Медична екологія та ...

1.1 Вступ

Сучасний етап розвитку суспільства характеризується активним втручанням людини в навколишнє середовище. Поява нових технологій, виробництв, поліпшення добробуту населення, підвищення комфортності, інтенсивне сільське господарство пов'язані з інтенсифікацією використання не тільки хімічних сполук, яких на даний час в навколишньому середовищі знаходиться приблизно 60-70 тисяч, а й фізичних та біотичних факторів. Накопичення токсичних і канцерогенних сполук призводить до негативних наслідків для всього живого, є фактором дестабілізації екосистем, а також є головним чинником, що викликає численні патології у людини.

Екологічна медицина намагається з'ясувати причину захворювань в безпосередньому зв'язку з навколишнім середовищем. Отже, медична екологія може бути визначена як науково-практична дисципліна, яка вивчає взаємодію між факторами ризику зовнішнього середовища та здоров'ям людини. При цьому враховується велика різноманітність екологічних чинників, нозологічних форм захворювань, генетичних особливостей людини тощо.

Очевидно, що важливо знати і розуміти механізми взаємозв'язку між антропогенним впливом на навколишнє середовище і захворюваністю людини. Саме знання цих механізмів допомагає визначити і реалізувати комплекс заходів по профілактиці екологічно-залежних захворювань. Екологічно-залежна патологія має в клінічному і терапевтичному аспектах свої особливості, пов'язані з тим, що ці захворювання хронічні і, як відомо, важко піддаються лікуванню. Саме в зв'язку з цим в середині 70-х рр. XX ст. в розвинених країнах світу, які раніше зіткнулися з екологічними проблемами, на межі медичних дисциплін і екології сформувався новий напрям - екологічна медицина. На даний час вже розроблені підходи до діагностики, лікування та профілактики багатьох екологічно залежних захворювань.

1.2 Загальна та медична екологія

Термін «екологія» запропонований в 1869 році німецьким біологом Ернстом Геккелем і утворений від грецьких слів oikos - будинок і logos - наука. У буквальному сенсі слова екологія - це наука про живі організми в місцях їх проживання. У сучасному розумінні екологія - наука про взаємодію між живими організмами і середовищем їхнього існування з урахуванням змін, внесених діяльністю людини. Як самостійна наукова дисципліна екологія виникла близько 1900 року, але її назва увійшла у побут тільки в останній чверті XX ст. Класифікація галузей екології здійснюється по конкретних об'єктах і середовищах дослідження. Виділяють екологію мікроорганізмів, рослин, людини і тварин, а у останні роки з'явилося поняття “екологічна медицина”, яку називають медициною XXI ст.

Згідно з ученням В.І. Вернадського, біосфера є оболонкою Землі, що включає до себе як область поширення живої речовини, так і саме цю речовину. Біосфера виникла на Землі близько 4 млрд років тому. При цьому окремі організми не тільки самі пристосовувалися до фізичних факторів середовища, а й своєю діяльністю пристосовували це середовище до власних біологічних потреб. За мільярди років існування біосфера пройшла складний шлях розвитку, який називається біогенезом. Коли з'явилася людина, вона своєю діяльністю почала вносити зміни в навколишнє середовище. Цей “розумний” етап розвитку біосфери називають ноогенез і, отже, біосфера трансформувалася в ноосферу.

Органічне життя зосереджене в літосфері (верхня частина твердої поверхні земної кори), в гідросфері, а також в тропосфері (нижні шари газоподібної оболонки Землі). Нижня межа біосфери опускається на 2-3 км нижче поверхні суші, на 1-2 км нижче дна океану, а верхньою межею служить озоновий шар на висоті 20-25 км. Близько 99% всієї речовини зосереджено в літосфері, решта - в гідросфері і атмосфері. Біосфера - це тисячі складових (елементів, явищ, умов) та зв'язків між ними.

Основна функціональна одиниця в екології - екосистема, або біогеоценоз. Екосистема - спільнота різних видів організмів і середовища їх проживання, що знаходяться у взаємозв'язку один з одним. Виділяють мікроекосистеми - крапля води, горщик з квітами, стовбур гниючого дерева; мезоекосістеми - ліс, ставок, космічний пілотований корабель; макроекосистеми - океан, континент. Біосфера - це теж екосистема.

Будь-яка екосистема включає до себе дві головні складові: екотоп - сукупність абіотичних факторів, і біоценоз - сукупність живих організмів: тварин (зооценоз), рослин (фітоценоз), мікроорганізмів (мікробіоценоз).

Структурна організація екосистем

Екосистеми характеризуються:

• потоком енергії;

• кругообігом речовин;

• розвиненими інформаційними зв'язками (потоки фізичних і хімічних сигналів).

Живі організми, що входять до складу біоценозу, не однакові і розрізняються за способом отримання енергії. У зв'язку з цим розрізняють продуценти, консументи і редуценти, які тісно взаємодіють між собою. Дана взаємодія здійснюється за рахунок функціонування так званих трофічних або харчових ланцюгів.

Важлива особливість функціонування трофічних ланцюгів полягає в тому, що саме вони можуть бути причиною деяких захворювань людини.

Спільнота організмів, що використовують ту чи іншу форму енергії (променисту, або енергію в формі еквівалентної їй речовини), називається трофічних рівнем.

Перенесення енергії у вигляді еквівалентної їй речовини від одного виду організмів до інших називають харчовим або трофічним ланцюгом. Функціонування харчових ланцюгів має свої особливості і підпорядковується ряду законів:

Найбільш яскраво наслідки подібного явища демонструються наступним прикладом. Для того щоб скоротити чисельність комарів на Лонг-Айленді (США), болота багато років обробляли інсектицидом дихлордифенілтрихлорметилметаном (ДДТ). Концентрації цього пестициду при застосування були достатньо невеликими. Проте залишки ДДТ, сорбованих на детриті, потрапляли в тканини детритофагів, потім дрібних риб і, нарешті, рибоядних птахів (бакланів). Коефіцієнт концентрації для птахів склав 500 000. Дія ДДТ призвела до загибелі даної популяції через те, що цей інсектицид відноситься до групи ефекторів ендокринної системи, знижує в крові концентрацію стероїдних гормонів (мінералокортикоїдів) і порушує утворення твердої яєчної оболонки. При висиджуванні пташенят шкаралупа яєць не витримувала маси птахів, і баклани не могли виводити потомство. Отже, принцип біологічного накопичення треба враховувати при будь-яких рішеннях, пов'язаних із забрудненням середовища, і при розгляді причин захворювань, які можна віднести до екологічно-залежних.

Залежно від доступного джерела енергії виділяють чотири типи екосистем:

• природні, субсидовані тільки сонячною енергією. До них відносяться океани. Вони займають величезні площі і є гомеостатом для Землі;

• природні, субсидовані іншими природними джерелами енергії (припливи, течії);

• природні, субсидовані додатково людиною (агроекосистеми);

• індустріально-міські, субсидовані спалюванням викопного палива. Мають найбільш сильний вплив на людину.

1.3 Особливості урбоекосистем і їх вплив на здоров'я людини

Місто - неповна екосистема, яка отримує енергію, їжу, воду та інші речовини з великих площ, що знаходяться за її межами. У різних районах світу міста займають від 1 до 5% площі суші. Місто відрізняється від природних неповних екосистем цілою низкою особливостей.

На одиницю площі витрачається більша кількість енергії. Потреба в енергії щільно населених індустріально-міських районів на 2-3 порядки вище потоку енергії, що підтримує життя в природних або напівприродних екосистемах, субсидованих Сонцем. Для цього необхідний великий приплив концентрованої енергії ззовні (головним чином за рахунок спалювання викопного палива). Людині для задоволення фізіологічних потреб потрібно в рік близько 1 млн ккал енергії у вигляді їжі. У містах витрачається близько 87 млн кілокалорій (ккал) енергії на людину на рік (витрати на ведення домашнього господарства, робота промисловості, забезпечення торгівлі, транспортні послуги та ін.). При сучасних методах ведення міського господарства сонячна енергія не тільки не використовується, а й стає дорогою перешкодою, так як нагріває бетон, асфальт. Це в свою чергу сприяє утворенню смогу.

Високе питоме споживання енергії робить міста “гарячими точками”. У великих містах температура повітря в середньому вище на 1-2 °C, ніж у оточуючих місто природних екосистемах. Причини такої теплової аномалії наступні: сторонні домішки, своєрідність повітряних потоків (до центру міста), порушення природного радіаційного режиму. Ці чинники сприяють концентрації забруднюючих речовин у приземному шарі повітря. За даними різних авторів, в умовах сучасного міста концентрація забруднювальних  речовин у 5-25 разів може перевищувати нормативні рівні.

Різка відмінність спостерігається й у вмісті різних токсичних речовин між міськими і сільськими екосистемами.

Місце вимірювання	NO2	CO	O3	Пил	SO2	Свинець
Індустріальні території	60‒1000	250‒5000	20‒250	80‒250	140‒1500	До 0,4
Закриті приміщення	40‒200	50‒2000	30‒450	50‒150	70‒1000	До 0,2
Сільська місцевість	5‒100	5‒150	60‒250	10‒80	20‒300	До 0,1

Зниження швидкості вітру на 20-30% сприяє збільшенню вологості міського повітря до 8%, а часті тумани в поєднанні з забрудненням атмосферного повітря можуть знижувати видимість на 80%. Сонячне освітлення через зниження прозорості атмосфери знижується на 10-15%. Зменшення інтенсивності ультрафіолетових променів досягає 30%, що може знижувати синтез вітаміну D в організмі міських жителів.

Теплові плями навколо міст змінюють погоду. Влітку на 9-27% збільшується кількість атмосферних опадів і число гроз. Утворені в результаті функціонування міста тепло, пил та інші речовини, що забруднюють повітря, помітно змінюють клімат міст в порівнянні з кліматом навколишньої місцевості.

Потік відходів з території міста є більш потужним і отруйним. Більшість відходів - синтетичні сполуки, більш токсичні, ніж природна сировина, з якої вони отримані.

Міста призводять до руйнування і деградації оточуючих їх природних екосистем. Їх будівництво може бути основною причиною ерозії грунтів.

Існують певні особливості і в функціонуванні трофічних рівнів в місті (аутотрофи, гетеротрофи). Аутотрофний складова, (міський “зелений пояс”), має в основному естетичну і рекреаційну цінність:

• пом'якшує коливання температури в місті;

• зменшує шумове та інші забруднення.

Однак робота, що витрачається на підтримання “зеленого поясу”, збільшує енергетичні та фінансові витрати на життя в місті. Щорічні енергетичні дотації для міста (праця, паливо, добрива і т.п.) у середньому становлять 528 ккал/м². Більше половини річного приросту аутотрофів у вигляді деревини, листя і зрізаною трави вивозиться на сміттєзвалища, хоча для суспільства було б корисніше використовувати ці органічні речовини у якості добрив для ґрунтів на полях і городах. Гетеротрофну складова міських екосистем збіднена (обмежена кількість видів тварин, птахів і т.д.).

Таким чином, число негативних факторів оточуючого середовища, що впливають на людину в місті необмежено велике, а час цього впливу є значно більшим. Отже, міські популяції піддаються більш потужному екологічному стресу. У силу цих та інших причин навантаження, якого зазнає населення міст, у багато разів перевищують те, якому піддається населення природних екосистем. Тому у містах зазвичай спостерігається підвищений рівень захворюваності, і вона має свої особливості.

Міста відрізняються також специфічним складом міського населення. Потужні міграційні потоки, що формують міське населення, супроводжуються високим темпом генетичної еволюції, що протікає без зв'язку з процесами зростання чисельності популяції та її пристосованості, що докорінно відрізняє міську популяцію від природної. Фактори міського середовища сприяють збільшенню мутаційного тиску на жителів великих міст, що веде до зростання спадкових захворювань.

Як вже згадувалось для міст є характерним деформований біоценоз. Спілкування з тваринним і рослинним світом майже виключено, або суттєво обмежено, а спілкування з собі подібними — є надлишковим. Дефіцит позитивних емоцій призводить до порушень діяльності центральної нервової системи (ЦНС), внутрішніх органів, астенізації, невротизації. Постійні психічні перевантаження, стресові стани на роботі, негативні емоції при поїздках на транспорті, у чергах, невлаштованість побуту, сімейні негаразди призводять частину міської популяції до психічної інвалідизації, а найменш стійких - до суїцидальних спроб, по числу яких великі міста мають найвищі показники.

Також для жителів міст характерною є десинхронізація біологічних ритмів. Природна синхронізація світлового дня і активності людини зрушена в бік темної частини доби. Добова десинхронізація фізіологічних процесів вимагає напруження адаптаційних механізмів, що також виснажує пристосувальні можливості організму.

Деформованість видимого середовища. У місті переважають сірий колір і плоскі поверхні. Тривале перебування людини у видимому середовищі, бідному зоровими елементами, супроводжується порушеннями рухів очей, погіршенням самопочуття і виникненням відчуття дискомфорту. У міських умовах переважають гомогенні і агресивні видимі поля.

Гомогенні поля - одноманітні видимі поля з малою насиченістю зоровими елементами.

Агресивні поля складаються з великого числа однорідних елементів.

У такому середовищі не можуть функціонувати багато механізмів зорового аналізатора.

Для міста характерним є й шумове забруднення. Показано, що особи з підвищеною чутливістю до шуму становлять 30%, з нормальною чутливістю - 60%, нечутливі до шуму - 10% населення. Реакція на шум багато в чому визначається психофізіологічними особливостями особистості, типом нервової системи, характером самого джерела шуму. Транспортний і житлово-побутової шум істотно впливають на слуховий аналізатор, який за таких умов перевантажується. Під дією шуму порушується рівновага процесів збудження і гальмування в ЦНС, що призводить до зниження уваги і працездатності, до перевтоми. У жителів, які проживають в будинках, розташованих на вулицях з інтенсивним рухом, різко порушується сон при рівні шуму 40 дБ, При 50 дБ період засинання подовжується, час глибокого сну скорочується до 60%. Відсутність повноцінного відпочинку призводить з часом до розвитку втоми, яка не зникає і переходить в хронічну форму, що сприяє виникненню різних захворювань.

Інфекційна захворюваність в місті також змінена. Тісний контакт людей один з одним призводить до зростання рівня вірусних і внутрішньо-лікарняних інфекцій, зникнення деяких природно-вогнищевих інфекцій. Збільшується роль в патології людини умовно-патогенних мікроорганізмів. Можна відзначити, що рівень інфекційної захворюваності міського населення майже в 2 рази перевищує рівень захворюваності сільського населення.

1.4 Екологічно-обумовлені захворювання і роль медичної екології в їх діагностиці та лікуванні

Як відомо, структура захворюваності за останні 200 років істотно змінилася. До початку XIX ст. домінуючими захворюваннями були гострі інфекційні захворювання, травми і нещасні випадки. У XX ст. стала зростати частка хронічних захворювань, які в даний момент переважають на усіма іншими видами захворювань. До них слід віднести онкологічні захворювання, захворювання сполучної тканини, імунної системи, нейродегенеративні, аутоімунні захворювання, синдром хронічної втоми та ін. Причин цього, як вважають, декілька.

Накопичення в довкіллі хімічних, чужорідних сполук. За згаданий період відбулося збільшення їх виробництва, яке досягає 4 млн. тон щорічно. Підраховано, що на даний момент в навколишньому середовищі знаходиться приблизно 60 тис. різних хімічних сполук, і щороку додається 2 тис. нових. При цьому в організмі будь-якого індивідуума знаходиться близько 1 тис. різних токсичних компонентів, які не залишаються індиферентними, а здатні надавати той чи інший вплив на людину.

Виснаження систем, що відповідають за знешкодження токсичних сполук. Як відомо, людський організм в процесі еволюції виробив лише спеціальні механізми, необхідні для знешкодження (детоксикації) шкідливих факторів зовнішнього і внутрішнього середовища. Останні можуть утворюватися всередині організму (продукти розпаду амінокислот в шлунково-кишковому тракті (ШКТ), гемопротеїдів та ін.), а також надходити ззовні (продукти життєдіяльності бактерій, грибів та ін.). До механізмів знешкодження відносяться системи оксидаз зі змішаними функціями, утворення УДФ-похідних, активної форми сірчаної кислоти (ФАФС), глютатіону, реакцій метилування та інші механізми. Постійне надходження чужорідних для організму сполук лавиноподібно збільшується, що призводить до декомпенсації систем їх знешкодження.

Індуктором захворювання у людини можуть бути різні причини. З одного боку, це генетичні дефекти спадкового апарату, які проявляються у вигляді пігментної ксеродерми, синдрому Дауна та ін. З іншого боку, впливи навколишнього середовища в поєднанні з генетичними змінами формують величезну кількість нозологічних форм захворювань.

Вплив різних факторів на виникнення захворювань у людини

Отже, зростання числа хронічних захворювань визначається багато в чому факторами навколишнього середовища (абіотичними і біологічними). Згідно з даними ВООЗ 75% всіх щорічних смертей у світі обумовлено дією навколишнього середовища і неправильним способом життя. З них 4 млн - випадки дитячої смертності. Ще більш драматична ситуація складається в області онкологічних захворювань. За даними ВООЗ 90% всіх злоякісних новоутворень викликається факторами навколишнього середовища і лише 10% - іншими факторами.

Аналіз причин, що призводять до виникнення онкологічної патології, вказує на те, що головні з них - екологічно небезпечні продукти харчування та тютюнопаління.

Розвиток екологічно залежного захворювання викликається:

• пролонгованим (тривалим) впливом будь-якого фактора (фізичного, хімічного, біологічного);

• дією його на дуже малому, підпороговому (субпороговому) рівні.

Хронічний вплив зовнішніх чинників здатний викликати розвиток патологічного процесу шляхом включення наступних механізмів:

• декомпенсації процесів знешкодження;

• ушкодження імунної системи;

• пошкодження інших систем організму (шлунково-кишкового тракту, ендокринної системи);

• безпосереднього пошкодження органу-мішені.

Є кілька чинників, що відіграють важливу роль в розвитку екологічного захворювання.

Спадковість. Це може стосуватися дефектів імунної системи, здатності до детоксикації токсичних з'єднань. Встановлено, що приблизно 50% людей мають ті чи інші дефекти в механізмах ацетилювання різних з'єднань - одного із способів знешкодження чужорідних сполук. Більш того, одна людина з шести (17% населення) успадковує від батьків дефектний ген по ферменту глютатіон-S-тpaнсфераза-зета1 (GSTT1), який відповідальний за знешкодження канцерогенних речовин. Згідно з цим всі індивідууми поділяються на три групи: нездатні до кон'югації токсинів з глютатіоном, слабкоон'югуючі і висококон'югуючі. Отже, у другій і, особливо, в першій групі, ризик виникнення онкологічного захворювання буде значно вищім.

Харчовий статус. Це може стосуватися збідненого або збагаченого по деяких речовин раціону харчування, недосконалого травлення, порушень всмоктування та ін. Сюди слід віднести ожиріння, яке певною мірою здатне модифікувати процеси детоксикації в організмі.

Особливості токсичного впливу. Даний вплив може відбуватися у побутових умовах (дія продуктів спалювання природного газу), на вулиці (дія свинцю з вихлопних газів автотранспорту) і у виробничих умовах (наприклад, вплив мікроорганізмів, що знаходяться в системах охолодження, кондиціонування, хімічних сполук).

Дія алергенів. Одна з головних причин розвитку екологічних захворювань (наприклад, за рахунок продуктів життєдіяльності кліщів домашнього пилу).

Вільнорадикальних стрес. Обумовлений дією фізичних факторів, а також знаходженням в організмі людей органічних сполук, важких металів (Pb, Сr, Cd, Al, Fe та ін.). При цьому ініціюються реакції утворення вільних радикалів, що веде до пошкодження біополімерів, процесів перекисного окислення ліпідів. З цим пов'язано ушкодження ДНК, виникнення мутацій, генетичних ефектів та ін.

Екологічне захворювання розвивається не одразу, а роками та навіть десятиліттями. Розвиток хвороби пов'язаний з виснаженням адаптаційних систем організму, і, отже, його лікування може бути дуже тривалим. За сучасними уявленнями з впливом факторів навколишнього середовища можна пов'язати такі захворювання: сезонне емоційне захворювання (зимова депресія); множинна хімічна чутливість; деякі захворювання шлунково-кишкового тракту (виразковий коліт, хвороба Крона та ін.); хронічні алергічні захворювання;бронхіальна астма; ряд аутоімунних захворювань; екзема;ряд хронічних неврологічних захворювань; розсіяний склероз; хвороба Альцгеймера (стареча деменція); синдром хронічної втоми; ряд захворювань опорно-рухового апарату та ін.