Давыдова. Экология, обмен веществ и здоровье

Наиболее высокий индекс загрязнения в городских условиях получен по тяжелым металлам и оксиду углерода, а в сельских местностях – главным образом, по пестицидам.

Влияние тяжелых металлов на организм человека в городских условиях особенно актуально в связи с применением этилированного бензина, содержащего свинец, и со способностью тяжелых металлов накапливаться в организме человека, вызывая отдаленные последствия:

•мутагенные – способны вызывать мутации – случайные, ненаправленные изменения генетического материала;

•канцерогенные – способны достоверно увеличивать частоту возникновения опухолей);

•тератогенные – способны вызывать возникновение пороков развития в утробный период;

•обладают эмбрио- и гонадотоксическими свойствами – разрушительно действуют на половые клетки и вызывают различные пороки развития в эмбриогенезе.

Ряд веществ, минуя плацентарный барьер беременной женщины, проникает в организм плода, где накапливается и способствует появлению неполноценного потомства. Так, наблюдается рост частоты рождения детей с аномалиями развития, что связывают с загрязнением окружающей среды. Так, за последние 40 лет экологического неблагополучия в Алтайском крае привело к резкому ухудшению состояния здоровья новорожденных: более 70% детей рождаются боль-

ными [16].

Загрязнение воздуха сопровождается не только возрастанием заболеваемости, но и утяжелением периода болезни. Так, в загрязненных районах Алма-Аты клиническое течение пневмонии удлиняется по сравнению с «чистым» районом на 2-7 суток. В Новосибирске при сочетании высокой жесткости погоды с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха почти в два раза возрастает частота обращаемости за медицинской помощью по поводу обострения заболеваний органов дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

Примерно 90% химических мутагенов способны вызывать злокачественный рост опухолей, т.е. способны вызывать рак. Среди населения наблюдается увеличение отклонений от нормального развития и число наследственных патологий, в связи с чем изменилась структура заболеваемости и смертности населения. Выявлено увели-

51

чение злокачественных заболеваний, появились новые болезни невыясненной природы, что, возможно, вызвано мутационными эффектами, вызванными загрязнением окружающей среды.

2.1. Рак. Основные теории происхождения, профилактика

Рак – злокачественное новообразование, или опухоль. Клетки злокачественных опухолей бесконтрольно делятся, значительно быстрее доброкачественных, способны к прорастанию (инвазии) в прилежащие ткани и распространению в отдаленные органы, поскольку током крови или лимфы злокачественные клетки могут переноситься в лимфатические узлы или отдаленные органы и образовывать там вторичные очаги опухолевого роста – метастазы (рис. 6).

Эпителиальный пласт

Клетка эпителия «выпадает» из пласта

Выпавшая клетка приобретает способность к амебоидному движению

Током крови или лимфы клетка переносится и укореняется в любом органе или ткани

Клетка делится, образуя доброкачественную (т.е. местно расположенную) опухоль

Клетки доброкачественной опухоли приобретают способность к амебоидному движению, током крови разносятся по организму, укореняются абсолютно в любом органе, размножаются, образуя вторичные очаги опухолевого роста – метастазы

Процесс повторяется

Рис. 6. Механизм возникновения и развития раковой

Происхождение термина связано тем, что наиболее доступные для наблюдения формы заболевания – рак молочной железы, рак

52

кожи – часто прорастают в окружающие ткани тяжами, напоминающими клешни рака.

Различают злокачественные опухоли эпителиальной природы – раки, и возникшие из производных мезенхимы – саркомы.

Эпителий – ткань, покрывающая поверхность кожи, роговицу глаза и выстилающая все полости организма, внутреннюю поверхность полых органов пищеварительной, дыхательной и мочеполовой систем. Эпителий выполняет защитную функцию и участвует в процессе обмена веществ. Обычно клетки эпителия плотно прилегают друг к другу, образуя один (однослойный эпителий) или несколько (многослойный эпителий) слоев.

Мезенхима – зародышевая соединительная ткань. Она возникает за счет клеток, которые выселяются из разных зародышевых листков: эктодермы, энтодермы и мезодермы. Из мезенхимы образуются: собственно соединительная ткань, кровеносные сосуды (их эндотелий), клетки крови, гладкие мышцы, скелет, пигментные клетки и нижний слой соединительнотканной части кожи. До 90% всех злокачественных опухолей составляют раки. Поэтому все злокачественные образования принято называть раковыми.

Возникновению рака обычно предшествуют патологические процессы, объединяемые понятием предрак. Характерное свойство раковых клеток – способность прорастать в соседние здоровые ткани и разрушать их (инфильтрирующий рост). При этом нередко повреждаются кровеносные или лимфатические сосуды, раковые клетки разносятся по организму с током крови и лимфы и оседают в различных органах и тканях. В результате образуются вторичные узлы – метастазы. Для отдельных видов рака характерно метастазирование в определённые органы. Например, рак лёгких, предстательной, молочной или щитовидной желёз часто метастазирует в кости.

Раковая опухоль состоит из основной ткани, определяющей её природу (эпителиальной паренхимы), и соединительнотканного «каркаса» (стромы) с кровеносными и лимфатическими сосудами.

Раковая ткань может подвергнуться частичному некрозу и распаду, вследствие чего возникают кровотечения, ведущие к анемии (малокровию). Участки некроза могут инфицироваться и нагнаиваться; вторичная инфекция осложняет течение рака, что при позднем обращении больного за медицинской помощью затрудняет диагностику. Раковые опухоли некоторых локализаций могут нарушать жизненно важные функции организма. Например, рак пищевода приводит к вы-

53

нужденному голоданию, рак мочевых путей – к задержке мочи и т.п. На поздних стадиях рака развивается тяжёлое общее истощение организма.

До сих пор нет единого мнения о происхождении раковых опухолей, предлагаемые теории объясняют лишь отдельные этапы формирования опухолей, но не дают целостной схемы их возникновения (онкогенеза). Ни одна из ныне существующих теорий до конца не подтверждена.

Теория раздражения: частая травматизация тканей ускоряет процессы деления клеток (клетки вынуждены делиться, чтобы рана зажила) и может вызвать опухолевый рост. Известно, что родинки, которые часто подвергаются трению одеждой, повреждениям при бритье и т.д. могут со временем превращаться в злокачественные опухоли (по-научному, малигнизироваться; от англ. malign – злобный, недобрый).

Вирусная теория: вирусы внедряются в клетки, нарушают регуляцию деления клеток, что может закончиться опухолевой трансформацией. Такие вирусы называют онковирусами: вирус T-кле- точного лейкоза (приводит к лейкозу – злокачественная опухоль, развивающаяся из любой кроветворной ткани, не имеющая четкой локализации, развивается в крови), вирус Эпштейна-Барра (вызывает лимфому Беркитта – это местная опухоль из лимфоидной ткани, лимфоидная ткань является разновидностью кроветворной ткани), папилломовирусы и др.

Мутационная теория: канцерогены (т.е. факторы, вызывающие рак) приводят к мутациям в генетическом аппарате клеток. Клетки начинают делиться беспорядочно. Факторы, которые обусловливают мутации клеток, называются мутагенами. Так, отмечено, что при снижении содержания озона в верхних слоях атмосферы на 1% приводит к увеличению заболеваемости раком кожи на 6%.

В подавляющем большинстве случаев злокачественные новообразования развиваются из одной опухолевой клетки, то есть имеют моноклональное происхождение. Исходя из мутационной теории, рак возникает вследствие накопления мутаций в специфических участках клеточной ДНК, приводящих к образованию дефектных белков.

Прямым доказательством мутационной природы рака можно считать открытие протоонкогенов, изменение структуры которых за счёт различных мутационных событий, в том числе и точковых мутаций, приводит к злокачественной трансформации.

54

Открытие клеточных протоонкогенов впервые было осуществлено с помощью высокоонкогенных РНК-содержащих вирусов (ретровирусов), несущих в составе своего генома трансформирующие гены. Молекулярно-биологическими методами было установлено, что ДНК нормальных клеток различных видов эукариот содержит последовательности, гомологичные вирусным онкогенам, которые получили название протоонкогенов. Превращение клеточных протоонкогенов в онкогены может происходить в результате мутаций кодирующей последовательности протоонкогена, что приведет к образованию изменённого белкового продукта, или в результате повышения уровня экспрессии протоонкогена, вследствие чего в клетке увеличивается количество белка. Протоонкогены, являясь нормальными клеточными генами, обладают высокой эволюционной консервативностью, что указывает на их участие в жизненно важных клеточных функциях.

Иммуннологическая теория: даже в здоровом организме постоянно происходят единичные мутации клеток и их опухолевая трансформация. Но в норме иммунная система быстро уничтожает «неправильные» клетки. Если же иммунная система нарушена, то одна и более опухолевые клетки не уничтожаются и становятся источником развития новообразования.

Теория Кнудсона. В 1971 году Альфред Кнудсон предложил гипотезу, известную сейчас как теория двойного удара, или двойной мутации, объясняющую механизм возникновения наследственной и спорадической форм ретинобластомы – злокачественной опухоли сетчатки глаза. Основываясь на данных статистического анализа проявления разных форм ретинобластомы, он предположил, что для возникновения опухоли должно произойти два события: во-первых, мутации в клетках зародышевой линии (наследственной мутации) и, во-вторых, соматической мутации – второго удара, а при наследственной ретинобластоме – одно событие. В редких случаях при отсутствии мутации в клетках зародышевой линии ретинобластома является следствием двух соматических мутаций. Был сделан вывод, что при наследственной форме первое событие, мутация, произошло в половой клетке одного из родителей, и для образования опухоли требуется ещё только одно событие в соматической клетке. При ненаследственной форме должны возникнуть две мутации, причем в одной и той же соматической клетке. Это снижает вероятность такого совпадения, и поэтому ретинобластома как результат двух соматических мутаций наблюдается в более зрелом

55

возрасте. Дальнейшие исследования полностью подтвердили гипотезу Кнудсона, которая сейчас считается классической.

Мутаторный фенотип. Встречаемость рака у человека значительно выше теоретически ожидаемой, если исходить из предположения о независимом и случайном возникновении мутаций в опухолевой клетке. Для объяснения этого противоречия предложена модель, согласно которой ранним событием канцерогенеза является изменение нормальной клетки, ведущее к резкому повышению частоты мутаций – возникновению мутаторного фенотипа.

Паразитарная теория рака. Высказано предположение, что существуют атипические клетки, которые по происхождению родственны клеткам нашего организма, но в связи с паразитированием они не несут функций наших клеток, то есть не участвуют в жизнедеятельности хозяев. Они возникли еще в «первородном океане», они не организовались в ткань, орган, индивидуум. Они стали паразитами. Главная функция раковых паразитов: безудержное размножение в организме основного хозяина, разрушение его тканей и органов, получая таким образом доступ к выходу в окружающую среду. Одно из интересных свойств раковых паразитов: их знаменитое бессмертие, ведь на самом деле смерть раковой клетки невозможно зафиксировать [27].

Для возникновения опухолей необходимо наличие: I. Внутренних причин:

•генетической предрасположенности;

•определенного состояния иммунной системы.

II. Внешних факторов (их называют канцерогенами, от лат. cancer – рак):

•механические канцерогены: частая травматизация тканей с последующей регенерацией (восстановлением);

•физические канцерогены: ионизирующее облучение (лейкозы, опухоли костей, щитовидной железы), ультрафиолетовое облучение (рак кожи). Опубликованы данные о том, что каждый солнечный ожог кожи значительно увеличивает риск развития злокачественной опухоли – меланомы в будущем;

•химические канцерогены: воздействие химических веществ на весь организм или только в определенном месте. Онкогенными свойствами обладают бензапирен, бензидин, компоненты табачного

56

дыма и многие другие вещества. Примеры: рак легких при курении, мезотелиомы плевры при работе с асбестом;

• биологические канцерогены: кроме уже упомянутых вирусов, канцерогенными свойствами обладают бактерии: например, длительное воспаление и изъязвление слизистой желудка из-за инфекции Helicobacter pylori может закончиться малигнизацией.

Профилактика раковых заболеваний. Нет метода, позво-

ляющего на 100% предотвратить развитие любой болезни. Но чтобы значительно снизить риск развития злокачественных новообразований, достаточно принять несколько правил. Это всё то, что входит в понятие «здорового образа жизни». Однако для каждого из приведённых ниже пунктов существует достоверная связь со значительным снижением риска развития рака, доказанная большими популяционными исследованиями:

•отказ от курения;

•борьба с избыточным весом;

•регулярное занятие спортом;

•диета с ежедневным употреблением растительной пищи, молочных продуктов, ограничением потребления красного мяса; отказ от жирной и острой пищи;

•регулярное прохождение профилактического осмотра и обследования в соответствии с возрастом и группой риска.

2.2.Влияние факторов среды на системы регуляции человека

Экологически опасные и вредные факторы существенным образом перестраивают деятельность систем регуляции, что, в свою очередь, влияет на работу всех систем организма, поскольку совместная работа нервной и эндокринной систем обеспечивает слаженное функционирование всего организма и, прежде всего, регуляцию гомеостаза

(рис. 7).

Изменение работы систем регуляции под влиянием факторов внешней среды возникает двумя путями:

• прямое – непосредственное действие неблагоприятных факторов на нервную и эндокринную системы; характер расстройства систем и особенности изменения регуляции зависит от природы воздействующего агента;

57

И специфические, и неспецифические изменения систем регуляции проявляются в разных сферах их деятельности, а именно психической, психофизиологической, регулирующей и физиологической.

Реакции организма на действие неблагоприятного экологического фактора определяются длительностью и интенсивностью оказываемого воздействия, исходным функциональным состоянием нервной системы, опосредованным влиянием других органов и систем, конституцией, возрастом и полом человека.

Воздействие физических факторов При действии метеорологических факторов организм чело-

века в большей степени реагирует не на абсолютные значения, а на степень изменения, в результате чего формируются сигналы, изменяющие деятельность физиологических систем. Наиболее выраженные реакции отмечаются в период усиления атмосферной циркуляции. Наибольшим действием на системы регуляции обладает скорость ветра и парциальное давление: усиление ветра способствует возбудимости нервной системы, вызывает головные боли, ощущение тревоги и страха. Однако, умеренный ветер (4 м/сек.) оказывает тонизирующее влияние.

Погодные условия изменяют и структуру суточной активности: в случае резких перепадов погоды суточные колебания и структура биоритмов разных людей сильно отличаются, суточные кривые активности исследуемых становятся неправильными и разнообразными.

Наиболее важными климатическими факторами, оказывающими влияние на организм человека, являются освещенность светового дня, температура воздуха и влажность.

Влияние освещенности светового дня: ее влияние изучали в условиях высоких широт (в условиях Крайнего Севера). Обнаружено, что полярная ночь угнетает состояние организма и понижает его общий тонус. Полярный день вначале производит стимулирующее влияние на общее состояние организма, но вскоре развивается явление перевозбуждения и переутомления. В условиях «высоких широт» существенно изменяется состояние вегетативной нервной системы, причем, эти сдвиги носят приспособительный характер и определяются сезонными колебаниями факторов окружающей среды.

Влияние света (видимой части спектра): электромагнитные волны длиной 400-750 нм необходимы для работы органа зрения. При этом яркий свет оказывает возбуждающее действие, а менее интен-

59

сивный – успокаивающее. Определенный интерес представляет психологическое восприятие различных цветов: красный и оранжевый оказывают возбуждающий эффект, голубой, синий и фиолетовый – успокаивающий. Голубой цвет также создает ощущение холода, а зеленый считается нейтральным. Цветовая сенсорика весьма тесно связана с эмоциональным состоянием: реакция человека на цветовые стимулы давно используется в психологии как индикатор общего состояния. В частности, изучение предпочтений различных цветов (цветовой тест Люшера) позволяет объективно оценить уровень тревожности, степень уверенности в себе, выраженности агрессивных черт, наличие скрытых устремлений.

Чередование света и темноты оказывает существенное влияние на формирование биологических ритмов человека, биологическая активность приурочивается к наиболее благоприятному времени суток, согласуются по времени физиологические процессы и поддерживается экономный режим регуляции. Впервые регулирующую роль света в формировании циркадных ритмов человека была доказана в опытах Ю. Ашоффа (1965). Он изучал динамику физиологических функций в условиях изоляции от внешнего мира в подземном бункере. Оказалось, что биоритмы человека текут с периодом в 24 часа лишь в том случае, если поддерживался обычный режим освещения (свет включали в 7 часов, выключали – в 23 часа). Если же контроль освещения доверяли самому испытуемому, то устанавливался 25-часовой ритм (запаздывание на 1 час). Кроме того, обнаружено, что примерно в 50% случаев у слепых от рождения людей наблюдается 25-часовой циркадный ритм, и они с периодом в 3-4 недели вынуждены преодолевать ночную бессонницу или дневную сонливость. У новорожденных детей вначале формируется 25-часовой цикл и лишь позднее происходит приспособление к 24-часовому режиму.

Предполагается, что многие нарушения высшей нервной деятельности человека (ВНД) являются следствием нарушения циркадных ритмов. Показано, что некоторые виды депрессии поддаются лечению солнечным светом.

Десинхронизация внешних и внутренних процессов наблюдается при дальних перелетах (при пересечении 3 часовых поясов и более). Восстановление циркадного ритма происходит в течение 3-4 суток, причем скорость перестройки зависит от того, за счет какой части суток – дня или ночи – произошло изменение. Например, при утренних перелетах из Хабаровска в Москву и удлинении дня на 7 часов

60