Воздействие вредного вещества на организм человека

    Воздействие  вредного  вещества  на  организм  человека.  Токсичность  и  канцерогенность элементов и их соединений. 

    Выполнение  различных видов работ в промышленности сопровождается выделением в воздушную среду вредных веществ. Вредное вещество – это вещество, которое в случае нарушения требований безопасности может вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящих и последующих поколений.

    Наиболее  благоприятен для дыхания атмосферный  воздух, содержащий (% по объему) азота – 78,08, кислорода – 20,95, инертных газов – 0,93, углекислого газа – 0,03, прочих газов – 0,01.

    Необходимо  обращать внимание и на содержание в воздухе заряженных частиц –  ионов. Так, например, известно благотворное влияние на организм человека отрицательно заряженных ионов кислорода воздуха.

    При проведении различных технологических  процессов в воздух выделяются твердые  и жидкие частицы, а также пары и газы. Пары и газы образуют с  воздухом смеси, а твердые и жидкие частицы – аэродисперсные системы – аэрозоли. Аэрозолями называют воздух или газ, содержащие в себе взвешенные твердые или жидкие частицы. Аэрозоли принято делить на пыль, дым, туман. Пыли или дымы – это системы, состоящие из воздуха или газа и распределенных в них частиц твердого вещества, а туманы – системы, образованные воздухом или газом и частицами жидкости.

    Размеры твердых частиц пылей превышают 1 мкм (1 микрометр = 10^-6 м), а размеры твердых частиц дыма меньше этого значения. Различают крупнодисперсную (размер твердых частиц более 50 мкм), среднедисперсную (от 10 до 50 мкм) и мелкодисперсную (размер частиц менее 10 мкм) пыль. Размер жидких частиц, образующих туманы, обычно лежит в пределах от 0,3 до 5 мкм.

    Проникновение вредных веществ в организм человека происходит через дыхательные пути (основной путь), а также через кожу и с пищей, если человек принимает ее, находясь на рабочем месте.

    Действие  этих веществ следует рассматривать как воздействие опасных или вредных производственных факторов, так как они оказывают негативное (токсическое) действие на организм человека. В результате воздействия этих веществ у человека возникает отравление – болезненное состояние, тяжесть которого зависит от продолжительности воздействия, концентрации и вида вредного вещества.

    Показателями  негативного воздействия элементов  и соединений на живые  организмы  являются их токсичность и канцерогенность.  Токсичность и канцерогенность  – это свойства  элементов и соединений,  отрицательно  влияющие  на  живые организмы и приводящие  к уменьшению  продолжительности их жизни.  Количество,  при котором химические  ингредиенты  становятся  действительно опасными для окружающей среды, зависит не только от степени загряз- нения ими гидросферы или атмосферы, но также от химических особенностей  этих ингредиентов и от деталей их биохимического цикла. Для сравнения степени токсикологического воздействия химических ингредиентов на различные  организмы  пользуются  понятием  молярной  токсичности,  на  которой основан  ряд токсичности, отражающий увеличение молярного количества  металла, не- обходимого для проявления эффекта токсичности при минимальной молярной  величине, относящейся к металлу с наибольшей токсичностью.

    Факторами  окружающей  среды,  влияющими  на  токсичность,  являются  температура, растворенный кислород, рН, жесткость и щелочность воды, присутствие хелатообразующих агентов и других загрязнителей в воде. Уменьшение парциального давления кислорода и увеличение рН и жесткости воды приводят к понижению токсикологического воздействия веществ-загрязнителей на  окружающую среду и живые организмы, обитающие в ней. Устойчивость живого организма по отношению к  токсикантам  может быть  достигнута  при:

    1)  уменьшении поступления токсиканта;

    2) увеличении коэффициента выделения токсиканта;

    3) переводе токсиканта в неактивную форму в результате его изоляции  или  осаждения.  Например,  синтез  металлотионеинов  обуславливается  несколькими металлами, включая ртуть, кадмий, цинк, медь, серебро. Поэтому  наличие  одного  из этих металлов  может вызвать  устойчивость  к другому металлу из-за неспецифичности лигандов.  Факторы, влияющие на доступность токсикантов, усвоение, их воздействие на организм, могут быть совершенно разной природы: 

    -  химические (химические свойства, окислительно-восстановительные потенциалы, частота воздействия);

     -  физические (освещенность, температура, турбулентность в растворах); 

    -  биологические (размеры, стадии  развития, упитанность, состояние здоровья). 

    Канцерогенез  – это способность металла  проникать в клетку и реагировать  с  молекулой  ДНК,  приводя  к хромосомным нарушениям  клетки. Канцерогенными веществами являются никель, кобальт, хром, мышьяк, бериллий, кадмий.  Различие в канцерогенной активности определяется биодоступностью металлопроизводных: наиболее потенциально активные соединения содержат канцерогенные  ионы  металла,  способные  легко  внедряться  в  клетки  и  реагировать  с  молекулой ДНК. Канцерогенез  зависит  как  от  механизма  поступления  канцерогенных  веществ в клетку, так и от количества внутри клетки. Важным фактором в этом  аспекте является общая цитотоксическая активность конкретного металла. Так,  например, если ион металла также активен и цитотоксичен, как Hg 2+ , то гибель  клетки будет предшествовать канцерогенному ответу.  Канцерогенные вещества  могут быть  разделены на три категории:

     1) металлосодержащие частицы;

    2) водорастворимые соединения металлов;

    3) жирорастворимые  соединения. 

    Наибольшей  проникающей  способностью  в  клетку  обладают  водорастворимые  соединения.

    На  механизм канцерогенеза сильно влияет рН среды, температура, наличие в клетке аминокислот. При более кислых значениях рН наблюдается набольшая растворимость канцерогенов в клетках. Присутствие в клетке аминокислот, хорошо связывающих металлы (таких, как цистеин,  гистидин), сильно понижает  способность канцерогенов, например, никеля, проникать в клетки. Температура  среды является ярким индикатором канцерогенеза.  Локализация канцерогенных ионов металлов в клетках приводит к хромосомным нарушениям, которые являются результатом сшивания молекул ДНК с  белком и трансформации клетки. Такие канцерогенные металлы, как никель и  хром, образуют очень стабильные тройные комплексы, состоящие из ДНК, металла и белка. Образовавшись, эти комплексы чрезвычайно устойчивы, они вовлекают в канцерогенез никель и хром, и перераспределение ионов металлов по  мере образования этих комплексов становится менее вероятным. 

    Накопительное  загрязнение  экосистем  и  факторы,  обусловливающие  интенсификацию этого  процесса. 
 
 
 
 
 
 
 

    Биоценоз  и характерные для него взаимосвязи. 

    Понятие биоценоза. Живые организмы встречаются  на Земле не в любых случайных  сочетаниях, как независимые особи, а образуют закономерные комплексы (сообщества). Впервые на возможность  выделения таких сообществ обратил  внимание немецкий биолог Карл Август Мёбиус (1825— 1908). В 1877 г. он предложил  для обозначения комплекса живых  организмов, постоянно встречающихся  вместе, при наличии одинаковых условий  существования, термин биоценоз (от греч. bios — жизнь и koinos — общий, делать что-либо общим).

    Биоценоз  — это исторически сложившаяся  группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема) (рис. 2.1).

    Итак, каждый биоценоз состоит из определенной совокупности живых организмов, относящихся  к разным видам. Но мы знаем, что особи  одного вида объединяются в природные  системы, которые называются популяциями. Поэтому биоценоз может быть определен  также и как совокупность популяций  всех видов живых организмов, заселяющих общие места обитания.

    В состав биоценоза входят совокупность растений на определенной территории — фитоценоз (от греч. phyton — растение), совокупность животных, проживающих в пределах фитоценоза, — зооценоз (от греч. zoon — животное), микробоценоз — совокупность микроорганизмов, населяющих почву, и микоценоз (от греч. mykes — гриб) — совокупность грибов. Примерами биоценозов являются лиственный, еловый, сосновый или смешанный лес, луг, болото и т.д.

    Каждый  биоценоз развивается в пределах однородного пространства, которое  характеризуется определенным сочетанием абиотических факторов, таких как  количество приходящей солнечной радиации, температура, влажность, химический и  механический состав почвы, ее кислотность, рельеф местности и др. Такое однородное пространство (часть абиотической среды), занимаемое биоценозом, называется биотоп. Это может быть какой-либо участок суши или водоема, берег моря или склон горы. Биотоп — это неорганическая среда, которая является необходимым условием существования биоценоза. Между биоценозом и биотопом существует тесное взаимодействие.

    Масштабы  биоценозов могут быть различны —  от сообществ подушек лишайников на стволах деревьев, моховых кочек  на болоте или разлагающегося пня  до населения целых ландшафтов. Так, на суше можно выделить биоценоз суходольного (незаливаемого водой) луга, биоценоз сосняка-беломошника, биоценоз ковыльной степи, биоценоз пшеничного поля и т .д.

    В водной среде биоценозы обычно выделяют в соответствии с экологическими подразделениями водоемов — биоценоз прибрежных песчанистых или илистых грунтов, биоценоз приливной зоны моря, биоценоз крупных водных растений прибрежной зоны озера, биоценоз пресного водоема и т.д.

    В конкретный биоценоз включаются не только организмы, постоянно обитающие  на определенной территории, но и те, которые оказывают существенное воздействие на его жизнь, хоть и  обитают в других биоценозах.

    Например, многие насекомые размножаются в  водоемах, где являются важным источником питания рыб и некоторых других животных. В молодом возрасте они  входят в состав водного биоценоза, а во взрослом состоянии ведут  наземный образ жизни, т.е. выступают  как элементы сухопутных биоценозов. Зайцы могут питаться на лугу, а  обитать в лесу. То же касается и  многих видов лесных птиц, которые  ищут себе пропитание не только в лесу, а и на прилегающих лугах или  болотах.

    Видовая структура биоценоза. Каждый биоценоз можно описать, основываясь на совокупности составляющих его видов. Видовое  разнообразие различных биоценозов разное, что обусловлено их разным географическим положением. Установлено: оно уменьшается по направлению от тропиков в сторону высоких широт, что объясняется ухудшением условий жизни организмов.

    Например, во влажных тропических лесах  Малайзии на 1 га леса можно насчитать  до 200 видов древесных пород. Биоценоз соснового леса в условиях Беларуси может включать максимум до десяти видов деревьев на 1 га, а на севере таежной области на такой же площади  присутствует 2—5 видов. Наиболее бедными  биоценозами по набору видов являются альпийские и арктические пустыни, самыми богатыми — тропические леса.

    Если  какой-либо вид растения (или животного) количественно преобладает в  сообществе (имеет большую биомассу, продуктивность или численность), то такой вид называется доминантным, или доминирующим.

    Доминантные виды есть в любом биоценозе. В  дубраве это могучие дубы. Используя  основную долю солнечной энергии  и наращивая наибольшую биомассу, они затеняют почву, ослабляют движение воздуха и создают особые условия  для жизни других обитателей леса.

    Однако  кроме дубов в дубраве проживает  большое количество других организмов. Например, дождевые черви, живущие здесь, улучшают физические и химические свойства почвы, пропуская через пищеварительную  систему частицы отмерших растений и опавших листьев. Дуб и червь  вносят свой особый вклад в жизнедеятельность  биоценоза, однако роль дуба здесь определяющая, поскольку вся жизнь дубового леса обусловливается этой древесной  породой и связанными с ней  растениями. Поэтому именно дуб является доминирующим видом в таком лесу.

    Пространственная  структура биоценоза. Виды распределяются в пространстве в соответствии с  их потребностями и условиями  местообитания. Такое распределение  в пространстве видов, составляющих биоценоз, называется пространственной структурой биоценоза. Различают вертикальную и горизонтальную структуру биоценоза.

    Вертикальная  структура биоценоза образована отдельными его элементами, особыми  слоями, которые называются ярусами. Ярус — совместно произрастающие группы видов растении, различающиеся по высоте и положению в биоценозе ассимилирующих органов (листья, стебли, подземные органы — клубни, корневища, луковицы и т.п.). Как правило, разные ярусы образованы разными жизненными формами (деревьями, кустарниками, кустарничками, травами, мхами). Наиболее четко ярусность выражена в лесных биоценозах .Так, первый ярус здесь обычно формируют самые большие деревья с высоко расположенной листвой, которая хорошо освещается солнцем. Неиспользованный свет может поглощаться деревьями поменьше, образующими второй, подпологовый, ярус. Около 10 % солнечной радиации перехватывается ярусом подлеска, который образуют различные кустарники, и только от 1 до 5 % — растениями травяного покрова (травяно-кустарничковый ярус).