возрасте.
В результате использования физических упражнений совершенствуются все звенья нервной системы – зрение, слух, пространственная ориентация и другие. Человек, занимающийся физкультурой и спортом, образно говоря, лучше видит, больше слышит, и тоньше чувствует пространство.
Выполнение физических упражнений несет два последствия для организма человека:
1) специфический эффект, т.е. адаптация к данным физическим нагрузкам,
2) дополнительный, неспецифический эффект – повышение устойчивости к разнообразным неблагоприятным факторам внешней среды.
Люди, систематически занимающиеся физическими упражнениями (не ме нее 6–8 часов в неделю), оказывается, реже болеют, легче переносят инфекционные болезни. У них реже частота и длительность простудных заболеваний, гораздо меньше сопутствующих осложне ний. У спортсменов повышается устойчивость к перегреванию и пе реохлаждению, к действию проникающей радиации, однако снижает ся переносимость голодания и некоторых ядов.
Исследова ния на животных также демонстрируют усиление неспецифичес-кой устойчивости при тренировке. В группах тренированных крыс (пла вание, статическая нагрузка) по сравнению с контрольной группой нетренированных крыс повышалась устойчивость в 1,5 раза к дей ствию гипоксии (по времени возникновения судорог на высоте 13 км), в 1,5 раза – к отравлению хлороформом (по проценту выжи вания), в 4 раза – к облучению (по 4-кратному увеличению смер тельной дозы рентгеновских лучей), на 7% – к перегреванию (по длительности жизни при 70°С), на 1/3 – к охлаждению (до начала судорог в воде при 5°С).
Для получения наибольшего оздоровительного эффекта и макси мального повышения работоспособности следует соблюдать опти мальные двигательные режимы, разработанные для лиц различного возраста.
Оптимальный объем физической нагрузки по количеству часов в неделю составляется для возраста: 6–8 лет – 13–14 ч, 9–12 лет – 12–13 ч, 13–15 лет – 11–12 ч, 16–20 лет – 8–10 ч, 24–30 лет – 7–8 ч, 30–60 лет – 5–6 ч, пожилых лиц – 8–9 ч.
Определена минимальная интенсивность нагрузки, при которой происходит повышение функциональных возможностей организма. Ее рассчитывают, исходя из величины максимальной ЧСС, равной 220 уд в мин минус возраст (количество лет).
Оптимальная физичес кая нагрузка выполняется при ЧСС от 65% до 85% от максимальной ЧСС. Следовательно, для молодого человека 20-ти лет оптимальной яв ляется нагрузка, выполняемая при ЧСС в диапазоне 130–170 уд. в мин1 (его максимальная ЧСС составляет 220 – 20 = 200 уд. в мин1), а для пожилого человека 60-ти лет оптимум нагрузки соответствует диапазону ЧСС от 104 до 136 уд в мин1 (его максимальная ЧСС со ставляет 220 – 60 = 160 уд. в мин1).
Отечественными и зарубежными учеными разработаны общие рекомендации по величине тренировочной нагрузки для развития и поддержания кардио-респираторных функций, состава тела, мы шечной силы и выносливости у взрослых здоровых лиц.
• Частота тренировочных занятий – 3–5 дней в неделю.
• Интенсивность работы – 65%–85% от максимальной ЧСС или 50–85% от МПК.
• Длительность занятий – 20–60 минут непрерывной аэробной работы в зависимости от интенсивности (допускается 2–3 пика нагрузки по 1–2 мин с ЧСС до 90–100% от максимальной ЧСС или от МПК).
• Вид упражнений – любые упражнения с использованием боль ших мышечных групп при ритмичной и аэробной работе – бег, бег трусцой, катание на лыжах, коньках, велосипеде, плавание, гребля, танцы, игровая деятельность.
• Упражнения с сопротивлением умеренной интенсивности, эф фективные для поддержания анаэробных возможностей, раз вития и сохранения массы тела и прочности костей – 8–10 уп ражнений на большие мышечные группы не менее 2 дней в неделю.
К основным средствам физического воспитания относят физи ческие упражнения, естественные силы природы и гигиенические факторы. Физические упражнения – это двигательные действия че ловека, необходимые для решения задач физического воспитания. Главные их задачи – повышение работоспособности и оздоровление населения.
Использование различных форм оздоровительной физической культуры неразрывно связано с получением основного эффекта – повышения и сохранения здоровья человека. Вместе с тем, ими реша ются в обществе и многие другие задачи – общеобразовательные, познавательные (туризм), реабилитационные (лечебная гимнасти ка), рекреационные, развлекательные (игры), профессиональные (производственная гимнастика, профессионально-прикладная фи зическая подготовка).
6. Принципы рационального, полноценного, сбалансированного и адекватного питания
Питание – это процесс усвоения организмом питательных веществ, необходимых для поддержания жизни, здоровья и рабо тоспособности. Правильное питание обеспечивает нормальное те чение процессов роста и развития организма, является прекрас ным средством профилактики различных заболеваний, а также предупреждает преждевременное старение.
Проблема правильного питания не нова и зависит от социаль ных факторов, возраста, климата, национальных традиций и др. В настоящее время существуют различные взгляды на то, как следу ет питаться. Некоторые придерживаются сыроедения, вегетариан ства или являются сторонниками энергетического питания. Однако наиболее распространенной, научно обоснованной является концеп ция полноценного, рационального, сбалансированного и адекватного питания, которая сводится к следующим принципам:
– соответствие энергопотребления энергетическим тратам че ловека;
– соблюдение строгого взаимоотношения между незаменимы ми факторами питания;
– определенный режим питания.
Реализация первого принципа подразумевает сопоставление уровня энерготрат человека и энергии, содержащейся в пище. Общие энерготраты выражаются в килокалориях (ккал) или ки лоджоулях (кДж) в сутки и складываются из следующих компо нентов:
Определив общие энерготраты, можно составить пищевой ра цион, калорийность которого будет соответствовать суточному расходу энергии с учетом возраста, пола, профессии и степени дви гательной активности человека.
Второй принцип рационального питания предполагает сбалан сированное поступление питательных веществ, необходимых орга низму, в том числе белков, жиров и углеводов (Б : Ж: У). Опти мальным соотношением Б : Ж : У считается 1:1:4. При активном образе жизни, занятиях спортом и тяжелым физическим трудом рекомендуется Б : Ж : У 1: 1,2 : 4,6.
Белки являются важнейшей частью пищи; при их дефиците в питании замедляется рост, развитие, снижается функция кроветво рения и свертывания крови, иммунитет, нарушается деятельность гуморальной, нервной, пищеварительной, дыхательной и мышеч ной систем. Особенно чувствителен к недостатку белка молодой растущий организм с высоким уровнем пластических процессов.
В сутки взрослому практически здоровому человеку требуется не менее 50 г белка (минимальный уровень, необходимый для вы живания), а нормой, согласно рекомендации ВОЗ, считается его потребление в количестве 85–100 г/сут. Избыток белков в пита нии приводит к образованию токсических веществ в процессе их обмена, в результате чего нарушается работа печени и почек.
Немаловажное значение имеет не только количество, но и био логическая ценность белков, которая определяется наличием в них незаменимых аминокислот (таких, которые не синтезируются в организме и должны обязательно поступать с пищей). Белки, со держащие весь набор незаменимых аминокислот, необходимых организму, называются полноценными. Их источниками являются молоко и молочные продукты, яйца, мясо, рыба, печень.
Животные и растительные жиры отличаются взаимодополняе мостью. Наилучший в биологическом отношении эффект достига ется при включении в суточный рацион 70% животных и 30% растительных жиров.
Недостаточное поступление жиров в организм может привес ти к ряду нарушений функций ЦНС, ослаблению иммунитета, па тологическим изменениям кожи, почек, органов зрения, прекраще нию роста, падению массы тела, нарушению выработки половых гормонов и кортикостероидов. Избыточное потребление жиров приводит к развитию сердечно-сосудистых заболеваний и ожирению.
Исключительно важная роль в питании принадлежит углево дам, поскольку они являются основными источниками легко ути лизируемой энергии (при окислении 1 г их в организме образуется 16,7 кДж, или 4 ккал), а также входят в состав тканей и жидкостей организма, выполняя пластическую функцию. Кроме того, углево ды и их производные противодействуют накоплению токсичных продуктов окисления жиров и оказывают тонизирующее воздей ствие на ЦНС. Следует отметить и их защитную функцию, напри мер, полисахарид гепарин предотвращает свертывание крови в со судах, гиалуроновая кислота препятствует проникновению бактерий через клеточные оболочки.
В продукты питания входят три группы углеводов: моносаха риды (глюкоза, фруктоза), олигосахариды (дисахариды и трисахариды) и полисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка, пектиновые вещества). Глюкоза и дисахариды имеют несложную структуру, легко растворяются в воде и быстро усваиваются. Их избыточное потребление приводит к резкому подъему уровня сахара в крови – гипергликемии, что отрицательно сказывается на функции подже лудочной железы и способствует развитию сахарного диабета. Обмен фруктозы в организме происходит с участием ферментов, активность которых не зависит от наличия инсулина, что делает ее важным компонентом питания больных сахарным диабетом. Основ ными источниками фруктозы и глюкозы являются арбузы, дыни, фрукты, ягоды, свекла и мед.
Дисахарид лактоза содержится в молоке и молочных продук тах. Ее гидролиз в кишечнике протекает замедленно, в связи с чем ограничиваются процессы брожения и нормализуется деятельность кишечной микрофлоры. Поступление лактозы в пищеварительный тракт создает благоприятную среду для развития молочнокислых бактерий, являющихся антагонистами гнилостных микроорганизмов.
Целлюлоза (клетчатка) – относится к полисахаридам, не перева ривающимся ферментами человеческого организма. Однако неко торые бактерии, населяющие толстый кишечник продуцируют фермент целлюлазу, под воздействием которого она расщепляется с образованием моносахаридов. Клетчатка не имеет энергетическо го значения, но она нормализует функции кишечника. Проходя че рез него транзитом, клетчатка раздражает его стенки и усиливает перистальтику, улучшая, таким образом, пищеварение. Кроме того, клетчатка и другие балластные вещества (например, пектины, ко торыми богаты ягоды и фрукты) предупреждают образование язв и полипов в пищеварительном тракте, адсорбируют стерины, в том числе холестерин, ядовитые продукты обмена, препятствуют их обратному всасыванию и способствуют выведению из организма. Не менее важна ее роль в нормализации состава микрофлоры ки шечника и угнетении гнилостных процессов. Взрослому человеку достаточно 25–30 г клетчатки в сутки; это соответствует примерно 3 чайным ложкам отрубей, 100–150 г ржаного хлеба, 400–600 г свежих или 100–150 г сушеных фруктов.
Употребление рафинированных продуктов (изделия из белой муки, манной крупы, макароны, сахара и др.), лишенных клетчат ки, сопровождается снижением перистальтики кишечника, разви тием запоров, геморроя; при этом увеличивается образование токсичных веществ, в том числе и канцерогенных, и результатом является преждевременное старение, возникновение заболеваний сердечно-сосудистой системы, холецистита и рака кишечника.
Средняя суточная потребность в углеводах составляет 400–500 г; определяется она величиной энергетических затрат человека и по вышается при интенсивных физических нагрузках. Избыток угле водов накапливается в печени и мышцах в виде гликогена. Угле водные депо имеют небольшую емкость, и для удовлетворения потребностей организма эти нутриенты должны постоянно посту пать с пищей. В то же время неумеренное потребление сахара спо собствует кариесу зубов, усиливает возбудимость нервной систе мы, особенно у детей.
Третьим важным условием сбалансированного питания явля ется соблюдение его режима. Реализовать этот принцип можно следующим образом:
Питание должно быть четырехразовым – первый завтрак 20–25%, второй – 15–20, обед – 35–40 и ужин – 20–25% от суточной калорийности. При отсутствии второго завтрака его желательно заменять полдником примерно такой же калорийности, а при трехразовом питании: завтрак – 30%, обед – 40, ужин – 30%.
Также, пища не должна содержать патогенные микроорганизмы, канцерогенные вещества, запрещенные консерванты и красители, некоторые ГМО и др., должны соблюдаться сроки хранения продуктов и т.д.
Среди методов оценки питания выделяют: 24-часовой монито ринг питания, оценку режима питания, частоты и количества потребляемых продуктов, анамнез питания, выборочный анализ питания по раскладкам – меню, объемно-весовой метод и др. Спо собы исследования детского питания изложены в специальных ме тодических рекомендациях. Основными требованиями к монито рингу питания населения являются достоверность, неинвазивность применяемых методов и их безопасность для здоровья.
Оценка питания по изменению массы тела относительна, поскольку этот показатель обусловлен типом конституции (асте ник, нормостеник, гиперстеник), наследственными особенностями обменных процессов, состоянием здоровья. Тем не менее, в домашних условиях его можно использовать для ориентировочного пред ставления о результативности коррекции здоровья с помощью определенной диеты.
Ниже приводятся эмпирические формулы расчета идеальной массы (ИМТ) тела взрослых людей (принята в эндокринологии), кг: для мужчин: ИМТ = (ЗР – 450 + В) 0,25 + 40,5 для женщин: ИМТ = (ЗР – 450 + В) 0,225 + 45,0, где Р – рост, см; В – возраст, лет. Масса тела считается нормальной, если расчетная величина отличается от реальной не более, чем на 20%. В противном случае делают вывод о ее превышении или недостатке. Наблюдая за со отношением идеальной и реальной массы тела можно судить о сте пени реакции организма на диету. С этой же целью можно приме нять и весо-ростовой индекс Кетле: рост (см) / вес (г). Оценка результата: сравнение данных со средним показателем: 370–400 г на 1 см роста – у мужчин; 325–375 г на 1 см роста – у женщин.
7. Проблемы питания и производства продовольствия в мире
На продовольственную ситуацию в мире оказывают влияние:
К тому же: среди факторов необходимо отметить экономическую отсталость большинства государств «третьего мира», выражающуюся в низком уровне развития производительных сил сельского хозяйства, в его узкой аграрно-сырьевой специализации, бедности и малой покупательной способности основной массы населения. К тому же до сих пор приоритетное внимание в сельском хозяйстве развивающихся стран уделяется внимание экспортным техническим культурам, а производство продуктов питания остаётся на уровне традиционных полунатуральных крестьянских хозяйств, да и лучшие земли всегда изымались именно под плантации (наследие колониального прошлого).
Слабая материально-техническая база сельского хозяйства, зависимость от погоды, недостаточное применение органических и минеральных удобрений, отсутствие средств химической защиты растений, трудности мероприятий по орошению и мелиорации земель – всё это порождает и низкую производительность труда в большинстве развивающихся стран.
1 работник сельского хозяйства кормит в странах «третьего мира» менее 2 человек, тогда как в странах Запада – более 20 человек; в том числе в США – 80, в Бельгии, Нидерландах – 100 человек.
Большое внимание на продовольственную ситуацию оказывает быстро развивающийся в странах «третьего мира» процесс урбанизации:
Продовольственная ситуация в развивающихся странах тесно переплетается с другими проблемами:
Можно выделить три основные группы стран по продовольственному обеспечению:
1) страны, где население потребляет продовольствия ниже среднемирового уровня;
2) близко к среднемировому уровню потребления;
3) выше среднемирового уровня.
Большое значение имеет качество питания. Ограниченность потребления в пище белка животного происхождения в странах тропической Африки, Азии можно объяснить не только экономическими или природными факторами, но и религиозными ограничениями, традициями и общим уровнем развития. В развивающихся странах 70% зернового фонда направляется на продовольственное потребление и лишь 21% (а в странах Азии – 8%) – на корма, то есть на производство более полноценного животного белка. В то же время в развитых странах наблюдается обратная картина – 19 и 61%.
Пути решения продовольственной проблемы. Относительно с/х потенциала планеты не существует единого мнения. Специалисты ФАО отмечают, что 78% земной поверхности испытывает серьёзные природные ограничения для развития земледелия,13% площадей отличаются низкой продуктивностью, 6% – средней и только 3% – высокой.
В настоящее время пашней занято около 11% всей площади суши. Около 24% всех земель планеты используется в животноводстве (и хотя пастбища часто распахивают с целью производства зерновых, их потери компенсируют сведением лесов). Особенности и острота агроресурсных ситуаций часто резко отличаются не только в отдельных странах, но и в рамках их географических областей. Поэтому не может быть универсальных путей решения продовольственной проблемы, и ее следует изучать и преодолевать, прежде всего, на национальном и локальном уровнях.
Возможности роста производства продовольствия в создавшихся условиях связаны с:
Современная наука обладает большими возможностями для увеличения производства продовольствия в мире за счёт:
Решение продовольственной проблемы будет зависеть от каждой страны, региона и усилий всего мирового сообщества.
8. Витамины, минеральные вещества и здоровье
Обязательной и незаменимой частью рациона являются вита мины; они обеспечивают нормальную жизнедеятельность организ ма, участвуют в процессе усвоения других пищевых веществ, повы шают сопротивляемость вредным воздействиям окружающей сре ды. Витамины должны постоянно поступать с пищей, так как они не синтезируются в организме и лишь немногие депонируются в тканях. Дефицит какого-либо витамина вначале субъективно не ощутим, однако постепенно развивающийся гиповитаминоз может привести к патологическому состоянию – авитаминозу.
Потребность в витаминах зависит от многих факторов: возрас та, пола, характера трудовой деятельности, эмоционального напря жения, климатического пояса и состояния здоровья. Так, у мужчин потребность в витаминах выше, чем у женщин. При усилении сексуальной активности у мужчин, а у женщин во время беремен ности, кормления грудью и при менструациях потребность в вита минах возрастает. Пожилые и старые люди нуждаются в более вы соких дозах витаминов; это объясняется уменьшением их всасывае мости и усвояемости с возрастом. Наиболее высока потребность в витаминах у детей. Повышенные дозы витаминов рекомендуются при заболеваниях, травмах, возрастании физических и психичес ких нагрузок, а также жителям областей с холодным или жарким климатом. Витамины подразделяют на две группы: водораствори мые (С, группы В, РР, Н) и жирорастворимые (A, D, Е, К), а также выделяют витаминоподобные вещества, которые оказывают бла готворное действие на процессы обмена веществ, особенно в экстре мальных условиях.
Биологическая роль витаминов
|
Наименованиение |
Роль в организме |
Источники |
Признаки гиповитаминоза |
|
Аскорбино вая кислота (витамин С) |
Участвует в окислитель но-восстановительных про цессах, образовании ряда гормонов, способствует тка невому обмену, окислению холестерина, повышает эластичность кровеносных капилляров, усиливает иммунитет, противодейству ет образованию свободных радикалов |
| Зеленые части растений (укроп, петрушка, салат, сель дерей, лук), овощи (перец, ка пуста, картофель, томаты и др.), ягоды (черная сморо дина, крыжовник, рябина, облепиха, шиповник), цитру совые, другие фрукты, а также печень и почки |
Цинга, цианоз губ, носа, ушей, ногтей; кровоточивость, мно- жественные кровоизлияния под кожей, разрыхленность десен, бледность и сухость кожи, гипо- термия, боли в подошвах ног', падение массы тела, поражение суставов, выпадение волос |
|
Тиамин (витамин B1)
|
Является составной частью ферментов, участвующих в обмене белков, жиров, угле водов и воды; необходим для нормальной работы сердца и вегетативной нервной системы |
Цельные зерновые продукты, гречневая крупа, пшено, овся ные хлопья, горох и др. бобо вые, грецкие орехи, а также хлеб из муки грубого помола, дрожжи, печень, почки, сви нина |
Болезнь бери-бери. Повышенная нервная возбудимость, раздражи тельность, нарушение сна, ухудшение памяти, внимания, работоспособности; боли в икроножных мышцах, одышка; нарушается работа сердца |
|
Рибофла вин (вита- мин В2) |
Участвует в процессах роста, обмене веществ, нормализует состояние сли зистых оболочек пищевари тельного тракта, особенно ротовой полости и языка, необходим для обеспечения цветового зрения, процессов кроветворения |
Дрожжи, горох, гречневая | крупа, хлеб, молоко, сыры | и др. молочные продукты, яйца, мясо, печень, почки |
Сухость и синюшность губ, красная кайма и рубцы на них, трещины в углах рта, сухой язык красного цвета, дерматит носогубных складок, воспале ние, изъязвление слизистой оболочки рта и языка, светобо язнь, конъюнктивит |
|
Пиридоксин (вита мин В6) |
Участвует в обмене белков, необходим для нормальной функции нервной системы, органов кроветворения, пе чени, кожи |
Печень, мясо, рыба, яйца, мо локо, молочные продукты, го рох, крупы, отруби, карто фель. Синтезируется кишечными бактериями у человека |
Раздражительность, заторможен ность, тошнота, снижение аппе тита, сухость и шелушение кожи лица, волосистой части головы, иногда трещины губ, язвочки в углах рта, воспаление языка, конъюнктивит |
|
Цианкоба-ламин (ви тамин В12) |
Участвует в кроветворении, ! синтезе миелина, аминокис лот, белков, нуклеиновых j кислот, обладает липотропным действием |
Печень, почки, сельдь, скумбрия, сардины, мясо, куры, яичный желток, некото рые кисломолочные продукты |
Возникает при исключении из пи тания животных белков или сни жении секреции желудочного сока; сопровождается потерей ве са, астенией, нарушением функ ции нервной системы; может раз виться злокачественная анемия
|
|
фолиевая кислота, |
Участвует в кроветворении, синтезе белка, аминокислот, клеточном делении; способ ствует нормальному развитию и функции мозга; оказывает антисклеротическое действие, способствуя снижению уровня холестерина в крови |
Дрожжи, печень, почки, яйца, мясо, рыба, молоко, сыр, зе лень петрушки, шпинат, са лат, капуста, морковь, свекла, проростки пшеницы, апельси ны. Некоторое количество синтезируется микроорганиз мами в толстом кишечнике |
Анемия, повышение температу ры, язвы во рту, ревматоидный артрит, инфекции, токсемия при беременности, запоры или поно сы, астения, нейропсихические нарушения, задержка роста и по лового созревания у детей, а у взрослых - ослабление потенции |
|
Каротины |
Необходимы для нормально го обмена веществ |
Морковь, сладкий перец, зеленый лук, салат, зелень петрушки, укропа, томаты, черноплодная рябина, рыба, молочные продукты |
Так называемая куриная слепота, сухость слизистой оболочки и ро говицы глаза |
|
вита мин D |
Необходим для всасывания ионов кальция, фосфора из кишечника и для их обмена в организме, участвует в ми нерализации костей, стиму лирует рост тела |
Печень млекопитающих и рыб, мясо, яйца; образует ся в организме при дей ствии на кожу ультрафио летовых лучей |
В детском возрасте развивается ра хит, нарушается окостенение и рост костей, возникает искривле ние ног, деформация грудной клетки, позвоночника, таза, задерживается окостенение родничков, развитие зубов; отмечается повышенная раздражительность, беспо |
|
i! i |
1 2 |
3 |
1 |
|
Токоферол (витамин Е) |
Антиоксидант, защищающий клеточную мембрану от повреждений; регулирует репродуктивную функцию |
Растительные масла, заро дыши злаков, облепиха, го рох, гречневая крупа, орехи, яйца |
У мужчин — нарушение сперма тогенеза, дегенеративные изме нения семенных канальцев, бесплодие; у женщин - беспло дие, невынашивание плода. Мы шечная слабость, дистрофия |
|
Филохинон (витамин К) |
Участвует в процессах свертывания крови, синтезе АТФ, оказывает анаболи ческое действие |
Зеленые листья овощей, зе леный горошек, цветная ка пуста, морковь, шпинат, то маты, крапива, печень жи вотных. Синтезируется микрофлорой кишечника |
Замедление свертывания крови, кровотечения, кровоизлияния |
|
Витамин F(группа полиненасыщен ных жирных кислот) |
Структурный элемент кле точных мембран. Нормали зует структуру и проницае мость кровеносных сосудов; оказывает антисклеротичес кое действие |
Растительные масла |
Атеросклероз, тромбоз коронар ных сосудов, замедление роста, снижение иммунитета, наруше ние сократительной функции ми окарда, поражения кожи; наруше ние репродуктивной функции |
|
Витамин U |
Оказывает противоаллерги ческое, противоязвенное, цротивоатеросклеротическое, липотропное действие |
Капуста, свекла, зелень петрушки, соки сырых ово щей |
Жизненно важными компонентами питания человека являют ся минеральные вещества: макроэлементы – натрий, калий, каль ций, фосфор, железо, магний, хлор, сера – и микроэлементы – йод, фтор, медь, цинк, марганец и др.
Натрий и хлор поступают в организм человека в основном с поваренной солью (NaCl), и их роль связана с поддержанием осмо тического давления, распределением жидкости в организме и обеспе чением биоэлектрических явлений в возбудимых тканях. Кроме того, ионы натрия принимают участие в транспорте аминокислот, Сахаров и калия в клетки. Избыток соли приводит к повышению артериального давления, атеросклерозу, нарушению функций по ловой системы, желудочно-кишечного тракта и почек.
Калий – основной внутриклеточный катион, участвующий в клеточном обмене, он необходим для нормального функциониро вания систем организма, особенно сердечно-сосудистой и половой. Калием богаты морские водоросли, семена подсолнуха, пророщенная пшеница, миндаль, петрушка, финики, чеснок, грецкие орехи, арахис и картофель с кожурой.
Кальций является основным минеральным компонентом кост ной ткани, придает стабильность клеточным мембранам, необхо дим для нормальной возбудимости нервной системы, сократимос ти мышечной ткани и свертывания крови. Особенно хорошо утилизируется в организме кальций, содержащийся в молочных продуктах.
Фосфор вместе с кальцием входит в состав костной ткани, а также в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот, участвует практически во всех обменных процессах в организме, в том числе и в энергетическом обмене. Этим элементом богаты пивные дрож жи, пшеничные отруби, проросшая пшеница, семена подсолнуха, тыквы, кабачка, морепродукты, рыба, яйца, печень.
Магний нормализует процессы обмена веществ и энергии; его недостаток приводит к усиленному отложению кальция на стенках артериальных сосудов, в сердечной мышце и почках. Основным источником магния являются продукты растительного происхож дения.
Железо необходимо для образования гемоглобина и миоглоби-на, процессов клеточного дыхания, транспорта кислорода, работы мышц, нормального функционирования мозга и половой системы, а также для образования антител. Дефицит железа приводит к ане мии (малокровию). Усвоение его в пожилом возрасте нарушено и улучшается при одновременном употреблении с аскорбиновой кислотой. Железа много в печени, мясе, сое, гречневой крупе, пше не, сухофруктах, орехах, абрикосах, черносливе, винограде и др.
Медь входит в состав ферментов, регулирующих процессы окисления, синтеза АТФ, образования соединительнотканных бел ков — коллагена и эластина. Содержание ее высоко в морепродук тах, орехах, печени, зернобобовых, гречневой и овсяной крупе.
Цинк необходим для нормального роста, развития и полового созревания, поддержания репродуктивной функции и иммунитета, для обеспечения кроветворения и процессов заживления. Вместе с витамином С он оказывает антисклеротическое действие. Без цинка не синтезируется мужской половой гормон тестостерон. Усвояемость этого элемента снижается с возрастом, а также при употреблении кофе, алкоголя, курении и стрессах. Основные пище вые источники цинка — мясо, птица, орехи, креветки, устрицы, се мена подсолнуха, тыквы, грибы, твердые сыры и некоторые крупы.
Марганец в составе ферментов необходим для нормального роста и функционирования репродуктивной системы. Недостаток его сопровождается развитием атеросклероза, нарушением поло вой функции у мужчин, угнетением углеводного, жирового обмена и функции щитовидной железы. Марганец содержится в орехах, пряностях, чае, кофе, ячмене, ржи, гречихе, пшенице.
Йод требуется для синтеза гормонов щитовидной железы. На иболее богаты им морские водоросли и морепродукты.
Фтор участвует в костеобразовании и процессах формирова ния дентина, зубной эмали. В основном мы получаем его с пить евой водой, а также при употреблении трески, печени и орехов.
Селен является мощным антиоксидантом, стимулирует функ цию органов иммунной системы, увеличивая выработку антител и повышая тем самым сопротивляемость организма к различным неблагоприятным воздействиям, в том числе и к инфекциям. Есть данные о том, что селен оказывает профилактическое и лечебное воздействие при онкологических и сердечно-сосудистых заболева ниях (особенно в сочетании с витамином Е), а также способствует очищению организма от шлаков. Дефицит селена приводит к преждевременному старению клеток и развитию артритов. Он со держится в чесноке, кукурузе, зелени (петрушке, сельдерее, укро пе, кинзе), дрожжах, грибах, морепродуктах, почках, печени, сердце, яйцах. Наиболее легко усваивается селен, находящийся в пивных дрожжах.
9. Влияние табакокурения на здоровье человека
Курильщик, преднамеренно и добровольно отравляет себя, вдыхая сигаретный дым. Подсчитано, что за 30 лет он выкуривает около 200.000 сигарет (это соответствует 160 кг та бака, 800 г никотина или 10.000 смертельным дозам), поглощая кроме никотина угарный газ, различные эфирные масла, смолы и радиоактивные вещества.
Табак усиливает работу сердца, приводя к быстрому изнаши ванию сердечной мышцы, сужая кровеносные сосуды, способству ет развитию гипертонии, атеросклероза, стенокардии и инфаркта миокарда (частота последнего в 12 раз выше, чем у некурящих).
Нередко следствием злоупотребления табаком является облитерирующий эндартериит (перемежающая хромота), заканчивающая ся гангреной и последующей ампутацией конечности. Курение по нижает аппетит, повышает кислотность желудочного сока, что ве дет к хроническому гастриту и язве желудка. Табачный дым вызывает повышенную раздражительность, снижает внимание, па мять, работоспособность, нарушает сон, обоняние, вкус, зрение и слух. Многие курильщики страдают хроническим бронхитом, ту беркулезом и эмфиземой легких. Действие никотина отрицательно сказывается на половых железах, приводит к снижению потенции и репродуктивной функции. У большинства курящих женщин наблюдаются сбои в работе гипоталамо-гипофизарно-яичниковой системы, нарушается деятельность яичников, отмечается патоло гия беременности вследствие дефицита половых гормонов, рождение недоношенных детей, отставание их в психическом и физичес ком развитии. Рак легких диагностируется среди курильщиков значительно чаще, чем у некурящих.
Табак является психоактивным средством, вызывающим пристрастие. В сыром виде представляет собой смесь химических веществ, которая все больше усложняется по мере переработки табака в сигареты. Дым от горящего табака обладает самым сложным составом. Дым табака содержит около 3000 химических веществ, которые способны повреждать живые ткани. Среди них есть смолы и родственные им соединения, никотин и токсические газы типа окиси углерода, цианистого водорода и окислов азота.
Газы в сигаретном дыме
Окись углерода (СО), ядовитый компонент автомобильного выхлопа, составляет также основной ингредиент сигаретного дыма. Окись углерода не имеет цвета, запаха и вкуса, так что курящий не замечает ее присутствие в табачном дыму. Она поражает также тех, кто находится рядом и сам не курит, если в плохо проветриваемом помещении сильно накурено.
Окись углерода обладает сильным сродством к гемоглобину, белку эритроцитов, переносящему кислород, и связывается с теми участками в молекуле гемоглобина, которые в нормальных условиях занимает кислород. Карбоксигемоглобин – соединение, образуемое окисью углерода и гемоглобином, – уже не может переносить кислород. Таким образом, способность крови снабжать кислородом мозг, сердце, мышцы и все другие органы тела снижается. Степень снижения зависит, разумеется, от количества выкуренных за день сигарет и того, каким образом они выкуривались (за сколько затяжек, насколько глубоки и продолжительны были затяжки). Недостаток кислородного снабжения становится особенно заметен в периоды, связанные с повышенной потребностью в кислороде, например при сильной физической нагрузке.
Цианистый водород, другой ядовитый газ, присутствующий в дыме табака, представляет собой тот компонент дыма, который в наибольшей степени ответствен за ухудшение функции мерцательного эпителия легких. Это ухудшение приводит к накоплению слизи, смолы и бактериальной инфекции.
Окись азота – токсичное вещество, присутствующее также в смоге. Окись азота снижает эффективность макрофагов (разновидность лейкоцитов), которые охраняют внутренние поверхности легких и разрушают бактерии и другие болезнетворные агенты. Таким образом, этот газ вносит вклад в развитие у курильщиков хронических инфекционных заболеваний дыхательных путей.
Опасность табачных смол. Смола представляет собой густое, черное, липкое вещество, которое получается при сгорании табака. Смолы являются и служат носителями канцерогенов (вещества, вызывающие рак), содержащихся в табачном дыму. Смолы вносят свой вклад в развитие хронических бронхитов и «кашля курильщика».
Никотин и его опасность. Содержание никотина в табачном дыме от 1 сигареты – 1800 мкг. К никотину организм привыкает быстро, поэтому острое отравление имеет очень короткую фазу, признаками которого являются головокружение, кашель, тошнота, горечь во рту. Иногда присоединяются слабость, недомогание, бледность лица. Употребление никотина увеличивает устойчивость к нему и может приводить к развитию одной из самых сильных химических зависимостей, психической и физической зависимости.
Опасное действие никотина. Никотин – ядовитый алкалоид, обнаруженный в листьях табака, – является одним из самых ядовитых веществ и вызывает наиболее сильное пристрастие. Никотин быстро всасывается в кровь из легких при его вдыхании и из слизистой ротовой полости и желудка при использовании бездымного табака. В течение семи секунд он разносится по всему телу, проникая во все органы, включая мозг, а при беременности – во все органы плода.
Никотин является мощным стимулятором, который влияет на головной и спинной мозг, всю нервную систему в целом, на сердце и многие другие органы. Никотин вызывает множество эффектов, включая увеличение кровяного давления и частоты сердечных сокращений, снижение температуры кожи, обусловленное сужением ее кровеносных сосудов, выделение адреналина корой надпочечников и увеличение активности кишечника (иногда вызывает понос). На период от двух до трех часов снижается образование мочи, поэтому у курильщиков задерживается в организме жидкость. У потребляющих никотин увеличивается склонность к образованию тромбов, в то время как эффективность иммунных механизмов снижается, уменьшается мышечный тонус.
Никотин стимулирует всю нервную систему в целом и может вызвать тремор, а в очень высоких дозах – судороги. За возбуждением мозга, как и при действии всех других стимуляторов, следует депрессия, которая порождает желание ввести больше никотина. Повторное употребление никотина увеличивает устойчивость к нему и может приводить к развитию одной из самых сильных химических зависимостей, физической и психической зависимости от никотина.
Не каждый, кто курит, приобретает пристрастие к никотину. Нет точного количества сигарет, которые человек должен выкуривать каждый день, чтобы приобрести зависимость, но тот, кто курит пятнадцать или больше сигарет, скорее всего ее имеет. У людей с развившимся пристрастием прекращение потребления никотина может привести к синдрому отмены, включающему беспокойство, тревогу, раздражительность, депрессию, головные боли, боли в желудке, бессонницу и головокружение.
Пассивное курение. Неотфильтрованный дым, который вдыхает некурящий содержит в пятьдесят раз больше канцерогенов, вдвое больше смол и никотина, в пять раз больше окиси углерода и в пятьдесят раз больше аммиака, чем дым, вдыхаемый через сигарету. Хотя некурящие обычно не вдыхают побочный дым в такой концентрации, в какой курящий вдыхает основной дым, вдыхаемая концентрация все же эквивалентна одной выкуренной сигарете в день. Для людей, работающих в сильно накуренных помещениях, степень пассивного курения может достигать эквивалента в четырнадцать сигарет в день.
Рак, поражающий пассивных курильщиков. Существуют убедительные данные, свидетельствующие об увеличении числа случаев рака легких среди некурящих, которые живут вместе с курящими. Независимые исследования в Соединенных Штатах, Японии, Греции и Западной Германии показали, что некурящие супруги курящих заболевают раком легких в два-три раза чаще, чем супруги некурящих. Ясное представление о ситуации в целом дает такая цифра: пассивное курение служит причиной большего числа смертей ежегодно, чем общее количество смертей от всех форм индустриального загрязнения воздуха, вместе взятых. Высокий риск заболеваний у детей.
Употребление табака среди молодежи
Причины курения подростков: курение родителей и ровесников; легкая доступность сигарет; неловкость при попытке отказаться от предлагаемой сигареты; ощущение, что окружающие одобряют курение; представление о положительном образе курящего.
Исследования показывают, что курящие подростки придерживаются следующих взглядов на курение:
1. С его помощью можно справиться со скукой и разочарованием.
2. Оно доставляет удовольствие и представляет собой способ развлечения.
3. Оно предназначено для снижения стресса.
4. Оно является знаком перехода в более зрелый, взрослый статус.
5. Это способ войти в группу сверстников.
6. Это способ поддержать свою личную энергию и почувствовать себя сконцентрированным или обновленным.
Курящие женщины. Курение влияет также и на репродуктивную функцию женщин многими путями. Поскольку курение снижает уровень женских половых гормонов, связанных с репродуктивной функцией, вероятность зачатия у курящей женщины в среднем на 25 % ниже, чем у некурящей. Вещества, поглощаемые кровью из сигаретного дыма, могут изменять состав среды в фаллопиевых трубах, где и происходит оплодотворение. Если женщина курит во время беременности, риск выкидыша у нее может быть в десять раз выше, чем у некурящей. Одна из возможных причин заключается в том, что плод у беременной курильщицы получает меньше кислорода. Это связано с поглощением окиси углерода и других токсичных продуктов из сигаретного дыма. В этом могут быть замешаны также и другие токсичные продукты, поглощаемые из дыма.
Дети, рожденные курящими, весят меньше, чем младенцы некурящих. Более низкий вес при рождении обусловливает увеличенную смертность таких младенцев на первом году жизни. Дети курящих чаще болеют респираторными и кишечными заболеваниями, выше для них и риск внезапной смерти. Есть также данные о небольшой задержке развития и интеллектуальных способностей у детей, чьи матери курили во время беременности. Это может быть еще одним следствием недостатка кислорода, вызываемого поглощением окиси углерода.
Отказ от курения
10. Алкоголь и его влияние на организм
Алкоголизм – хроническое заболевание, вызванное систематическим употреблением спиртных напитков. В нашей стране до 80% правонарушений происходит в состоянии алкогольного опьянения. Наиболее высокая заболеваемость хроническим алкоголизмом в возрасте 20–22 лет. В возрасте 40–45 лет отмечается наибольшая смертность людей от употребления алкоголя. Вследствие болезней, вызванных чрезмерным употреблением алкоголя, теряется от 9 до 22 лет жизни.
Пьянство – это регулярное и нерегулярное употребление алкогольных напитков (включая и пиво!) в различных дозировках (необязательно больших!).
Легкая степень опьянения – при употреблении небольшого количества алкоголя, обычно настроение повышается, появляется чувство комфорта, люди становятся общительными, разговорчивыми, появляется умеренная тахикардия (учащение сердцебиения), повышение аппетита. Характерно то, что данный период опьянения люди переносят хорошо.
При средней степени опьянения речь делается нечеткой, походка неустойчивой, возможны тошнота и рвота, хорошее настроение проявляется неудержимым весельем, но чаще имеет место появление злобы, раздражительности, агрессии. После сна, который бывает продолжительным, наблюдается вялость, головная боль, воспоминания о прошедшем неприятные и многое помнится смутно.
При тяжелой степени опьянения наблюдается угнетение или отключение сознания, при этом стоять человек не может, появляются рвота, недержание мочи и кала, бормотание, а затем – глубокий беспробудный сон. После пробуждения человек ничего не помнит из того, что было накануне.
Стадия психической зависимости (или первая стадия). При этом наблюдается постоянное влечение к алкоголю, которое больные объясняют необходимостью повысить настроение, забыть о неприятностях, избежать чувства стеснительности. Характерным является то, что главным в жизни становится алкоголь, для употребления которого находится вдруг масса поводов, больного перестает интересовать все, что не сулит выпивку, которые становятся регулярными, не менее 2–3 раз в нед. Самоконтроль падает, люди напиваются при этом до тяжелого опьянения.
Стадия физической зависимости (или вторая стадия) заболевания характеризуется тем, что алкоголь становится необходимым для жизнедеятельности измененных органов и систем организма, без алкоголя возникают болезненные расстройства, которые исчезают после употребления спиртных напитков. Почти постоянными спутниками больных становятся головные боли, кошмарные сновидения, чувство тревоги, страха, озноб, жажда, отсутствие аппетита, дрожание конечностей, может на этой стадии развиваться белая горячка, судороги. Именно в этой стадии изменяется форма употребления алкоголя – одни пьют постоянно, другие периодически, «запоями».
Стадия алкогольной деградации (или третья стадия) характеризуется безразличием к близким, к своему здоровью и внешности, цинизмом, нередко агрессивностью, снижением памяти, интеллекта, вялостью, глубокими поражениями печени, сердечно-сосудистой системы, судорогами, алкогольными психозами.
Особенно алкоголизм опасен у подростков (в возрасте до 18 лет) и у женщин, у которых он быстрее развивается и протекает очень тяжело. Статистика ужасающа: до 10% населения в развитых странах страдает алкоголизмом. Неуклонно возрастает ежегодное потребление алкоголя на душу населения, и если в прежние годы оно было умеренным (до 3–4 литров в год), то сейчас составляет 8–13 литров в год в развитых странах.
Существует мнение, что алкоголь улучшает аппетит, позволяет согреваться на морозе, бороться с утомлением, что водкой можно лечить многие болезни, что умеренное употребление спиртных на питков полезно для здоровья, а пиво обладает ценными питатель ными свойствами. Действительно, алкоголь раздражает слизистую оболочку желудка и способствует выделению желудочного сока и повышению аппетита в первое время, но ежедневный прием «аппе титной дозы» снижает чувствительность желудка к пищевому раздражению и тогда без спиртного аппетит совсем отсутствует.
Под действием алкоголя:
Первым симптомом привыкания служит повышенная устой чивость (толерантность) организма к алкоголю, которая нередко служит поводом для похвалы и принимается как признак силы, здоровья организма. На самом деле исчезновение защитного рвот ного рефлекса – свидетельство начальной стадии алкоголизма. Второй признак – утрата самоконтроля и способности оценивать обстоятельства. Человек не способен ограничить дозу приема спиртного и любая выпивка неизбежно заканчивается тяжелым опьянением. Третий симптом – стремление пить в одиночестве, тайно от окружающих. Это состояние нередко приводит к тяже лым интоксикационным психозам.
Тема № 13. Проблемы биоэтики (4 ч.)
План занятия:
Биоэтика (от греч. био – жизнь и этика – наука о нравственности) – учение о нравственной стороне деятельности человека в медицине и биологии.
История формирования биоэтики. Термин был введен в 1969 году американским онкологом и биохимиком В. Р. Поттером для обозначения этических проблем, связанных с потенциальной опасностью для выживания человечества в современном мире. Первое упоминание термина в медицинском журнале относят к 1971 году. В Encyclopedia of Bioethics (т. 1, с. XXI) биоэтика определяется как «систематическое исследование нравственных параметров, – включая моральную оценку, решения, поведение, ориентиры и т. п. – достижений биологических и медицинских наук». Позже биомедицинская этика формируется как учебная дисциплина в медицинских вузах. К вопросам биоэтики обращались и обращаются мыслители разных направлений. Например, известный японский специалист по истории буддизма Накамура Хадзимэ (1912–1999) в своих работах не раз касался проблем биоэтики.
Направления биоэтики. В узком смысле понятие биоэтика обозначает весь круг этических проблем во взаимодействии врача и пациента. Неоднозначные ситуации, постоянно возникающие в практической медицине как порождение прогресса биологической науки и медицинского знания, требуют постоянного обсуждения как в медицинском сообществе, так и в кругу широкой общественности.
В широком смысле термин биоэтика относится к исследованию социальных, экологических, медицинских и социально-правовых проблем, касающихся не только человека, но и любых живых организмов, включенных в экосистемы, окружающие человека. В этом смысле биоэтика имеет философскую направленность, оценивает результаты развития новых технологий и идей в медицине и биологии в целом.
2. Эвтаназия
Вопрос о приемлемости добровольного ухода из жизни становится всё более актуальным – по мере того, как растут технические возможности сохранения «жизни тела» – при вполне возможной «смерти мозга».
Эвтаназия (или эйтаназия) (греч. эй – «хороший» и таназос – «смерть») – практика прекращения (или сокращения) жизни человека, страдающего неизлечимым заболеванием, испытывающего невыносимые страдания, удовлетворение просьбы без медицинских показаний в безболезненной или минимально болезненной форме с целью прекращения страданий. Термин «эвтаназия» впервые употреблен Френсисом Беконом в XVI веке для определения «легкой смерти». «Краткий оксфордский словарь» дает три значения слова «эвтаназия»: первый – «спокойная и легкая смерть», второе – «средства для этого», третье – «действия по ее осуществлению».
На иностранных сайтах термин «эвтаназия» может использоваться в нетрадиционном для русского языка смысле – в отношении бездомных собак, когда здоровые животные умерщвляются с целью сокращения их популяции.
Виды эвтаназии: пассивная эвтаназия (намеренное прекращение медиками поддерживающей терапии больного) и активная эвтаназия (введение умирающему лекарственных средств либо другие действия, которые влекут за собой быструю и безболезненную смерть). К активной эвтаназии часто относят и самоубийство с врачебной помощью (предоставление больному по его просьбе препаратов, сокращающих жизнь).
Добровольная эвтаназия осуществляется по просьбе больного или с предварительно высказанного его согласия (например, в США распространена практика заранее и в юридически достоверной форме выражать свою волю на случай необратимой комы). Недобровольная эвтаназия осуществляется без согласия больного, как правило, находящегося в бессознательном состоянии.
Законодательное регулирование. Пионером в области легализации добровольной смерти стали Нидерланды. В 1984 году Верховный суд страны признал добровольную эвтаназию приемлемой. Эвтаназия была легализована в Бельгии в 2002 году. В 2003 году эвтаназия помогла расстаться с жизнью 200 смертельно больным пациентам, а в 2004 году – 360 пациентам. С апреля 2005 года в бельгийских аптеках появились специальные наборы для эвтаназии, позволяющие упростить процедуру добровольного ухода из жизни. В набор стоимостью примерно 60 евро входит одноразовый шприц с ядом и другие необходимые для инъекции средства. Набор для эвтаназии может заказать только практикующий врач, который должен указать точную дозировку отравляющего вещества. По закону в Бельгии может подвергнуться эвтаназии человек старше 18 лет, страдающий неизлечимым заболеванием. После нескольких письменных запросов, подтверждающих твердую решимость больного, врач может провести эвтаназию. Согласно официальной статистике в 40 процентах случаев эвтаназию проводят на дому у пациента.
В США закон, разрешающий оказание медицинской помощи в осуществлении самоубийства больным в терминальной стадии, был принят (с рядом ограничений) в ноябре 1994 года в штате Орегон, а в ноябре 2008 года в штате Вашингтон.
В странах СНГ как активная, так и пассивная эвтаназия является преступлением и будет квалифицироваться как умышленное убийство.
3. Трансплантация
Трансплантация (от лат. transplantare – пересаживать) – замещение отсутствующих или необратимо поврежденных патологическим процессом тканей или органов собственными тканями либо органами (тканями), взятыми от другого организма.
Используется трансплантация кожи, мышц, нервов, роговицы глаза, жировой и костной ткани, костного мозга, сердца, почек, печени и др. Особый вид трансплантации – переливание крови.
Виды трансплантации
Трансплантат – участок ткани, органа или целый орган, которые используют для трансплантации. Организм, от которого берут органы или ткани для пересадки, называют донором, а организм, которому пересаживают ткани или органы, — реципиентом.
Экспериментальная трансплантация необходима как предклинический этап разработки всех биологических, хирургических и организационных проблем пересадки тех или иных органов или тканей. В эксперименте осуществляют трансплантацию практически всех тканей и органов, включая головной мозг (пересадка головы). Экспериментальная трансплантация необходима для дальнейшего изучения иммунных реакций со стороны реципиента, для разработки новых методов иммунодепрессивной терапии, обеспечивающих необходимую иммунологическую толерантность в отношении пересаженных генетически отличных органов и тканей.
Согласно Закону "О трансплантации органов и (или) тканей человека" пересадка органов и (или) тканей от донора или трупа может быть применена только в случае, если другие медицинские средства не могут гарантировать сохранения жизни больного (реципиента) либо восстановления его здоровья. Изъятие органов и (или) тканей у донора допустимо только в случае, если его здоровью – по заключению консилиума врачей-специалистов – не будет причинен значительный вред. Трансплантация допускается исключительно с согласия донора и, как правило, с согласия реципиента. Купля-продажа органов и (или) тканей человека, а также реклама этих действий влекут уголовную ответственность.
Изъятие органов и (или) тканей для трансплантации не допускается у:
а) донора, не достигшего 18 лет (за исключением случаев пересадки костного мозга) либо признанного в установленном порядке недееспособным;
б) лица, страдающего болезнью, представляющей опасность для жизни и здоровья реципиента;
в) у лиц, находящихся в служебной или иной зависимости от реципиента.
Действие вышеуказанного Закона не распространяется на органы, их части и ткани, имеющие отношение к процессу воспроизводства человека, включающие в себя репродуктивные ткани (яйцеклетку, сперму, яичники, яички или эмбрионы), а также на кровь и ее компоненты.
4. Клонирование
Клонирование (англ. cloning – веточка, побег, отпрыск) – в самом общем значении – точное воспроизведение какого-либо объекта N-ое количество раз. Объекты, полученные в результате клонирования, называются клоном. Причём как каждый по отдельности, так и весь ряд.
Клонирование человека – действие, заключающееся в формировании и выращивании принципиально новых человеческих существ, точно воспроизводящих не только внешне, но и на генетическом уровне того или иного индивида, ныне существующего или ранее существовавшего.
Термины клон, клонирование первоначально использовался в микробиологии и селекции, после – в генетике, в связи с успехами которой и вошли в общее употребление. Надо добавить, что их популяризации в значительной мере способствовали также литература, киноискусство и компьютерные игры.
Пока технология клонирования человека не отработана. И здесь встаёт ряд как теоретических, так и технических вопросов. Однако, уже сегодня есть методы, позволяющие с большой долей уверенности говорить, что в главном вопрос технологии решён. Наиболее успешным из методов клонирования высших животных оказался метод «переноса ядра». Именно он был применён для клонирования овцы Долли в Великобритании, которая, как известно, прожила достаточное число лет (6), чтобы можно было говорить об успехе эксперимента. По мнению учёных, эта техника является лучшей из того, что мы имеем сегодня, чтобы приступить к непосредственной разработке методики клонирования человека. Более ограниченным и проблематичным выглядит метод партеногенеза, в котором индуцируется деление и рост неоплодотворённой яйцеклетки, даже если он будет реализован, то позволит говорить только об успехах в клонировании индивидов женского пола. Так называемая технология «расщепления» эмбриона, хотя и должна давать генетически идентичных между собой индивидов, не может обеспечить их идентичности с «родительским» организмом, и поэтому технологией клонирования в точном смысле слова не является и как возможный вариант не рассматривается.
Репродуктивное клонирование человека – предполагает что индивид, родившийся в результате клонирования, получает имя, гражданские права, образование, воспитание, словом – ведёт такую же жизнь, как и все «обычные» люди. Репродуктивное клонирование встречается со множеством этических, религиозных, юридических проблем, которые сегодня ещё не имеют очевидного решения. В большинстве государств все работы по репродуктивному клонированию запрещены на законодательном уровне.
Терапевтическое клонирование человека – предполагает, что развитие эмбриона останавливается в течение 14 дней, а сам эмбрион используется как продукт для получения стволовых клеток. Законодатели многих стран опасаются, что легализация терапевтического клонирования приведёт к его переходу в репродуктивное. Однако в некоторых странах (США, Великобритания) терапевтическое клонирование разрешено.
Технологические трудности и ограничения. Самым принципиальным ограничением является невозможность повторения сознания, а это значит, что речь не может идти о полной идентичности личностей, как это показывается в некоторых кинофильмах, но только об условной идентичности, мера и граница которой ещё подлежит исследованию, но для опоры за базис берётся идентичность однояйцевых близнецов. Невозможность достичь стопроцентной чистоты опыта обуславливает некоторую неидентичность клонов, по этой причине снижается практическая ценность клонирования.
Идентичность клонов
Вопреки распространённому заблуждению, клон, как правило, не является полной копией оригинала, так как при клонировании копируется только генотип, а фенотип не копируется. Так, например, если взять шесть разных клонов и выращивать в разных условиях:
Более того, даже при развитии в одинаковых условиях клонированные организмы не будут полностью идентичными, так как существуют случайные отклонения в развитии. Это доказывает пример естественных клонов человека – монозиготных близнецов, которые обычно развиваются в весьма сходных условиях. Родители и друзья могут различать их по расположению родинок, небольшим различиям в чертах лица, голосу и другим признакам. Они не имеют идентичного ветвления кровеносных сосудов, также далеко не полностью идентичны их папиллярные линии. Хотя конкордантность многих признаков (в том числе связанных с интеллектом и чертами характера) у монозиготных близнецов обычно гораздо выше, чем у дизиготных, она далеко не всегда стопроцентная.
Социально-этический аспект. Опасения вызывают такие моменты, как большой процент неудач при клонировании и связанные с этим возможности появления людей-уродов. А также вопросы отцовства, материнства, наследования, брака и многие другие. Механизм появления монозиготных близнецов в природе принципиально сходен с механизмом клонирования, с этой точки зрения большая часть соответствующих этических проблем снимается.
Этико-религиозный аспект. С точки зрения основных мировых религий (христианство, ислам) клонирование человека является или проблематичным актом или актом, выходящим за рамки вероучения и требующим у богословов чёткого обоснования той или иной позиции церковных иерархов. Ключевым моментом, который вызывает наибольшее неприятие, является здесь тот факт, что для получения клона одного человека необходимо убить находящийся на самой ранней стадии развития, но уже начавший формироваться эмбрион другого человеческого зародыша.
Биологическая безопасность. Обсуждаются вопросы биологической безопасности клонирования человека. Такие как: долгосрочная непредсказуемость генетических изменений, опасность утечки технологий клонирования в криминальные или/и международные террористические структуры.
Законодательство о клонировании человека. Единственный международный акт, устанавливающий запрет клонирования человека, – Дополнительный Протокол к Конвенции о защите прав человека и человеческого достоинства в связи с применением биологии и медицины, касающийся запрещения клонирования человеческих существ, который подписали 12 января 1998 г. 24 страны из 43 стран – членов Совета Европы (сама Конвенция принята Комитетом министров Совета Европы 19 ноября 1996 г.). 1 марта 2001 г. после ратификации 5 странами этот Протокол вступил в силу.
19 февраля 2005 г. Организация Объединённых Наций призвала страны-члены ООН принять законодательные акты, запрещающие все формы клонирования, так как они «противоречат достоинству человека» и выступают против «защиты человеческой жизни». Декларация ООН о клонировании человека, принятая резолюцией 59/280 Генеральной Ассамблеи от 8 марта 2005 г., содержит призыв к государствам-членам запретить все формы клонирования людей в такой мере, в какой они несовместимы с человеческим достоинством и защитой человеческой жизни. В ходе дискуссии на уровне ООН рассматривалось несколько вариантов декларации: Бельгия, Британия, Япония, Южная Корея, Россия и ряд других стран предлагали оставить вопрос о терапевтическом клонировании на усмотрение самих государств; Коста-Рика, США, Испания и ряд других выступили за полный запрет всех форм клонирования.
5. Искусственный аборт
Искусственный аборт (от лат. abortus – выкидыш) – искусственное прерывание беременности сопровождающееся (или вызванное) гибелью плода (нерождённого ребёнка) не способного к самостоятельному существованию (в отличие от преждевременных родов).
Вопрос о возможности проведения медицинского аборта, о допустимости, решается законодательно, в разных странах по-разному, в зависимости от традиций или религиозных воззрений. Православие и католицизм отрицают возможность аборта, за исключением случаев явной угрозы смерти для матери. Ислам исключает возможность проведения аборта.
Медицинские показания для прерывания беременности:
Социальные показания для прерывания беременности:
По мед. и соц. показаниям аборты проводятся бесплатно, в остальных случаях (по желанию) – платно. В большинстве случаев, окончательное решение о применении искусственного аборта остается за родителями (или за их родственниками). Аборт проводится по желанию женщины при сроке беременности до 12 недель, по социальным показаниям – при сроке беременности до 22 недель, а при наличии медицинских показаний и согласии женщины – независимо от срока беременности. Аборт должен проводиться только в учреждениях, получивших лицензию на указанный вид деятельности, врачами, имеющими специальную подготовку.
Методы прерывания беременности:
Относительно безопасны медикаментозный аборт и вакуумная аспирация, при хирургическом аборте серьёзность операции и, соответственно, вероятность возможных осложнений увеличиваются с увеличением срока беременности.
Осложнения аборта
1. Ранние (во время аборта или спустя 1 неделю)
2. Поздние (1 неделя –1 месяц).
3. Отдалённые (позднее 1 месяца).
Моральные аспекты. В современном мире допустимость абортов и её пределы является одной из наиболее дискуссионных проблем, включающих религиозные, этические, медицинские, социальные и правовые аспекты. Основным, разделяющим общество, является вопрос – прерывается ли при аборте уже существующая человеческая жизнь? Те, кто считают, что внутри утробы находится лишь плод, не являющийся человеком (ребёнком), относятся к аборту, как к медицинской процедуре и используют исключительно медицинскую терминологию – "плодное яйцо", "плод", "зародыш", "эмбрион". Противники абортов говорят о "зачатом ребёнке", "нерожденном младенце", "ребёнке в лоне матери".
Большое количество верующих людей, в частности христиан, относятся к аборту, как к убийству человека, хотя и на ранней стадии его развития. См. Аборт и христианство.
Социальные аспекты. Ежегодно в мире из 500 тыс. женщин детородного возраста, погибающих от причин, связанных с беременностью, 15% случаев составляет смертность в результате осложнений небезопасного аборта, 98 % смертей приходится на развивающиеся страны. Показатель летальности после искусственного аборта составляет 0,9–3,5 на 1000, а в развитых странах – менее 1 на 100000 при условии, что аборт выполняется на сроках беременности до 8 недель.
Особую опасность представляют криминальные и неквалифицированно производимые аборты, которые нередко приводят к необратимым последствиям для здоровья, именно такие аборты ответственны за большую часть случаев бесплодия (внос инфекции) и летальных исходов.
6. Суррогатное материнство
Суррогатное материнство – технология репродукции человека, при которой женщина добровольно соглашается забеременеть с целью выносить и родить биологически чужого ей ребёнка, который будет затем отдан на воспитание другим лицам – генетическим родителям. Они и будут юридически считаться родителями данного ребёнка, несмотря на то, что его выносила и родила суррогатная мать.
Несмотря на то, что термин "суррогатное материнство" используется очень широко, очевидно, что наиболее точной формулировкой следует признать норму определенную Всемирной Организацией Здравоохранения в Женеве в 2001 году: "Гестационный курьер: женщина, у которой беременность наступила в результате оплодотворения ооцитов, принадлежащих третьей стороне сперматозоидами, принадлежащими третьей стороне. Она вынашивает беременность с тем условием или договором, что родителями рожденного ребенка будет один или оба человека, чьи гаметы использовались для оплодотворения".
Но в настоящее время, родители также имеют право анонимно выбрать гаметы в банках спермы и яйцеклеток не свои, а по рекомендации генетика, если хотят, чтобы ребёнок был здоровее и лучше.
Юридический аспект суррогатного материнства
Суррогатное материнство подлежит законодательному регулированию. Законы, регулирующие суррогатное материнство, права и обязанности суррогатной матери и тех, для кого она вынашивает ребёнка, различны в разных странах. Важным моментом при заключении договора о суррогатном материнстве является вопрос о том, насколько все вовлечённые в процесс стороны отдают себе отчёт в возможных рисках.
Наиболее известный случай юридической коллизии, связанной с суррогатным материнством – так называемый «случай Бэби М». 4 января 1985 года в одной из клиник северного Лондона родилась девочка у миссис Коттон – первой в мире суррогатной матери. В том случае в 1986 году суррогатная мать отказалась передать рождённого ею ребёнка его биологическому отцу. В 1988 году суд по семейным делам штата Нью-Джерси постановил отдать ребёнка на «усыновление» и дать родительские права биологическому отцу, однако постановил, что суррогатная мать должна иметь право на посещение ребёнка и участие в его воспитании.
Америка стала первопроходцем в области применения суррогатного материнства, с точки зрения законодательства. Самая многодетная в мире суррогатная мама 39 летняя англичанка, родившая 9 детей.
Законодательство
Суррогатное материнство запрещено законом в Австрии, Норвегии, Швеции, Франции, некоторых штатах Америки, Италии, Швейцарии и Германии, а также некоторых странах Скандинавии. За нарушения предусматриваются наказания вплоть до тюремного заключения, например, в Германии сроком до трёх лет и штрафы, где, в отличие от Италии, наказанию не подвергаются сами родители-заказчики суррогатной программы, а также суррогатные матери. Аналогичное законодательство, предусматривающее три года тюрьмы и штраф 45,000 евро за "посредничество при вынашивании плода для другого лица".
В Бельгии, Ирландии, Финляндии суррогатное материнство никак не регламентируется законом, хотя и имеет место. В Австралии, Великобритании, Дании, Италии, Израиле, Испании, Канаде, Нидерландах, отдельных штатах Америки разрешено только некоммерческое материнство.
В Израиле соглашение о суррогатном материнстве должно получить одобрение специального комитета, состоящего из социальных работников, врачей и религиозных деятелей. Суррогатное материнство крайне редко встречается в Японии – японская Ассоциация акушерства и гинекологии в принципе не одобряет такой способ зачатия. Частные клиники сами решают – предоставлять клиентам такие услуги или нет.
На коммерческой основе разрешено в большинстве штатов Америки, Южно- Африканской республике, Российской Федерации, Грузии, Украине, Беларуси. Казахстане.
Применение этих методов репродукции связано со многими проблемами этического, медицинского и юридического характера.
Так суррогатное материнство подвергается критике за возможность коммерциализации, то есть как средство эксплуатации женщин в роли платных инкубаторов. О запрещении говорится в Брюссельской декларации Всемирной медицинской ассоциации (1985 г.). В качестве заменяющих матерей могут выступать родственники бесплодной пары, это снижает риск коммерциализации. Первый такой случай был в 1987 году в ЮАР, когда 48-летняя женщина родила трёх своих внуков.
По мнению ряда юристов, с момента рождения ребёнка между ним и родившей его женщиной возникает семейноправовая связь. Противоположной точки зрения придерживаются юристы, считающие, что родителями ребёнка являются супруги- заказчики.
Рождение Луизы Браун, первого ребенка, появившегося на свет в 1978 г. в результате искусственного оплодотворения, и дальнейшее развитие технологии оплодотворения яйцеклеток in vitro, с одной стороны, дали надежду бездетным парам, составляющим 10% всей мировой популяции, а с другой стороны, породили конгломерат спорных моральных, этических и правовых проблем. В связи с этим Европейский комитет по биоэтике в 1987 г. принял рекомендации по проработке основ правовых документов:
Одну из острых проблем, вытекающих из достижений искусственного воспроизводства, составляет опасность появления неуправляемой евгеники. Эта опасность основана на естественном желании врача или супружеской пары выбрать наилучший материал для будущего ребенка. При наличии нескольких различно оплодотворенных яйцеклеток появляется искушение их выбора. Однако кто знает, какая яйцеклетка будет лучше в генетическом плане? Не приведет ли желание улучшить таким путем человеческую природу к трагедиям, рождению детей не с улучшенными, а с ухудшенными качествами?
Проблема генетической евгеники, очевидно, нуждается в неотложном разумном правовом регулировании с участием экспертов всего мирового сообщества.
Генетическая инженерия (генная инженерия) – совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.
Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.
Генетически модифицированный организм (ГМО) – живой организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии. Такие изменения, как правило, производятся в научных или хозяйственных целях. Генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма в отличие от случайного, характерного для естественного и искусственного мутагенеза. Основным видом генетической модификации в настоящее время является использование трансгенов для создания трансгенных организмов.
Трансгенный организм – живой организм, в геном которого искусственно введен ген другого организма.
Цели создания ГМО. Разработка ГМО некоторыми учеными рассматриваются, как естественное развитие работ по селекции животных и растений. Другие же, напротив, считают генную инженерию полным отходом от классической селекции, так как ГМО – это не продукт искусственного отбора, то есть постепенного выведения нового сорта (породы) организмов путем естественного размножения, а фактически искусственно синтезированный в лаборатории новый вид.
Во многих случаях использование трансгенных растений сильно повышает урожайность. Есть мнение, что при нынешнем размере населения планеты только ГМО могут избавить мир от угрозы голода, так как при помощи генной модификации можно увеличивать урожайность и качество пищи. Противники этого мнения считают, что при современном уровне агротехники и механизации сельскохозяйственного производства уже существующие сейчас, полученные классическим путем, сорта растений и породы животных способны сполна обеспечить население планеты высококачественным продовольствием. Проблема же возможного мирового голода вызвана исключительно социально-политическими причинами, а потому и решена может быть не генетиками, а политическими элитами государств.
Основные этапы создания ГМО
1. Получение изолированного гена.
2. Введение гена в вектор для переноса в организм.
3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.
4. Преобразование клеток организма.
5. Отбор генетически модифицированных организмов и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.
Процесс синтеза генов в настоящее время разработан очень хорошо и даже в значительной степени автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабжённые ЭВМ, в памяти которых закладывают программы синтеза различных нуклеотидных последовательностей. Такой аппарат синтезирует отрезки ДНК длиной до 100–120 азотистых оснований (олигонуклеотиды).
Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты – рестриктазы и лигазы. С помощью рестриктаз ген и вектор можно разрезать на кусочки. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор.
Техника введения генов в бактерии была разработана после того, как Фредерик Гриффит открыл явление бактериальной трансформации. В основе этого явления лежит примитивный половой процесс, который у бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами нехромосомной ДНК, плазмидами. Плазмидные технологии легли в основу введения искусственных генов в бактериальные клетки. Для введения готового гена в наследственный аппарат клеток растений и животных используется процесс трансфекации.
Если модификации подвергаются одноклеточные организмы или культуры клеток многоклеточных, то на этом этапе начинается клонирование, то есть отбор тех организмов и их потомков (клонов), которые подверглись модификации. Когда же поставлена задача получить многоклеточные организмы, то клетки с изменённым генотипом используют для вегетативного размножения растений или вводят в бластоцисты суррогатной матери, когда речь идёт о животных. В результате рождаются детеныши с изменённым или неизменным генотипом, среди которых отбирают и скрещивают между собой только те, которые проявляют ожидаемые изменения.
Экономическое значение. С учетом демографической ситуации для обеспечения растущей мировой человеческой популяции необходимо увеличивать продовольственный потенциал в среднем на 2% ежегодно. За счет чего? Резерв пахотных земель почти исчерпан, потолок урожайности по важнейшим культурам почти достигнут в результате интенсивной селекции, осуществлявшейся последние 100 лет. Естественно, для того чтобы удвоить в обозримом будущем объем производимого продовольствия, необходимо создать принципиально новые формы растений с реконструированными геномами и более продуктивные. Именно это и происходит сегодня в мире. Работы по генетической реконструкции, или генной инженерии, начались не более 30 лет назад, а первые сообщения о получении измененных генно-инженерных высших, или эукариотических, организмов появились всего 15 лет назад. Одним из основных направлений биотехнологии являются получение и многопрофильное использование трансгенных растений, т.е. форм, несущих в своем геноме встроенные генно-инженерными методами чужие гены, нормально работающие в новом геноме. В геном растений встраиваются гены животных, человека, бактерий, других растений, которые нарабатывают новые продукты. Трансгенные растения и животные – формы с серьезно реконструированными геномами. На IX Международном конгрессе по биотехнологии у растений, который состоялся в июне 1998 г. в Иерусалиме, было отмечено, что в настоящее время трансгенные растения уже возделываются на десятках миллионов гектаров. Только в США трансгенная соя занимает около 15%, трансгенная кукуруза – около 10% всех посевных площадей.
Генетическая инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путём использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.
Основой микробиологической, биосинтетической промышленности является бактериальная клетка. Необходимые для промышленного производства клетки подбираются по определённым признакам, самый главный из которых – способность производить, синтезировать, при этом в максимально возможных количествах, определённое соединение – аминокислоту или антибиотик, стероидный гормон или органическую кислоту. Иногда надо иметь микроорганизм, способный, например, использовать в качестве «пищи» нефть или сточные воды и перерабатывать их в биомассу или даже вполне пригодный для кормовых добавок белок. Иногда нужны организмы, способные развиваться при повышенных температурах или в присутствии веществ, безусловно, смертельных для других видов микроорганизмов.
Задача получения таких промышленных штаммов очень важна, для их видоизменения и отбора разработаны многочисленные приёмы активного воздействия на клетку – от обработки сильно действующими ядами до радиоактивного облучения. Цель этих приёмов одна – добиться изменения наследственного, генетического аппарата клетки. Их результат – получение многочисленных микробов-мутантов, из сотен и тысяч которых учёные потом стараются отобрать наиболее подходящие для той или иной цели. Создание приёмов химического или радиационного мутагенеза было выдающимся достижением биологии и широко применяется в современной биотехнологии.
Но их возможности ограничиваются природой самих микроорганизмов. Они не способны синтезировать ряд ценных веществ, которые накапливаются в растениях, прежде всего в лекарственных и эфирномасличных. Не могут синтезировать вещества, очень важные для жизнедеятельности животных и человека, ряд ферментов, пептидные гормоны, иммунные белки, интерфероны да и многие более просто устроенные соединения, которые синтезируются в организмах животных и человека. Разумеется, возможности микроорганизмов далеко не исчерпаны. Из всего изобилия микроорганизмов использована наукой, и особенно промышленностью, лишь ничтожная доля. Для целей селекции микроорганизмов большой интерес представляют, например, бактерии анаэробы, способные жить в отсутствие кислорода, фототрофы, использующие энергию света подобно растениям, хемоавтотрофы, термофильные бактерии, способные жить при температуре, как оказалось недавно, около 110 °C, и др.
Использование ГМО в научных целях
В настоящее время генетически модифицированные организмы широко используются в фундаментальных и прикладных научных исследованиях для развития технологии создания трансгенных организмов, для изучения роли определенных генов и белков, для изучения многих биологических процессов; в биотехнологическом производстве плазмид и белков.
Огромное значение в научном эксперименте получили трансгенные организмы с маркерными генами (продукты этих генов с легкостью определяются приборами, например зелёный флуоресцентный белок, визуализируют с помощью микроскопа, так легко можно определить происхождение клеток, их судьбу в организме и т. д.).
Использование ГМО в медицинских целях
Генетически модифицированные организмы используются в прикладной медицине с 1982 года. Зарегистрирован в качестве лекарства человеческий инсулин, получаемый с помощью генетически модифицированных бактерий.
Ведутся работы по созданию генетически модифицированных растений, продуцирующих компоненты вакцин и лекарств против опасных инфекций (чумы, ВИЧ). На стадии клинических испытаний находится проинсулин, полученный из генетически модифированного сафлора. Успешно прошло испытания и одобрено к использованию лекарство против тромбозов на основе белка из молока трансгенных коз.
Бурно развивается новая отрасль медицины – генотерапия. В её основе лежат принципы создания ГМО, но в качестве объекта модификации выступает геном соматических клеток человека. В настоящее время генотерапия – один из главных методов лечения некоторых заболеваний. Так, уже в 1999 году каждый четвёртый ребенок, страдающий SCID (severe combined immune deficiency), лечился с помощью генной терапии. Генотерапию, кроме использования в лечении, предлагают также использовать для замедления процессов старения.
В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков.
Задача изменения генома взрослого человека несколько сложнее, чем выведение новых генноинженерных пород животных, поскольку в данном случае требуется изменить геном многочисленных клеток уже сформировавшегося организма, а не одной лишь яйцеклетки-зародыша. Для этого предлагается использовать вирусные частицы в качестве вектора. Вирусные частицы способны проникать в значительный процент клеток взрослого человека, встраивая в них свою наследственную информацию; возможно контролируемое размножение вирусных частиц в организме. При этом для уменьшения побочных эффектов ученые стараются избежать внедрения генноинженерных ДНК в клетки половых органов и тем самым избежать воздействия на ещё нерождённых потомков пациента. Также стоит отметить значительную критику этой технологии в СМИ: разработка генноинженерных вирусов воспринимается некоторыми слоями общественности как угроза для всего человечества.
С помощью генотерапии в будущем возможно улучшение генома человека. В настоящее время эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний на приматах. Долгое время генетическая инженерия обезьян сталкивалась с серьезными трудностями, однако в 2009 году эксперименты увенчались успехом: в журнале Nature появилась публикация об успешном применении генноинженерных вирусных векторов для исцеления взрослого самца обезьяны от дальтонизма.
Хотя и в небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия. Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей. Однако возможное создание более значительных изменений в геноме человека сталкивается с рядом серьёзных этических проблем.
С помощью ГМО исследуются закономерности развития некоторых заболеваний (болезнь Альцгеймера, рак), процессы старения и регенерации, изучается функционирование нервной системы, решается ряд других актуальных проблем биологии и медицины.
Использование ГМО в сельском хозяйстве
Генная инженерия используется для создания новых сортов растений, устойчивых к неблагоприятным условиям среды и вредителям, обладающих лучшими ростовыми и вкусовыми качествами. Создаваемые новые породы животных отличаются, в частности, ускоренным ростом и продуктивностью. Созданы сорта и породы, продукты из которых обладают высокой питательной ценностью и содержат повышенные количества незаменимых аминокислот и витаминов. Проходят испытания генетически модифицированных сортов лесных пород со значительным содержанием целлюлозы в древесине и быстрым ростом.
Картофель, устойчивый к колорадскому жуку, был создан путём введения гена выделенного из генома почвенной тюрингской бациллы Bacillus thuringiensis, вырабатывающий белок Cry, представляющий собой протоксин, в кишечнике насекомых этот белок растворяется и активируется до истинного токсина, губительно действующего на личинок и имаго насекомых, у человека и других теплокровных животных подобная трансформация протоксина невозможна и соответственно этот белок для человека не токсичен и безопасен. Опрыскивание спорами Bacillus thuringiensis использовалось для защиты растений и до получения первого трансгенного растения, но с низкой эффективностью, продукция эндотоксина внутри тканей растения существенно повысило эффективность защиты, а также повысило экономическую эффективность ввиду того что растение само начало продуцировать защитный белок. Путём трансформации растения картофеля при помощи Agrobacterium tumefaciens были получены растения, синтезирующие этот белок в мезофилле листа и других тканях растения и соответственно непоражаемые колорадским жуком. Данный подход используется и для создания других сельскохозяйственных растений, резистентных к различным видам насекомых.
Другие направления использования
Разрабатываются генетически модифицированные бактерии, способные производить экологически чистое топливо.
В 2003 году на рынке появилась GloFish – первый генетически модифицированный организм, созданный с эстетическими целями, и первое домашнее животное такого рода. Благодаря генной инженерии популярная аквариумная рыбка Данио рерио получила несколько ярких флуоресцентных цветов.
В 2009 году выходит в продажу ГМ-сорт розы «Applause» с цветами синего цвета.
Регулирование ГМО
В некоторых странах создание, производство, применение продукции с использованием ГМО подлежит государственному регулированию. В том числе и в Беларуси, где исследовано и одобрено к применению несколько видов трансгенных продуктов.
Тема № 14. Экологический мониторинг. Обеспечение экологической безопасности (2 ч.)
План занятия:
1. Цель, задачи, структура экомонитоpинга
Экологический мониторинг (мониторинг окружающей среды) – это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.
Функциональная структура экомонитоpинга состоит из пяти разделов:
1) раздел "состояние" – оценка экологического состояния ландшафтов, их компонентов и здоровье населения;
2) раздел "воздействие" – оценка техногенных факторов и их воздействия на природную среду и здоровье человека;
3) раздел "знание" – новый уровень знаний об исходной системе, включающий банки данных, модели экосистем, карты, справочники, словари, графики, таблицы, нормативную документацию;
4) раздел "прогноз" – прогнозирование экологических ситуаций, включая экологические экспертизы, выводы, прогнозы рекомендации для принятия управленческих решений;
5) раздел "регулирование" – регулирование качества природной среды, как основы устойчивого развития.
Внутренняя структура экомониторинга состоит из трех основных компонентов: природной, техногенной и социальной, каждой из которых должны соответствовать задачи конкретного экологического исследования (мониторинга).
Цель мониторинговых исследований – получение информации о состоянии объекта, его изменениях и выработка рекомендаций по его оптимизации.
Система наблюдений включает следующие подсистемы:
1) слежения за загрязнением воздуха в городах и промышленных районах;
2) слежения за загрязнением почв;
3) слежения за загрязнением пресных и морских вод;
4) слежения за трансграничным переносом веществ, загрязняющих атмосферу;
5) слежения за химическим и радионуклидным составом и кислотностью атмосферных осадков и загрязнением снежного покрова;
6) слежения за фоновым загрязнением атмосферы;
7) комплексные наблюдения за загрязнением природной среды и состоянием растительности.
При этом выполняются три вида работ:
1) режимные наблюдения;
2) оперативные;
3) специальные работы.
Система экомонитоpинга формируется в реальных условиях ограничений и делает необходимым выбор инструментов, финансирования, лимита времени, людских ресурсов, мощности вычислительной техники, а также правовых, моральных и других норм, которых приходится придерживаться.
Все компоненты экомониторинга должна охватывать информационная система, состоящая из поставщиков и носителей информации, способов и средств её передачи, накопления, обработки, хранения, представления пользователям. В соответствии с содержанием, информация может подразделяться на оперативную, тактическую экстренную (аварии, стихийные бедствия) и стратегическую, необходимую для средних и долгосрочных прогнозов. Информационная система экомонитоpинга требует отдельного обстоятельного исследования, в результате которого должны быть сфоpмулиpованы требования к форме и срокам поставки информации. В целом она должна быть достаточной, адекватной, своевременной и доступной пользователям. После определения исходной системы, становится возможным системный сбор данных средствами наблюдения, поставщиками информации. Затем происходит обработка первичной информации, оценка состояния ландшафтов и их компонентов, здоровья населения, а также техногенных факторов и их воздействия на природную среду и здоровье человека.
Таким образом, можно выйти на новый уровень знаний об исходной системе, на основе чего можно делать прогноз, выводы и провести экологическую экспертизу.
Действующие и возможные источники мониторинговой информации:
Следовательно, в системе экомонитоpинга должно быть задействовано значительное число организаций, каждая из которых призвана поставлять пакет информационных материалов, в совокупности pаскpывающих состояние и направления развития природной среды, здоровья населения и социально-демогpафических тенденций в обществе.
Система экомониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию:
Таким образом, в систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия.
Следует принять во внимание то, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой для принятия экологически значимых решений информации.
Основные задачи экологического мониторинга:
Экологический мониторинг окружающей среды может проводиться на различных уровнях пространственной организации: на уровне промышленного объекта, города, области, края, республики в составе федерации, а также на национальном уровне.
Обычно на территории уже имеется ряд сетей наблюдений, принадлежащих различным службам, и которые ведомственно разобщены, не скоординированы в параметрическом, хронологическом и других аспектах. Поэтому задача подготовки оценок, прогнозов, критериев альтернатив выбора управленческих решений становится на базе имеющихся в регионе ведомственных данных, в общем случае, неопределенной. В связи с этим, центральными проблемами организации экологического мониторинга являются эколого-хозяйственное районирование и выбор «информативных показателей» экологического состояния территорий с проверкой их системной достаточности.
Необходима разработка нормативных документов по организации системы мониторинга, pегламентиpующих:
2. Экологическое пpогнозиpование
Экологическое пpогнозиpование – процесс исследования возможных путей развития природных систем или их компонентов в будущем, определяемого как естественными процессами, так и воздействием на них хозяйственной деятельности человека с использованием разнообразных методик. В более конкретном, узком понятии – это специальное научное исследование конкретных перспектив изменений экосистем, окружающей среды на какой-либо территории в результате развития естественных процессов и воздействия хозяйственной деятельности человека.
Единая государственная система экологического мониторинга создана с целью наблюдения за происходящими в окружающей природной среде физическими, химическими, биологическими процессами, за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов, последствиями его влияния на растительный и животный мир, обеспечения заинтересованных организаций и населения текущей и экстренной информацией об изменениях в окружающей среде, предупреждения и прогноза ее состояния.
В зависимости от динамики развития экологической ситуации и степени pиска, вызванного этим развитием для пpиpоды и общества, прогноз может быть кpаткосpочным (до 1 года, оперативный), сpеднесpочным (до 5 лет, тактический) и долгосpочный (до 20 лет, стратегический).
По масштабам прогнозируемых явлений экологическое пpогнозиpование делят на:
Экологическое пpогнозиpование проводится с помощью специальных методик:
Указанные методы имеют сильные внутренние ограничения, которые требуют осторожного отношения к результатам экологического пpогнозиpования. Другое существенное ограничение возможностей экологического пpогнозиpования состоит в том, что для суждений о будущем поведении природных систем всегда недостает информации, что связано с исключительной сложностью природных систем, включающих организмы и человека. Разрыв в объеме имеющейся и необходимой информации, как правило, превышает несколько порядков. Обычно неизвестно, как поведет себя природная система в будущем при естественном развитии и тем более при наложении на нее процессов, связанных с хозяйственной деятельностью. Например, при довольно ясном представлении о физической природе парникового эффекта и наличии данных наблюдений о повышении температуры на Земле нет метода выделения в этом повышении антропогенного или естественного сигнала.
Экологическое пpогнозиpование – необходимое условие для проектирования различных природоохранных мероприятий. В зависимости от возмущающего фактора, реакции пpиpодных сpед и целей прогноза, он может быть оpиентиpован на конкретный пpиpодный объект, напpимеp, состояние воздуха по пеpифеpии ГРЭС или какого то иного промышленного пpедпpиятия, или водного источника, либо охватывать весь комплекс пpиpодных объектов и процессов и, наконец, включать в себя также реакцию здоровья населения на непосpедственое воздействие техногенеза и опосpедованное его воздействие через ухудшение состояния окружающей пpиpодной среды.
По мере укрупнения теppитоpии, охватываемой прогнозом, и срока его возможной реализации, в составе прогноза все большую pоль должны играть социально-экономические и демографические факторы и варианты развития.
В общем плане, вопросы ориентации планетарного и в определенной меpе межрегионального уровня экоменеджмента, дополнительно pассмотpены на основе резолюции, принятой на Конференции Организации Объединенных Наций по окружающей среде и развитию, состоявшейся в Рио-де Жанейpо в июне 1992 года
3. Методы оценки экологического риска
Экологический риск – вероятность наступления события, имеющего неблагоприятные последствия для окружающей среды и здоровья населения, обусловленного прогнозируемым негативным воздействием хозяйственной и иной деятельности, которое создает угрозу возникновения чрезвычайных ситуаций природного или техногенного характера.
Приемлемый экологический риск – нормативный показатель экологического риска, обеспечение которого при ведении хозяйственной и иной деятельности, является полной гарантией защищенности природной среды, здоровья населения и имущества физических и юридических лиц.
Предельно-допустимый экологический риск – нормативный показатель экологического риска, превышение которого при ведении хозяйственной и иной деятельности исключает гарантии защищенности благоприятной окружающей среды, здоровья населения и имущества физических и юридических лиц;
Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) по определению Международной организации по оценке влияния, – это процесс выявления, прогнозирования и смягчения биофизических, социальных и прочих эффектов от осуществления проектов до принятия решения о начале их реализации и принятии связанных с этим обязательств.
Оценка экологических рисков – это выявление и оценка вероятности наступления событий, имеющих неблагоприятные последствия для состояния окружающей среды, здоровья населения, деятельности предприятия и вызванного загрязнением окружающей среды, нарушением экологических требований, чрезвычайными ситуациями природного и техногенного характера.
Оценка экологических рисков помогает:
Оценка экологических рисков включает следующие этапы:
Управление риском – это разработка и реализация мероприятий по снижению риска. Цель управления риском – уменьшение возможных негативных последствий нежелательного развития событий в ходе реализации принятых решений до приемлемого уровня. Сам уровень приемлемого риска определяется с помощью математических моделей или экспертным путем.
Методы оценки экологического риска:
Оценка экологических рисков может быть различной в зависимости от того, с позиций, чьих интересов производится анализ проекта. Как правило, анализ проекта должен отражать интересы юридического лица, которое его осуществляет. В этом случае в числе затрат, направленных на ликвидацию экологических последствий аварии учитываются лишь те затраты, которые несёт непосредственно лишь данное юридическое лицо. Если проект претендует на поддержку со стороны федеральных или местных органов управления, наряду с расчетами традиционных показателей эффективности проекта, анализируют его значение для народного хозяйства, экономики субъекта Федерации или страны в целом.
Методы контроля за качеством окружающей среды. Существуют различные виды методов контроля за качеством окружающей среды. По методам исследований – химический, биологический, физический и другие. По используемым методам – наземный, авиационный и космический. Контроль за качеством окружающей среды производится с целью выявления ее загрязнения и состояния ее вообще по всем параметрам.
4. Обеспечение экологической безопасности
Экологическая безопасность – состояние защищенности окружающей среды и жизненно важных интересов человека и гражданина от возможного негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности и угроз возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, их последствий.
Угрозы экологической безопасности – вероятность создания необходимых и достаточных условий возникновения явлений, процессов и эффектов, реализация которых может привести к негативным воздействиям на окружающую среду и здоровье населения;
Угрозу экологической безопасности может представлять деятельность физических и юридических лиц, а также других государств, связанная с преднамеренным и непреднамеренным воздействием на окружающую среду, а также стихийные природные процессы и явления.
Экологическая безопасность касается промышленности, сельского и коммунального хозяйства, сферы услуг, области международных отношений. Иными словами, экологическая безопасность прочно входит в нашу жизнь, и ее важность и актуальность возрастает год от года.
Таким образом, экологическая безопасность – состояние защищенности личности, общества и Государства от последствий антропогенного воздействия на окружающую среду, а также стихийных бедствий и катастроф.
Мониторинг экологической безопасности – специальная система оценки экологических рисков в реальном времени в природных, антропогенных, природно-антропогенных объектах, в которых находятся или могут находиться источники негативных воздействий на окружающую среду и здоровье населения;
Обеспечение экологической безопасности государства – деятельность органов государственной власти, юридических и физических лиц национальных и международных общественных организаций, объединений, движений, политических партий и иных некоммерческих организаций, направленная на создание условий устойчивого экологически безопасного социально-экономического развития государства и предотвращение внешних и внутренних угроз его экологической безопасности;
Основными объектами экологической безопасности являются:
Субъекты обеспечения экологической безопасности. Основным субъектом обеспечения экологической безопасности является Государство, осуществляющее свои функции в этой области через органы национальной законодательной, исполнительной и судебной власти. Субъектами обеспечения экологической безопасности являются также юридические и физические лица, в том числе граждане, организации и объединения, обладающие правами и обязанностями по обеспечению экологической безопасности в соответствии с национальным законодательством Государства.
Обязанности субъектов хозяйственной деятельности по обеспечению экологической безопасности. Юридические и физические лица, осуществляющие хозяйственную или иную деятельность, представляющую угрозу экологической безопасности, независимо от форм собственности, обязаны представить в специально уполномоченные органы государственной системы экологической безопасности Государства сведения о безопасности, включающие:
Сведения о безопасности служат основанием для выдачи разрешения на осуществление деятельности, представляющей или способной представлять опасность для экологической безопасности.
Перечень видов деятельности, осуществляемой на основании разрешений, определяется национальным законодательством Государства.
Основными принципами обеспечения экологической безопасности являются:
Законодательными основами обеспечения экологической безопасности являются Конституция Государства и национальное законодательство в сфере экологической безопасности, международные договоры и соглашения, заключенные
К числу приоритетных направлений деятельности государства в экологической сфере относятся:
Очевидно, что проблему обеспечения экологической безопасности следует рассматривать в рамках наиболее крупной проблемы – национальной безопасности в целом. Она тесно взаимосвязана с государственной, общественной, оборонной, информационной и иными видами безопасности страны и регионов.
Известно, что в процессе практической деятельности по реализации интересов объективно возникают противоречия между индивидами, слоями общества, классами, государствами в результате их взаимодействия в ходе общественного развития. Результатом противоречий и интересов различных субъектов по отношению к компонентам окружающей среды является появление угроз экологической безопасности.
Категория «угроза» имеет не меньшее значение в теории национальной безопасности, чем категория «жизненно важные интересы». Своевременное обнаружение угроз и реагирование на них со стороны системы обеспечения национальной безопасности имеют первостепенную важность в практической деятельности по защите жизненно важных интересов личности, общества и государства.
Тема № 15. Возможность коррекции негативных воздействий на природную и социальную среду (4 ч.)
План занятия:
1. Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы
Постоянный рост населения планеты сопровождается бурным ростом использования всех видов природных ресурсов. Под влиянием хозяйственной деятельности человека природные ресурсы истощаются. Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов призваны решать эту проблему.
Охрана ресурсов в процессе их использования – это основной принцип охраны природы. Все связано со всем – гласит закон Б. Коммонера. Поэтому охрана одного природного объекта означает охрану объектов, связанных с ним.
Организация охраны природы должна осуществляться одновременно с рациональным природопользованием в двух направлениях:
1) минимизация вредных последствий производственной деятельности;
2) стимулирование нормального функционирования биосферы планеты.
Важными принципами рационального использования природных ресурсов являются:
2. Анализ негативных воздействий на природную и социальную среду и меры по их коррекции
Прогноз воздействий обычно осуществляется по отдельным компонентам окружающей среды. Впоследствии может быть проведен анализ того, как изменения в различных средах могут взаимодействовать друг с другом, а также анализ общей значимости воздействия на окружающую среду по всем компонентам.
Как правило, оцениваются воздействия на:
1. Воздушную среду.
2. Водную среду (поверхностные воды).
3. Почвы и подземные воды.
4. Шумовую обстановку.
5. Экосистемы, растительный и животный мир.
6. Социально-экономическую обстановку, в том числе здоровье населения.
7. Культурно-историческое наследие.
Кантер рекомендует процедуру из шести шагов, приведенную на рисунке 1.
Рисунок 1 – Пошаговая схема анализа воздействий
Таблица 1 кратко описывает содержание данных шагов для первых шести компонентов окружающей среды, перечисленных выше.
Оценка воздействия на историко-культурное наследие проводится по несколько отличной схеме, поскольку:
а) невозможно выявить потенциальные воздействия намечаемой деятельности до того, как выявлены историко-культурные объекты в районе влияния;
б) практически невозможно “уменьшить” воздействие проекта на историко-культурные объекты без изменения места осуществления деятельности, существенного изменения ее характера или отказа от ее осуществления.
Первая стадия включает определение известных культурных, исторических и археологических ресурсов, включая памятники истории и культуры, религиозные памятники и объекты. Информацию по ним можно получить у местных властей, обществ охраны памятников истории и культуры, в государственных регистрах памятников, в высших учебных заведениях и научных учреждениях.
Вторая стадия касается выявления потенциальных (то есть незанесенных в списки) культурных и иных ресурсов, особенно тех, которые важны для местного населения, в том числе национальных и других меньшинств. Эту информацию можно получить только полевыми методами (включая проведение опросов населения, посещение площадок и т.д.)
На третьей стадии необходимо определить значимость историко-культурного наследия, затрагиваемого планируемой деятельностью. Особенно важно понять, являются ли выявленные на стадии 2 объекты достаточно важными для отнесения их к категории памятников истории и культуры.
На четвертой стадии определяются возможные воздействия планируемой деятельности на всех этапах ее осуществления – от строительства до вывода из эксплуатации – на объекты историко-культурного наследия. Воздействия, как и в других случаях, могут быть прямые (например, снос исторического здания) и непрямые (например, усилившаяся эрозия почв, возникшая в результате деятельности, разрушает археологический объект), так же как значительные и незначительные.
На пятой стадии происходит выбор альтернатив и мер по уменьшению воздействия (например, изменение масштаба проекта, сохранение, реставрация и защита памятников (вместо их сноса), перенесение объектов на другое место, сохранение археологических ценностей. Кроме того, если намечаемое строительство будет происходить в районе, где возможны археологические находки, хотя они не были выявлены в процессе ЭО, разумно разработать план действий на случай обнаружения археологических ценностей в процессе строительства и эксплуатации.
Таблица 1. Пошаговая процедура анализа воздействий
|
Анализ воздействий |
Воздушная среда |
Поверхностные воды |
Почвы и подземные воды |
|
Определение возможных воздействий |
Определение типов и количества выбросов в атмосферу и их воздействий |
Определение объемов водозабора и сбросов в водную среду, включая диффузные источники |
Изъятие плодородного слоя Складирование отходов Водозабор из подземных источников |
|
Описание существующих условий |
Определение региона воздействия Описание существующих метеоусловий и уровня загрязнения воздушной среды |
Оценка существующего стока, качества воды, типов водопользования |
Типы почв, землепользование Гидрология грунтовых и подземных вод, их использование |
|
Ознакомление c cуществующими требованиями |
ПДК по воздуху, инструкции по расчету рассеивания загрязнений |
ПДК по воде, ограничения на водопользование |
Ограничения на землепользование и использование подземных вод |
|
Предсказание величины воздействий |
Применение моделей массового баланса и моделей рассеивания |
Метод массового баланса, модели разбавления, модели водных экосистем |
Kачественные методы (сходные проекты) |
|
Модели межсредового распределения и трансформации загрязнения |
|||
|
Оценка значимости воздействия |
Сравнение воздействий со стандартами. Определение возможного влияния на критические группы населения и уязвимые рецепторы экосистем и культурного наследия |
Сравнение воздействий со стандартами. Влияние на критические водные экосистемы и типы водопользования |
Сравнение с требованиями по землепользованию и водопользованию из подземных источников Экспертная оценка критичности утраты почвы/площади |
|
Определение и включение в проект мер по смягчению воздействия |
Уменьшение неорганизованных выбросов Ограничение практики сжигания отходов Очистка выбросов из организованных источников Ограничения типов автомобилей / двигателей /применяемого топлива на дорогах |
Схемы более эффективного водопотребления. Сокращение неорганизованных стоков. Предотвращение эрозии. Очистные сооружения. Организация сбора и очистки поверхностных стоков. |
Kонтроль эрозии, оборотное землепользование, рекультивация почв. Эффективность водопотребления. Гидроизоляция и другие меры для ограничения поступления загрязняющих веществ в подземные воды. |
Таблица 1. Пошаговая процедура анализа воздействий (продолжение)
|
Анализ воздействий |
Шумовое загрязнение |
Растительный и животный мир |
|
Определение возможных воздействий |
Шум во время строительства (типы строительной техники). Шум во время эксплуатации (типы оборудования). |
Изъятие земель. Поступление токсикантов в экосистемы. Шум и другое беспокойство. Чуждые виды (интродукция) |
|
Описание существующих условий |
Типичный уровень шума для данного типа местности; данные измерений. Распределение населения |
Списки биологических видов в районе воздействия; биоразнообразие, редкие виды. Описание местообитаний, биотопов, экосистем и сукцессий |
|
Ознакомление с существующими требованиями |
Предельно допустимые уровни шума. Стандарты ВОЗ |
Наличие ООПТ, особых мер по защите животных/растений |
|
Предсказание величины воздействий |
Модели распространения шума (разный уровень сложности) |
Качественные методы (анализ местообитаний и воздействия на них намечаемой деятельности). Количественные модели экосистем. Анализ воздействия сходных проектов |
|
Оценка значимости воздействия |
Сравнение воздействия со стандартами. Приемлемость уровня/ типа шума для населения (по сходным проектам). Влияние на экосистемы (литературные данные) |
Редкость видов. Роль видов в экосистемах. Уникальность экосистем. Уязвимость/устойчивость экосистем. Экономическая ценность видов |
|
Определение и включение в проект мер по смягчению воздействия |
Шумозащитные барьеры. График проведения строительных работ. Стандарты на технику и оборудование. Размещение объекта, проектирование сооружений |
Предотвращение воздействий (например, буферные зоны). Смягчение последствий (например, рекультивация или облесение) |
Таблица 1. Пошаговая процедура анализа воздействий (продолжение)
|
Анализ воздействий |
Социально-экономические воздействия |
|
Определение возможных воздействий |
Kоличество рабочих мест (строительство и эксплуатация); влияние на деловую активность. Платежи из общественных фондов и поступления в эти фонды. Изменения в землепользовании и последующей застройке. Изменение цен недвижимости. Влияние на санитарно-эпидемиологическую обстановку, контроль стихийных бедствий. Влияние на коммунальные/муниципальные службы: водоснабжение, канализацию, транспорт, образование и здравоохранение и т.д. Влияние на рекреационные возможности. |
|
Описание существующих условий |
Определение "региона влияния" (например, административный район). Сбор статистических данных по социально-экономической и демографической обстановке в регионе влияния. |
|
Ознакомление с существующими требованиями |
Санитарно-гигиенические требования. Требования по организации сетей водоснабжения, канализации |
|
Предсказание величины воздействий |
Описательные методы (количественные и качественные). Экономические модели. Воздействие сходных проектов. Сравнение альтернатив развития |
|
Оценка значимости воздействия |
Сравнение с требованиями и стандартами. Сравнение с географически усредненной для района величиной. Длительность, затронутое население, обратимость воздействий. Оценка значимости для сообщества. |
|
Определение и включение в проект мер по смягчению воздействия |
Зависят от типа воздействия. Могут включать меры по смягчению различных воздействий на окружающую природную среду, приводящих к последствиям социально-экономического характера. Могут также включать меры по улучшению работы коммунальных и муниципальных служб, взносы в местные бюджеты и т.д. |
3. Экозащитные технологии
Разработка и внедрение экозащитных технологий предусматривает снижение экологической опасности производственных процессов и сельскохозяйственных работ. Основные направления развития экозащитных технологий:
1) снижение расхода природных, материальных и энергетических ресурсов;
2) сокращение техногенного воздействия на окружающую природную среду.
Защита атмосферного воздуха от химических загрязнений и пыли осуществляется применением технологии улавливания дисперсных частиц, фильтрации и очистки отходящих газовых выбросов, использованием их в качестве сырья для других производств.
Экологическая защита водных ресурсов состоит в ограничении потребления воды для технологических целей, применении замкнутых оборотных систем водоснабжения, строительстве систем водоподготовки, канализования и очистки сточных вод с применением новейших технологий, использовании в качестве обеззараживания действия УФ-установок, методов озонирования, замене металлических трубопроводов на коррозионно стойкие – стеклопластиковые, отказе от строительства новых гидроэлектростанций – причин деградации водных объектов.
Экологическая защита почвы и подземных вод. Развиваются технологии рекультивации земель, нарушенных или загрязненных в результате добычи ресурсов, их транспортировки, переработки, утилизации отходов производства. Среди новых разработок – использование экологически безопасных сорбентов, применение биологических препаратов. Отрасль вторичного использования отходов является одним из способов ликвидации постоянно растущего объема отходов производства и потребления. Агротехнические мероприятия, включающие щадящие виды вспашки почвы, внесение органических удобрений, отказ от пестицидов, применение нехимических методов борьбы с вредителями полей, садов и огородов, рациональное использование поливных систем, также являются новыми экозащитными технологиями. Строительство электростанций, использующих альтернативные – экологически чистые источники энергии, позволит сократить использование нефти, газа, сланцев, угля.
Важным преимуществом современных технологий является автоматизация производства и мониторинга, дающая возможность управлять процессами и при необходимости вносить коррективы. Международное сотрудничество по обмену опытом в области достижений науки и техники, направленных на экологизацию производства, успешно развивается.
Инженерная защита окружающей среды. Основными направлениями инженерной защиты окружающей природной среды от загрязнения и других видов антропогенных воздействий являются внедрение ресурсной технологии, биотехнологий, утилизации и детоксикации отходов, а главное – экологизация всего производства, при котором обеспечивалось бы включение всех видов взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота веществ. Эти принципиальные направления основаны на цикличности материальных ресурсов и заимствованы у природы, где, как известно, действуют замкнутые циклические процессы. Технологические процессы, в которых в полной мере учитываются все взаимодействия с окружающей средой и приняты меры к предотвращению отрицательных последствий, называют экологизированными. Подобно любой экологической системе, где вещество и энергия расходуются экономно и отходы одних организмов служат важным условием существования других, производственный экологизированный процесс, управляемый человеком, должен следовать биосферным законам, и в первую очередь закону круговорота веществ.
Другой путь, например создание всевозможных, даже самых совершенных очистных сооружений, не решает проблему, так как это борьба со следствием, а не с причиной. Основная причина загрязнения биосферы – это ресурсоемкие и загрязняющие технологии переработки и использования сырья. Именно эти так называемые традиционные технологии приводят к огромному накоплению отходов и к необходимости очистки сточных вод и утилизации твердых отходов.
Новейший вид инженерной защиты – это внедрение биотехнологических процессов, основанных на создании необходимых для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью микроорганизмов. Биотехнология нашла широкое применение в охране природной среды, в частности при решении следующих прикладных вопросов:
1) утилизации твердой фазы сточных вод и твердых бытовых отходов с помощью анаэробного сбраживания;
2) биологической очистки природных и сточных вод от органических и неорганических соединений;
3) микробном восстановлении загрязненных почв, получении микроорганизмов, способных нейтрализовать тяжелые металлы в осадках сточных вод;
4) компостировании;
5) создании биологически активного сорбирующего материала для очистки загрязненного воздуха.
Инженерная защита атмосферного воздуха предусматривает применение на предприятиях сухих пылеуловителей – циклонов, пылеосадительных камер или мокрых пылеуловителей – скрубберов, а также фильтров – тканевых, зернистых или высокоэффективных электрофильтров.
Эколого-защитные нормативы направлены на сохранение генофонда Земли, восстановление экосистем, сохранение памятников всемирного культурного и природного наследия и т.п. Они используются при организации охранных зон заповедников, природных национальных парков, биосферных заповедников, зеленых зон городов и т.п.
Производственно-хозяйственные нормативы предназначены для ограничения параметров производственно-хозяйственной деятельности конкретного предприятия с точки зрения экологической защиты природной среды. К ним относятся технологические, градостроительные, рекреационные и другие нормативы хозяйственной деятельности.
Технологические нормативы включают: предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ в атмосферу, предельно допустимый сброс (ПДС) загрязняющих веществ в водоемы и предельно допустимое количество сжигаемого топлива (ПДТ). Эти нормативы устанавливаются для каждого источника поступления загрязнений в окружающую среду и тесно связаны с профилем работы, объемом и характером загрязнений конкретного предприятия цеха, агрегата.
Градостроительные нормативы разрабатывают для обеспечения экологической безопасности при планировке и застройке городов и других населенных пунктов.
Рекреационные нормативы определяют правила пользования природными комплексами в целях обеспечения условий для полноценного отдыха и туризма.
4. Медико-санитарное обеспечение безопасности человека
В последние десятилетия проблема профилактики неблагоприятного воздействия факторов окружающей среды на здоровье человека выдвинулась на одно из первых мест среди других общемировых проблем.
Это связано с быстрым нарастанием числа различных по своей природе (физических, химических, биологических, социальных) факторов, сложным спектром и режимом их воздействия, возможностью одновременного (комбинированного, комплексного) действия, а также многообразием патологических состояний, вызываемых этими факторами.
Среди комплекса антропогенных (техногенных) воздействий на окружающую среду и здоровье человека особое место занимают многочисленные химические соединения, широко используемые в промышленности, сельском хозяйстве, энергетике и других сферах производства. В настоящее время известно более 11 млн. химических веществ, а в экономически развитых странах производится и используется свыше 100 тысяч химических соединений, многие из которых реально воздействуют на человека и окружающую среду.
Воздействие химических соединений способно вызывать практически все патологические процессы и состояния, известные в общей патологии. Причем по мере углубления и расширения знаний о механизмах токсического воздействия выявляются все новые виды неблагоприятных эффектов (эмбриотоксическое, канцерогенное, мутагенное, тератогенное, иммунотоксическое, аллергизирующее и другие типы действий).
Существует несколько принципиальных подходов к предупреждению неблагоприятных эффектов действия химических веществ:
В связи с тем, что современная химия стала определяющим фактором в развитии ключевых направлений во всей системе производительных сил, выбор стратегии профилактики является сложной, многокритериальной задачей, решение которой требует анализа как риска развития ближайших и отдаленных неблагоприятных эффектов влияния вещества на организм человека, его потомство, окружающую среду, так и возможных социальных, экономических, медико-биологических последствий запрета производства и применения химического соединения.
Определяющим критерием для выбора стратегии профилактики является критерий предупреждения (недопущения) вредного действия. В нашей стране и за рубежом запрещено производство и использование ряда опасных промышленных канцерогенов и пестицидов. Введен запрет контакта работающих и выброса в окружающую среду наиболее биологически активных химических соединений, например, некоторых лекарственных препаратов.
ПДК атмосферного загрязнения представляет собой максимальную концентрацию, не оказывающую на протяжении всей жизни человека прямого или косвенного неблагоприятного воздействия на его здоровье и здоровье последующих поколений, не снижающую работоспособность и не ухудшающую его самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни.
Методологические основы гигиенического нормирования атмосферных загрязнений формулируются следующим образом:
1. Допустимой признается только та концентрация химического вещества в атмосфере, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного или неприятного действия, не влияет на самочувствие и работоспособность.
2. Привыкание к вредным веществам, находящимся в атмосферном воздухе, рассматривается как неблагоприятный эффект.
3. Концентрации химических веществ в атмосфере, которые неблагоприятно действуют на растительность, климат местности, прозрачность атмосферы и бытовые условия жизни населения, считаются недопустимыми.
Существующая в настоящее время практика гигиенического нормирования загрязняющих веществ в атмосферном воздухе основана главным образом на первых двух критериях вредности. Экологические эффекты атмосферных загрязнений при разработке ПДК учитываются пока редко.
Промышленные химические вещества в условиях производства воздействуют в течение 6–8 ч на лица трудоспособного возраста, проходящие предварительные (перед поступлением на работу) и периодические медицинские осмотра.
ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны определяется как концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов (но не более 41 часа в неделю) за весь период деятельности не вызывает возникновение заболеваний или отклонений в состоянии здоровья работающего и его потомков, обнаруживаемых современными методами исследований во время работы или в отдаленные сроки жизни.
Объектами стандартизации на предприятиях являются: организация работ по охране труда, контроль состояния условий труда, порядок стимулирования работы по обеспечению безопасности труда, организация обучения и инструктажа работающих по безопасности труда, организация контроля безопасности труда и всех других работ, которыми занимается служба охраны труда.
5. Меры по снижению отрицательного воздействия городской среды на компоненты биосферы
1) технологические – отвод канализации, строительство очистных сооружений и модернизация построенных с использованием новейших технологий очистки хозяйственно-бытовых стоков, замена хлорирования на другие методы обеззараживания; электрификация транспорта, замена топлива на экологически более чистые виды; организация системы управления отходами – раздельный сбор, компостирование, рециклинг, полигоны захоронения;
2) архитектурно-планировочные – организация санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий; планировка расположения жилых зон с учетом климатических, физико-географических и геологических условий; озеленение городов;
3) инженерно-организационные – рационализация работы городского транспорта, предприятий; замена трубопроводов городских коммуникаций на более устойчивые к действию агрессивных сред; организация социально-экологического мониторинга состояния всех компонентов городской экосистемы;
4) экономические – инвестиции в экологические технологии; стимулирование применения таких технологий – освобождение от уплаты части налогов;
5) правовые – разработка и применение законодательных актов по защите окружающей среды.
Очень важным инструментом является развитие науки урбоэкологии, занимающейся поиском путей, средств, методов решения проблем. Предупреждение загрязнения окружающей природной среды всегда дешевле, чем ликвидация или устранение его последствия. В этой связи актуально планирование природоохранной деятельности. Моделирование и прогноз, оценка риска являются хорошим подспорьем в решении экологических проблем городов.
6. Охрана природы и рекультивация земель на территориях, интенсивно освоенных хозяйственной деятельностью
Изыскательские работы, добыча полезных ископаемых, их переработка, строительство предприятий и прокладка магистралей всех видов наземного транспорта вызывают изменения почвенного покрова и нарушение гидрологического режима, а также образование техногенного ландшафта.
Рекультивация – искусственное восстановление плодородия почв и растительного покрова. Различают техническую и биологическую рекультивации.
Рекультивация может иметь значение:
1) сельскохозяйственное – с последующим использованием для получения сельскохозяйственной продукции;
2) водохозяйственное – восстановление береговых зон, предотвращение осушения болот;
3) лесохозяйственное – посадка лесных насаждений;
4) рекреационное – использование крупных выемок для создания искусственных водоемов, рекреационных зон.
Анализ исходного состояния почвы служит основой для точного выбора:
1) механических способов обработки – вспашки, рыхления, дискования;
2) количества и видов удобрений;
3) объема и режима полива;
4) внесения структуратора для улучшения состояния газовоздушной среды.
При технической рекультивации производятся планировка поверхности отвалов, террас, приведение в устойчивое состояние откосов и отвалов, при необходимости применяется химическая мелиорация – известкование почв, гипсование. Рекультивируемые площади покрываются слоем плодородной почвы, которая была снята в начале эксплуатации участка земли и хранилась до окончания работ. При загрязнении почв в результате техногенных аварий и природных катастроф, разрывов трубопроводов и разливов сырья либо химических веществ выполняют комплекс мероприятий. Локализуют загрязнение, по возможности удаляя, нейтрализуя и снижая объемы его вредного воздействия. Эта работа сопровождается применением механических и физико-химических методов.
После технической рекультивации осуществляют биологическую рекультивацию. Она заключается в восстановлении и повышении плодородия почв посредством проведения специальных агротехнических и фитомелиоративных мероприятий. Биологическая рекультивация направлена на возобновление обитания в почве животных, растений, грибов и микроорганизмов.
Заключительным этапом рекультивации является высев трав, который должен выполняться с учетом научных исследований и выбором видов растений, способных расти в данных условиях и обеспечивать развитие микрофлоры почвы. Окончательное восстановление почв занимает несколько лет.
Очень важным условием проведения любого вида рекультивации является научный подход к проведению восстановительных работ.
7. Пути решения экологических проблем
Экологические проблемы связаны с изменением природной среды в результате антропогенных воздействий, ведущее к нарушению структуры и функционирования природных систем (ландшафтов) и приводящее к негативным социальным, экономическим и иным последствиям. Понятие экологической проблемы является антропоцентричным, так как негативные изменения в природе оцениваются относительно условий существования человека.
Экологические проблемы, связанные с нарушением отдельных компонентов ландшафта или их комплекса можно условно объединить в шесть групп:
По основным экологическим последствиям изменения природы выделяют следующие экологические проблемы и ситуации:
Мир охвачен жестоким эколого-социальным кризисом, который быстро развивается, и не менее жестокими экономическими войнами. В результате человечество оказалось перед выбором направления своего развития, так как, с одной стороны, быстро растущая экономика пришла в столкновение с глобальной окружающей средой, а с другой, рост экономики не смог решить социальные проблемы, прежде всего проблемы нищеты и голода. Выбор оказывается нелегким. Или человечество, окончательно разрушив природу суши, может быть (??), решит социальные проблемы, но неизбежно столкнется с экологической катастрофой, или найдет альтернативу такому выбору и решит социальные проблемы, избежав экологической катастрофы. Человек должен осознать себя частью биосферы и ее основной составляющей – биоты, которая формирует окружающую среду, ощутить огромную сложность этой саморегулирующейся системой, которую вряд ли человеческому разуму удастся понять до конца, а тем более заменить технической системой. Человек должен понять и нормально воспринимать свою роль в механизме поддержания стабильности биосферы. Новая экологическая парадигма – теория биотической регуляции окружающей среды направлена на:
Решение экологических проблем зависит от нас самих. Мы должны уяснить, что все идет к исчезновению жизни на Земле, и необходимо срочно принять меры.
Необходимо массовое внедрение людей в программу по защите окружающей среды. Для этого нужно выбрать правильное решение экологических проблем.
Основными направлениями повышения экологической устойчивости территории являются: