АДАПТАЦИЯ ЧЕЛОВЕКА К УСЛОВИЯМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

МЕХАНИЗМ ПОДДЕРЖАНИЯ ПОСТОЯНСТВА ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА

На человека постоянно действуют внешние и внутренние раздражители — состав воды, пищи, температура, скорость движения и химический состав воздуха, шум, вибрация, влажность и др.

Поддержание жизнедеятельности организма на оптимальном уровне осуществляется благодаря саморегуляции его физиологических функций.

Способность организма обеспечивать поддержание или восстановление постоянства внутренней среды называют гомеостазом.

Гомеостаз поддерживается механизмами саморегуляции, в которых принимают участие многочисленные органы и функциональные системы, важнейшими из которых являются вегетативная нервная система, эндокринная и иммунная системы.

Вегетативная нервная система осуществляет общее регулирование гомеостатических процессов путем воздействия на внутренние органы и железы. Она делится на два отдела: симпатический и парасимпатический. В ней есть центры, расположенные в спинном и головном мозге, и периферическая часть — узлы, сплетения, нервные волокна и окончания.

Через свой сенсорный аппарат вегетативная нервная система осуществляет контроль за физическими и химическими параметрами внутренней среды организма. Собираемая информация поступает в спинной мозг, а далее по двигательным путям вегетативной системы подаются команды тем органам, которые регулируют произошедшие во внутренней среде изменения. Среди этих органов — кровеносные сосуды, сердце, кишечник и другие, а также железы внутренней секреции.

Симпатический отдел нервной системы — это система тревоги и мобилизации резервов, необходимых для защиты организма от воздействия внешней среды. Она подает сигналы, которые активируют деятельность мозга и мобилизуют защитные реакции (процессы терморегуляции, иммунные реакции, механизмы свертывания крови). При активации симпатической нервной системы увеличивается частота сердечных сокращений, замедляется процесс пищеварения, увеличивается частота дыхания и т. п. Организм находится в состоянии эмоционального напряжения.

В окончаниях симпатических нервов выделяется химическое вещество — норадреналин. Это происходит особенно интенсивно, когда человек занимается какой-либо деятельностью. Сердце сокращается чаще, сильнее, и это помогает человеку справиться с соответствующей нагрузкой. В окончаниях парасимпатических нервов выделяется ацетилхолин. Его действие преобладает в состоянии покоя, сердце начинает сокращаться медленнее.

Парасимпатический отдел нервной системы, в отличие от симпатического, регулирует физиологические процессы в организме, обеспечивающие гомеостатическое состояние. Преобладание активности парасимпатической нервной системы создает условия для отдыха и восстановления функций организма. При ее активации снижается частота сердечных сокращений, уменьшается просвет дыхательных путей (см. табл. 5.1).

Наряду с нервной регуляцией функций в организме человека существует регуляция с помощью биологически активных веществ — гормонов (от греч. hormao — возбуждаю, побуждаю), растворенных в жидких средах (кровь, лимфа, тканевая жидкость) организма. Осуществляет эту регуляцию эндокринная система организма. Гормоны вырабатываются железами внутренней секреции, поступают в кровь и изменяют функции органов-мишеней.

Таблица 5.1

Действие вегетативной нервной системы на некоторые органы

Орган

Действие симпатических нервов

Действие парасимпатических нервов

Сердце

Усиление и учащение

сердечных

сокращений

Ослабление и замедление сердечных сокращений

Артерии

Сужение артерий и повышение кровяного давления

Расширение артерий и понижение кровяного давления

Пищеварительный

тракт

Замедление перистальтики, уменьшение активности

Ускорение перистальтики, повышение активности

Мускулатура бронхов

Расширение бронхов, облегчение дыхания

Сокращение бронхов

Мочевой пузырь

Расслабление

Сокращение пузыря

Мышечные волокна радужной оболочки

Расширение зрачка

Сужение зрачка

Потовые железы

Усиление секреции

Ослабление секреции

Все железы внутренней секреции делятся на центральные и периферические. К центральным железам относят гипофиз (ведущая железа внутренней секреции), эпифиз и гипоталамус. Периферические железы делятся на гипо- физзависимые (щитовидная железа, корковое вещество надпочечников, половые железы) и гипофизнезависимые (паращитовидные железы, поджелудочная железа, тимус, или вилочковая железа, и мозговое вещество надпочечников).

Гипофиз является ведущей железой внутренней секреции. В нем вырабатываются гормон роста и гормоны, оказывающие влияние на щитовидную железу, половые железы, надпочечники и др.

Одна часть гипофиза (передняя доля) контролирует эндокринные железы, а другая (задняя доля) регулирует функцию почек и гладкой мускулатуры многих органов. Часть клеток гипоталамуса вырабатывает рилизинг-гор- моны, которые по кровеносной системе поступают в переднюю долю гипофиза, где активируют или тормозят синтез гормонов гипофиза. Активность гипоталамуса изменяется в зависимости от деятельности корковых и подкорковых систем головного мозга.

Соматотропный гормон регулирует рост; гонадотропный гормон регулирует деятельность половых органов; адренокортикотропный — деятельность щитовидной железы; лактотропный — активизирует деятельность молочных желез; липотроиные факторы стимулируют использование жира; меланоцитостимулирующий гормон перераспределяет пигмент; вазопрессин — повышает кровяное давление; окситодин — содействует сокращению гладких мышц.

Эпифиз регулирует половые функции организма, его разрушение приводит к преждевременному половому созреванию.

Щитовидная железа вырабатывает гормон тироксин и регулирует различные виды обмена веществ, рост и развитие организма, а также влияет на энергетический обмен. Это очень важный орган. Особенностью щитовидной железы является ее способность активно извлекать йод из плазмы крови, накапливать его и преобразовывать в органически связанный йод и тиреоидные гормоны. Изменение уровня их содержания приводит к тяжелым последствиям. Избыток тиреоидных гормонов приводит к нарушению обмена веществ, что сопровождается похуданием, тахикардией (увеличением частоты сердечных сокращений), повышенной нервной возбудимостью. Уменьшение уровня этих гормонов сопровождается увеличением щитовидной железы. Их недостаток у детей приводит к умственной отсталости (кретинизму).

Кора надпочечников (лежащая над почками) вырабатывает кортикоидные гормоны (минералокортикостерои- ды, глюкокортикоиды, андрокортикоиды), которые влияют на обмен углеводов и минеральных веществ и оказывают влияние на иммунитет. Кортикоиды повышают устойчивость организма к стрессу, поэтому их называют гормонами адаптации.

Недостаток или избыток этих гормонов приводит к серьезным нарушениям функций организма человека. Гиперфункция приводит к ожирению или отечности, а при недостатке функции возникает аддисонова (бронзовая) болезнь, характеризующаяся повышенной утомляемостью, восприимчивостью к инфекциям, ослаблением функций сердечной мышцы, а также бронзовой окраской кожи.

Изменения концентрации одной из групп кортикоидов (глюкокортикоидов) отмечены при стрессе. При очень сильном стрессе все запасы глюкокортикоидов исчерпываются, а кора надпочечников повреждается. В случае не очень сильного стресса при его повторяющемся воздействии возможна адаптация организма к этому фактору воздействия.

Мозговое вещество надпочечников вырабатывает гормоны норадреналин и адреналин. Адреналин усиливает сокращение сердца, повышает в крови уровень глюкозы, повышает деятельность желудка и кишечника, расширяет зрачок и повышает работоспособность скелетных мышц. Норадреналин оказывает сильное сосудосуживающее действие. Его секреция и выброс в кровь усиливаются при стрессе, кровотечениях, тяжелой физической работе.

Половые железы (гонады) вырабатывают мужские и женские половые гормоны эстроген и тестостерон, которые влияют на развитие и созревание половых клеток, половое поведение и развитие вторичных половых признаков у мужчин и женщин.

Паращитовидные железы (их всего четыре) вырабатывают паратгормоны — гормоны, которые регулируют обмен кальция и фосфора. Полное удаление этих желез может привести к гибели организма.

Поджелудочная железа, кроме поджелудочного сока, вырабатывает гормоны, влияющие на углеводный обмен. Инсулин — гормон, понижающий уровень глюкозы в крови за счет увеличения способности клеточных мембран пропускать глюкозу внутрь клетки.

Недостаток инсулина приводит к развитию сахарного диабета. При отсутствии инсулина глюкоза медленно проникает в клетки мышц и печени, что вызывает истощение запасов гликогена и уменьшение количества глюкозы в тканях организма человека. Резкое снижение уровня глюкозы приводит к гипоглекимической коме, в результате которой может наступить смерть.

Тимус (вилочковая железа) — это центральный орган иммунитета. Также она продуцирует в кровь гормональные факторы. Например, она может стимулировать щитовидную железу, что приведет к образованию тиреоидных гормонов и нарушению иммунологических процессов в организме (базедова болезнь).

Для сохранения постоянства внутренней среды организма большое значение имеет иммунная система. Она защищает человека от проникших в его организм чужеродных веществ и инфекционных агентов. Способность защищаться от этих фактов называется иммунитетом. Иммунная система представлена рядом органов (селезенка, вилочко- вая железа, костный мозг, лимфатические узлы) и специализированными клетками, часть которых постоянно находится в крови, лимфе, проникая во все ткани. Задача иммунной системы — распознать и уничтожить чужеродные вещества. Узнавание чужеродного фактора осуществляется на основе реакции между антигенами этого фактора и антителами. Антиген — это любое вещество, способное вызвать иммунную реакцию. Антителами являются белки (гамма-глобулины), выделяемые клетками иммунной системы. Форма и распределение электрического заряда на поверхности антитела делают его способным связывать соответствующий ему антиген. В результате их контакта образуется прочный комплекс «антиген — антитело».

В основе иммунитета лежат специфические и неспецифические механизмы.

Специфические механизмы образуются в результате предыдущих контактов с чужеродными веществами и основаны на выработке антител при попадании в организм антигена, например, деятельность клеток-киллеров (Т-лим- фоцитов), которые после объединения с антигеном разрушают его, или деятельность В-лимфоцитов, которые вырабатывают антитела.

Неспецифические механизмы имеют более широкий диапазон функций — благодаря им обезвреживаются даже те чужеродные агенты, с которыми человек еще не встречался. Основную роль при этом играют защитные вещества крови (лизоцим, пропердин, интерферон), которые обеспечивают врожденную невосприимчивость организма к инфекциям.

Лизоцим находится в слюне, слезной жидкости, кишечной и носовой слизи и подавляет рост и развитие болезнетворных микроорганизмов.

Пропердин также оказывает противовирусное и противовоспалительное действие.

Интерферон содержится в плазме крови и обеспечивает противовирусную защиту еще до повышения числа антител в организме.

В неспецифическом иммунитете участвуют также некоторые форменные элементы крови — гранулоциты, моноциты, тромбоциты, лимфоциты. Фагоцитарная активность проявляется в поглощении микроба клетками крови с последующим его ферментативным перевариванием.

У детей существует пассивно приобретенный иммунитет, благодаря получению ими антител от матери через плаценту.

В последнее время участились случаи неадекватной реакции иммунной системы на безвредные для человека вещества. Это явление называют аллергией. Аллергические реакции проявляются на аллергены, среди которых пыльца растений, тополиный пух, многие пищевые продукты, в том числе молоко и шоколад. Обычно аллерген в первый раз не вызывает патологического эффекта, но при повторном его действии иммунная реакция может развиваться вплоть до повреждения тканей организма.

Поддержание гомеостаза и функционирование организма человека зависит от содержания и соотношения в нем химических элементов.

Исследования химического состава земной коры, почвы, морской воды, растений, животных и человека показали, что живые организмы содержат почти все элементы, что есть в земной коре и морской воде.

В результате естественного отбора основу живых систем составили шесть элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Они называются органогенами. Для них характерно образование водорастворимых соединений и многообразие химических связей. Элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности различных клеток и организмов, называются биогенными. В зависимости от концентрации в организме человека их делят на три группы (по Вернадскому):

? макроэлементы — О, С, Н, N, Р, S, Са, Mg, Na, Cl (их

содержание в организме более 10~2%);

  • ? микроэлементы — I, Си, As, F, Br, Sr, Ва, Со (их содержание в организме находится в пределах от 10-3 до
  • 10"5%);
  • ? ультрамикроэлементы — Hg, Au, V, Th, Ra, Se, Sb и др.
  • (их содержание ниже 10~5%).

По значимости для жизнедеятельности химические элементы разделяют на жизненно необходимые (Са, Mg, К, Na, Р, Cl, Fe, Си, I, Zn, Mil, Cr, F, Мо, Со) и примесные элементы, биологическая роль которых недостаточно выяснена.

Биологическая роль химических элементов в организме человека разнообразна.

Главная функция макроэлементов состоит в построении тканей, они входят в состав белков, нуклеиновых кислот, жиров и углеводов и поддерживают постоянное осмотическое давление, ионный и кислотно-основной состав.

Микроэлементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов, участвуют в обмене веществ, тканевом дыхании и обезвреживании токсических веществ. Они влияют на процесс кроветворения, проницаемость сосудов и тканей.

В организме человека поддерживается баланс оптимальных концентраций биогенных элементов — химический гомеостаз. Нарушение этого баланса вследствие недостатка или избытка элемента может приводить к различным заболеваниям.

Территории, в почве и водоемах которых содержание элементов отличается от среднего, называются биогеохи- мическими провинциями.

Заболевания, возникающие на таких территориях, называются эндемическими.

Так, Болезнь КашинаБека, или уровская болезнь, встречается в Читинской и Амурской областях России и связана с повышенным содержанием стронция в питьевой воде. Она вызывает поражения костно-суставной системы, в результате чего у больного уменьшается длина тела, деформируются суставы, укорачиваются пальцы, у детей снижаются умственные способности, задерживается психическое развитие, страдает память, у животных наблюдается стронциевый рахит. Она была обнаружена еще в 1884 г. у жителей реки Уров в Восточной Сибири и получила название «коряжная болезнь».

Высокие концентрации стронция — результат особенностей геологического строения водовмещающих пород. Общетоксическое действие стронция связано с нарушением минерального обмена и вытеснением кальция из костной ткани.

При концентрациях стронция в воде около 80 мг/л в условиях длительного использования (более трех месяцев) изменения в костной ткани необратимы и приводят к уродливости. При концентрациях стронция в воде 20-30 мг/л изменения обратимы. Такие концентрации обнаружены на севере Московской области (Талдом, Шатура, Дмитров), а также в Архангельской, Смоленской, Тульской областях (до 40 мг/л). Но даже при концентрациях 7-8 мг/л обнаружено разрушение эмали зубов.

Необходимо отметить, что главную роль играет не столько избыток стронция, сколько его баланс с кальцием (отношение Ca/Sr). При малых значениях этого отношения возникает уровская болезнь. Во избежание этого в таких местностях в рацион вводят повышенное содержание кальция.

Эндемический зоб возникает у людей и животных, проживающих в зонах с природным дефицитом йода во внешней среде. Это территории ряда районов центра европейской части территории России, Поволжья, Урала, Сибири, Северного Кавказа. В процессе адаптации организма к недостаточному поступлению йода происходит увеличение массы щитовидной железы. На фоне йодной недостаточности могут происходить нарушения в формировании мозга детей — от снижения интеллекта до тяжелых форм эндемического кретинизма.

Низкое содержание в почве кобальта, меди, молибдена, хрома и марганца также может приводить к увеличению массы щитовидной железы.

Эндемический флюороз (фтороз) вызывается избытком фтора в воде. Одним из симптомов флюороза являются желтые пятна на зубах. Фтор накапливается в волосах, зубах и костях выше нормы (норма — 53-78 мг/кг). Это провоцирует кариес зубов, изменения в скелете («мраморность» костной ткани).

Повышенная концентрация фтора отмечается во многих регионах России — Забайкалье, Приморье, Хабаровском крае, на Кольском полуострове, а также в Московском, Якутском и Предкавказском артезианском бассейнах.

Минеральную основу зубных тканей — дентина — составляют гидроксилапатит Са5(Р04)30Н, хлоридапатит Са5(Р04)3С1 и фторапатит Ca5(P04)3F.

Фторид-ион легко замещает гидроксид-ион, образуя защитный эмалевый слой фторапатита:

Фторирование питьевой воды осуществляется добавлением к ней фторида натрия NaF. Однако при содержании фтора в питьевой воде более предельно допустимой нормы (1,5 мг/л) появляются симптомы хронического отравления фтором — повышение хрупкости костей, костные деформации и общее истощение организма, что связано с химическим связыванием фосфора и кальция. Рекомендуемый ВОЗ уровень содержания фтора в воде составляет 1,5 мг/л.

Эндемический арсеноз, или болезнь «черной стопы», вызывается избытком мышьяка. При этом поражаются периферические сосуды с гангреной пальцев ног, стоп, пальцев рук. Высокие содержания мышьяка в подземных водах наиболее часто встречаются в некоторых районах США и Аляски, а также в Чили, Аргентине, Индии, Румынии, Венгрии и на острове Тайвань.

Алюминиевая болезнь возникает в результате действия на почву кислотных дождей, которое приводит к ее закислению и выщелачиванию образующихся подвижных соединений алюминия, включающихся в пищевые цепи. Избыток алюминия в организме человека тормозит синтез гемоглобина, так как алюминий блокирует активные центры ферментов, участвующих в кроветворении.

Эндемическая подагра возникает при избытке молибдена в организме.

Болезнь КоноваловаВильсона связана с повышенным содержанием меди, а болезнь па-пинг связана с действием солей бария и проникновением ионов Ва2+ в костные ткани. Ионы Ва2+, имея одинаковый радиус с ионом К~, конкурируют с ним в биохимических процессах, замещают его. Это приводит к возникновению гипокалиемии.

При недостатке меди в организме наблюдаются тяжелые отклонения в обмене веществ: медная анемия (лизу- ха), экзотическая атаксия — нарушение координации движений. Для поддержания гомеостаза в рацион питания вводят растворимые соли меди.

При недостатке железа в организме человека возникает так называемая железодефицитная анемия. Дело в том, что низкая ПДК железа в воде (0,3 мг/л) объясняется не его биологическими свойствами, а органолептическими и техническими причинами. Оптимальный верхний порог для железа соответствует значительно большим концентрациям — 109 мг/л. Проблема железодефицита особенно актуальна в высокогорных районах.

Жизненную необходимость, дефицит, токсичность химического элемента представляют в виде кривой зависимости «концентрация или доза химического вещества, воздействующего на организм, — реакция организма» (рис. 5.1).

Рис. 5.1

Кривая зависимости реакции организма от концентрации веществ в пище

Плато описывает область концентраций, при которых наблюдается оптимальный рост, здоровье и воспроизведение.

Протяженность плато определяет способность организма приспосабливаться к меняющимся условиям в окружающей среде. Большая протяженность плато указывает на малую токсичность элемента и большую способность организма к адаптации по отношению к значительным изменениям содержания этого элемента. Наоборот, узкое плато свидетельствует о значительной токсичности элемента и резком переходе от необходимых организму количеств к опасным для жизни.

У биологических объектов низшего иерархического уровня плато более выпукло. Значения Dx и D2 называются критическими (пороговыми) значениями.

Рис. 5.2

Отклонения от нормы в зависимости от концентрации ксенобиотиков

Таким образом, одно и то же химическое вещество может быть ядом, лекарством или необходимым для жизни средством. Предполагая это свойство химических веществ, знаменитый врач Средневековья Парацельс считал, что «все есть яд и ничто не лишено ядовитости. Яд от лекарства отличается дозой». Многие химические вещества, принятые внутрь в оптимальной дозе, приводят к восстановлению нарушенных какой-либо болезнью функций организма и тем самым проявляют лечебные свойства. Другие вещества являются составной частью живого организма (белки, жиры и т. д.), поэтому для проявления их токсических свойств нужны особые условия. Чаще токсическое действие оказывают чуждые живому организму вещества — ксенобиотики и токсины.

Для токсинов и ксенобиотиков восходящая ветвь отсутствует, плато короткое (или отсутствует), а крутизна нисходящей ветви характеризует токсичность вещества (рис. 5.2). На основании этих зависимостей устанавливают ПДК для различных веществ.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >