Пути миграции чужеродных веществ в организме

Почвенный раствор – это жидкая фаза почвы, ее наиболее подвижная, активная и изменчивая часть. Почвенный раствор является основным источником химических элементов питания растений и микроорганизмов почвы. Формирование химического состава почвенного раствора определяется составом пород, образующих почву, растительного опада, атмосферных осадков и техногенной пыли. Почвенный раствор участвует во всех процессах превращения минеральных и органических веществ, в том числе и загрязнений антропогенного происхождения, их миграции. Изменение химического состава почвенного раствора позволяет судить о влиянии антропогенных загрязнений на биосферу.

В составе почвенных растворов в регионах с повышенным антропогенным загрязнением имеет место повышенная концентрация ионов Н+, SO42-, Al3+,Mn2+, Cu2+, Mg2+ и многих тяжелых металлов. Снижение рН почвенного раствора, как и воды водоемов, приводит к тяжелым экологическим последствиям, которые заключаются в увеличении растворимости в кислой среде многих высокотоксичных металлов. В кислых почвенных растворах и в воде водоемов с рН < 6 концентрации тяжелых металлов (Сu, Pb, Hg, As, Sb и др.) достигают 10–1 000 мг/л, тогда как в «чистых» почвенных растворах и водоемах их содержание измеряется микрограммами.

Увеличение кислотности почв отражается на жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и приводит к повышенному содержанию тяжелых металлов в растительности, в том числе и в овощах, употребляемых человеком. Антропогенное закисление почв и загрязнение их тяжелыми металлами в подвижной форме тормозят процессы разложения растительных остатков и нарушают естественный кругооборот биогенных элементов. При закислении почвы уменьшается количество доступных для растений питательных элементов (Са, Mg) в результате их взаимодействия с серной кислотой и образования малорастворимых солей (CaSO4, MgS04). Одновременно в кислой среде алюминий переходит в растворимую форму и блокирует усвоение растениями биологически необходимого фосфора за счет связывания катионами алюминия фосфат ионов с образованием нерастворимого фосфата алюминия (АlРО4). При рН < 5 погибают азотфиксирующие бактерии, что приводит к нарушению азотного питания растений.

Серьезную экологическую опасность представляют грунтовые и поверхностные воды, формирующиеся в местах расположения организованного и стихийного складирования производственных и хозяйственно-бытовых отходов. В этих водах могут присутствовать самые разные химические элементы и вещества в непредсказуемых концентрациях.

Четвертая стадия. Поступление загрязнений в организмы животных, обитающих на суше, с растительными кормами 13, в процессе дыхания 14 и с питьевой водой 15. В организмах гидробионтов концентрируются загрязнения, растворенные в воде, содержащиеся в водной растительности и планктоне 16, 17. Например, планктон концентрирует в своей массе свинец в 12 000, кобальт в 16 000, а медь в 90 000 раз больших концентрациях по сравнению с их концентрациями в водоеме.

Пятая стадия. Поступление антропогенных загрязнений, содержащихся в злаках, овощах, фруктах, ягодах 19, в мясе животных, рыбы и морепродуктов 18, 20, 22, при их переработке в пищевые продукты в организм человека. Одновременно в процессе дыхания и употребления питьевой воды в организм человека поступают загрязнения, находящиеся в атмосферном воздухе 21 и питьевой воде 23.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ПОСТУПЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

 

 

Поступление жизненно необходимых химических соединений и токсичных веществ в организм человека осуществляется тремя путями: ингаляционным, через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) и кожные покровы.

Быстрее всего токсичные вещества поступают в организм ингаляционным путем при вдыхании воздуха, загрязненного газообразными и пылеобразными химическими соединениями. Через дыхательные пути токсичные соединения поступают в виде молекул и микрочастиц (аэрозолей). В виде молекул в легкие проникают пары летучих и газообразных веществ (аммиака, оксидов серы и азота, пары ртути, низших углеводородов, простых эфиров и др.), в виде аэрозолей – большинство химических элементов в форме оксидов, солей, гидроксидов и кислот (Астафьева, 2006).

Через ЖКТ поступают токсичные вещества, содержащиеся в пище и питьевой воде. В процессе движения пищи по ЖКТ токсичные вещества растворяются и всасываются через стенки тонкого кишечника и далее поступают в кровеносную систему. Кровь из ЖКТ вместе с растворенными веществами проходит через печень, где происходит детоксикация токсинов, вырабатываемых болезнетворными бактериями, и частично задерживаются некоторые химические токсиканты. При этом некоторые инородные для организма вещества – токсиканты – подвергаются в печени метаболизму, а продукты разложения токсикантов повреждают печень.

Через кожные покровы проникают в организм те вещества, которые растворяются в жировой составляющей кожных покровов; это прежде всего органические соединения и некоторые неорганические вещества. Загрязнения проникают в организм чаще всего в производственных условиях при непосредственном контакте человека с загрязняющим веществом.

Транспорт питательных и токсичных веществ, кислорода и продуктов обмена веществ (метаболизма) в организме человека осуществляется системой кровообращения. Поступившие в организм соединения транспортируются с током крови и распределяются по отдельным органам и тканям, где и накапливаются (эффект биоаккумуляции).

Неравномерность распределения химических элементов по органам и тканям определяется их свойствами и структурой органа, в котором они накапливаются. Как уже отмечалось выше органы, в которых накапливаются токсичные вещества, называют органами-мишенями для данного соединения (элемента). В них происходят патологические изменения, степень которых определяется химической природой загрязняющего вещества и его дозой (концентрацией).

Наиболее чувствительны к токсическому воздействию неорганических соединений белки, нуклеиновые кислоты и ферменты. Ионы неорганических соединений включаются в эти биополимеры на всех этапах биосинтеза, построения макромолекулярных структур органов и тканей.

Одновременно с токсическим влиянием действует гомеостатический механизм клеток организма, который противодействует интоксикации (отравлению организма вредными веществами) путем их изолирования и выведения. Токсичные вещества выводятся из организма через почки (с мочой), кожные покровы (с потом); летучие вещества удаляются через легкие (с выдыхаемым воздухом).

Обмен веществ составляет сущность жизнедеятельности любого организма. Этот непрерывный, самосовершающийся и саморегулируемый круговорот веществ, протекающий в процессе существования живой материи и сопровождающийся ее постоянным самообновлением, называютобменом веществ.

Обмен веществ – сочетание многих разнообразных и противоположно направленных процессов. Одним из них является метаболизм, сущность которого заключается, с одной стороны, в образовании в организме сложных биоорганических веществ (белков, нуклеиновых кислот и др.) из более простых, поступающих из внешней среды в виде пищи; с другой стороны – в распаде биоорганических веществ живого организма на более простые, называемые метаболитами, с их последующим выведением из организма. Понятие «обмен веществ» кроме метаболизма включает физиологические процессы, протекающие в организме (питание, выделение), и физические (сорбция, перенос веществ в организме). Появление в среде чужеродных для организма токсичных соединений (химических элементов) неизбежно отражается на его состоянии. В этом смысле любой организм представляет собой систему, закономерно изменяющуюся в зависимости от условий среды, с которой организм постоянно взаимодействует.

Присущие организмам молекулярные механизмы преобразования, воспроизводства и разрушения биоорганических и неорганических соединений действуют лишь в определенных, ограниченных интервалах химического состава и концентраций веществ во внешней среде.

Безусловно, расширение наших представлений о разнообразных процессах миграции токсикантов в организме человека и компонентах биосферы требует дополнительных исследований и повышения точности измерительного оборудования. Кроме того, все определенные параметры должны быть вписаны как в биогеохимические круговороты, так и биоценотические процессы. Именно на этом пути находится новое направление исследования роли антропогенного фактора в развитии и функционировании природных комплексов и биосферы в целом. Это направление называется глобальная экодинамика – она предусматривает изучение тонких механизмов и разнообразных процессов в системе «Природа–Общество», возможность биологической адаптации организмов различного уровня организации к условиям резкого изменения параметров окружающей среды, а также моделирование состояния биосферы в будущем.

 

 

 

                                       4 КСЕНОБИОТИКИ

 

 

 

Ксенобиотики загрязняют все среды природы — воздух, водоемы, почву и растительный мир. Промышленные отходы и другие загрязнители природной среды имеют способность быстро распространяться в воздухе и воде, включаясь в круговорот природы. Эти токсические соединения накапливаются в водоемах и почве, иногда в местах, значительно удаленных от источников заражения, чему способствуют ветер, дождь, снег, а также миграция загрязнителей водным путем (моря, реки, озера). Из почвы они попадают в растения и организм животных.  
           Центральное место в круговороте ксенобиотиков, происходящем в биосфере, занимает почва. Она находится в постоянном взаимодействии с другими экологическими системами, такими как атмосфера, гидросфера, растительный мир, и является важным звеном поступления различных компонентов, в том числе и ядовитых, в организм человека. Происходит это прежде всего через пищу. Все живые существа нуждаются в пище как в источнике энергии, строительных материалов и питательных веществ, обеспечивающих жизнедеятельность организма. Однако, если в ней содержаться не только полезные, по и вредные вещества, она становится опасной. Ксенобиотики являются причиной болезней и гибели растений и животных. Особую опасность приобретают ксенобиотики, стойкие к окружающей среде и способные в ней накапливаться.  
Распространенность ксенобиотиков в окружающей среде зависит от климатических и метеорологических условий и характера водоемов. Так, повышенная влажность воздуха, направление ветра, осадки (дождь, снег) способствуют распространенности и выпадению ксенобиотиков. Пресные водоемы, моря и океаны отличаются по степени аккумуляции ксенобиотиков. Вид почвы, различные растения и их составные части различаются также по степени поглощения и удержания ксенобиотиков. Да и разные животные обладают различной чувствительностью к ксенобиотикам. Степень накопления ксенобиотиков в организме животных обусловлена стойкостью этих чужеродных веществ. Так, канадские исследователи показали, что в воде озера Мичиган содержалось только 0,001 мг пестицида ДДТ в 1 л, в составе же мяса креветок содержалось уже 0,4 мг/л, в жире рыб — 3,5 мг/л, а в жире чаек, которые питались рыбой из этого озера, — 100 мг/л. Следовательно, в каждом последующем звене пищевой цепи происходит постепенное увеличение концентрации стойкого пестицида ДДТ, причем самое низкое содержание этого вещества отмечалось в воде озера. Поэтому неудивительно, что хлорорганические пестициды встречаются не только в жире морских рыб и сельскохозяйственных животных, но даже и у пингвинов, обитающих в Антарктиде. Человек всегда должен помнить, что его деятельность в одной точке планеты может вызвать неожиданные последствия в другой ее точке. Например, буревестник вроде бы живет на необитаемых скалах в Атлантическом океане и питается исключительно рыбой. Однако он становится исчезающим видом из-за используемого на суше ДДТ, который накапливается в морских пищевых цепочках. Другим примером могут быть полярные льды, которые содержат значительное остаточное количество ДДТ, принесенного атмосферными осадками.  

Свойства ксенобиотиков, поступающих из внешней среды в организм человека:

• способность ксенобиотиков распространяться в окружающей нас среде далеко за пределы своего первоначального местонахождения (реки, ветры, дождь, снег и др.);

• загрязнения окружающей среды весьма устойчивы;

• несмотря на широкое различие в химической структуре, ксенобиотики обладают определенными общими физическими свойствами, которые увеличивают их потенциальную опасность для человека;

• особенно опасны для здоровья человека сочетания различных ксенобиотиков;

• ксенобиотикам свойственна малая интенсивность обмена и удаления, в результате чего они накапливаются в тканях растений и животных;

• токсичность ксенобиотиков для высших млекопитающих обычно выше, чем для видов животных более низкого филогенетического порядка;

• способность ксенобиотиков накапливаться в пищевых продуктах;

• ксенобиотики снижают питательную ценность продуктов.

Всем ясно, что живые организмы нуждаются в пище. Добывание пищи, как растительного, так и животного происхождения, характеризуется как питание. Среди многочисленных условий внешней среды, постоянно воздействующих на организм человека и животных, фактору питания принадлежит наибольший удельный вес. Пища имеет одно принципиальное отличие от всех факторов внешней среды, так как элементы пищевых продуктов трансформируются в энергию физиологических функций и структурные компоненты человеческого тела. Академик И.П. Павлов писал: «Существеннейшей связью живого организма с окружающей средой является связь через известные химические вещества, которые должны поступать в состав данного организма, т. е. связь через пищу».  
         В ходе эволюции на Земле взаимоотношения сложились так, что одни организмы служили пищей для других и таким образом установились стабильные пищевые цепи. В результате человек стал главным конечным звеном многочисленных пищевых путей и может включаться в эти цепи питания практически на любом уровне. И это неудивительно, так как жизнь со своего возникновения сформировалась как цепной процесс. Процветание любого организма во многом определяется его положением в пищевой цепи, причем это обеспечивается эффективностью взаимодействий не только с предшествующими, но и последующими членами пищевой цепи. Другими словами, существенную роль играет не только источник питания и его эффективное поглощение, но и поедаемость данного члена экологической системыдругим. Пути миграции, т.е. пищевые пути, по которым движутся питательные вещества, многообразны, в том числе короткие и длинные. Пример длинной пищевой цепи: водоемы — почва — растения — животные — продукты питания — человек. Пример короткой пищевой цепи: водоемы — гидробионты — рыба — человек.  
      Образовавшиеся в природе органические вещества мигрируют по пищевым цепям в различных экологических системах (атмосферный воздух, водоемы, почва) и поступают в организм человека в виде продуктов питания растительного и животного происхождения. Однако в пище есть не только наши друзья, но и враги, так как одновременно по пищевым цепям движутся и многочисленные непищевые, чужеродные вещества, порожденные химизацией промышленности и сельского хозяйства и являющиеся токсичными для человека и других живых существ. Поэтому не случайно многие ученые говорят о ядах в нашей пище. В последнее время многие ученые также говорят об охране внутренней среды организма человека.