Химия окружающей среды

Самые плодородные почвы Центрального Черноземья - черноземы имеют более  высокий уровень содержания всех элементов, чем почвообразующие породы (см. рис. 1). Черноземы принято считать почвами оптимального микроэлементного состава, своего рода эталонами. Однако при детальном изучении оказалось, что это не совсем так. В определенных геохимических условиях даже плодородные черноземы могут испытывать недостаток или избыток тех или иных микроэлементов или их подвижных форм. Например, по сравнению с кларком - средним, нормальным содержанием в почвах (термин предложен А.П. Виноградовым) черноземы Центрального Черноземья имеют дефицит таких микроэлементов, как бериллий, стронций, ванадий, хром, подвижных форм цинка и молибдена

Таким образом, в почвенном  покрове определенной территории наблюдается  отчетливая дифференциация в содержании и распределении микроэлементов. Для каждого элемента характерны свои особенности географического (пространственного) распространения в почвах. Концентрация большинства микроэлементов в одних и тех же почвах варьирует в больших пределах в зависимости от их гумусированности, величины pH, емкости поглощения, гранулометрического состава, карбонатности. Закономерности географического распространения микроэлементов в почвенном покрове используют для проведения почвенно-геохимического районирования отдельных регионов.

Химические элементы, образующие хорошо растворимые соединения в почвенных условиях, вызывают наиболее сильную биологическую реакцию  у местной флоры. Имеет значение и форма нахождения химических элементов в среде. Например, молибден вызывает у животных заболевание только в районах с щелочными почвами (молибденовая кислота даёт растворимые соединения с щелочами); в районах кислых почв избыток молибдена не вызывает заболеваний и т.п. Химические элементы Ti, Zr, Hf, Th, Sn, Pt и многие другие, не образующие в почвенных условиях легкоподвижных растворимых соединений, не вызывают образования Б. п. и эндемий.

В пределах Б. п. различают 2 вида концентрации организмами химических элементов: групповой, когда все виды растений в данной провинции в той или иной степени накапливают определённый химический элемент, и селективный, когда имеются определённые организмы-концентраторы того или иного химического элемента вне зависимости от уровня содержания этого элемента в среде. Известны различные виды растений, которые в Б. п. концентрируют определённые элементы и подвергаются при этом изменчивости. К ним относятся специфическая галмейная флора (концентрирующая Zn), известковая, селеновая, галофитная, серпентинитовая флора и мн. др.

В зависимости от конституционных  свойств данного вида организма  и особенно при длительном изолированном  существовании его в той или  иной Б. п. возникает изменчивость организмов — появление физиологических рас (без видимых внешних изменений), морф, вариаций, подвидов и видов. Это сопровождается повышением содержания в организмах соответствующих химических элементов — Cu, Zn, Se, Sr и др. Появляются также химические мутанты с изменением в ядрах клеток числа хромосом и т.п.; изменчивость может приобрести наследственный характер, особенно у микробов.

 Многие редкие и  рассеянные химические элементы (микроэлементы) играют значительную  физиологическую роль, входя в  физиологически важные органические соединения у организмов — в дыхательные пигменты, ферменты, витамины, гормоны и другие акцессорные физиологически важные вещества.

Известно более 30 химических элементов (Li, В, Be, С, N, F, Na, Mg, Al, Si, P, S Cl, K, Са, V, Mn, Cu, Zn, As, Se, Br, Mo, I, Ba, Pb, U и др.), с которыми связано образование Б. п., эндемий и появление организмов-концентраторов.

На основе изучения химической экологии Б. п. в практику борьбы с  соответствующей эндемией в Б. п. широко вошло использование химических элементов (В, Сu, Mn, Со, I и др.) в качестве удобрения или подкормки животных. На основе изучения содержания химических элементов в почвах и растениях был создан биогеохимический метод поисков полезных ископаемых. В геологическом прошлом Б. п. также играли значительную роль в отборе и изменении флоры и фауны. Реконструкция палеобиогеохимических провинций может многое объяснить в эволюции органического мира.

К микроэлементам обычно относят Li, B, F, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Se, Rb, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, I, Cs, W, Au, Bi. Многие другие элементы, также обычно содержащиеся в малых количествах, нередко относят к токсичным элементам, таковы ртуть, свинец, кадмий. Несмотря на это, стоит подчеркнуть, что и обычные микроэлементы, когда их слишком много, могут стать токсичными (так же, между прочим, как и макроэлементы), а токсичные элементы при очень малых концентрациях не оказывают вредного воздействия на растения и животный мир. Иными словами, если быть точным, нет токсичных элементов, а есть их токсичные концентрации.

Среднее распределение в почвах различных химических элементов. Доля каждого из элементов пропорциональна занимаемой площади. В большинстве почв около половины всей массы представлено кислородом, конечно не свободным, но входящим в состав оксидов, солей сложных органических веществ или алюмосиликатов. Второе место по массе занимает кремний, затем - алюминий и железо. Кальций составляет не более 2-2,5% массы. Магния, калия, натрия, серы, титана и марганца в сумме обычно содержится не более 3%. Тогда как на долю всех микроэлементов (если не считать Mn и Fe, которые иногда выполняют такую же роль) приходится значительно менее 1%. Содержание микроэлементов в почвах и других объектах биосферы чаще выражают не в процентах, а в мг/кг или по западным нормативам в ррm (частей на миллион, что соответствует принятой в России размерности в мг/кг). Среднее содержание некоторых микроэлементов в биосфере приведено в табл. 1.

Преобладающая часть  содержащихся в почве микроэлементов растениям недоступна. Так называемые подвижные соединения Cu, Co, Mn (то есть доступные растениям) составляют только 10-25% общего количества, для Zn и Mo их доля и того меньше, иногда до 1%. Одна из причин заключается в том, что значительная часть их входит в состав почвенных минералов, нередко состоящих из песчаных частиц, а такие частицы быстро не подвергаются разрушающему действию дождевых вод или корневых выделений, и поэтому входящие в их состав элементы питания растениями не усваиваются. Распределение некоторых микроэлементов по почвенным частицам различного размера показано.

В почвах и породах  присутствуют микроэлементы в различных  соединениях: переходящие в водные вытяжки, вытесняемые из твердых  фаз почвы солевыми растворами (обменные катионы), извлекаемые ацетатно-аммонийным буферным раствором (эти соединения считаются доступными растениям), кислоторастворимые соединения и, наконец, микроэлементы, входящие в состав различных почвенных минералов. Иногда неправильно считают, что те элементы, которые извлекаются из почв и пород водой, представлены водорастворимыми солями. На самом деле микроэлементы могут быть в форме труднорастворимых карбонатов, гидроксидов, сульфидов, но в водной вытяжке они все же обнаруживаются в количествах, соответствующих произведениям растворимостей соответствующих солей. Поэтому, если в водной вытяжке содержание элемента мало, это не означает, что его мало и в твердых фазах, а объясняется низкой растворимостью преобладающих соединений.

Соотношение микроэлементов в почвах и литосфере для многих элементов сходно: чем больше элемента в литосфере, тем больше его же и в почве, однако строгой пропорциональности нет; если, например, содержание лития в почвах и литосфере почти одинаковое, то серы больше в почвах, а никеля, меди, цинка больше в литосфере. Одна из причин - аккумуляция многих элементов живыми организмами, в частности растениями, после отмирания которых микроэлементы попадают прежде всего в почву. Это отчетливо видно на примере элементов-биофилов, содержание которых в золе растений во много раз выше, чем в литосфере и почвах. Таковы, например, Mo, Zn, Cu, I, B. Исходя из этого, член-корреспондент РАН В.А. Ковда предложил способ обнаружения прошлой или настоящей жизни в любых почвогрунтах, в том числе и на других планетах: если в верхних слоях грунтов содержание элементов-биофилов повышено, то, по мнению В.А. Ковды, это может служить признаком прошлой или настоящей жизни. 
4. Геохимическая система элементов по Заварницкому.

Классификация А. И. Заварицкого (1950 г.), как и принцип классификации А.Е. Ферсмана, также основана на развернутой таблице Д. И. Менделеева, но более детально по отношению к последней, и объединяет элементы, геохимически особенно близкие. По А. Н. Заварицкому, все элементы делятся на 10 групп:

• благородные газы,
• элементы горных пород,
• элементы магматических аномалий,
• радиоактивные элементы,
• редкие элементы,
• элементы группы железа,
• элементы группы платины,
• металлические элементы,
• металлоидные элементы,
• галоидные элементы.

3. Лекарственные средства в пищевых продуктах.

Проблему взаимодействия лекарственных средств между собой в лекарственной форме, в организме и с организмом человека можно рассматривать как один из наиболее сложных вопросов, стоящих перед современной фармакологией и фармацией.

Нерациональное комбинированное  применение лекарственных средств  без консультации с врачом может привести к следующим последствиям: ослаблению или инактивации (потере) лечебных свойств, присущих данному лекарственному средству;

- появлению у лекарственных  средств новой, не свойственной  им, биологической активности;

- появлению у лекарственных средств новых свойств, делающих этот препарат токсичным (оказывающим повреждающее воздействие на организм), онкогенным (способным вызывать опухоли), аллергогенным (вызывающим аллергию) и т.д., т.е. появление у препарата суммы свойств, позволяющих рассматривать бывшее лекарственное средство как нежелательный, вредный для организма агент.

Также не следует сбрасывать со счетов и тот факт, что биологическая  активность лекарственного средства может  изменяться не только в результате взаимодействия с другими лекарственными препаратами, но и претерпевать существенные изменения вследствие взаимодействия между лекарственным средством и пищей и/или биологическими активными агентами, выделяемыми организмом в результате его жизнедеятельности. Другими словами, конечную реакцию организма на лекарственное средство или их комбинацию можно рассматривать как многофакторный процесс, возникающих в результате взаимодействия препарата и организма.

Кроме того, возможна и  извращенная реакция организма  на лекарственный препарат или его компоненты:

- идиосинкразия: повышенная  или извращенная реакция организма  на лекарственное средство или  сходного с ним химического  соединения вследствие индивидуальной  несовместимости с организмом. Следует  подчеркнуть, что достаточно часто идиосинкразия носит врожденный характер. Исходя из этого, в случае проявления идиосинкразии у одного из членов семьи можно рекомендовать родственникам обратиться в генетическую консультацию с целью выявления у прямых потомков наличия идиосинкразии; аллергия: повышенная или извращенная реакция организма на повторный прием лекарственного средства или его компонентов. В отличие от идиосикразии, аллергия, как правило, носит приобретенный, а не врожденный характер. Необходимо также отметить, что аллергическая реакция организма на лекарственное вещество может проявляться через достаточно длительное время. В литературе описан случай развития тяжелой аллергической реакции на пенициллин через 10-15 лет после его предыдущего приема.

Непременным условием лечения лекарственной аллергии яляется немедленная отмена лекарственного средства и проведение мероприятий, направленных на прекращение его попадания в кровь. Так, например, в случае подкожного или внутримышечного введения препарата следует наложить жгут выше места инъекции.

В тех случаях, когда  у пациента существует предрасположенность  к аллергическим реакциям, можно  рекомендовать первое введение нового лекарственного средства производить  не в ягодицу, а в нижнюю треть  бедра, чтобы в случае развития немедленной аллергической реакции наложить жгут.

Как уже было сказано  выше, в результате взаимодействия лекарственных средств или их компонентов с пищей их активность может в значительной степени  изменяться. Так, например, пища замедляет  всасывание феноксиметилпенишшшна, оксациллина, ампициллина, тетрациклина, глибексамида, изониазида, рифамицина SV, сульфаниламидов, нифедипина, что в свою очередь снижает концентрацию этих препаратов в крови, т.е их лечебный эффект.

Сочетанное применение неодикумарина, фенилина (антикоагулянты непрямого действия) с пищевыми продуктами, содержащими витамин К (листья шпината, белокочанная капуста) приводит к снижению активности этих лекарственных средств.

Достаточно часто родители при лечении детей смешивают  лекарственные препараты с различными соками или фруктовыми водами, что зачастую приводит к резкому снижению активности лекарственного средства. Это в первую очередь касается антибиотиков пенициллинового ряда, эритромицина, тетрациклина, амидопирина, хлорида кальция.

Большие проблемы в плане поддержания уровня ионов калия в организме возникают у больных с хронической сердечной недостаточностью, в течение длительного времени применяющих мочегонные средства, особенно гипотиазид, циклометиазид и оксодолин. Как правило, такие больные сочетают прием мочегонных средств с сердечными гликозидами, который на фоне снижения уровня калия в крови вследствие действия мочегонных средств может вызвать такие тяжелые осложнения, как развитие грубых нарушений ритма сердца. Избежать этих осложнений можно путем приема пиши с высоким содержанием калия и низким натрия, например, кураги, бананов, инжира, морковного сока. Вместе с тем следует воздержаться от употребления таких пищевых продуктов, как сардины, молоко, ветчина, соус кетчуп, томатный сок, которые наряду с высоким содержанием калия также содержат высокие концентрации натрия.

Кроме снижения лечебного  эффекта лекарственных средств  в результате их взаимодействия с  пищей возможны и более тяжелые  последствия: при сочетанном применении ниаламида, пиразидола (ингибиторы моноаминооксидазы) с пищевыми продуктами, содержащими тирамин (сыр, брынза, вина Кьянти, Рислинг, Херес, пиво, маринованная и копченая сельдь, кофе, молоко, сливки, бобы) может развиться так называемый "сырный синдром" - подъем артериального давления вплоть до гипертонического криза (быстрого и резкого подъема артериального даапения), кровоизлияния в мозг и т.д. В литературе описан случай резкогоподъема артериального давления после сочетанного приема ингибитора моноаминооксидазы (ниаламида) и 30 гр сыра Чедер.