Текст книги "Экология человека: практикум для вузов"

1. Гаммерман А. Ф. и др. Лекарственные растения. (Растения – целители). – М.: 1983.

2. Гортинский Г. Б., Яковлев Г. П. Целебные растения в комнате. М.: 1993.

3. Герасимов С. О., Журавлев И. М. Комнатное цветоводство. – М.: 1992.

4. Иванченко В. А. Растения и работоспособность. – М.: 1984.

5. Комнатные растения. – М: 1989.

7. Медицинская география и экология человека. – М.: 1987.

8. Муравьева Д. А. Тропические и субтропические лекарственные растения. – М:1983.

Тема: Антропогенные факторы среды и их влияние на организм человека

Цель: ознакомление с основными видами антропогенных загрязнений окружающей среды и методами их экспрессного анализа. Определение способов защиты.

Оборудование: пишущие принадлежности, микрокалькулятор.

1. Что такое антропогенные факторы среды?

2. Перечислите токсичные вещества, обладающие способностью накопления в природной среде и в организме человека.

3. Какие токсичные вещества приводят к высокой утомляемости человека, понижению его физической и умственной работоспособности и повышенной чувствительности к инфекциям, особенно при стрессовых воздействиях?

4. Какие источники способствуют накоплению солей тяжелых металлов в организме человека?

5. Какие средства следует применять для защиты организма от антропогенных экотоксикантов?

Антропогенные факторы среды – это факторы, возникновение которых обусловлено хозяйственной или иной деятельностью человека.

Наибольшую опасность для человека и животных представляют экотоксиканты. Экотоксиканты – вредные химические вещества, загрязняющие окружающую среду и отравляющие находящиеся в ней живые организмы. Основными источниками их поступления являются: предприятия химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, деревообрабатывающей, топливной и других промышленных отраслей; различные виды транспорта (особенно автомобильный); ТЭЦ и другие энергетические установки; сельскохозяйственное производство (минеральные удобрения, пестициды); АЭС и предприятия, использующие атомную энергию и т. д.

В современном обществе ежедневно используются сотни тысяч химических веществ. Среди десяти наиболее опасных веществ и факторов воздействия следует назвать тяжелые металлы (Hg, Co, Mo, Pb, Cd, As, Zn, Cu, и др.), летучие органические соединения, формальдегид, пестициды, побочные продукты сгорания (CO, CO₂, NO₂, ЯО₂ и др.), ядовитые и канцерогенные вещества в продуктах питания, пыль, асбест, бактерии, радиацию. Невозможно контролировать множество химических реакций между этими веществами, их индивидуальные и комбинированные токсические эффекты.

В настоящее время автотранспорт является одним из основных загрязнителей атмосферы оксидами азота и угарным газом, содержащимися в выхлопных газах. Доля транспортного загрязнения воздуха составляет более 60 % по СО и более 50 % по NО_x от общего загрязнения атмосферы этими газами. Повышенное содержание СО и NО_x можно обнаружить в выхлопных газах неотрегулированного двигателя, а также двигателя в режиме прогрева. Концентрация оксида углерода (II) в выхлопных газах автомобиля составляет 0,3-10 %, углеводородов (несгоревшего топлива) – до 3 % и оксидов азота – до 0,8 %.

Последствия отрицательного воздействия на организм человека основных загрязнителей воздуха, попадающих в атмосферу из выхлопных газов, приведены в таблице:

Влияние выхлопных газов автомобилей на здоровье человека (по Х. Ф. Френчу, 1992)

Работа 3
Определение количества антропогенных загрязнений, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта

Выберите участок автотрассы вблизи учебного заведения (места жительства, отдыха) длиной 0,5–1 км, имеющий хороший обзор (из окна, из парка, с прилегающей территории).

Измерьте шагами длину участка (в м), предварительно определив среднюю длину своего шага.

Определите число единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 20 минут, 1 часа. При этом заполняйте таблицу:

Учетная таблица

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчетным методом. Исходными данными для расчета количества выбросов являются:

– число единиц автотранспорта, проезжающего по выделенному участку автотрассы в единицу времени;

– нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города приведены в таблице).

Нормы расхода топлива

Значения эмпирических коэффициентов (К), определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в таблице:

Коэффициенты выброса

Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента при сгорании в двигателе автомашины количества топлива, равного удельному расходу (л/км).

Обработка результатов и выводы

Рассчитайте общий путь, пройденный выявленным числом автомобилей каждого типа за 1 час (L, км), по формуле:

L_j = N_j х L, где

j – обозначение типа автотранспорта;

L – длина участка, км;

N_j – число автомобилей каждого типа за 1 час.

Рассчитайте количество топлива (Q_j, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле:

Q_j = L_j х Y_j.

Определите общее количество сожженного топлива каждого вида (SQ) и занесите результаты в таблицу:

Расход топлива

Рассчитайте объем выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива и всего, занесите результат в таблицу:

Объем выбросов

Рассчитайте массу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле:

где М – молекулярная масса.

Рассчитайте количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды. Результаты запишите в таблицу:

Сопоставьте полученные результаты с количеством выбросов вредных веществ, производимых находящимися в вашем районе заводами, фабриками, котельными, автопредприятиями и другими загрязнителями воздуха. При этом пользуйтесь соответствующими данными по экологической оценке качества выбросов от этих предприятий (такие данные можно получить, например, в районном или городском комитете по экологии и т. п.).

Принимая во внимание близость к автомагистрали жилых и общественных зданий, сделайте вывод об экологической обстановке в районе исследованного вами участка автомагистрали.

* * *

Антропогенные факторы оказывают на человека не только непосредственное влияние, изменяя химический состав вдыхаемого воздуха и питьевой воды, но и опосредованное, вызывая нарушения экологического равновесия в природе. В свою очередь, перенос и рассеивание загрязнений в биосфере обусловлены не только абиотическими факторами (циркуляция атмосферы, течения в океане и др.), загрязнения поглощаются живыми организмами и, перемещаясь по пищевым цепям, увеличивают свою концентрацию. В трофических цепях экосистем химические вещества концентрируются. Так установлено, что по мере перемещения ДДТ по цепям питания, его концентрация увеличивается более, чем в 10 раз.

Большинство вредных химических веществ из почвы и воды попадает в организм растений, а затем животных и, обладая низким периодом полувыведения, аккумулируются в них. Высокотоксичными в этих случаях могут стать зерновые культуры, продукты шельфовой зоны, мясо крупного рогатого скота. Высокий коэффициент кумуляции многих химических веществ, попадающих с продуктами питания в организм человека, способствует накоплению их в организме тех групп населения, которые проживают в химически загрязненных районах. Превышение максимально недействующих доз (МНД), к которым человеческий организм приспособился в ходе естественной эволюции, приводит к срыву защитных механизмов и развитию патологии.

Современные технологии изготовления продуктов питания зачастую предполагают применение консервантов, эссенций, которые могут вредить здоровью покупателей. На этикетках качественных товаров производители указывают индекс, представленный буквой Е и трехзначной цифрой. Каждый индекс соответствует веществу, которое может нанести вред.

Об опасности говорят индексы: Е 102, Е 110, Е 120, Е 124, Е 127. Очень опасны товары с индексом Е 123. К товарам с сомнительными качествами относятся продукты с индексом Е 104, Е 122, Е 141, Е 150, Е 151, Е 161, Е 173, Е 180. Запрещены товары с индексами Е 103, Е 106, Е 111, Е 121, Е 125, Е 126, Е 130, Е 131, Е 152, Е 181. На товарах, содержащих канцерогены, нанесены индексы: Е 217, Е 239, Е 330. Продукты с индексами Е 250, Е 251 противопоказаны при гипертонии. Вызывают сыпь продукты с индексами Е 311, Е 312. На товарах с повышенным содержанием холестерина имеются индексы Е 320, Е 321. Продукты с индексами Е 221–226; Е 338, Е 340, Е 407, Е 450, Е 461, Е 462, Е 463, Е 465, Е 468, Е 477 вызывают нарушение пищеварения. Если на этикетке имеются цифры или индексы, не вошедшие в этот перечень, товар безупречен. Наличие перечисленных компонентов укладывается в стандарты качества, но потребитель должен сам решать – употреблять такой продукт или нет, так как от употребления его можно ожидать любых последствий.

Работа 4
Изучение влияния токсичных металлов на организм

Существуют необходимые для жизни элементы – это так называемые биогенные элементы. Есть вещества, полезные в малых дозах, но вредные в больших. К ним относится медь. И, наконец, целый ряд элементов не имеет никакой ценности для организма, и они являются ядовитыми в любых количествах. К этой группе относятся свинец, кадмий, ртуть и алюминий. Эти металлы могут серьезно нарушать состояние здоровья человека (см. таблицы, приводимые ниже). Поэтому следует избегать поступления в организм токсичных металлов.

Токсичные металлы

Свинец: источники, эффекты, защитные средства.

Ртуть: источники, эффекты, защитные средства.

Кадмий: источники, эффекты, защитные средства.

Алюминий: источники, эффекты, защитные средства.

Обработка результатов и выводы

1. Используя приведенные сведения о наиболее распространенных токсичных металлах, начертите схему взаимосвязи источников токсичных веществ природной среды и человека:

2. Вычертите схему переноса металлов между природными средами:

Сделайте вывод о возможных путях попадания токсичных металлов в организм человека и мерах предосторожности.

Работа 5
Изучение влияния экотоксикантов на организм человека

При оценке социально-экономических условий жизнедеятельности людей в антропоэкосистемах учитывается один из важнейших критериев – условия питания населения. Важными факторами, влияющими на качество пищи, являются технология выращивания пищевых продуктов, способы их хранения, переработки, доставки потребителям, в том числе организация торговли, приготовление пищи, ее калорийность, пищевая ценность, регулярность питания, организация общественного питания и т. д.

Многочисленные примеры повышенного содержания в продуктах растительного происхождения и животноводческой продукции радионуклидов, пестицидов, тяжелых металлов, нитритов, нитратов показывают, насколько качество пищевых продуктов зависит от условий выращивания сельскохозяйственной продукции, рационов питания сельскохозяйственных животных и как важно учитывать это обстоятельство в антропоэкологических исследованиях.

Изучите содержание таблиц 1 и 2. Дополните последнюю графу таблицы 2 рекомендациями по защите от опасных веществ.

Таблица 1

Основные экотоксиканты окружающей среды

Таблица 2

Способы улучшения экологической обстановки в вашем доме

Обработка результатов и выводы

Вычертите схему поступления ПХДД и ПХДФ (полихлорированные диоксины, дибензофураны) в организм человека по пищевой цепи:

Опишите абиотические, биотические и антропогенные факторы среды двух-трех районов или городов с самым высоким уровнем заболеваемости и сделайте соответствующие выводы.

1. Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология. – М.: 1998.

2. Арский Ю. М., Данилов-Данильян В. И., Залиханов М. Ч., Кондратьев К. Я., Котляков В. М, Лосев К. С. Экологические проблемы: Что происходит, кто виноват и что делать? – М: 1997.

3. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. – Новосибирск: 1985.

4. Кадмий: экологические аспекты / ВОЗ. – М.: Медицина, 1994.

5. Таланов Г. А., Хмелевский Б. Н. Санитария кормов: Справочник. – М.: 1991.

6. Федоров Л. А. Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы. – М.: 1993.

Питание. Зависимость качества пищи от среды обитания и способов хранения продуктов питания

Тема: Продукты питания, их качественная характеристика

Цель: определить содержание соланина в картофеле, концентрацию щавелевой кислоты в меде.

Оборудование и реактивы: клубни картофеля, 96 %-ный этиловый спирт, 1 %-ный раствор уксусной кислоты, 5 %-ный раствор аммиака, 1 %-ный раствор аммиака, колбы на 300–500 мл, воронка Бюхнера, обратный холодильник, водяная баня, фарфоровая чашка, мед, 10 %-ный раствор хлорида кальция, перманганат калия, 10 %-ный раствор серной кислоты.

1. Назовите основные пути проникновения токсичных веществ из окружающей среды в организм человека.

2. Какие источники загрязняющих веществ наиболее опасны для человека?

3. Каковы последствия воздействия экотоксикантов на организм человека?

4. Что такое химические катастрофы?

5. Дайте рекомендации по защите от опасных веществ.

Среди всей совокупности факторов, определяющих качество жизни, питанию принадлежит очень важная роль. Человек может защитить себя от экстремального климата и непогоды, может переменить место жительства, сменить работу и семью, но ему некуда уйти от ежедневного потребления пищи. За 80 лет жизни это около 90 000 приемов пищи (60–70 т различных продуктов). Вещества пищевых продуктов составляют основную часть потока энергии; они определяют самое тесное общение человека с внешней средой, которая как бы проходит через организм, создавая его внутреннюю среду. Сложный пищевой поток состоит из тех же элементов, что и планета, в нем сотни тысяч природных веществ.

Нарушение химического равновесия окружающей среды, условий хранения урожая может привести к повышенному содержанию вредных веществ в продуктах питания. Таковы, например, соланин в картофеле и щавелевая кислота в меде.

Работа 6
Определение содержания вредных веществ (соланина) в картофеле

Качественную оценку присутствия соланина в клубнях картофеля позволяет сделать проба по В. Н. Ниловой. С клубня картофеля делают несколько срезов толщиной 1 мм: 1) от верхушки до основания по оси, делящей клубень на равноценные половинки; 2) поперечные – у основания и у верхушки клубня; 3) с боков; 4) в участках около глазков. Срезы помещают на часовое стекло или в фарфоровую чашку. На них наносят по каплям сначала крепкую уксусную кислоту (80–90 %-ный раствор), а затем концентрированную серную кислоту и несколько капель 5 %-ной перекиси водорода. Почти немедленно на местах среза, содержащих соланин, появляется интенсивное темно-малиновое или красное окрашивание.

Количественное определение содержания соланина проводят следующим образом.

Навеску в 30–50 г сухого, тонко размолотого клубня или ботвы картофеля экстрагируют несколько раз в 100–150 мл спирта на водяной бане в колбе на 300–500 мл, соединенной с обратным холодильником; кипящим 96 %-ным спиртом экстрагируют полчаса при частом взбалтывании. Через полчаса колбу охлаждают и содержимое фильтруют через воронку Бюхнера в бунзеновскую колбу. Осадок вновь помещают в колбу и экстрагируют в 100–150 мл спирта. Эту операцию выполняют 3–4 раза. Все спиртовые вытяжки сливают вместе.

Колбу со спиртовой вытяжкой помещают на водяную баню, и спирт отгоняют почти досуха. Остаток растворяют в 150 мл воды, подкисленной уксусной кислотой. Получившийся раствор центрифугируют, центрифугат сливают, остаток снова заливают 1 %-ным раствором уксусной кислоты, взбалтывают и опять центрифугируют, промывание делают еще раз, центрифугаты соединяют.

К кислому центрифугату постепенно приливают 5 %-ный раствор аммиака до щелочной реакции на лакмус и нагревают 30 мин на кипящей водяной бане. Выпадает хлопьевидный осадок соланина. Если за время нагревания аммиак улетучился, то необходимо его добавить.

Выпавший соланин центрифугируют, осадок растворяют в спирте, отфильтровывают, затем отгоняют спирт, осадок растворяют в подкисленной воде и после центрифугирования осаждают аммиаком. Такую чистку делают 2–3 раза. Последний раз соланин фильтруют через маленькие, предварительно высушенные до постоянной массы фильтры. Осадок на фильтре промывают 1 %-ным раствором аммиака. Затем фильтры с осадком соланина высушивают в весовых стаканчиках при 100-105С и взвешивают.

Обработка результатов и выводы

По массе пробы рассчитайте процентное содержание соланина и сделайте вывод о качестве картофеля.

Работа 7
Определение содержания щавелевой кислоты в меде

Методика определения щавелевой кислоты в меде основана на выделении щавелевой кислоты из меда раствором хлорида кальция с последующим растворением осадка соли в серной кислоте и титрованием его раствором перманганата калия. Чувствительность метода 10 мг/кг.

В мерный цилиндр помещают 40 г меда, доливая теплую дистиллированную воду (40 °C) до объема 50 мл, добиваются получения гомогенной смеси, затем все переливают в большую центрифужную стеклянную пробирку, добавляют туда 5 мл 10 %-ного раствора хлорида кальция и помещают в водяную баню при 60 °C на 10 мин.

После прогревания пробирку со смесью центрифугируют при 3000 об/мин в течение 10 мин, осторожно сливают надосадочную жидкость, приливают 30 мл дистиллированной воды для промывания осадка и повторно центрифугируют. Слив надосадочную жидкость, осадок растворяют в 10 мл 10 %-ной серной кислоты.

Пробирку с растворенным осадком нагревают в водяной бане до 80 °C, испытуемый раствор переливают в коническую колбу и титруют 0,01 N раствором перманганата калия до розового окрашивания, сохраняющегося в течение 20–30 с. Во время титрования температура реагирующей смеси должна быть 80 °C. Одновременно при тех же условиях титруют 10 мл 10 %-ного раствора серной кислоты (контроль).

Обработка результатов и выводы

Рассчитайте содержание щавелевой кислоты в меде, учитывая, что 1 мл 0,01 N раствора перманганата калия, пошедшего на титрование испытуемой пробы и контроля, соответствует 0,45 мг щавелевой кислоты.

Оценку содержания щавелевой кислоты в меде проводят по формуле:

С – содержание кислоты в исследуемом меде, мг/кг;

П_и – объем раствора перманганата калия, пошедшего на титрование испытуемой пробы, мл;

П_к – объем раствора перманганата калия, пошедшего на титрование контрольной пробы, мл;

М – навеска исследуемого меда, г.

Пример: навеска меда 40 г; на титрование испытуемого раствора пошло 6 мл 0,01 N раствора перманганата калия; на титрование контрольной пробы пошло 0,3 мл 0,01 N раствора перманганата калия. Тогда содержание щавелевой кислоты в меде составит:

Санитарная оценка меда. При обнаружении щавелевой кислоты в количестве до 100 мг/кг мед используют без ограничений; при обнаружении щавелевой кислоты свыше 100 мг/кг партия меда с целью нейтрализации кислоты подвергается прогреванию при 45–50⁰ С при постоянном перемешивании в течение 1 ч. с добавлением в начале процесса 10 %-ного раствора СаС1₂. Необходимый объем раствора СаС1₂ (мл) рассчитывают по формуле:

V = 0,013 С х М, где

0,013 – постоянный коэффициент;

С – содержание щавелевой кислоты в 1 кг меда, мг/кг;

М – величина партии меда, кг.

Сделайте вывод о качестве меда.

1. Андрюков В. П. Уровни загрязнения воздуха городов системы глобального мониторинга окружающей среды в сравнении с критическими значениями загрязнения воздуха //Метеорология и гидрология, 1992. – № 7.

2. Белов С. В., Барбинов Ф. А. и др. Охрана окружающей среды. – М.: 1991.

3. Белоконь Л. С., Яншин А. Л. Современное состояние проблемы экологии человека //Изв. ВГО, 1991. – Т. 123. – Вып. 2.

4. Вронский В. А. Экологический словарь-справочник. – 1994.

5. Яншин А. Л., Мелуа А. И. Уроки экологических просчетов. – М.: 1991.

Тема: Определение питательных веществ, необходимых организму человека

Цель: определить достаточность микроэлементов и витаминов А, В, С, D, Е в организме.

Оборудование: тесты на обеспеченность организма микроэлементами и витаминами.

1. Что включает в себя понятие «энергетические потребности»?

2. Какие пищевые вещества необходимы для жизнедеятельности? Дайте им характеристику.

3. Как отражается на здоровье человека дефицит витаминов?

4. Для каких районов характерны заболевания, обусловленные недостатком йода, магния, кальция, молибдена?

5. Течение каких болезней определяет недостаток ряда микроэлементов?

Организму человека необходимы практически все биогенные элементы. Но, по оценке Института питания РАМН, в нашей пище все явственнее не хватает многих элементов, что вызвано особенностями переработки продуктов, длительностью их хранения, снижением потребления овощей и фруктов.

Так, для нормальной жизнедеятельности важен кальций, хранилище которого – желудок, кишечник, позвоночник, кости. Составляет он и основу костной ткани зубов, необходим для нормальной возбудимости нервной системы, участвует в процессе свертывания крови, сопрягает процессы синтеза и секреции в клетках, активизирует сократительную функцию мышечной ткани.

Калий содержится в мышцах, особенно много его содержат мышцы сердца. Способствует выведению из организма воды.

Магний, содержащийся в поперечно-полосатой мускулатуре, необходим для поддержания нормальной возбудимости нервной системы, функции сокращения мышц. При его недостатке появляются судороги в мышцах.

В костном мозге, селезенке, печени наивысшее содержание железа, необходимого для образования эритроцитов и поддержания физиологических функций организма.