Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологическая физиология. Учебное пособие
.pdf
II. Радиопротекторы. В результате многочисленных радиобиологических исследований обнаружены вещества, которые при введении
в организм за определённое время до облучения снижают в той или
иной степени радиационное поражение. Большинство изученных в настоящее время радиопротекторов оказывают положительный эффект
при введении их в организм за сравнительно короткое время до облучения. Они улучшают течение лучевой болезни, ускоряют восстановительные процессы, повышают эффективность терапии и увеличивают выживаемость.
Одним из основных механизмов модификации радиочувствительности, в том числе и при использовании радиопротекторов, является
кислородный эффект – универсальное явление радиобиологии. Под
ним обычно понимают явление усиления лучевого поражения при повышении концентрации кислорода в облучаемой среде во время облучения и, напротив, ослабление поражения при снижении его концентрации в биологическом объекте. Кислородный эффект продемонстрирован на молекулярном, клеточном, тканевом и организменном уровнях биологической интеграции. Применение кислорода после момента
облучения может привести к качественно иным изменениям, в частности возможны улучшение и ускорение восстановительных процессов.
Таким образом, было экспериментально установлено, что повышения радиорезистентности организма можно добиться, применяя фармакохимические средства (в том числе и дыхание гипоксическими газовыми смесями), которые способны тем или иным способом вызывать гипоксию в клетках и тканях облучаемого организма.
Механизмы защитного действия радиопротекторов: конкуренция за
сильные окислители и свободные радикалы, образовавшиеся в результате радиолиза воды; увеличение содержания в тканях эндогенных тиоловых соединений; образование временных, обратимых связей с чувствительными группами жизненно важных ферментов или другими
белковыми молекулами, предохраняющее их от повреждающего действия в момент облучения; торможение цепных реакций окисления с
разветвленными цепями, связывающими активные радикалы и вызывающими обрыв реакции; образование прочных соединений с тяжелыми металлами, обеспечивающими ускоренное течение этих реакций;
миграция избытка энергии с макромолекулы на радиопротектор; поглощение вторичного ультрафиолетового излучения, возбуждающего
макромолекулы типа нуклеиновых кислот; замена составных частей
жизненно важных молекул; повышение устойчивости и мобильности
защитных механизмов организма; детоксицирование или ускоренное
101
выведение из облученного организма токсических продуктов; снижение уровня обмена веществ; предупреждение нарушения взаимодействия процессов возбуждения и торможения в ЦНС.
Работы по созданию радиозащитных препаратов проводятся по двум
путям. Первый путь предусматривает улучшение переносимости радиопротекторов с помощью физиологически активных веществ (витамины, стимуляторы ЦНС и т.д.), предотвращающих или ослабляющих
побочные эффекты. Второй путь основан на использовании особенностей механизма действия радиопротекторов различного вида. В комплекс включают препараты, противолучевое действие которых при их
совместном применении суммируется или потенцируется.
III. Биологическая защита. Кроме радиопротекторов, должное внимание следует уделять биологической защите, которая осуществляется с помощью адаптогенов. Эти вещества не обладают специфическим
действием, но зато повышают общую сопротивляемость организма к
различным неблагоприятным факторам, в том числе и к ионизирующим
излучениям. Адаптогены назначают многократно за несколько дней
или недель до облучения. К ним следует отнести препараты элеутерококка, женьшеня, лимонника китайского, витаминно-аминокислотные
комплексы, некоторые микроэлементы и др. Механизм действия этих
препаратов необычайно широк. Так, например, они увеличивают способность кроветворных клеток к пролиферации, повышают иммунологическую реактивность и т.п. В понятие биологической защиты входят и такие мероприятия, как акклиматизация к гипоксии, вакцинация,
хорошее питание, занятия физической культурой и т.д. Все это, безусловно, повышает устойчивость организма. Напротив, злоупотребление алкоголем, никотином, наркотиками снижает устойчивость организма к облучению.
4. ЕСТЕСТВЕННЫЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ
И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
4.1. Природная радиация. Магнитные поля
Физические факторы внешней среды, послужившие основой возникновения жизни на Земле и оказывающие, как правило, комплексное воздействие на живые организмы, достаточно разнообразны. Комплекс этих факторов может иметь галактическое происхождение, определяться солнечной активностью либо процессами, происходящими на
Земле и в околоземном пространстве, и в определённых пределах совершенно необходим для поддержания нормальной жизнедеятельно-
102
сти организма. Известно, что если поместить животное или человека
в экранированную камеру и ограничить таким образом доступ внешней энергии естественного происхождения, в организме возникнут серьёзные нарушения на молекулярном, клеточном, тканевом, органном
и системном уровнях. И, наоборот, на увеличение длительности или
интенсивности подобного воздействия организм реагирует декомпенсацией и развитием патологических состояний. «Органическая жизнь
только там и возможна, где имеется свободный доступ космической
радиации, ибо жить – это значит пропускать сквозь себя поток космической энергии в кинетической её форме», – писал А.Л. Чижевский.
Каковы же характеристики различных видов внешней энергии, ока-
зывающих влияние на все живое?
Галактические частицы, достигающие атмосферы Земли, обладают очень высокой энергией (порядка 1020 эВ). В основном они представлены ядрами химических элементов, среди которых преобладают
ядра водорода, гелия и тяжелые ионы. Их интенсивность составля-
2
ет 1600 частиц/м
в 1 с, средняя энергия – 7 ГэВ. Эти так называемые
первичные космические лучи, взаимодействуя с атомами атмосферы,
порождают вторичные, или собственно космические, излучения – нуклеоны, мезоны, электроны и фотоны. Некоторые из них преобразуются в слоях атмосферы, а часть достигает Земли. Уровень космического излучения на поверхности планеты зависит от высоты местности и геомагнитной широты.
Кроме космических лучей, существует межпланетное магнитное
поле плотностью 1-30 нТ2. Атмосфера служит барьером для жёсткого
ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Однако она прозрачна в узком участке электромагнитного спектра. Эту область живые организмы воспринимают как свет.
Влияние космических лучей на организм изучено сравнительно
мало. Это обусловлено главным образом тем, что они действуют в комплексе. Существует гипотеза о возможном появлении в них фактора,
меняющего свойства биологических систем. Известно, что с космическими излучениями сопряжена чувствительность к свету.
Самым мощным источником различных форм энергии, оказывающих влияние на Землю, является Солнце. Внутри Солнца происходят
термоядерные реакции, в результате которых возникают солнечные
электромагнитные излучения широкого диапазона. Время от времени
на поверхности появляются очаги повышенной солнечной активности
в виде пятен и протуберанцев – результат мощных взрывов, которым
сопутствует выброс элементарных частиц.
103
Непрерывное расширение верхней части солнечной атмосферы сопровождается корпускулярным излучением. Скорость этого расширения по мере удаления от Солнца увеличивается. На расстоянии нескольких десятков солнечных радиусов оно достигает 400 км/с. Это так называемый спокойный солнечный ветер. Он увлекает за собой магнитное поле Солнца, вытягивая его силовые линии. Солнечный ветер содержит небольшое количество энергии. Вместе с тем он играет значительную роль в передаче к Земле возмущений, обусловленных явлениями солнечной активности.
Земное магнитное поле – препятствие для солнечного ветра. Картина обтекания ветром этого препятствия напоминает картину, наблюдаемую при движении сверхзвукового самолета в атмосфере: перед препятствием возникает ударная волна. За фронтом ударной волны образуется полость – магнитосфера. Границу магнитосферы отделяет от
фронта ударной волны переходный слой. Солнечный ветер непосредственно в магнитосферу не попадает.
Солнечные вспышки нередко образуют весьма сложные вспышечные потоки. Излучаемая солнечными вспышками энергия переносится через межпланетное пространство, попадает в область взаимодействия геомагнитного поля с межпланетной средой и в периоды возмущений проходит через заполненную частицами геомагнитосферу. Изменчивость солнечной активности вызывает геомагнитные возмущения, интенсивность которых нарастает в направлении от низких широт к высоким.
И.В. Ковальский предлагает следующую схему связей между Солнцем и Землей: высокоскоростной поток солнечного ветра – рекуррентное геомагнитное возмущение и солнечная вспышка – вспышечный поток солнечного ветра – геомагнитная суббуря.
Активность Солнца по отношению к Земле периодически изменяется. Различают следующие циклы солнечной активности: суточные,
годовые, 5–6-летние, 11-летние, 80–90-летние и многовековые. Периоды максимальной активности приходятся на 7–17 лет, минимальной – на 9–14 лет.
Солнечная энергия достигает внешних слоёв атмосферы Земли в
виде прямых солнечных лучей. При этом часть её поступает в виде рассеянной радиации. В северных широтах уровень радиации повышается в апреле – мае, в южных – в марте – апреле, что связано с высотой
Солнца и прозрачностью атмосферы. В течение суток максимум радиации приходится на полдень.
104
Спектр солнечного излучения представлен следующими видами
излучений:
– инфракрасным (до 60% общей энергии радиации);
– ультрафиолетовым (менее 0,5%);
– ионизирующим и видимыми лучами (около 40%).
Инфракрасные лучи Солнца имеют длину волны от 760 до 3000 нм
и легко проходят сквозь атмосферу Земли. Встречая на своём пути частицы различных веществ, эти электромагнитные волны усиливают их
вращательные и колебательные движения, создавая тепловой эффект.
Инфракрасное излучение легко проникает через одежду и поглощается кожей человека более чем на 50%. Наибольшим биологическим эффектом обладают короткие лучи длиной 760–1000 нм. Они повышают
биолюминесценцию в организме, ускоряют биохимические, ферментативные и иммунные реакции, ускоряют рост клеток и регенерацию
тканей, усиливают ток крови, увеличивают температуру крови и лимфы. Оказывая влияние на теплообмен, инфракрасное излучение воздействует на метаболизм. Понижается тонус гладких мышц и скелетной мускулатуры. Ослабевает нервное напряжение.
Уровень ультрафиолетовой радиации зависит от экранирующего
действия атмосферы. Он повышается в горах с увеличением высоты.
На уровне моря интенсивность радиации зависит от положения Солнца, географической широты, времени года и суток. Она практически отсутствует при низкой облачности, в тени и снижена при высокой влажности и загрязнении воздуха. Ультрафиолетовые лучи хорошо поглощаются оконными стеклами и одеждой. Энергетическая «стоимость»
этого вида излучений мала. Биологический же эффект, связанный с
квантовым выходом, достаточно велик.
Ультрафиолетовые лучи обладают широким бактерицидным действием. Микроорганизмы погибают под влиянием прямых солнечных
лучей, особенно коротковолновой части спектра.
Попадая на кожу человека, ультрафиолетовое излучение оказывает фотоэлектрический и люминесцентный эффекты. При этом в основе происходящих процессов лежит способность ультрафиолетовых
лучей к денатурации белка и его фотолизу, а также к повышению восстановительной активности сульфгидрильных веществ поверхностных слоёв кожи.
Ультрафиолетовые лучи способствуют загару – образованию в результате ферментативных реакций пигмента меланина. Пигментация
защищает кожу от излишней радиации. Однако при длительном воздействии ультрафиолетового излучения появляются эритема или ожо-
105
ги – клетки эпидермиса повреждаются, что ведёт к образованию гистамина и других продуктов клеточного распада, которые всасываются в кровь, отрицательно воздействуя на организм. Продолжительное
ультрафиолетовое облучение может привести к возникновению опухолей кожи и внутренних органов.
Интересно отметить, что малые дозы радиации способствуют репарации клеток и регенерации повреждённых тканей у человека. Это
обусловлено повышением ферментативной активности и интенсификацией обмена веществ.
Ультрафиолетовые лучи обладают способностью вырабатывать из
эргостерола кожи витамин D, участвующий в обмене фосфора и кальция. Витамины группы D необходимы для придания плотности костям
и для нормальной деятельности нервной и мышечной систем.
Умеренное ультрафиолетовое облучение повышает иммунные свойства кожи и крови, стимулирующе действует на ретикулоэндотелиальную систему и костный мозг. Оно активизирует функции вегетативной
нервной системы и желез внутренней секреции. Малые дозы облучения оказывают возбуждающий, а большие – угнетающий эффект на
процессы, происходящие в коре головного мозга.
Периодическое ультрафиолетовое облучение организма умеренными дозами приводит к оздоровлению организма. Увеличиваются его
адаптивные возможности, повышается умственная и физическая работоспособность.
У жителей Севера при продолжительном отсутствии ультрафиолетовых лучей часто развивается солнечное «голодание», которое сопровождается определённым симптомокомплексом и снижает приспособляемость организма к окружающей среде.
Видимые лучи Солнца имеют длину волны от 380 до 760 нм. Они
создают наибольшую величину освещённости, несмотря на то что часть
их рассеивается или отражается. Световой луч состоит из спектра цветов, каждый из которых имеет свою длину волны.
Биологическое значение световой радиации для человека, прежде
всего, состоит в возможности зрительного восприятия, что связано с
механизмами фоторецепции. Световые лучи проникают в тело на глубину около 2,5 см. Они стимулируют биохимические процессы, увеличивают иммунную реактивность, способствуют образованию меланина. Повышаются возбудимость коры головного мозга, деятельность
желез внутренней секреции, обмен веществ. При этом разные цвета видимого спектра оказывают различное влияние на нервно-психические
процессы.
106
Одним из важнейших следствий периодического изменения освещённости является создание циркадных ритмов. Они способствуют
чередованию активной деятельности и восстановительных процессов.
Радиоволновое излучение Солнца находится в диапазоне от миллиметровых до 15-метровых волн. Оно имеет сравнительно небольшую
мощность, которая значительно возрастает в периоды «возмущённого» Солнца. Существует гипотеза, согласно которой коротковолновое
радиоизлучение отражается на биотоках мозга. Изменение интенсивности радиоволнового излучения Солнца имеет для человека сигнальное значение.
В последнее время был высказан ряд предположений относительно механизмов влияния солнечной радиации на живые организмы. В
основе этих механизмов лежат физико-химические изменения, происходящие на молекулярном уровне. Так, солнечная радиация приводит к
сдвигам геометрических и энергетических параметров коллоидных частиц. Полагают, что гелиофизические факторы действуют на магнитоэлектрические свойства молекул воды и на динамику содержания свободных ионов кальция, которые участвуют в ультраструктурной организации клеточных мембран. Это, в свою очередь, влияет на проницаемость и поляризацию мембран. В.В. Соколовский уделяет особое внимание тиоловым соединениям, широко представленным в живых организмах, поскольку в них находятся высокореактивные сульфгидрильные группы (SH), обеспечивающие важные реакции, в частности реакцию обратимого окисления. Его точка зрения легла в основу создания унитоловой пробы, которая служит одним из количественных показателей биологических эффектов солнечной активности.
Луна также оказывает определённое влияние на процессы, проис-
ходящие на Земле. С нею, в частности, связаны силы притяжения, эффекты отражённого солнечного света, приливы и отливы в морях и океанах и другие периодические явления. Воздействие Луны на земные
процессы может быть связано с её прохождением в полнолуние через
магнитосферный шлейф нашей планеты, что увеличивает амплитуду
магнитных пульсаций и возмущенность магнитного поля.
Существует зависимость между лунными ритмами и женским половым циклом, который соответствует лунному месяцу. Полагают, что
фазы луны сказываются на статистике деторождения. Кроме того, лунный свет действует на нервно-психическую сферу человека и может
вызывать определенные отклонения, особенно в полнолуние.
Земля. Радиационный пояс Земли образуется в околоземном про-
странстве потоками заряженных частиц (протонов и электронов), за-
107
хватываемых геомагнитным полем. Различают две области радиационного пояса Земли: внутреннюю и внешнюю. Внутренняя область простирается на расстояние от нескольких сотен до нескольких тысяч километров от поверхности. Ближе к Земле она представлена протонами, энергия которых составляет несколько сотен МэВ. На высоте около 3000 км преобладают электроны, мощность эквивалентной дозы излучения которых может достигать сотен тысяч бэр в сутки.
Внешняя область радиационного пояса Земли в основном образована электронами, максимум которых приходится на высоту около
22000 км от поверхности. Мощность эквивалентной дозы облучения
здесь составляет порядка 104 бэр/сут.
Следует отметить, что радиационная опасность резко снижается
при уменьшении высоты до 400–500 км. Однако излучения радиационного пояса Земли представляют риск для космонавтов, осваивающих околоземное пространство.
Движущиеся электрические заряды – одна из причин возникновения магнитного поля Земли. В свою очередь, изменяясь во времени,
магнитное поле порождает вокруг себя электрическое (магнетизм). Земля имеет постоянное магнитное поле, на которое накладываются периодические и случайные изменения. Полагают, что они обусловлены
электрическими явлениями в атмосфере. Горизонтальная составляющая постоянного магнитного поля Земли имеет максимум у магнитного поля экватора (0,3–0,4 Э), а вертикальная – у магнитных полюсов
(0,6–0,7 Э). Электромагнитное поле Земли представляет собой спектр
электромагнитных «шумов» в широком диапазоне частот от 103 до
109 Гц. Периодические изменения магнитного поля Земли могут быть
связаны с солнечной активностью и иметь вековую, годовую, сезонную
и суточную цикличность. Полусуточные колебания обусловлены влиянием Луны. Существуют также короткопериодные микропульсации.
Переменные магнитные поля, возникающие вокруг Земли, получили название магнитных возмущений и магнитных бурь. Переменная часть магнитного поля создается токами, локализованными преимущественно в ионосфере. Внутриземные токи, также вносящие заметный вклад в переменное магнитное поле, имеют вторичный характер и обусловлены эффектами индукции и особенностями внутреннего строения Земли. Магнитные бури усиливают токи Земли. Они возникают в результате проникновения в атмосферу летящих от Солнца
со скоростью 1000–3000 км/с заряженных частиц. В периоды возмущений происходит глобальное возбуждение микропульсаций. Они могут регистрироваться десятки часов подряд по всему земному шару.
108
Кроме воздействий со стороны Солнца, магнитное поле Земли подвержено техногенным влияниям. Искусственный магнитный фон может во много раз превышать естественный. В связи с этим в настоящее время встает проблема дифференцировки геомагнитных эффектов
и влияния искусственных электромагнитных полей.
Живые организмы обладают собственными биомагнитными полями. Они возникают благодаря электрической активности клеточных
мембран нервной и мышечной ткани. Другим источником являются
ферромагнитные микрочастицы, попавшие в организм. Полагают, что
у человека скопления магнетита органического происхождения находятся в надпочечниках и в коре головного мозга. Дж. Беккер, изучая
распределение поверхностных потенциалов у животных и человека,
обнаружил отрицательные заряды на большей части тела и конечностях и положительные заряды в затылочной области головы и в начале позвоночного столба, т.е. в районе головного и спинного мозга. Вся
система рассматривается автором как медленная электромагнитная регуляция организма. Биомагнитное поле человеческого организма измеряется в теслах и нанотеслах.
Механизмы воздействия геомагнитного поля. Исследования по-
казали, что реакции живых организмов на внешние естественные электромагнитные поля зависят не от величины воздействующей электромагнитной энергии, а от модуляций временных параметров электромагнитных полей, а также от того, какие системы организма подверглись или оказались наиболее чувствительны к данному воздействию.
Большинство авторов полагают, что влияние электромагнитного поля
на живой организм носит информационный характер.
В последние годы проведено немало исследований, посвященных механизмам воздействия колебаний геомагнитного поля. При этом было обнаружено изменение, прежде всего, биохимических реакций. Полагают,
что при воздействии сил электромагнитной природы в водных растворах
образуются свободные радикалы, способные инициировать окислительные реакции. Кроме того, под влиянием электромагнитных полей меняются свойства самой воды, показатель её преломления. Гео магнитные
поля сказываются на конфигурации цепей биополимеров, разрушая слабые связи вторичных, третичных и четверичных структур.
Было показано, что в механизм воздействия электромагнитных полей вовлекаются структуры на молекулярном, клеточном, тканевом и
органном уровнях. Электромагнитные поля малой напряжённости влияют на функциональное состояние организма. На них реагируют основные системы регуляции гомеостаза: центральная нервная и эндокринная системы, кровообращение, система крови. Изменяется метаболизм.
109
Результаты многочисленных исследований показали, что наиболее
чувствительна к флуктуациям геомагнитного поля нервная система.
Впервые на это обратил внимание А.Л. Чижевский (1937). Что касается механизмов подобных влияний, то электромагнитное поле изменяет
проницаемость клеточных мембран. Оно воздействует на физические
процессы межнейронального взаимодействия. Происходят сложные изменения корково-подкорковых взаимоотношений, сопровож дающиеся
активацией лимбических структур и подавлением восходящих активирующих влияний ретикулярной формации на кору головного мозга.
Отмечено взаимодействие внешних электромагнитных полей с эндогенными того же диапазона частот, в частности с биополями головного
мозга. Геомагнитные возмущения влияют на биопотенциалы головного мозга спящего человека и уменьшают продолжительность сна. При
длительном действии микроволновой радиации происходит дезинтеграция пространственно-дискретной структуры нейроритмов в системе регуляции функционального состояния мозга.
Во время геомагнитных бурь возрастает напряжённость вегетативного регулирования. Электромагнитные поля различной интенсивности
влияют на формирование условных рефлексов. Они вызывают нарушения адаптивного поведения. Страдают механизмы памяти, особенно
кратковременной. Изменяется восприятие времени, объём и интенсивность внимания, увеличивается время простой двигательной реакции.
Естественные магнитные поля оказывают влияние на системы свёртывания крови. Изменение СОЭ у здоровых людей происходит синфазно с изменением магнитного поля Земли. Этот показатель достоверно
увеличивается в дни с повышенной напряжённостью геомагнитного
поля. От состояния геомагнитного поля зависят цитохимический статус лейкоцитов периферической крови, осмотическая стойкость эритроцитов и уровень реакции перекисного окисления липидов эритроцитов. При геомагнитном возмущении отмечена разобщённость между окислительными и гидролитическими процессами в лимфоцитах,
что создаёт предпосылки для развития заболеваний.
Обнаружено, что электромагнитные свойства крови имеют существенное значение для гемодинамики. Если бы кровь не обладала магнитными свойствами, нагрузка на сердце значительно возросла бы. С
вариациями геомагнитного поля коррелируют частота сердечных сокращений, артериальное давление, периферическое сопротивление сосудов. При возмущениях геомагнитного поля происходят нарушения
мозгового кровообращения, изменяются показатели дыхательной и мышечной систем. Отмечены сдвиги в терморегуляции.
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]