Текст книги "Экология человека. Курс лекций"

Лекция 4. Воздействие природной среды на человека

Вопросы:

1. Влияние климата и погоды на человека.

2. Человек в экстремальных условиях.

3. Человек в условиях избытка и недостатка химических элементов в природной среде.

4. Природно-очаговые болезни.

При разработке лекции была использована следующая литература:

Биологический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989. – 864 с.

Дмитриев А. Н. Огненное пересоздание климата Земли. – Новосибирск – Томск: изд-во ООО «Твердыня», 2002. – 148 с.

Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология. Ростов-на/Д.: Феникс. 2001. – 576 с.

Мамедов Н. М., Суравегина И. Т., Глазачев С. Н. Основы общей экологии. – М.: Устойчивый мир, 2000. – 272 с.

Трушкина Л. Ю., Трушкин А. Г., Демьянова Л. М. Гигиена и экология человека. Ростов н/Д.: Феникс, 2003. – 448 с.

Физиология человека. В 3-х томах. Т.3. Пер с анг./ Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. – М.: Мир, 1996. – 198 с.

Целебник №14 // Свет. Природа и Человек, 2004, №4, С. 49 – 53.

1. Влияние климата и погоды на человека

Наиболее важными климатическими факторами, оказывающими влияние на организм человека, являются температура воздуха, солнечная активность, атмосферное давление и влажность.

Температура

Ученые считают, что человечество зародилось в экваториальном поясе, где температура в течение всего года не опускается ниже +24⁰С. Расширение обитаемых зон со значительно меньшими среднегодовыми температурами специалисты связывают с периодом, когда человек научился пользоваться огнем. Получая дополнительное тепло человек смог устраивать жилые зоны, изолированные от внешней среды. Температура, которую мы и сейчас поддерживаем в своих жилищах, совпадает со среднегодовыми температурами тех местностей, где возникли древние цивилизации.

Температурный фактор сохраняет свое значение и в жизни современного человека. Глобальная оценка плотности населения наглядно показывает ее зависимость от среднегодовой температуры. Наименьшие сезонные колебания температуры в тропических областях, по-видимому, очень благоприятны для жизни, что объясняет с учетом других причин, бурный рост населения в этих зонах.

Приспособление организма человека к меняющейся температуре окружающей среды осуществляется за счет процесса, который называют терморегуляцией (от греч. thérmé – тепло и лат. regulo – упорядочиваю, регулирую). Физиологическая функция, обеспечивающая поддержание оптимальной для организма температуры глубоких областей тела, является одним из важных механизмов гомеостаза. Существует два механизма терморегуляции: химический и физический. Химический механизм терморегуляции – теплопродукция. Теплоотдача – механизм физической терморегуляции. Баланс между уровнем теплопродукции и теплоотдачи контролирует центр терморегуляции, который является частью системы центров гипоталамуса (отдела головного мозга), регулирующий вегетативные и моторные компоненты адаптивного поведения. Центр теплопродукции воспринимает сигналы терморецепторов кожи и подкожных тканей и термочувствительных нейронов гипоталамуса и осуществляет коррекцию температуры тела. Раздражение периферических холодовых терморецепторов сопровождается увеличением теплопродукции, главным образом благодаря интенсификации обмена веществ, появлению холодовой дрожи и уменьшению теплоотдачи за счет сужения кожных и подкожных кровеносных сосудов.

Активирование теплочувствительных нейронов гипоталамуса при перегревании организма приводит к уменьшению теплопродукции вследствие угнетения мышечного тонуса и к увеличению теплоотдачи вследствие расширения периферических кровеносных сосудов и увеличения потоотделения. В осуществлении гипоталамической терморегуляции участвуют железы внутренней секреции, главным образом, щитовидная железа и надпочечники. Терморегуляция находится под контролем коры больших полушарий, что позволяет организму на основе общей температурной чувствительности выбирать определенную поведенческую реакцию.

Солнечная активность и солнечный свет

Человек – дневное, солнцелюбивое существо. Солнечный свет через зрительный анализатор ориентирует человека в пространстве, повышает активность коры больших полушарий, определяет суточный ритм жизни, обмен веществ. Ультрафиолетовые лучи обуславливают развитие ряда местных и общих реакций организма человека: усиление деятельности желез внутренней секреции, изменение реактивности организма. Длительное световое голодание способствует развитию ряда заболеваний, например, рахит (нехватка витамина D), затрудняет лечение туберкулеза, сердечно-сосудистых заболеваний.

Солнце испускает волны различной длины: от коротких волн (ультрафиолетовые и рентгеновские) до радиоволн (сантиметровые и дециметровые). Испускает солнце и корпускулы (протоны и электроны, образующие разряженную плазму). В годы максимальной солнечной активности ультрафиолетовое излучение увеличивается в два раза, рентгеновское – в десятки и сотни раз, радиоизлучения – в тысячи и даже миллионы раз. Электромагнитные излучения доходят до земли за 8.3 минуты, корпускулярное излучение доходит с опозданием на 1—2 дня. Некоторые геофизические явления (например, магнитные бури, т.е. кратковременные изменения магнитного поля Земли) связаны с увеличенной солнечной активностью.

Повышенные дозы солнечной радиации неблагоприятны для организма: снижается иммунитет, увеличивается опасность развития злокачественных новообразований.

Атмосферное давление

В период пребывания в условиях повышенного атмосферного давления наблюдаются некоторые изменения физиологических показателей и ощущений: урежение пульса и частоты дыхания, уменьшение максимального и повышение минимального артериального давления, возрастание жизненной емкости легких, глуховатый тембр голоса, понижение кожной чувствительности и слуха, ощущение сухости слизистых оболочек, усиление перистальтики кишечника, легкое сжатие живота вследствие сжатия газов в кишечнике.

Наиболее благоприятными для человека являются такие погодные условия, как относительная влажность 40—60% при температуре воздуха 18—20⁰ С (по другим источникам 20—25⁰ С). По данным Всемирной Организации Здравоохранения, наиболее благоприятный климатический эталон соответствует среднегодовой температуре воздуха +10⁰ С.

Типы погоды

Гипоксический тип. Основные черты: низкое атмосферное давление, теплый фронт, повышенная влажность, как правило усиление ветра, увеличение облачности, осадки, снижение содержания кислорода в воздухе.

Неблагоприятен для людей с низким артериальным давлением, благоприятен для тех, кто предрасположен к гипертонической болезни, спазмам сосудов.

Спастический тип. Основные черты: повышение атмосферного давления и содержания кислорода в воздухе, понижение температуры, усиление ветра, дни, как правило, ясные.

Неблагоприятен для страдающих повышенным артериальным давлением и бронхиальной астмой. Благоприятен для гипотоников.

Тонизирующий и гипотензивный типы. Чаще всего предшествуют соответственно спастическому и токсическому типам. Первый вызывает повышение тонуса сосудов, второй – его снижение. Влияние на здоровье менее выражено. Однако если вы «несовместимы» с одним из этих типов погоды, самочувствие может несколько ухудшиться. Наиболее опасны резкие перепады, когда в течение суток происходит наслоение одного эффекта на другой – спастического на гипоксический и наоборот.

Для погоды в целом, как и для отдельного ее компонента, существенным признаком являются колебания в ту или иную сторону. Так во всем мире ветры приводят к тому, что у больных наблюдаются трудно останавливаемые кровотечения. Врачи в Швейцарии и в Южной Германии откладывают операции, когда с Альп задувает теплый и сухой южный «фен». А холодный северный «мистраль» издавна влияет на снижение внимательности людей. Ветры в североафриканских пустынях тотчас же наполняют больницы пациентами. Люди становятся раздражительными, иногда даже буйными.

Установлено, что резкая перемена погоды меняет соотношение ионов, молекул, которые обладают определенным электрическим зарядом, в воздухе. Отрицательные ионы позитивно влияют на здоровье, а положительные – негативно. Когда мы дышим воздухом, напоенным отрицательными ионами, например, у текущей воды, то находим воздух освежающим и бодрящим. А когда приходится дышать воздухом, где преобладают положительно заряженные ионы, что характерно для тесных помещений с обилием всякого рода электроприборов, это приводит к заторможенности, сонливости, головокружениям.

Реакции организма человека на действие погодных факторов называются метеотропными реакциями. В свою очередь, способность организма на действие погодных факторов отвечать развитием патологических метеотропных реакций определяется как метеочувствительность, при этом функции нервной и эндокринной систем, обмена веществ не выходят за границы нормы.

При этом следует учитывать существование различных адаптивных типов (спринтер, стайер и смешанный тип). Так, у спринтера, способного переносить чрезвычайно сильные, но кратковременные нагрузки и имеющего малую возможность переносить продолжительные нагрузки средней величины, наблюдается сезонная метеопатология, когда срыв происходит при часто повторяющихся изменениях погоды (реакция накопления). У стайера, способного переносить продолжительные среднеинтенсивные нагрузки и обладающего меньшей возможностью переносить кратковременные, но чрезвычайно высокие нагрузки, метеотропные реакции возникают при резких изменениях погоды. При этом у них наблюдается четкая связь: изменение погоды – клиническое ухудшение состояния здоровья. В отдельных случаях возникновение метеотропной реакции может не совпадать с развитием неблагоприятной погоды. Ее проявление может быть связано с изменением электромагнитных характеристик атмосферы, предшествующих видимому изменению погоды.

Метеотропные реакции могут быть связаны с перемещением из одной климатической зоны в другую, причем необязательно в неблагоприятные климатические условия.

В качестве критериев метеочувствительности используются следующие:

жалобы на перемену погоды и климата;

предчувствие смены погоды;

повышенная раздражительность, утомляемость, депрессивные состояния;

повторяемость одних и тех же клинических признаков в дни с неблагоприятной погодой;

синхронность возникновения реакции у групп наблюдаемых лиц;

нормализация клинических показателей в длительные периоды неблагоприятной погоды;

непродолжительность клинического ухудшения (как правило);

отсутствие других причин, вызвавших ухудшение в состоянии здоровья больного.

Частота метеотропных реакций колеблется с возрастом. Особенно часто они регистрируются у детей грудного возраста, затем их количество снижается, а периоды вытяжения (5—6 и 11—14 лет), когда происходит физиологическая перестройка механизмов адаптации, увеличивается. К подростковому возрасту показатели стабилизируются.

В более зрелом возрасте частота метеотропных реакций увеличивается с ростом числа хронических заболеваний. Возрастает чувствительность к погодным условиям в период беременности и родов. Здорового же человека смена погодных условий закаливает.

У людей, которые не так остро чувствуют погоду реакции на нее все же проявляются, хотя и не осознаются. Так при резком изменении погоды водителям транспорта труднее концентрировать внимание, и может возрастать число несчастных случаев. В результате болезней (гриппа, ангины, воспаления легких, заболеваний суставов) или переутомления сопротивляемость организма снижается.

2. Человек в экстремальных условиях

Воздействие низких температур

При температуре ниже +4⁰С периферические кровеносные сосуды резко сужаются. Вследствие этого такие участки тела как нос, уши и пальцы на руках и на ногах, не снабжаются адекватно питательными веществами. Отмирание ткани (некроз) в этих условиях не вызывает болевых ощущений, т.к. при таких низких температурах, проведение нервных импульсов нарушено (холодовая анестезия). В качестве лечения рекомендуется быстрое согревание; из-за опасности повреждения тканей массажа следует избегать. Некоторое время нормальное кровоснабжение сохраняется только в центральных органах (сердце и центральной нервной системе). Если действие холода продолжается, то мозг и сердце, в конечном счете, тоже охлаждаются. С человеком в состоянии гипотермии не следует делать ничего, что может вызвать расширение сосудов или эффект мышечного насоса и вследствие этого слишком быстрое восстановление периферического кровотока. Кровь на периферии тела в этом случае не только слишком холодная, но и сильно изменена в результате замедления тока. Поэтому ее быстрое возвращение в центральный кровоток вызовет нарушение деятельности сердца. Рекомендуется медленное мягкое согревание.

Воздействие жары

Сильная жара может стать причиной теплового или солнечного удара. Расширение сосудов кожи способно привести к тепловому обмороку, особенно в состоянии покоя. Кровоток в коже становится очень слабым.

Повреждения организма, связанные с повышенным барометрическим давлением (баротравма)

При глубоком нырянии с задержкой дыхания. При спуске увеличивающееся давление окружающей среды может привести к нарушениям, которые в конечном итоге вызовут повреждения тканей организма. Например, вначале погружения объем грудной клетки и, следовательно, объем легких уменьшаются без затруднения, достигая максимума на глубине 30—40 м.

Поскольку легкое больше сдавить нельзя, на более значительных глубинах давление грудной клетки остается постоянным, несмотря на постоянно нарастающее давление вне грудной клетки (окружающей среды) по мере увеличения глубины.

Возникающая разность давления вызывает значительный приток крови к органам грудной клетки. Объем грудной клетки далее снижается по мере перерастяжения легочных сосудов и сердца, что приводит в конечном итоге к повреждению.

Человек на Крайнем Севере

На Крайнем Севере человек находится в особых условиях: длительная и суровая зима, короткое холодное лето, резкое изменение обычной для умеренного климата фотопериодичности, что приводит к явлению «светового голодания» во время полярной ночи и «световому излишеству» во время полярного дня. Важной особенностью экологии Крайнего Севера является застаивание воздуха, а потому загрязняющие вещества здесь не рассеиваются, а выпадают в окрестностях промышленных предприятий. По всем названным признакам условия Крайнего Севера для человека иных широт называются экстремальными. У тех, кто переселяется в условия Крайнего Севера, адаптивный переход чрезвычайно велик и составляет полтора-два года.

Магнитная сфера Земли слабо защищает области высоких широт от вторгающихся в атмосферу курпускулярных потоков различной природы и интенсивности. Возникают значительные колебания геомагнитного поля, что приводит к изменению биохимических и биофизических процессов в клетках организма. У людей возникают полярная одышка, психоэмоциональная неустойчивость, своеобразная гипоксия.

У людей увеличиваются затраты энергии, а потому питание является важным адаптивным признаком. Для оценки калорийности пищи в районах Крайнего Севера используются шкала в калориях, предложенная комитетом по потребностям организма и вопросам пищевых продуктов и сельского хозяйства при ООН. Комитет рекомендует с понижением среднемесячной температуры на каждые 10⁰С увеличивать калорийность питания на 5%, считая за исходную температуру +10⁰С.

Питание коренных народов Крайнего Севера имеет свои особенности. В рационе аборигенов 97% жира и 78% белка имеют животное происхождение. Несмотря на то, что в пище содержание жира высокое, концентрация липидов в их крови остается в норме, т.е. их организм приспособлен к подобной пище. Особое место в питании Северных народов занимает мясо северного оленя. В его мясе содержится до 12 мг% витамина С, что в 13 раз больше, чем в мясе крупного рогатого скота (в мясе крупного рогатого скота – 0,9 мг%), в сердце – 12—22, в печени – 60—130, в мозге – 67—120 мг%). Для питания северян важна еще одна деталь: с приближением к северу токсические свойства растений уменьшаются, а на самом Севере ядовитые растения практически не встречаются. Содержание витаминов в них с Юга на Север увеличивается.

Жизнедеятельность организма, протекающая в условиях Крайнего Севера, специфическая форма хронического напряжения, обусловленная действием комплекса физических, биологических, психо-физиологических и других факторов, была обозначена как «синдром полярного напряжения».

Наличие «синдрома полярного напряжения» характеризует специфичность процесса приспособления (адаптации), его системный характер и тесную связь с параметрами, действующих экологических факторов. Например, исследования состава популяции строителей БАМа показали, что лучше всего приживаются люди с адаптивным реагированием по типу стайера.

Человек и высота

Каждый слышал, что наибольшее число долгожителей наблюдается у горцев. Одно из объяснений этого явления состоит в том, что горцы живут в условиях гипоксии. Подъем в горы и дыхание разряженным воздухом являются классическим примером гипоксии – недостаточности кислорода в воздухе, а значит и в альвеолах и артериальной крови человеческого организма. При физических нагрузках возникает недостаток кислорода, так как мышцы поглощают кислород интенсивнее, чем он приносится кровью. При подъеме в горы организм в ответ на недостаток кислорода усиливает работу кровообращения и дыхания.

При гипоксии, которая возникает на высоте 2 000 – 2 500 м усиливается отдача кислорода тканям, кровь обогащается новыми порциями эритроцитов за счет увеличения кроветворения и освобождения мест депонирования крови. Кроме того, гипоксия активирует ферменты, мобилизует резервы сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

Однако иное дело – высота свыше 3 000 м над уровнем моря. На этих высотах наблюдается низкое барометрическое давление и, как следствие, низкое парциальное давление вдыхаемых и выдыхаемых газов, большой перепад дневных и ночных температур, повышенная солнечная радиация и плотность высокоэнергетических тяжелых частиц в атмосфере. В организме человека происходят существенные изменения: падает в артериальной крови парциальное давление газов, в особенности кислорода, изменяется кислород-транспортная функция крови.

Если человек находится на высоте свыше 5 000 м над уровнем моря он чувствует себя нездоровым и постоянно жить на такой высоте не может. Таким образом, высота более 5 500 м и барометрическое давление 500 – 370 мм. рт. ст. являются лимитирующими факторами.

Установлено, что уменьшение атмосферного давления на 100 мм. рт. ст. вызывает нарастание содержания гемоглобина в крови на 10%. Кислородная емкость крови увеличивается, потому что растет концентрация эритроцитов и гемоглобина, повышается активность ферментов дыхания. Изменяется поведение человека: он меньше двигается, избегает воздействия высоких температур.

Первой реакцией на гипоксию является увеличение частоты сердечных сокращений, несколько увеличивается ударный объем сердца и минутный объем крови. Если в покое организм человека потребляет 300 мл кислорода в минуту, а содержание кислорода во вдыхаемом воздухе уменьшается на 1/3, достаточно увеличить минутный объем крови на 30%, чтобы ткани получили то же количество кислорода.

3. Человек в условиях избытка и недостатка химических элементов в природной среде

Природная среда территорий некоторых географических регионов обладает своеобразием химического состава почвенного покрова, что определяет неоднородность химического элементного состава всех компонентов ее биосферы – воды, флоры, фауны. Такие территории называются биогеохимическими провинциями.

Избыток или недостаток необходимых организму человека химических элементов в питьевой воде и продуктах питания, производимых на таких территориях, могут стать причиной развития целого ряда патологических состояний. Заболевания, возникающие в результате того, что в окружающей среде (почве, воде, воздухе, растительной и животной пище) имеет место избыток или недостаток микроэлементов, носят название эндемических.

Биологические микроэлементные эндемии – это болезни, постоянно существующие на ограниченной территории и связанные с ее климатогеографическими особенностями, в том числе биогеохимическими и техногенными факторами.

Наука насчитывает около 27 из 92 химических элементов, которые являются необходимыми для некоторых форм жизни. Это С, Н, О, N, Ca, S, P, R, Na, Cl, Mg, называемые макроэлементами, а также 16 элементов, относимых к микроэлементам: Fe, I, Cu, Zn, Mn, Co, Ni, Mo, Se, Cr, F, Sn, Si, As, V, B. Микроэлементами принято считать те химические элементы, которые содержатся в тканях и жидкостях организма в очень малых концентрациях (10^—3….10^—12%).

Проявления патологии у человека связанной с концентрацией микроэлементов во внешней среде, разнообразны, т.е. заболевания и синдромы, в этиологии которых главную роль играет недостаток или избыток в организме человека микроэлементов или их дисбаланс, в том числе аномальные соотношения микро– и макроэлементов.

Природные, эндогенные микроэлементозы вызывают:

– врожденные пороки развития;

– наследственные болезни.

Микроэлементозы родителей, чаще матери, как правило, вызывают у детей пороки развития. Так, например, дефицит цинка во время беременности вызывает у потомства в 13—83% случаев врожденные аномалии в виде гидроцефалии, микро– и анофтальмии, расщепления неба, искривления позвоночника, образования грыж, пороков сердца. Недостаток у матерей, таких микроэлементов, как Cu, Mn, Fe, I, Se может стать причиной сходных пороков развития. Примером влияния аномальной биогеохимической ситуации на плод является существование зон распространения зоба и кретинизма.

Профилактические мероприятия, направленные на коррекцию содержания микроэлементов в рационе населения, как правило, дают положительные результаты.

Известны два микроэлементоза естественного происхождения, являющегося причиной эндемических расстройств. Это – фтор, избыточное поступление которого в организм приводит к флюорозу, а недостаток – к кариезу, и йод, недостаток которого способствует возникновению и распространению эндемического зоба. В литературе имеются разрозненные указания на роль других микроэлементов в патологии человека: избыток молибдена связывают с подагрой, ванадия – с распространением кариеза, стронция – с болезнью Кашина-Бека. Селенодефицит связывают с болезнью Кешана.