Тема 3. Антропогенные факторы окружающей среды и их влияние на организм.

Источники загрязнения окружающей среды.

Серьезную озабоченность общества вызывают экологические про6лемы, суть которых состоит в охране биосферы от избытка оксидов углерода и метана, создающих так называемый «парниковый эффект», оксидов серы и азота, приводящих к «кислотным дождям», галогенопроизводных (хлор, фтор) углеводородов, нарушающих «озонный щит Земли»; канцерогенных веществ (полициклических ароматических углеводородов и продуктов их неполного сгорания) и других антропогенных продуктов (48).

Таблица 3.

Основные источники загрязнения окружающей среды (98) (доля вклада основных источников по ведущим вредным веществам в %).

Источники	Наименование загрязняющих веществ
	Оксид углерода СО	Оксиды азота NOх	Сернистые соединения	Углеводороды	Твердые частицы (пыль)
Автотранс-порт	58	51	-	52	3
Электростан-ции	2	44	78	2	26
Лесные пожары	19	1	-	-	9
Лесные пожары	11	1	20	14	51
Прочие	10	3	2	32	11

Особого внимания заслуживает тот факт, что почти половина указанных загрязнений, а по свинцу, ПАУ, оксидам углерода и азота и некоторым другим особенно вредным веществам автомобильный транспорт является лидирующим источником загрязнения.

Отрасли производства, в которых доля выбросов в окружающую среду наиболее высока, показаны в табл. 4.

Таблица 4.

Доля вклада различных отраслей производства в загрязнение окружающей среды по ведущим вредным веществам (%).

Отрасли промышленности	СО	NOх	SO2	СnНх	Пыль
Энергетика	-	57	45	-	38
Нефтяная промышленность	-	-	-	50	-
Черная металлургия	50	11	-	-	15
Цветная металлургия	-	-	25	-	-
Нефтехимия	-	-	-	30	-
Газовая прмышленность	-	-	-	15	-
Производство стройматериалов	-	-	-	-	15

Наиболее опасно поступление в окружающую среду следующих загрязнителей: хлорорганических соединений, пестицидов, полихлорированных бифенолов, хлорфенолов, феноксикарбонкислотных эфиров, фенолов, триазинов, фениловой мочевины, эфиров фосфорной кислоты, галогенизирующих алканов и олефинов, ароматических аминов, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), летучих углеводородов в качестве составных частей топлив и смазочных веществ и др.

Сегодня, даже при спаде производства, уровень загрязнения окружающей среды в Челябинской области остается одним из самых высоких в России. В большинстве городов области, в том числе в г. г. Челябинск, Магнитогорск, Златоуст, размещены предприятия металлургического производства, машиностроительного и топливно-энергетического комплекса, работа которых приводит к поступлению в воздушный бассейн различных вредных веществ, среди них важное значение имеют такие опасные вещества, как бенз(а)пирен, свинец, хром шестивалентный, ртуть и др. (см. табл. 5). В целом по области насчитывается более 600 промышленных предприятий и организаций, имеющих выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от более 22 тыс. стационарных и более 300 тыс. передвижных (транспортных источников), объемы которых составляли в 1993 году 1 миллион 854 тыс. тонн в год.

Таблица 5.

Примеры городов, в атмосферу которых выбрасываются чрезвычайно вредные и высокоопасные вещества (цит. сводный отчет об охране атмосферного воздуха; Госкомстат РФ, М, 1991-94 г. г.)

Класс опасности, вещество	Город	Выбросы, тысяч тонн в год.
		1990	1991	1992	1993
1. Чрезвычайно опасные
Свинец Ртуть Бенз(а)пирен Кадмий	Ревда Владикавказ Челябинск Стерлитамак Братск Красноярск Магнитогорск Челябинск Владикавказ	400,0 - - 3,0 5,9 - 2,6 1,3 -	-х 59,6 24,1 2,1 - 2,6 1,0 0,7 1,2	- 36,8 24,6 2,1 2,4 2,2 1,0 0,5 1,2	401,0 32,8 16,6 2,0 2,2 5,4 0,1 0,3 0,9

2. Высоко-опасные вещества Хлорводород Сероводород Сероуглерод Бензол	Березники Волгоград Новомосковск Пермь Стерлитамак Балаково Красноярск Магнитогорск Сывтывкар Воркута Балаково Рязань Барнаул Красноярск Тверь Рязань Волгоград Уфа Пермь Магнитогорск	300,0 - 300,0 - 200,0 1400,0 - - - - - - - - - - - - - 0 -	272,0 346,0 225,0 201,0 143,0 - 1210,0 1245,0 1503,0 1259,0 1784,0 3758,0 3606,0 2469,0 2395,0 1593,0 1449,0 666,0 598,0 455,0	248,0 341,0 201,0 236,0 115,0 575,0 1173,0 1175,0 1552,0 1284,0 8859,0 3142,0 2087,0 2608,0 1924,0 1593,0 501,0 830,0 532,0 754,0	135,0 183,0 161,0 300,0 33,0 600,0 897,0 1098,0 1190,0 1090,0 6752,0 2108,0 1039,0 1854,0 1573,0 1572,0 491,0 784,0 555,0 857,0
Мышьяк Медь Никель Фториды Стирол	Ревда Красно-уральск Ревда Красно-уральск Мончегорск Норильск Орск Никель В. Уфалей Братск Каменск-Уральский Красноярск Краснотуринск Новокузнецк Нижнекамск Омск Пермь	- - - - - - - - - 5500 - - - - - - -	455,0 - 1515,0 - 2660 1300 404 131 - 2155 1560 1967 1369 1556 519 92 54	373,0 469,0 1511 656 2118 1248 402 136 120 2576 1574 1784 1395 1488 519 86 56	310,0 467,0 1271 654 1900 1009 249 130 110 2464 590 1851 1427 1415 456 70 16

--х здесь и далее нет данных

Экологическая токсикология.

Среди загрязнителей окружающей среды (механических, биологических, физических, химических, радиоактивных) ведущее место занимают химические соединения. Известно более 5 000 000 химических соединений, из которых свыше 60 000 наименований выпускается промышленностью. Мировой объем производства химических соединений возрастает за каждые 10 лет в 2,5 раза. В настоящее время формируется новое направление экологии «экологическая токсикология», которая может рассматриваться как научное направление, занимающееся изучением воздействия экзогенных химических веществ на экологическую систему, биоценоз. Отдавая должное такой трактовке понятия «экологическая токсикология», нельзя не признать, что в настоящее время следует уделять большее внимание медико-экологическим исследованиям и разработкам. В этом случае экологическая токсикология выступает как научное направление, занимающееся изучением действия вредных экзогенных веществ на здоровье населения и качество среды обитания человека (12).

Ксенобиотики и их воздействие на организм.

Из многих сотен тысяч лет эволюции человека лишь в последние 200 стало бурно развиваться производство совершенно новых веществ, ранее не встречавшихся (или почти не встречавшихся) живому организму. Независимо от их назначения, вредности и механизма биологического действия все они чужеродны для человека. Поэтому их называют ксенобиотиками, от греческих слов «ксенос»- чужой, «биос» - жизнь. Общепринятой классификации ксенобиотиков нет, экологи и гигиенисты в зависимости от целей и задач исследований классифицируют их по различным показателям (49):

• источники их поступления в окружающую среду (промышленные, энергетические, сельскохозяйственные, бытовые и другие ксенобиотики);

• преимущественно загрязняемые объекты (атмосфера, воздух, вода, почва, продукты питания и т. д.).

• по происхождению различают ксенобиотики пищи, лекарственные ксенобиотики, промышленные ксенобиотики и т. д. (табл. 6).

Таблица 6.

Основные группы ксенобиотиков и их характеристика (35).

Наименование	Характеристика
Промышленные ксенобиотики (наиболее разнообразная группа чужеродных химических соединений)	Группа неорганических химических веществ (содержит практически все элементы периодической системы). Все классы органических соединений (начиная с простейших алифатических углеводородов и кончая синтетическими высокомолекулярными соединениями, а также веществами, сравнимыми по степени токсичности с боевыми отравляющими веществами).
Сельскохозяйственные ксенобиотики	Пестициды (химические средства защиты растений). Нитраты и нитрозамины (результат превращения в почве азотных и органических удобрений) и т.д.
Ксенобиотики пищи	Неалиментарные (не имеющие пищевой ценности) компоненты пищи и антиалиментарные вещества,включающие различные эссенции (сложные эфиры), нитриты, нитраты, нитрозамины; кофеин, теобромин, алкоголи, дубильные вещества и др.
Лекарственные ксенобиотики	Синтетические лекарства, являющиеся для организма чужеродными, а поэтому обладающие в значительной степени побочным действием (антибиотики, сульфаниламиды, наркотические стероиды, нейролептики, антидепресанты и др.).

Косметические средства

Включают ряд биологически активных соединений (эссенции, алкоголии др.) чужеродные организму и способные в определенных концентрациях вызвать токсический эффект.

- в основу биохимической (патохимической) классификации ксенобиотиков положен принцип их взаимодействия с биохимическими системами. По этому принципу выделяют, например, вещества денатурирующие белки (кислоты, щелочи), вещества, являющиеся ингибиторами ферментов (фосфорорганические соединения), вещества, блокирующие функциональные группы белков и коферментов (цианиды, сероводород) и др.

- в соответствии с патофизиологическим принципом среди ксенобиотиков выделяют вещества, вызывающие тканевую гипоксию (цианиды), гемическую гипоксию (метгемоглобинобразующие соединения, моноксид углерода), циркуляторную гипоксию (соединения мышьяка, дихлорэтан), вещества, характеризующиеся судорожным, нервно-паралитическим действием, наркотическим и другими общерезорбтивными токсическими эффектами, в том числе инициирующие процессы перекисного окисления.

Согласно биогеохимической теории акад. В. И. Вернадского существует биогенная миграция атомов по цепочке: почва - вода - пища - человек, в результате которой практически все химические элементы, окружающие человека во внешней среде, в большей или меньшей степени проникают внутрь организма (48). Поступление летучих и водорастворимых соединений происходит значительно легче. Нелетучие и нерастворимые в воде соединения из неорганической среды предварительно проходят стадию «мобилизации», которая часто включает действие металлтолерантности бактерий (например, болезнь Миномата в Японии). Проникая в живой организм, химические вещества различными путями (согласно физиологическим функциям или по принципу антиметаболитов) внедряются в химические и биологические циклы, образуя до 5-10 млн. разнообразных комплексных соединений с кислород-, азот-, серосодержащими фрагментами аминокислот, пептидов, белков, гетероциклов, нуклеиновых кислот, а также с фосфатами, витаминами, гормонами.

Согласно избирательным характеристикам образующихся комплексов и их стабильности, происходят распределение элементов в тканях различных органов, физиологических жидкостях. Например, полнокровные ткани концентрируют кремний, мышьяк, титан, цинк и некоторые другие; ткани мозга - медь, марганец, алюминий, литий и др. С возрастными изменениями меняется и содержание микроэлементов. Так, в старческом возрасте в легких накапливается десятикратный избыток алюминия, титана, кадмия, никеля, свинца, а содержание меди, марганца и молибдена понижается. Нарушение обмена микроэлементов при различных заболеваниях может быть использовано для диагностики и прогноза заболевания. Так, например, имеются предварительные выводы о ранней диагностике по изменению содержания цинка (заболевания печени и селезенки); по концентрации марганца, хрома, кобальта можно судить о нарушениях в работе сердечно-сосудистой системы и т. д. Отдаленные по следствия воздействия на человека ксенобиотиков многообразны (табл. 7) (101).

Таблица 7.

Формы отдаленных последствий острых и хронических интоксикаций химическими веществами.

Опухолевые формы		Неопухолевые формы
		Функциональные		Органические
Развивающиеся по прямому механизму действия (инициация) или опосредованное (промо-ция)	Дисгормональные опухоли (матка, яичники, надпочечники и др.).	а) изменения личности (реактивные состояния), б) дисгормональные состояния, в) вегетативно-сосудистая дистония, г) астеноневротический синдром, д) вегетативные полиневриты, е) сенсибилизация организма, ж) иммунодефицитные состояния.	Апластичес-кие и гипопластиче-ские (панмиэло-фтиз, анемия, атрофические и гипопластичес-кие состояния слизистых и др.).	Склеротичес-кие: а) пневмосклероз, б) дистрофия и цирроз печени, в) энцефалопатия, г) миокардиодистрофия и кардиоскле-роз, д) атеросклероз сосудов, е) нефросклероз.	Действие на потомство: а) самопризвольный аборт, б) вторичное бесплодие, в) физические, психические и функциональные дефекты, г) соматические дисплазии, д) врожденные уродства.

Радиация и окружающая среда.

Радиоактивное облучение, которому подвергаются объекты на Земле, возникает от различных источников, отличающихся по своей природе. Это, во-первых, ядра нестабильных изотопов (калий-40, рубидий-87, производные урана-238 и тория-232); во-вторых, потоки космических элементарных частиц, рождающих в атмосфере невидимые глазом «ливни» ионизирующих излучений; в-третьих, искусственные источники радиации, такие как медицинские рентгеновские аппараты, н электронные и гамма-пушки и т. п. (10). Радиологическая обстановка на территории Челябинской области крайне напряжена. Так, в результате текущих технологических выбросов радионуклеидов в 1948-1960 г. г. подверглось облучению население, проживающее вокруг ПО «Маяк» на территории радиусом в 40 км, при этом в 23 населенных пунктах эквивалентно-эффективные дозы облучения населения превысили 35 бэр, а в 123 - 7 бэр. В результате загрязнения реки Теча и ее прибрежной территории радиоактивными отходами подверглись внешнему и внутреннему облучению 124 тыс. человек из населения Челябинской и Курганской областей, из которых 935 человек заболели лучевой болезнью, а несколько десятков тысяч человек получили дозы от 3, 5 до 170 бэр.

В среднем, примерно, 2/3 излучения, которое человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ поступающих в организм с пищей (например, нуклиды свинца-210 и полония-210), водой и воздухом. Лишь недавно ученые поняли, что наиболее весомый из всех естественных источников радиации - это невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелее воздуха) радон. Радон вместе со своими продуктами распада ответственен за 3/4 годовой дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации и примерно за 1/2 этой дозы от всех естественных источников радиации. Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно различна для разных точек земного шара. Как ни парадоксально это звучит, но основную часть дозы облучения от радона человек получает находясь в закрытом помещении (непроветриваемом); еще один, как правило, менее важный источник поступления радона в жилых помещениях представляет собой вода и природный газ. Последствия радонной радиации связано не только с раком, но и с риском возникновения других заболеваний, например, сердечно-сосудистых, а также мутагенного эффекта.

В настоящее время получила свое дальнейшее развитие радиобиология - наука о действии всех видов ионизирующих излучений на живые организм, их сообщества и биосферу в целом. О поражающем действии ионизирующих излучений ученым стало известно уже в первые годы после открытия рентгеновского излучения. Изменения возникающие в организме под действием ионизирующих излучений зависят от величины дозы (чем она больше, тем значительнее изменения), вида излучения (рентгеновское излучение, альфа-, бета-, гамма-излучения и другие обладают разной энергией, создают неодинаковую плотность ионизации и поэтому дают разный биологический эффект путей воздействия на организм (дыхательные пути, пищеварительный тракт, кожа), а также от объема облученных тканей и их радиочувствительности.

В организме наиболее радиочувствительны половые и кроветворные клетки, а также клетки эпителия тонкой кишки. Незрелые формы тканевых элементов (эмбриональные и молодые ткани, а также организмы в период формирования) более чувствительны к действию ионизирующих излучений.

Радиобиология занимается также изучением различных средств защиты человека от излучения и путей пострадиационного восстановления организма от повреждений, прогнозированием опасности для человечества повышающегося уровня радиации окружающей среды, изысканием новых (более безопасных) путей использования ионизирующих излучений в медицине, сельском хозяйстве, пищевой и микробиологической промышленности, других областях науки и техники.

Канцерогены в окружающей среде.

По данным Международного агентства по изучению рака (JARSl), возникновение примерно 85% опухолей у человека можно связать с воздей ствием внешнесредовых факторов. Еще в 1964 году комитет экспертов ВОЗ, анализируя пути борьбы с раковыми заболеваниями, обратил внимание на то, что факторы внешней среды влияют прямо или опосредованно на возникновение опухолей кожи, ротовой полости, дыхательной системы и желудочно-кишечного тракта, мочевыводящих путей, репродуктивых органов, кроветворной ткани. Канцерогенные вещества содержатся в различных дымах, промышленных выбросах, выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания и т. п. Канцерогенный эффект могут оказывать некоторые опасные и вредные вещества профессиональной природы (табл. 8).

Таблица 8.

Канцерогенная значимость отдельных факторов окружающей среды и производства.

Новообразования	Опасные и вредные вещества и профессиональные факторы, действие которых может привести к возникновению злокачественных новообразований.
1. Опухоли кожи (гиперкератозы, эпителиомы, папилломы, лейкокератозы)	Продукты перегонки каменного угля, нефти, сланцев (смола, пек, антрацен, фенантрен, амино-антраценовое масло, гудрон, парафин и др.). Воздействие ионизирующих излучений (рентгеновского, гамма-излучения и др).
2. Опухоли полости рта и органов дыхания	Соединения никеля, хрома, мышьяка; каменноугольных смол; асбест, асфальт, вдыхание пыли радиоактивных руд и пыли с адсорбированными на них углеводородами.
3. Опухоли печени	Винилхлорид, длительный контакт с радиоактивными веществами, тропными к печеночной ткани (полоний, торий, плутоний).
4. Рак желудка	Шестивалентные соединения хрома.
5. Лейкозы	Бензол, воздействие различных видов ионизирующей радиации.
6. Опухоли мочевого пузыря (папиломы, рак)	Амины бензольного и нафталинового ряда (бензидин, нафтиламин и др).
7. Опухоли костей	Длительный контакт с остеотропными радиоактивными веществами (радий, стронций, плутоний).

В заболеваемости населения раком органов дыхания ведущую роль играет загрязнение атмосферного воздуха (40, 76) и высокая плотность населения; в заболеваемости раком органов пищеварения и брюшной полости, определенную роль играет недостаток магния в окружающей среде; в распространении злокачественных новообразований мочевого пузыря - избыточная общая минерализация и высокое содержите кальция в воде. Установлена прямая зависимость показателей заболеваемости и смертности населения (табл. 9) от загрязненности атмосферного воз духа выбросами промышленных предприятий. Так, тревожит рост онкологической заболеваемости, которая зарегистрирована в 1993 году в среднем по Челябинской области на уровне 315,2 на 100 тыс. населения (17 место по РФ) против 308,3 в 1992 г и 303,0 в 1991 г. Наиболее высокий уровень регистрируется в промышленных городах (Магнитогорск, Карабаш, Копейск, Троицк, Челябинск) с высоким уровнем загрязнения окружающей среды канцерогенными веществами.

Таблица 9

Загрязненность атмосферного воздуха Уральского региона и смертность от рака легкого (данные 1992 г) (61)

Территории	Выбросы в атмосферу из стационарных источников т/ кв.км	Выбросы в атмосферу на душу городского населения	Стандартизованная по возрасту смертность от рака легкого (число умерших на 100 000 нас.).
Башкирия	0,05558	0,30662	21,3
Курганская область	0,02837	0,33032	36,2
Оренбургская область	0,06987	0,60273	31,9
Пермская область	0,04708	0,31322	24,6
Свердловская область	0,10599	0,50013	27,6
Удмуртия	0,07532	0,27560	21,5
Челябинская область	0,020610	0,61367	28,7

Установлена корреляционная связь впервые выявленных злокачественных новообразований у лиц старше 40 лет с показателями загрязнения воздуха взвешенными веществами, диоксидами серы и азота, бенз(а)пиреном. С 26 по 28/IХ 1990 г. в Киеве проходил 2-й Всесоюзный симпозиум по экологической онкологии. На нем рассмотрена роль нитратов, нитритов и микрофлоры в образовании канцерогенных нитросоединений (НС), особенности образования канцерогенных нитрозаминов (НА) в воздухе, воде, почве, перехода НС из почвы в растения, а затем в организм (86).