Экология_1. Учебнометодическое пособие Часть 1 Воронеж 2013
 Скачать 1.59 Mb.
|
*- данные по результатам переписи населения, октябрь 2010 г. Следствием жизни в городах является эффект скучен ности от перенаселенности. Он выражается в дегра дации условий среды, ухудшении эпидемической обстановки, способствует психоэмоциональным стрессам, росту агрессивно сти, преступности, распространению вредных привычек, нар комании, алкоголизма, развитию «болезней цивилизации» («бо лезней стресса») — гипертонии, ишемической болезни сердца, язвенной болезни желудка, сахарного диабета, иммунодефицитов, злокачественных опухолей и т.п. В Центральном Черноземье, как и в других индустриально развитых регионах, подавляющее большинство населения – горожане (рисунок 6), для которых строятся разнообразные по величине и этажности жилые здания, обеспеченные водой, теплом и электрической энергией. Рис. 6. Особенности распределения жителей Центрального Черноземья (по результатам переписи населения, октябрь 2010 г.) Многочисленные внутригородские связи потребовали создания сложных транспортных систем с крупными магистралями, вмещающими в себя потоки разнообразных транспортных средств, которые заполняют города шумом, вибрацией, выхлопными газами, парами бензина и масел. Первостепенное значение для определения мощности антропогенного воздействия города на окружающую среду имеет величина численности населения города и мощность производственной, социальной и инженерно-технической инфраструктуры. Социальную инфраструктуру города формируют жилые здания и предназначенные для обслуживания населения культурно-бытовые здания и сооружения. Город можно рассматривать как природно-социальный комплекс, в котором выделяются ряд территорий:
Для обеспечения потребностей людей в городах Центрального Черноземья развиваются промышленные предприятия и сельское хозяйство (таблица 4). Промышленные предприятия размещаются в Белгороде, Воронеже, Нововоронеже, Курске, Курчатове, Липецке, Ельце, Тамбове, Мичуринске и других городах. Машиностроение региона специализируется на производстве: горного оборудования, экскаваторов, сельскохозяйственных машин, химической аппаратуры, станков, приборов, электротехнических изделий. Горнорудная промышленность – это основа для развития чертой металлургии, ее крупными центрами являются Новолипецкий металлургический комбинат полного цикла и завод бездоменного производства металла в Старом Осколе, выпускающие высококачественную сталь и литейный чугун. Химическая промышленность представлена воронежским заводом синтетического каучука, курским заводом синтетического волокна и другими предприятиями по производству шин, красителей. Промышленность строительных материалов развита в Белгороде, Старом Осколе, Губкине. Основой служит местное сырьё, добываемое на одном из крупнейших в стране – Латненском месторождении высококачественных огнеупорных глин. ЦЧР располагает высокоразвитой пищевой промышленностью (мукомольные, маслобойные, сахарные, табачные заводы и др.). Край издавна славился садами. В Мичуринске находится центр научного плодоводства. Сельское хозяйство каждой чернозёмной области имеет свои особенности: в Воронежской успешно разводят подсолнечник, в Курской – картофель, в Белгородской – много плантаций кориандра. Есть специализация и в животноводстве, хотя ведущей отраслью для всего региона является разведение крупного рогатого скота мясомолочных пород. Липецкая область выделяется большим поголовьем свиней, Воронежская – овец, Белгородская – обилием домашней птицы. На Хреновском конном заводе Воронежской области выращивают орловских рысаков. Хорошо развиты все виды транспорта. Таблица 4. Основные отрасли промышленности и сельского хозяйства в Центральном Черноземье
Урбанизированные территории характеризуются интегральной экологической оценкой, которая определяется суммарной степенью воздействия техногенных факторов и устойчивостью природных комплексов и компонентов: почвенно-растительного покрова, водного и воздушного бассейнов (таблица 5). Таблица 5. Виды загрязнителей, вводимых в среды биосферы разными видами источников (Лозановская И. Н. и др., 1998)
Влияние городов на окружающие территории зависит от их размера, развития инфраструктуры и выражается в:
В целях своего функционирования города потребляют в де сятки тысяч раз больше энергии, чем такие же площади в сель ской местности. Образующиеся при этом тепло, пыль и другие загрязнители изменяют климат городов и поэтому он отличает ся от климата прилегающих районов: в городах теплее, выше влажность воздуха, меньше солнечного света. Повышенная температура в городах объясняется наличием искусственных источников тепла (промышлен ных предприятий, систем отопления зданий, выхлопов авто транспорта), а также особенностями накопления и отражения тепловой энер гии городскими сооружениями: камень, бетон, асфальт акку мулируют тепловую энергию сильнее, чем почва и раститель ность; кроме того, многоэтажные здания отражают тепло не вверх, а вниз. В результате над городами формируется купол теплого за грязненного воздуха с вертикальными воздушными потоками (рисунок 7).  Рис. 7. Атмосферные потоки над большими городами (Lowry, 1967, цит. по Рамад Ф., 1981). Повышение температуры сопровождается активизацией некоторых микроорганизмов, усилением геохимических процессов, как следствие этого развитием биокоррозии – преждевременное изнашивание ма териалов подземных строительных конструкций и инженерных сетей. Восходящие потоки и наличие в воздухе загрязни телей, частицы которых являются центрами конденсации вла ги, способствуют возникновению туманов и выпадению в горо дах большего количества осадков, чем в окрестностях. Совокупность паров воды (тумана), аэрозолей серной кис лоты, сульфатов металлов и сажи, выделяющихся при сжига нии угля, создают явление, называемое угольным, или промыш ленным, смогом. Наличие в воздухе загрязнителей в виде оксидов серы и азо та при соединении их с водой ведет к образованию кислот и выпадению кислотных осадков — дождя и снега, которые раз рушают здания, памятники культуры, повреждают раститель ность. Наличие загрязнений и туманов делает атмосферу менее про зрачной и поэтому уровень инсоляции(количества солнечного света) в городах снижен в среднем на 15-20% (в летнее время – на 5%, зимой – на 30%). Замечено, что в городах снижается освеще нность и даже укорачивается световой день –вечернее освещение сменяет дневное на 30 мин раньше, чем в сельской местности. Снижение уровня инсоляции вредно сказывается на здоровье населения, особенно в детском возрасте. Уменьшение притока света неблагоприятно сказывается на росте и развитии растений: уменьшается фотосинтез, замедляется рост, снижа ются бактерицидные качества зеленых насаждений. Недостаток ультрафио летового облучения приводит к увеличению бактериального загрязнения воздушной среды. Экологические аспекты урбанизации на примере города Воронежа Воронеж представляет собой крупный культурный и индустриальный город Центрального Черноземья с миллионным населением, поэтому экологические проблемы являются для него достаточно актуальными. Воронежский эколого-исторический район характеризуется наличием следов почти всех древнеисторических эпох, встречаемых на территории области. По сравнению с городами, развивающимися в течение нескольких тысячелетий, формирование урбаэкосистемы Воронежа начато сравнительно недавно – возникновение города относят к 1586 году. Воронеж был единственным городом на территории современной Воронежской области в течение полувека. Он притягивал к себе население сначала как военное укрепление и административный центр, а затем как торговый и ремесленный. Город увеличивался в размерах, изменялись окружающие его природные ландшафты. Во времена Петра I вырубка леса для кораблей Российского флота способствовала видоизменению рек, лишившихся лесной охраны, обмелевших в результате участившихся засух и увеличения наносов с распаханных полей. Степь вытаптывалась стадами домашнего скота, распахивалась плодородная земля. Удобное экономико-географическое положение в системе межрегиональных связей, пересекающих Центральное Черноземье, создало предпосылки для активного промышленно-производственного развития. Наиболее активно город рос в XX столетии. В довоенные годы началось освоение левобережной части реки Воронеж с расположенными там сельскими поселениями, в 50-60-е годы город рос в северо-восточном и юго-западном направлении, затем начал осваивать северо-западные территории. Территория современного города разделена на шесть районов. В правобережной части города расположены Центральный, Ленинский, Коминтерновский и Советский районы, на левом берегу Воронежского водохранилища – Левобережный и Железнодорожный. Особенностью г.Воронежа является то, что промышленные зоны находятся в непосредственной близости от проживающего населения, и большая их часть сконцентрирована на значительно малой площади в двух промышленных районах города: Коминтерновском и Левобережном. В Левобережном промышленном районе располагаются ТЭЦ – 1, заводы синтетического каучука, шинный, авиационный, мостовой. На территории Коминтерновского промышленного комплекса сосредоточены предприятия «Тяжекс», «Электросигнал», ТЭЦ – 2 и другие. Включение коммунальных и производственных объектов в городскую струк туру приводит к тому, что практически все жилые территории на ходятся в зоне их влияния, что неблагоприятно сказывается на экологическом состоянии города. С другой стороны – компактное расположение мест проживания и трудовой деятельности снижает затраты на транспортные поездки, что тоже немаловажно для состояния окружающей среды и самого человека. К основным средообразующим природным компо нентам города относят массив Усманского бора, вплотную соприкасающийся с городской застройкой с северной стороны, и Воронежское водохранилище, располагающееся непосредственно в структуре города. В северном лесном массиве сосредоточены места массового отдыха жителей, включая Дома отдыха, санатории, санатории-профилактории, детские оздоровительные лагеря, туристические базы и базы отдыха. Лесные пожары в 2010 году обострили проблемы охраны и восстановления лесов региона. Для восстановления лесного фонда была разработана Программа совершенствования использования, охраны, защиты, воспроизводства лесов Воронежской области при ликвидации последствий лесных пожаров на территории Воронежской области. В соответствии с данной программой планируется провести уборку горельников в течение 3-х лет, лесовосстановительные работы в течение 5 лет (таблица 6). Таблица 6. Мероприятия по воспроизводству лесов в Воронежской области*
* - по данным Управления по экологии и природопользованию Воронежской области, 2012 Воронежское водо хранилище представляет важнейшую часть городской среды. На состояние Воронежского водохранилища выраженное негативное влияние оказывает антропогенное загрязнение воды и донных отложений, опасность которого многократно усиливается тесной свя зью фильтрующейся воды водохранилища с подземными грунтовыми во дами в зоне питьевых водозаборов города. Водоем аккумулирует в себе осаждающиеся атмосферные загрязнения, условно очищенные промыш ленные стоки, неочищенные дождевые стоки с левобережных и правобе режных склоновых территорий. Негативным фактором существования водохранилища в городе явля ется его мелководность – мелководные участки занимают около 11% всей площади акватории. Мелководность в сочетании с загрязненностью со здают условия для «цветения воды» – появления сине-зеленых водорослей, значительно ухудшающих биохимические качества воды. Развитие на мелководных участках растительности создает потенциальную опас ность формирования природных очагов инфекционных заболеваний (О.П. Негробов, Д.М. Жуков, Н.В. Фирсова, 2000). В связи с этим вопрос о сохранении чистоты водных объектов стоит достаточно остро. Чрезвычайно важной экологической проблемой городов, в том числе и Воронежа, является хи мическое, механическое, бактериальное и физическое загрязнение городс ких территорий бытовыми и промышленными отходами. Быстрорастущая лавина отходов настолько велика, что вода и почвы – естественные природные фильтры, не справляются с нагрузка ми и приобретают совершенно новые свойства и характеристики, негативно влияющие на все остальные природные и антропогенные системы. Об объемах отходов промышленного производства лучше всего говорит тот факт, что в отвалы промышленных предприятий, связанных с добычей и переработ кой полезных ископаемых, идет 90% добытого из земных недр сырья. Только 10% добытых ископаемых перерабатывается, все остальное складируется на поверхности земли, при этом площадь, занимаемая отвалами территорий, со ставляет тысячи квадратных километров. Актуальна для каждого города проблема с утилизацией, захоронением и переработкой промышленных, бытовых и строительных отходов. Загрязнение твердыми бытовыми отходами происходит не только в местах складирования мусора, но и на всей территории города. Многие строительные материалы практически не подверже ны естественному разложению и водонепроницаемы, их захоронение на территории города в почвенном слое нарушает впитывание влаги и приво дит к его переувлажнению. Помимо быто вого и строительного мусора на городские почвы попадают частицы пыли, образующиеся при изнашивании дорожных покрытий и покрышек транс портных средств, на них активно воздействуют вещества, используемые в зимнее время для борьбы с гололедом. Поверхностное загрязнение почвы приводит к загрязне нию подземных и поверхностных водных источников. В подземные воды поллютанты (загрязнители) просачиваются с дождевой водой, открытые водоемы загрязняются неочищенными стоками из городской ливневой канализации, содер жащими бензин, технические масла, которые попадают в воду, при мытье автомобилей, подвижного состава железнодорож ного транспорта и т.п. Таким образом, загрязнение почв и грунтов самым тесным образом связано с ка чеством водных объектов, находящихся на территории города. Уровень загрязнения подземных вод и открытых водных источников городов напрямую зависит от величины города и особенностей формирования ливневых и канализационных стоков. Одной из важнейших проблем для любого, особенно крупного, го рода, является вопросы утилизации и обезвреживания сточных вод, как промышленных, так и коммунальных. Сброс сточных вод в прилежащие водоемы, а также попадание в них ливневых стоков с территории города и загрязненных атмосферных осадков, ведет к нарушению процессов самоочищения и накоплению в них загрязняющих веществ. Необходимо учитывать, что в городс кую канализацию сбрасываются не только жидкие бытовые отходы, но и промышленные, загрязненные цианистыми соединениями, тяжелыми ме таллами, фенолами. Жидкие отходы тепловых станций содержат в себе кислоты, соли, нефтепродукты, продукты сгорания топлива. Предприятия пищевой промышленности сбрасывают нитраты, фосфаты, соединения ка лия и другие органические примеси. Загрязнен ная вода из рек и водохранилищ используется в сельском хозяйстве для орошения полей, загрязнители усваиваются растениями и, в конечном итоге, вместе с пищей попадают в организм человека. Все большее внимание исследователей в последние десятилетия привлекают проблемы видоизменения естественных физических полей на городских территориях, включая магнитные, электрические, гравитационные и температурные. Так называемое «физическое» загрязнение вызывается многочисленными подземными источниками электромагнитных колеба ний и неоднородной плотностью грунтов с большим количеством пустот, которые значительно меняют характер распространения силовых линий электромагнитных полей. В результате этого происходит преждевременное разрушение материалов подземных инженерных сооружений. Одним из постоянно растущих источников негативного воздействия на городскую среду является автотранспорт. В отличие от промышленных объектов, автомобильный транспорт является подвижным источником токсичных выбросов в приземный слой атмосферного воздуха, что представляет реальную угрозу здоровью человека и среде обитания. Эти проблемы актуальны для многих городов Центральной России. В городе Воронеже доля автотранспорта в общем загрязнении атмосферы составляет свыше 80 % и продолжает нарастать. Это связано не только с увеличением количества транспортных средств, но и с особенностями планирования транспортной сети города. В Воронежской области одна машина приходится на трех ее жителей. По состоянию на 1 января 2012 года в регионе зарегистрировано более 903 тысяч транспортных средств. За 2011 год прирост транспорта составил 44,5 тыс. (Е.Г. Перевозчикова, 2012). Воронеж характеризуется большой плотнос тью улиц и их низкой пропускной способностью. В регионе ведется крупномасштабное строительство, негативно влияющее на окружающую среду (А.Е. Жидко, 2012). Например, в Воронеже начались работы по расширению военного аэродрома «Балтимор» и созданию на его основе крупнейшей в России авиационной базы, включающей в своем составе взлетно-посадочные полосы, склады боеприпасов и ГСМ. Это увеличит количество полетов до 200 дней в году в две смены по пять часов днем и ночью. Уровень шума в микрорайоне Тепличный, по данным Роспотребнадзора, уже сегодня превышает предельно допустимый. Обострение экологических проблем и связанное с ними ухудшение здоровья населения города застав ляет вести поиски форм и методов оздоровления городской среды. В стратегию перспективного развития города Воронежа могут быть положены две приоритетные цели (А.Е. Жидко, 2012):
Ксенобиотики Ксенобиотики (от греч. xenos – чужой, чужеродный; bios – жизнь) – это чужеродные для организма химические соединения, которые попадая в окружающую среду в значительных количествах, могут вызывать в живых организмах нару шения биохимических и физиологических процессов, структурных компонентов на молекулярно-генетическом, клеточ ном и организменном уровнях. Воздействие ксенобиотиков может привести к снижению жизнеспособности, плодовито сти и вызвать гибель живых организмов, популяций или сооб ществ. К их числу отно сятся
Поступление их в окружаю щую человека среду с каждым годом возрастает. При этом если раньше контакт с подобными соединениями был характерен для ограниченного контингента людей, связанных с оп ределенным видом производственной деятельности, то в настоящее время все большие массы населения контактируют с ними за счет их распространения в быту. В зависимости от интенсивности и времени воздействия неблагоприятных факторов среды на организм формируются разные нарушения здоровья – от донозологических форм до тяжелых заболеваний (А.С. Володин с соавт., 2008). Пути поступления ксенобиотиков в организм человека Пути поступления ксенобиотиков в организм могут быть различ ными: через легкие, кожу и пищеварительный тракт. Самый простой путь проникновения – через дыхательные пути, так как легкие обладают большой поверх ностью всасывания легочных альвеол (100-150 м2), малой толщиной альвеолярных мембран, интенсивным током крови по легочным капиллярам и отсутствием условий для значительного депонирования токсинов. Всасывание летучих соединений начинается уже в верхних дыхательных путях, но наиболее полно осуществляется в легких. Происходит оно по закону диффузии в соответствии с градиентом концентрации. Так поступают в организм многие летучие неэлектролиты: углеводороды, спирты, эфиры и другие соединения. Через легкие в организм могут попадать и быстро всасываться в кровь газы, пары, аэрозоли. Легкие постоянно подвергаются воздействию таких факторов, как сигаретный дым, озон, диоксид азота и другие летучие токсичные вещества. Проникновение веществ через кожу осуществляется через эпидермис, сальные и потовые железы и через волосяные фолликулы. Через кожу хорошо проникают низкомолекулярные и липофильные соединения. Скорость и возможность проникновения ксенобиотиков через кожу зависят от состояния кожного покрова: повреждение рогового слоя и жировой смазки кожи приводит к увеличению всасывания. Всасывание многих веществ происхо дит через слизистую оболочку полости рта путем простой диффу зии и оттуда, минуя печеночный барьер, в кровеносную систему. Жирорастворимые соединения достаточно легко проникают через слизистую оболочку желудка в кровь. На протяжении желудочно-кишечного тракта существующие градиенты pH определяют скорость всасывания токсических веществ. На их всасывание также влияет кровоснабжение стенки желудка и кишечника, моторика желудочно-кишечного тракта. Из пустого желудка вещества всасываются лучше, чем из наполненного. Если ксенобиотик поступает в желудок с пищей, то возможно взаимодействие с ее компонентами: растворение в жирах и воде, абсорбция белками и т.д., что уменьшает их контакт со слизистой. Некоторые ксенобиотики всасываются через слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта путем пассивной диффузии неионизированных жирорастворимых молекул через мембрану клеток. Поэтому их всасывание после еды уменьшается за счет увеличения степени ионизации молекул. Другие соединения всасываются путем активного транспорта с помощью транспортных систем клеточных мембран. Если пища содержит компоненты также всасывающиеся путем активного транспорта (рибофлавин, аскорбиновую кислоту, препараты железа, мясной, растительный и молочный белок), то возникает конкуренция между элементами пищи и ксенобиотиками. Наибольшая скорость всасывания отмечена в тонкой кишке, наименьшая – в толстой. Причиной этого является меньшая площадь поверхности слизистой оболочки этого отдела, и, как правило, более низкая концентрация ксенобиотиков в сравнении с вышележащими отделами. Влияние пищевых продуктов на всасывание ксенобиотиков:
Для уменьшения негативного влияния токсических веществ на слизистую желудка утром на завтрак полезно употреблять овсяную или рисовую крупу, которая при отваривании образует большое количество слизистого отвара. Кроме этого слизистый отвар образуют корень лопуха, ятрышник и другие диетические легкие каши, являясь эффективным средством защиты слизистой желудка от раздражающего действия токсических веществ. После всасывания из желудочно-кишечного тракта, через кожу или легкие чужеродные соединения и их метаболиты могут проходить через барьерные ткани, например, гематоэнцефалический барьер и плаценту. Гематоэнцефалический барьер на уровнях «кровь – мозг» и «кровь – спинномозговая жидкость» – это типичные липопротеиновые мембраны, и чужеродные молекулы преодолевают их также путем простой диффузии, со скоростью, пропор циональной растворимости в липидах. Плацента состоит из активно метаболизирующей ткани, образует сложный барьер между кровообращением матери и плода. Проходя через него, сложные соединения могут далее превращаться в различные мета болиты или накапливаться. Поступление ксенобиотиков в организм обусловлено, с одной стороны, с их собственными свойствами (способностью образовывать прочные связи с мембраной, характером этих связей, обеспечивающих длительность удерживания на белково-липидном комплексе, способностью конкурировать с обычными метаболита ми), с другой – свойствами самого организма, определяющими из которых являются:
Многие ксенобиотики жирора створимы (особенно пестициды), поэтому могут накапливаться в жировых депо. Другие (соли тяжелых металлов, тетрациклиновые антибиотики) – остеотропны, поэтому накапливаются в костях. Чужеродные соединения могут также связываться с белками (и в таком состоянии не могут выводиться через мембраны) и нуклеино выми кислотами (некоторые антибиотики), приводя к мутациям. Метаболизм ксенобиотиков Превращение и накопление ксенобиотиков в организме чело века представлено на рисунке 8. Несмотря на многообразие ксенобиотиков, механизм их воздействия на клеточном уровне одинаков. Прежде всего, они оказывают мутагенный или генотоксический эффект, в результате которого в организме человека возникают мутации в половых и соматических клетках, приводящие к развитию наследственных болезней, либо соматических заболеваний, которые не наследуются. Ферментопатический эффект ксенобиотиков связан с повреждением ферментов тканевого дыхания, биоэнергетики, детоксикации и антиоксидантной защиты, что приводит к развитию патологических реакций. В основе мембранопатологического действия лежит повреждение мембранных рецепторов нейромедиаторов, гормонов и других сигнальных молекул межклеточного взаимодействия, нарушение структуры мембран клеток, митохондрий и лизосом. При метаболических нарушениях ксенобиотики связываются с клеточными рецепторами, медиаторами, гормонами, что приводит к снижению синтеза белков, нарушению окислительно-восстановительных процессов и метаболизма жирных или аминокислот. Многие ксенобиотики могут вызывать иммунологическую сенсибилизацию организма и делать его более чувствительным к другим веществам, становиться причиной разнообразных аллергических состояний.  Рис.8. Превращение и накопление ксенобиотиков в организме человека (В.В. Маркина, 2006) При поступлении небольших количеств ксенобиотиков в орга низм их детоксикация осуществляется обычными путями – с по мощью ферментативных и неферментативных превращений. Веду щую роль в ферментативных превращениях играют две фазы детоксикации: I фаза детоксикации происходит как окисление (реже восстановление) молекул ксенобиотиков, либо путем их гидролиза (фермен ты локализуются в гладкой эндоплазматической сети печени) и осуществляется ферментами семейства цитохрома P-450. В ходе этой фазы возможно образование как биологически неактивных метаболитов, так и химически реактивных электрофильных соединений, бо лее токсичных и даже обладающих канцерогенным действием (Д.В. Парк, 1973). Вступая в ковалентные связи с белками, нуклеиновыми кислотами и другими структурами, они могут оказывать также цитотоксическое и мутагенное действие. Интенсивность метаболизма ксенобиотиков – субстратов изофермента цитохрома P-450 выше у женщин, чем у мужчин (Hunt C.M. et al., 1992; Harris R.Z. et al., 2003). Таким образом, активация ферментов I фазы детоксикации
Витамины и минералы оказывают существенное влияние на функционирование цитохрома P-450. Дефицит витаминов A, E, C, PP, B2, фолиевой кислоты приводит к снижению активности цитохром-P-450-зависимой системы и, следовательно, к снижению детоксицирующей функции тканей и органов, прежде всего печени. Важным фактором, снижающим активность цитохрома P-450, является голодание. У лиц пожилого и старческого возраста биотрансформация ксенобиотиков значительно угнетена. Это связано, прежде всего, с уменьшением массы печени на 17-35% и снижением печеночного кровотока на 21-50% Содержание цитохрома P-450 и его активность также снижается при развитии бактериальных и вирусных инфекций. Для поддержания активности I фазы метаболизма ксенобиотиков имеет значение содержания в организме железа, магния, цистеина. Существует целая группа биологически активных веществ продуктов питания, индуцирующих активность цитохрома P-450, которые следует употреблять в пищу: изоцианаты и индолы (капуста, репа, брюква, редька, хрен); сульфиды, ди-, полисульфиды (чеснок, лук); катехины (чай, кофе, красное вино); биофлавоноиды (фрукты, овощи); терпеноиды (специи, фрукты, овощи). Важную роль в индуцировании цитохрома P-450 играют пряности и травы (лавр, розмарин, хмель, зверобой). Необходимо употреблять белковую пищу, содержащую глутатион, глицин (Т.Л. Пилат, Л.П. Кузьмина, Н.И. Измерова, 2012). II фаза метаболизма – конъюгирование(ферменты локализуются в шероховатой эндоплазматической сети). Основной функцией ферментов этой фазы является повышение гидрофильности соединений. Наиболее значимые ферменты относятся к классу трансфераз (глутатионтрансферазы, УДФ-глюкуронилтранферазы, ацетилтранферазы и другие). Повышение их активности защищает организм от химических канцерогенов и токсического воздействия электрофильных метаболитов. Детоксикация имеет место и в нормальных условиях, но играет подчиненную роль. В случае проникновения в организм большого количества ксенобиотиков этих детоксикационных процессов ока зывается недостаточно. Системы детоксикации в таком случае должны в короткие сроки перестроиться для включения ком пенсационных механизмов. Особое значение приобретает при этом не только активация энергетических систем, но и усиленная экспрессия генов в сторону избирательного синтеза тех изоформ фер ментов, которые соответствуют структуре ксенобиотиков. Большое значение имеет и осуществление принципа дублирования функций. Он может проявляться по-разному:
Во II фазе метаболизма ксенобиотиков важная роль принадлежит активации антирадикальной и антиперекисной защиты организма. В процессе биотрансформации ксенобиотиков образуются супероксидные анионы, перекись водорода, органические перекиси и т.д., которые обусловливают побочное действие ксенобиотиков (от нарушения проницаемости мембран до гибели клеток). Устранение этих эффектов производится системой антиоксидантов (соединений, предотвращающих образование свободных радикалов или обрывающих цепи свободнорадикального окисления). Ведущую роль в ней играют ферменты супероксиддисмутаза, каталаза и другие. Имеются и неферментативные антиоксидантные системы. Это липидорастворимые соединения: витамины А, Е, С, аминокислоты (цистеин, метионин, аргинин, гистидин), мочевая кислота, глютатион. Основным источником антиоксидантов в организме является пища. В организме взрослого человека различным ток сическим воздействиям противопоставлены системы детоксикации в виде групп ферментов, активность которых в наибольшей степени выражена на уровне барьерных тканей. Однако в разные периоды онтоге неза активность этих ферментов различна. Так эмбрион и плод практически лишены собственной ак тивности ферментов детоксикации – группа цитохрома Р-450. Лишь к моменту рождения их активность достигает половины от взрослого уров ня, а полная активность осуществляется не раньше, чем через 2 месяца после рождения. Поэтому любые ксенобиотики, попадающие в организм плода трансплацентарно (все вещества, имеющие молекулярную массу меньше 1000), могут подвергаться детоксика ции только за счет ферментов матери, у которой их активность снижена из-за высокого уровня эстроге нов. Опасность многих ксенобиотиков состоит ещё и в том, что они могут искажать синтез ферментов. Так, вместо цитохрома Р-450 может синтезироваться фермент цитохром Р-448, усиливающий синтез веществ, обладающих выраженными мутагенными и канцерогенными свойствами. Пути выведения ксенобиотиков из организма человека представлены на рисунке 9.  Рис.9. Пути выведения ксенобиотиков из организма человека (В.В. Маркина, 2006) Выведение токсических веществ и их метаболитов из организма происходит в основном через кишечник и почки. Через кишечник удаляются вещества не всосавшиеся в кровь при алиментарном поступлении, выделенные из печени с желчью и поступившие в кишечник через его стенки. При этом ведущее значение имеет выделительная функция печени. В печени метаболизируется около ⅔ всех поступающих в организм ксенобиотиков. Метаболизм ксенобиотиков способствует превращению жирорастроримых веществ в водорастворимые, способные к выведению из организма. Через почки выводятся растворимые в воде соединения, в том числе те, которые стали растворимыми в процессе своей биотрансформации. Степень влияния ксенобиотиков на человеческий организм находится в тесной взаимосвязи с такими факторами окружающей среды, как температура и влажность воздуха, шум, вибрация, различного рода излучения и многое другое. Такое воздействие называется сочетанным. При сочетанном воздействии нескольких химических факторов могут наблюдаться ряд эффектов:
Так, при одновременном воздействии вредных веществ и высокой температуры возможно усиление токсического эффекта за счет ускорения многих биохимических процессов, изменения тер морегуляции, потери воды при усиленном потоотделении. Учащение дыхания и усиление кровообращения при этом ведут к увеличению посту пления ксенобиотиков в организм через органы дыхания. Расширение сосудов кожи и слизистых повышает скорость всасывания токсичных веществ через кожу и дыхательные пути. Кроме того, высокая температура воздуха увеличива ет летучесть различных вредных веществ и тем самым повышает их концентра ции в воздухе. При повышенной влажности воздуха возможно изменение агрегатного состояния некоторых ксенобиотиков: растворе ние газов и образование мельчайших капелек кислот и щелочей, что способствуют возрастанию раздражающего действия. Повышенное атмосферное давление усиливает действие на организм неблагоприятных факторов окружающей среды, так как происходит усиленное поступления вредного вещества в организм в связи с ростом парциального давления газов и паров в альвеолярном воздухе и ускоренным переходом их в кровь; а также вследствие изменения многих физиологических функций, в первую очередь, дыхания, кровообращения, состояния центральной нервной системы и ана лизаторов. Шум может усиливать токсическое действие ок сида углерода, стирола, нефтяных газов, аэрозоля борной кисло ты. Совместное воздействие оксидов азота, формальдегида и городского шума вызывало у детей более выраженный негативный эффект по ряду физиологи ческих показателей. Кремниевые пыли, оксид углерода и некоторые другие вещества оказывают более выраженный эффект при совместном с вибрацией воздействии. Совместное действие диоксида серы, оксида углерода и электромагнитных полей уменьшает систолический объем кровообращения; сернистого газа, окисей углерода и азота вместе с электромагнитным полем ухудшает функ цию внешнего дыхания; окись углерода и электромагнитное поле так же, как сероуглерод и шум, способствуют увеличению числа людей с пониженной работоспособностью. Установлено, что гипоксия независимо от механизма ее развития является сильнейшим раздражителем нейрогуморальных регулирующих систем, включающих мобилизацию энергетических и структурных ресурсов организма, в частности, внутриклеточного энергетического аппарата, системы транспорта кислорода, ускорение диссоциации оксигемоглобина и др. (Пилат Т.Л., Кузьмина Л.П., Измерова Н.И., 2012). Однако при длительном дефиците кислорода компенсаторные механизмы истощаются и включается ряд патогенных факторов гипоксии, и прежде всего гиперактивация перекисного окисления липидов, изменение работы системы транспорта Са2+ с накоплением его в цитоплазме клетки, дефицит АТФ (Хватова Е.М., 1975; Меерсон Ф.З., Абрикалиев Н.И., 1981; Безрукавникова Л.М., Гончаров И.А., 1990). |