Пішак_Медична біологія_2004. Лауреат и но белівсь ко ї прем І ї мечников І
 Скачать 14.51 Mb.
|
|
БІОГЕОЦЕНОТИЧНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ ТА МІСЦЕ ЛЮДИНИ В НЬОМУ Ефективне вирішення багатьох проблем людства, у тому числі енергозабезпечення, харчування, охорони здоров'я і охорони природи стали надзвичайно актуальними саме в епоху розквіту техногенного суспільства. У свідомості сучасних людей формується глибоке переконання в необхідності якомо- га ефективніше зберігати природні умови середовища. Медицина особливу увагу при- діляє ресурсам лікарських рослин, тварин і грибів, неушкодженому станові водойм та природних ландшафтів, що сприяють як тілесному, так і духовному оздоровленню людини. Певне місце в природі займають і збудники захворювань людини, навколишнє середовище може бути джерелом мутацій, отруєнь та інших негатйвдах. змін у стані здоров я. Лікарі повинні мати чітке уявлення про те, що причиною захворювань людини можуть бути не тільки збудники інфекцій- них чи інвазійних хвороба й пов'язане з кру- гообігом речовин накопичення деяких хі- мічних елементів і сполук у живих організ- мах. Тривала повільна дія; окремих чинників середовища, до яких людина не адаптована, може спричинити ν неї патологічний стан. Екологія вивчає зв'язки організмів між собою таз навколишнім середовищем. У сучас- ному суспільстві поступово формується свідо- ме ставлення до навколишнього середовища, тому навіть слово "екологія" набуло ознак за- гальновживаного всіма верствами населення. Із впливом певних чинників навколишнього се- редовища у свідомості багатьох людей асоцію- ються такі негативні явища, як збільшення зах- ворюваності багатьма хронічними хворобами, скорочення тривалості життя, зниження якості жиггя тощо. Тому майбутні лікарі повинні чітко знати структуру, методичну оснащеність і про- гностичні можливості сучасної екології, щоб мати змогу коректно аналізувати дані лабора- торних обстежень пацієнтів, пов'язувати ре- зультати обстежень з умовами середовища, в яких перебуває людина, умовами і режимом її харчування, особливостями її побуту, звичок, професійної діяльності тощо. Лише узагальнив- ши таку інформацію, лікар зможе зробити пра- вильні висновки щодо методів лікування, засто- сування тих чи інших природних джерел оздо- ровлення і тривалості їх терапевтичного впливу. Основи загальної екології та екології людини 3 . 1 . 1 . Предмет і методи екології. 3 . 1 . 2 . Середовище існування. Фактори середови- ща: абіотичні, біотичні, антропогенні. 3 . 1 . 3 . Екосистеми. Перетворення речовини та енергії в екосистемах. 3 . 1 . 4 . Особливості антропогенних екосистем. 3 . 1 . 5 . Екологія людини. 3 . 1 . 6 . Соціальні та біологічні аспекти адаптації населення до умов життєдіяльності: біологічна мін- ливість людей у зв'язку з біогеографічними особли- востями середовища; формування адаптивних людських екотипів, їх характеристика арктичний, тропічний, зони помірного клімату, пустель, висо- когірний. 3 . 1 . 7 . Функціональні типи конституційного реагу- вання людей "спринтер, "стаєр", "мікст". 3.1.8. Спадкові відмінності в реакціях людей на фак- тори середовища; поняття про екологічну генетику. 404 3.1.9. Якісні параметри навколишнього середо- вища, їх вплив на здоров'я людей здорове, або комфортне, середовище; нездорове, або диском фортне, середовище; екстремальне середовище; адекватні і неадекватні умови середовища. 3 . 1 . 1 0 . Екологічний стан в Україні. 3 . 1 . 1 1 . Адаптація людей до екстремальних умов Арктика, пустелі, космос та ін,), поняття про стрес. 3 . 1 . 1 2 . Визначення здоров'я (ВООЗ). Стан здоров'я і хвороби, проміжні стани, їх взаємозв'язок із станом екосистеми. Стан здоров'я населення як інтег- ральний критерій оцінки якості навколишнього се- редовища. 3 . 1 . 1 3 . Валеологія наука про здоров'я людей. 3.1.14. Поняття про біополя, біологічні ритми та їх медичне значення. Порушення екологічної рівноваги може спричинити екологічну небезпеку, екологічну кризу та екологічну катастрофу. Перед люд- ством постали екологічні проблеми: забруднен- ня природного середовища відходами промис- лового та сільськогосподарського виробницт- ва; потепління клімату; забруднення атмосфе- ри кислотними опадами; запустелювання великих територій; зниження біологічного різно- маніття, втрата цілих екосистем (Ю. А. Злобін, Н. В. Кочубей, 2003). Крім зазначених проблем, в екології людини виникають питання запов- нення екологічних ніш небажаними організма- ми (паразити, шкідники, збудники нових захво- рювань людини наприклад, вірус пташиного грипу, пріони тощо); перенаселення Землі, демографічні катаклізми; погіршення середо- вища у міській і сільській місцевостях. Важливим напрямком екологічних спосте- режень є вивчення адаптації людини в умовах інтенсивних техногенних змін, встановлення гранично допустимих концентрацій шкідливих речовин в атмосфері тощо. Початок XXI століття це усвідомлення того, що природа має абсолютну цінність, без неї не- можливе існування людства. Настала епоха науки екології розробки стратегії і тактики пове- дінки людства. Людство є частиною природи, і його існування залежить від функціонування природних систем. Закони екології лежать в ос- нові соціального буття. Порушення екологічної рівноваги зумовило появу невідомих раніше хвороб: генетичних, токсикологічних, алергічних тощо. Тому від вирішення соціально екологіч- них проблем залежить якість і життя людини, взаємодія людини і середовища, використання природних і лікувальних ресурсів курортно рекреаційних регіонів. Вивчення біологічних і екологічних законів життя природи запорука прогнозування змін в екосистемах, збереження рівноваги в популяціях, природних і антропоге нізованих екосистемах. 405 Розділ 3. Біогеоценотичний рівень організації життя та місце людини в ньому Німецький вчений Ε. Геккель у 1870 р. в своїй праці "Загальна морфологія організмів" визначив екологію як "науку, що вивчає взаємовідносини тва- рин з органічною та неорганічною природою. Три- валий час цей термін вживався виключно у вузько- му розумінні, і лише у 1895 р. датський ботанік Е. Вармінг застосував його до представників рос- линного світу. Тільки уст. ця наука сформува- лась як самостійна біологічна дисципліна зі своїми методами і предметом вивчення. Об'єктами досліджень в екології можуть бути окремі організми, популяції, угруповання, екосисте- ми та вся біота нашої планети. З огляду на це веко- логії виділяють три рівні вивчення: 1) популяційно видовий; 2) екосистемний; 3) еволюційно історичний. Популяційно видовий рівень передбачає ви- вчення індивідуальних реакцій окремих організмів, популяцій або виду в цілому на дію чинників навко- лишнього середовища. Такий шлях досліджень на- зивають також аутекологією. Особливої актуаль- ності для медицини серед аутекологічних дослід- жень набуло вивчення адаптивних можливостей людського організму, що перебуває в умовах постій- ної зміни параметрів навколишнього середовища. Сучасна людина стала більш мобільною, впродовж життя їй доводиться контактувати з багатьма по- тенційними джерелами захворювань. Звичайно, це певною мірою збільшує ризик зараження інфекцій- ною, інвазійною чи іншої етіології хворобою. Тому лікар має враховувати якомога більшу кількість кон- тактів при встановленні джерела захворювання. Особливе місце в цій сфері екологічних досліджень посідають продукти харчування і лікувальні препа- рати природного походження. Екосистемний рівень досліджень передбачає вивчення процесів, спричинених взаємним впливом організмів чи популяцій різних видів. На цьому рівні виконуються надзвичайно складні й трудомісткі дослідження, спрямовані наз ясування закономірно- стей, які визначають існування в просторі та часі зв'язків між різними видами автотрофів і гетеро трофів. Екосистемним слід вважати вивчення симбі отичних властивостей організмів, адже будь яка форма симбіозу є насамперед результатом сумар- ного впливу на об'єкт дослідження чинників нежи- вої природи та живих організмів. Цей напрямок дос- ліджень називають також синекологією. Медичний аспект на цьому рівні досліджень полягає в тому, щоб з'ясувати особливості взаємодії між організ- мом людини і збудниками хвороб. Відомий факт, що хвороботворні мікроорганізми досить швидко при- стосовуються до дії більшості антибіотиків. Тому актуальною є проблема пошуку засобів пригнічен- ня їхньої життєдіяльності, виходячи з полівекторно го аналізу залежності мікроорганізмів від різних па- раметрів внутрішнього середовища людини. Еволюційно історичний рівень досліджень перед- бачає встановлення стратегічних можливостей роз- витку (зміни) об'єктів досліджень під впливом глобаль- них (історичного масштабу) коливань параметрів на- вколишнього середовища, таких як вікові коливання погодних умов, зміни грунтів або рельєфу тощо. В сучасній екології застосовують надзвичайно багатий арсенал методів досліджень. їх можна згру- пувати у такі три категорії: 1) емпіричні методи; 2) експериментальні методи; 3) методи моде- лювання. До емпіричних методів належать численні спо- соби реєстрації прямих спостережень, вимірювання за допомогою будь яких технічних засобів. Напри- клад, масив даних, отриманих лікарем у ході обсте- ження певного контингенту населення, складає емпі- ричну основу наступних досліджень, зокрема, еколо- гічного спрямування. Не завжди вистачає лише спо- стережень для проведення зваженого аналізу даних, тому часто використовують експерименти. Експерименти здійснюються на основі теорій, які вимагають інтерпретації результатів досліджень. До експериментальних належать методи, що пе- редбачають контроль та керування умовами, в яких перебуває об'єкт дослідження. Основним у вико- нанні експериментів є перевірка гіпотез, припущень, котрі мають принципове практичне значення. Най- простішими експериментами є якісні, що передба- чають перевірку існування передбачуваного явища. Так, наприклад, якісними є експерименти з пере- вірки дієвості певних методів боротьби з перенос- никами збудників інвазійних захворювань. Такого роду експерименти знаходяться на стику екології та медицини. 406 3.1.1 Предмет і методи екології 3.1. Основи загальної екології та екології людини До методів моделювання в екології належать: предметне моделювання, при якому модель певним чином відтворює параметри оригіналів (фітотрон), і знаково математичне моделювання, при якому об'єкт відтворюється віртуально (комп'ютерне моделювання) або у вигляді графіків, гістограм, схем тощо. Наприклад, багато досліджень присвя- чено проблемам прогнозування змін у співвідношен- нях між популяціями різних видів у екосистемі. Най- простіша модель Лотки Вольтерра описує взаємо обумовлені коливання чисельності хижаків і їх жертв. З метою передбачення змін в природних екоси- стемах, зумовлених природними процесами або діяльністю людини, здійснюють екологічне прогно- зування. Виділяють наступні рівні прогнозування: 1) локальне (поширюється на невелику територію); 2) національне (поширюється на окрему державу 3) регіональне (поширюється на кілька країн, материк, океан тощо); 4) глобальне. Екологічний прогноз передбачає можливі зміни в екосистемах, основу- ючись на об'єктивних наукових даних про законо- мірності функціонування живих систем та їхні ре- акції на вплив певних чинників. • абіотичні • біотичні • антропогенні Навколишнє середовище це сукупність чин- ників, які здатні прямо чи опосередковано впливати на життєдіяльність організмів. Часто їх називають екологічними чинниками. Життя неможливе без фізичного середовища. Окремі важливі властивості ґрунту, атмосфери, води, хоч це і чинники неживої природи, формувалися впро- довж тисячоліть як інтегральний результат сукуп- ної діяльності живих організмів. Вважається, що до появи життя на Землі в атмосфері планети перева- жали метан, аміак, водень. На протязі двох мільярдів років після появи живих організмів водень випарувався в космічний простір, вуглець і азот пе- рейшли до складу органічних сполук, а кисень част ково перейшов у атмосферу. То ж хімічний склад навколишнього середовища є результатом склад- них і тривалих динамічних процесів, які й донині про- тікають на нашій планеті. Саме тому параметри кожного чинника навколишнього середовища по- стійно змінюються в часі, що потребує перманент- ної адаптації організмів. Усвою чергу, середовище визначає пристосувальні ознаки організмів. Виділяють чотири основні типи середовища: вод- не, повітряне, ґрунт і внутрішнє середовище організмів (останній тип середовища актуальний для симбіотичних організмів, особливо ендопаразитів). За ступенем впливу на організми зовнішні чин- ники поділяються на життєво необхідні (світло, вода, мінеральні солі), факультативні активні (дим, радіаційне випромінювання) і факультативні нейтральні (інертні гази). За походженням виділяють чинники абіотичні, біотичні й антропогенні. За характером впливу чинники поділяються на прямі (безпосередньо впливають на конкретні по- казники стану організму чи популяції) й непрямі (впливають опосередковано). Абіотичні чинники поділяються на елементарні температура, вода, атмосферний тиск, повітря, електромагнітне поле, гравітація) та комплексні (хімічний склад субстрату (розчину, газу, агрегат- ний стан субстрату (розчину, газу, сонячне світло). Біотичні чинники являють собою дію живих організмів один на одного. Вони поділяються на фіто генні, зоогенні, мікробіогенні та мікогенні. Реалізують- ся біотичні чинники у формі симбіозу або антибіозу. До категорії інтегральних чинників слід віднести клімат і рельєф. Впродовж існування органічного світу на планеті продукти життєдіяльності та меха- нічний вплив організмів на неживі об'єкти призвели до суттєвих змін у їхньому хімічному складі та фізичному стані. Вказані явища сучасної природи є результатом сукупної дії абіотичних і біотичних чин- ників. Так, на формування типів клімату й окремих погодних явищ неабиякий вплив справляє рослин- ний покрив. Голий ґрунт і ґрунт, вкритий рослинами, мають різні показники альбедо (кількість промене- вої енергії, яка відбивається від об'єкта) і теп- лоємність, унаслідок чого повітряні маси, які пере- бувають над ними, переміщуються в атмосфері по різному. Власне ґрунт є результатом спільної дії абіо 407 3.1.2 Середовище існування. Фактори середовища: Розділ 3. Біогеоценотичний рівень організації життя та місце людини в ньому тичних чинників (температура, гравітація, хімічний склад материнської породи і атмосфери визначають характер хімічних і механічних перетворень мате- ринської породи) та біотичних чинників (рухливість і продукти метаболізму живих істот, що населяють ґрунт, змінюють характер хімічних та механічних перетворень материнської породи. Антропогенними чинниками потрібно вважати будь які впливи, які спричинює діяльність людини в природних екосистемах. Відповідно до характеру діяльності антропогенні чинники бувають: сільсько- господарські, транспортні, військові, промислові та природоохоронні. Кожен окремо взятий чинник може бути охарак- теризований певними параметрами, значення яких можна зареєструвати візуально або інструменталь- но. Параметри кожного чинника можуть змінюва- тися в просторі і часі. Такі коливання параметрів позначаються на життєдіяльності організмів. Залежно від діапазону, в якому організм чи по- пуляція здатні сприймати коливання параметрів ок- ремих чинників, виділяють еврибіонтні та стено- біонтні системи. Еврибіонтами називають орга- нізми (системи), здатні існувати і відтворюватися в широких межах дії чинника. Наприклад, рудий тар- ган (прусак) може існувати і розмножуватися в умовах екстремальних температур, освітленості, хімічного складу атмосфери тощо. Стенобіонтами є організми (системи), які можуть забезпечувати повно- цінне існування лише в умовах вузького діапазону дії окремих чинників. Так, усі ендопаразити людини є стенобіонтами відносно температури (личинка аска- риди людської), хімічного складу рідини, що оточує паразита (печінковий сисун), або інших чинників. Кожен екологічний чинник, необхідний для підтримання метаболізму певної живої системи, являє собою ресурс Ресурсами називають речо- вини, енергію і простір, необхідні для задоволення потреб організмів, популяцій чи екосистем. Абіотичні чинники Світло є найважливішим абіотичним чинником на планеті. Лише сонячне випромінювання забез- печує трофічні потреби всіх живих істот па планеті. Разом з гравітацією і радіаційним опроміненням цей чинник є тим, до якого жива природа адаптується впродовж усього свого існування. Сонце випромінює в широкому діапазоні хвиль (від ультрафіолетових до інфрачервоних). Видима людським оком частка сонячних променів становить усієї кількості, що досягає поверхні Землі. Хвилі частотою менше 290 нм є тією чи іншою мірою згубними для більшості живих організмів; значна кількість цих хвиль відбивається озоновим шаром Землі. Довші хвилі проходять крізь цей шар. Споживачами променистої енергії Сонця є передусім автотрофні організми, а саме зелені рос- лини. Якщо на шляху потоку променів знаходиться зелений листок, то частково цей потік ним відби- вається, частково проходить крізь листок, а част- ково поглинається останнім. Поглинута енергія значною мірою включається в хід фотосинтезу, але частина її витрачається на нагрівання листка. Під час фотосинтезу відповідна частка енергії акумулюється у вигляді енергії зв'язків органічних сполук. Здатність зелених рос- лин до фотосинтетичної асиміляції вуглецю визна- чає хлорофіл. Діапазон хвиль, які хлорофіл може залучити, становить 380 710 нм. У цьому діапазоні знаходиться лише 44 % всієї променистої енергії, яка досягає поверхні планети. Слід додати, що для автотрофних прокаріотів, здатних до фотосинтезу, максимум поглинання світла досягає значення 890 нм. Пояснюється це тим, що до складу таких організмів входить бактеріохлорофіл з дещо іншими, ніж у рос- лин, властивостями. Тварини теж потребують со- нячного світла. Зокрема, людині воно необхідне для синтезу вітаміну D (промені в діапазоні 250 300 нм. За вимогами до світла організми поділяються на геліофільні (світлолюбні), сциофільні (тіневитри- валі) та геліофобні (нічні). Доперших належать усі фотосинтезуючі рослини і деякі види тварин, наприк- лад, денні комахи. До других окремі види рослин (наприклад, мохи) і тварин. Певною мірою до таких організмів можна віднести і людину. Геліофобними є деякі види тварин, що ведуть нічний спосіб життя (кажани) або живуть у печерах, ґрунті (кроти). На людський організм значний вплив справля- ють ультрафіолетові промені. їх інтенсивність сильно коливається залежно від сезону, часу доби, висоти над рівнем моря, погодних умов тощо. Наприклад, якщо промені Сонця спрямовуються під кутом 30°, то інтенсивність ультрафіолетового опромінення стає удвічі меншою, ніж удень. 408 3.1. Основи загальної екології та екології людини Засмагу, яка виникає в людей зі світлим кольо- ром шкіри після тривалого опромінення ультрафіо- летовими променями, можна розглядати як фено копію генетично визначеного темного кольору шкіри. Водночас це явище належить до адаптивних реакцій організму. Роль такої адаптації полягає у підвищенні порогової еритемної дози опромінення (еритема фізіологічне почервоніння шкіри). При цьому потов- щується роговий шар опромінених ділянок шкіри і накопичується в ній меланін унаслідок посилення його вироблення і міграції з базальних клітин до по- верхні. Існує пряма кореляція між тривалістю та інтенсивністю ультрафіолетового опромінення шкіри людини і частотою захворювань на рак шкіри. Цей показник залежить від географічної широти, на якій мешкають люди, тому що вона впливає на дозу уль- трафіолетового опромінення. Тепло є суттєвим чинником, який визначає мож- ливість протікання біохімічних процесів, адже білки ферменти, що контролюють перебіг цих процесів, функціонують лише в певних температурних межах. Рослини великою мірою залежать від теплових ре- сурсів, оскільки вони мають дуже незначні можли- вості коригувати температуру. У рослин тропічних широт є досить багато пристосувань для того, щоб запобігати перенагріванню, а в рослин помірних широт це відбувається переважно шляхом транспірації. Зниження температури до критичних меж змушує рослини скидати листя. Рослини належать до екто термних організмів (тих, чия температура залежить від температури навколишнього середовища). На відміну від них ендотермні організми мають більш потужні механізми контролю за власною температурою. Тварин поділяють на холоднокровних (пойкіло термних) і теплокровних (гомойотермних). Механізми регулювання температури у рослин, грибів, дроб'янок і тварин принципово відмінні. У рослин при високих температурах процеси дихання починають протікати значно швидше, ніж реакції фотосинтезу, і вони гинуть від "голоду. У тварин високі температури викликають "тепловий шок, з якого вони можуть вийти при зниженні температу- ри. Людина не має механізмів, які допомогли б їй пристосуватися до життя в умовах постійно висо- ких температур без застосування допоміжних за- собів і заходів. Популяції, що віками живуть у пус- тельних регіонах планети з жарким кліматом, на- вчилися певним чином використовувати одяг, жит- ло, змінювати поведінку впродовж доби, але біоло- гічна адаптація тут неможлива. Температури, при яких замерзає вода, є згубними передусім для ектотермних організмів через те, що цитоплазматична вода кристалізується і грані крис- талів можуть пошкодити мембрани органел чи клітинні оболонки. Але кристалізація води спричиняєть- ся щей до підвищення концентрації розчинених у ній речовин. Останнє суттєво порушує нормальний баланс метаболітів і ферментів, унаслідок чого можуть при- пинитися життєво важливі біохімічні процеси. Чим більше відхилення температури в той чи інший бік від оптимальних значень, тим більшу ча- стку енергії ендотермні організми витрачають на підтримання постійної температури тіла. При незнач- ному охолодженні серцева діяльність змінюється шляхом збільшення сили і кількості скорочень, а при значному охолодженні порушується збудливість і провідність міокардіоцитів. У нирках ссавців реаб- сорбція гальмується при зниженні температури тіла до 23 20 С, а фільтрація при 19 С. Умовні реф- лекси у собак згасають при температурі 30 27 С. При температурі головного мозку 22 21 С ще реє- струються біотоки. Ендотермні організми здатні ефективно коригувати температуру свого тіла в межах витривалості, але це вимагає великих затрат енергії. У людини є досконалі способи терморегуляції, наприклад, формування жирових прошарків, корек- ція обміну жирів та вуглеводів, посилена роботам язів тощо. Сучасна людина адаптується до мінли- вих температурних умов передусім за рахунок куль- турних та соціальних пристосувань одягу, житла, обігріву тощо. При багаторазовому впливі підвище- них температур організм людини покращує функціо- нування системи кровообігу, більш ефективною стає терморегуляція. Така швидка адаптація до високих температур відображає еволюційний шлях людини як виду, котрий зародився в екваторіальних умовах. По відношенню до дії температурного чинника живі організми поділяють на теплолюбні та холо- достійкі. Перші живуть переважно в тропічних широтах, другі в умовах помірного та холодного клімату. Людину з точки зору її біологічних власти- востей слід віднести до холодостійких видів, зва- жаючи на наявність у неї відповідних адаптаційних 409 |