Лекция 11. Экологические аспекты радиационной биологии

20 в. — открытие в физике естественной радиоактивности.

Радиоактивность — процесс самопроизвольного превращения или распада атомных ядер некоторых химических элементов, приводящих к изменению их атомного заряда и массового числа, сопровождающееся радиацией (ионизирующее излучение).

Источники радиации: 1) природные.

• 2) антропогенные
• 1) Роль радиационного фона, создаваемого солнцем, не выяснена.
• -Космогенные радионуклиды (попадают на Землю с осадками, большая часть задерживается в атмосфере).
• -первичные радионуклиды земной коры (находятся в горных породах, почве, воздухе, воде).

В земной коре нах-ся более 60 радионуклидов, Уран 235, 238.

Торий 232.

Калий 40, 48.

Йод 131.

Рубидий 87.

Радон 226 входит в состав горных пород, вызывая накопление радона 222 (стены домов) Концентрация природных элементов естественного радиационного фона различается.

[Микрогентген/час] 7−12.

Высокий радиационный фон: Жигулевск, Тольятти, Отрадный, Новокуйбышевск.

Антропогенные поступления радиоактивных веществ:

• 1) Атомные, ядерные взрывы, испытания ядерного оружия, 200 г.- на севере, в Ивановской области радиационный фон в 40 раз больше нормы.
• 2) Техногенные катастрофы: крупная авария 26 апреля 1986 г. Чернобыль, выброс в 2 км высотой

Состав: Йод 131, Стронций 90, Цезий 137.

В составе облака они распространились на всю территорию Украины, часть Белоруссии, пострадали 17 областей (Московская, Орловская, Пензенская, Ульяновская).

• 3) Катастрофы на атомной подводной лодке:
  • -1963г. затонула а.п.л
  • -1989г. Совемткая, а.п.л «Комсомолец» с ядерными зарядами
  • -… У берегов Скандинавии, авария а.п.л. «Курск»
• 4) Радиоактивные отходы сбрасываются в океан

Облучение происходит от приборов и радиоактивных материалов, применяющихся в научных целях, промышленности и медицине. (29%).

В Самарской области > 240 предприятий, использующих источники ионизирующего излучения > 100 ЛПУ, кот. Используют рентгеновые установки, радоновые ваннны, радио-фарм препараты Среднегодовая доза: 1,4 Грея (на чел. Организм радон) Пути поступления радиоактивных веществ в организм человека:

• 1) Загрязнение воды
• 2) Пища
• 3) Воздух
• 4) Перкутанно (через кожу)

>Всего радионуклидов в капусте, томатах, огурцах, кабачках, смородине, яблоках.

МолокоЙод 131.

МясоСтронций 90, Цезий 137.

БелокЦезий 137.

Большинство радионуклидов, попадают через микротрещины, ссадины на коже, волосяные фолликулы и проникают во внутренние органы (всасываются в кровь) Большинства радионуклидов обладают тропностью к определенной органу и тканям.

Стронций, Кальций, Свинецкостная ткань, Йодщитовидная железа.

Be, Fe, Znпечень Цезий, Pb, Kв мышцах Воздействие ионизирующей радиации объяснил Кузин.

1 стадия: имеет физическую природу, квант вызывает ионизацию и возбуждение атомов в молекуле воды, вода в клетке под ионизирующим излучением превращается в радикалы H^., OH^.

В процессе взаимодействия свободных радикалов образуется вода, атомарный водород, Н2О2, образуется каталаза.

Энергия излучения может поглощаться молек. орг. соед. (белками, НК и тд) БелокАК, ф-я, когда АК в строгом порядке (инсулин-60 АК) Образуются возбужденные молекулы, радикалы, H2O2.

• 2 стадия: Радикальные и перикисные структуры белков, липидов, НК, полисахоридов вступают в реакции с водой и растворенным с ней O2, возникают цепные реакции окисления
• 3 стадия: биологическаявысокоактивные в химическом отношении соединения вступают в реакции с компонентами сложн. биохим. систем организма (белками, НК, что нарушает химические процессы и всю структуру клетки)

Реакции различных клеток органа и ткани человека на радиационные поражения.

На молекулярном уровне происходит повреждение ДНК, РНК, белк молекул энергии излучения, поглощен. Молекула белка или НК, передается ее структурам, разрушая молекулы в уязвленных местах.

В ДНКазот. Основание с пиримидин. кольц.

Поражение белковых молекул внутриклеточных мембран приводит к высвобождению ферментов, нарушающих нормальные процессы, накоплен, вредных веществрадиотоксинов.

На субклеточном уровне повреждается ЭПС, рибосом, лизосом, мембран митохондрий Нарушения на клеточном уровнепоражение ЦНС, костного мозга, ЖКТ Почки выдерживают суммарную дозу радиации 23 Грей Печень- 40 грей (в месяц) Мочевой пузырь- 55 Грей Зрел. Пищев. Тк- 70.

Самая чувствительная ткань к радиацииЦНС, доза облучения ок 100 Грей, серьёзные поражения, смерть наступает в течение нескольких часов.

— мозг плода.

Мать облучена между 8 и 15 неделями В этот период формируется у плода кола головного мозга, есть риск рождения отсталого ребенка Облучение мозга ребёнка может вызвать изменения в его характере, потере памяти, взрослые люди выдерживают большие дозы.

Чувствительным к действию радиации является глаз (хрусталик) Погибшая клетка хрусталика становится непрозрачной, катаракта—> слепота, Большая доза — большая потеря зрения.

Красный костный мозг. И элементы кроветворной системы очень уязвимы. Теряют способность нормально функционировать при 0,5−1 Грей. Обладают способностью к регенерации, и если доза облучения не очень велика (не вызывает нарушения всех клеток) кров. Система может восстановить свои функции.

Репродуктивные органы. Однократное облучение семенников до, а Грея, временная стерильность мужчин, доза > 2 грей через много лет они восстанавливают функцию (60л) Яичники. (взросл. женщина) однократная доза > 3 грей приводит к их стерильности, > дозы никак не сказываюися на способности к деторожнению. Реакции гонад проявляются угнетением сперматои овогенеза.

Наиболее чувствительны сперматогонии и зрелые овоциты На организменном уровне: органы ЖКТ, нервной, кроветворной иммунной систем, лучевая болезнь, снижение продолжительности жизни.

На популяционном уровне: изменение генетических характеристик генофонда происходит в связи с накоплением генных, хромосомных, геномных мутаций.

Ген. Эффекты: типы дальтонизма, синдром Дауна, хорея Гентингтона, ВПР, из эмбрионов и плодов не доживают до рождения.

Около половины спонтанных абортов в связи с аномалиями в генетическом материале.

Клинические проявления, воздействия ионизирующего излучения на организм:

Первые дни после облучения: на кожеэпидемы, некрозы, омертвления, распадл клеток, выпадение волос, ЖКТподавление секреции желудочного сока, снижено мочеобразование, моторная функция печени. При > дозах угнетение синтеза гликогена, ее жиров. перерождение Острые последствияразвитие острой лучевай болезни (ОЛБ) Высокая дозанизкая продолжительность жизни.

• -200−800 рад, продолжительность жизи ок 40 дней.
• -3000 раз- 8 дней
• — > 3000 рад — летальный исход 1−2 дня

Гибель организма происходит вследствие поражения ЦНС, иммунной системы, тонкого кишечника, Хроническая ЛБ. В результате продолжительного облучения в малых дозах 0,1−0,5 радон/сутки После накопления суммарной дозы 100 радон развивается лучевая болезнь Длительное время после лучевого воздействия (1−10лет) возникают отдаленные последствия облучения (злокачественные новообразования, лейкозы, катаракта, нефросклероз, нарушение гуоральной и клет. Иммунитета, полн/временная стерильность, сокращение общей продолжительности жизни) Пострациационные последствия: возникновение злокачественных опухолей, рак кожи, желужка, кишечника, матки, яичников, семенников.

Зависимость рака молочной железы от радиационного облучения.

Рак легких: вдыхание РАДОНА на урановых родниках (уран-альфа-излучатель) Рак щитовидной железы: воздействие рентгеновых лучей (Йод 131).

Лейкозы: ионизирующая радиация, после введения РАДИЯ 226, введение в терапевтических целях (Йод 131).

Аутоиммунные процессы действ. Радиотоксинов приводят к выработке антител > количество.

Мероприятия по защите населения!!!

1) Покинуть зону радиации. Обеспечивание безопасности населения от радона.

Почва, Радона > 50 беккерель на литр не место дл построек. В районе Волги > 9 регионов с такими симптомами. Самара, Ульяновск, Пензенская область.

Защита временем: максимальное сокращение продолжительности работы с радиоактивными источниками.

Экранирование применяется для работы особенно с закрытыми источниками излучения, при работе с кот. Используют прорезиненные фартуки, перчатки.

Продукты, выводящие радионуклиды из организма:

Кальций, селен (в пшенице, белом хлебе, редисе).

Лекция 12. Современная специфика среды обитания человека. Экология Самарской области Природу вытесняет урбанизация, естественные ресурсы истощаются.

Среда обитания людей в > регионов и городах становится более вредной для здоровья людей.

Не менее 50% заболеваний обусловлено загрязнением окружающей среды (недоброкачественная питьевая вода).

• -деградация почвы, снижается плодородие, повышается загрязнение нефтепродуктами, отравляется воздух, вода, опасность радиации.
• 11 марта Фукусима.

Экология превращается в учение о путях выживания человечества В современном обществе укоренился теократический Правильная организация техники можно решить все экономические и социальные проблемы.

Самая современная техника вступает в противоречие с закон…

Наносит ущерб окружающей среде (ОС) и здоровью человека.

«Экология» -1868 Геккелем для обозначения биологической науки, изучающей взаимоотношения Ж и орг. и неорг. средами.

Экология (cовремен) — наука, о закономерностях формирования, развития, устойчивого функционирования систем разного ранга в их взаимоотношениях с условиями среды.

Экология:

1) Физиологическая (аутоэкология, экология организмов) Рассматривает закономерности взаимодействия организмов между собой и СО.

2) Экология популяций (демэкология) Исследует межвидовые взаимоотношения биоценозов между популяциями конкретных видов.

3) Экология сообщества (синэкологиия) Функционирование надорганизменных систем на уровне биоценоза и биогеоценоза.

Задачи экологии:

• 1) изучение структуры и динамики биоценза под влиянием факторов (и антропогенных)
• 2) моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов
• 3) прогнозирование изменения природы под влиянием деятельности человека
• 4) улучшение качеств ОС

Стратегическая задача: РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИРОДЫ И ОБЩЕСТВА НА ОСНОВЕ ВЗГЛЯДА, РАССМАТР. ЧЕЛ. ОБЩЕСТВО КАК НЕОТЪЕМЛЕМУЮ ЧАСТЬ БИОСФЕРЫ.

ПРЕДМЕТ: биология макросистем (популяций, биоценозов) в динамике во времени и пространстве.

Методы экологии.

Необходим. ч: метод регистрации и оценки состояния среды (методологический, наблюдение, исследование хим. состояния воды, характеристика почв, изменение радиационного фона, определение биологической и бактериологической загрязненности среды.

• -мониторингпериодическое, непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством среды.
• -исследование влияния факторов среды на жизнедеятельность организма
• -лаб. исследования
• -определение критических летальных доз химических агентов, по которым ПДВ (предельно допустимые выбросы) и ПДК (предельно допустимая концентрация) лежащ в основе экологического нормирования

Методы математич моделирования:

Модели техногенных катастроф.

Антропоюиоэкосистема.

Функциональная единицаэкосистемасовокупность живых организмов и компонентов неживой среды, взаимновлияющие друг на друга.

Человек в конкурентной борьбе за выживание создаёт искусственные экосистемы. И экономическое благополучие современного общества базируется на функциональном внедрении тотальной химизации всех сфер жизни.

В жизненное пространство человека поступило огромное количество токсикантов.

Физические виды загрязнения:

Тепловые, шумовые (40), радтоактивные, электромагнитное излучение Химические:

Тяжелые металлы (Pb), пестициды, синтетические ПАВ (стиральный порошок), пластмассы.

Биологические:

Микроорганизмы, споры микроорганизмов, патогенные микроорганизмы Человек по мере технического прогресса неосмотрительно загрязнял ОС, сам стал мишенью для экотоксикантов.

Сейчас известно > 10 млн химических соединений, без учёта продуктов взаимодействия.

ЯД № 1.: ароматический полихлорид бифенилы, А (ПХБФ) Система теплопередач, копирование бумаги, клеи, замазки, входит в состав пестицидов.

Попадает в атмосферу при сжигании промышленных отходов.

Могут поступать в пищу ПХБФ входит в состав жидк среды и тканей Проникает через гемоэнцефалический и плацентарный барьеры, депонируются в жировой ткани и печени, Гипоплазия костной ткани, иммуннотоксичны, обладают тератогенным и канцерогенным действием БИФИНИЛЫсамые опасные юиоциды среди хлорорганических инсектицидов Обладают стабильностью в ОС. (инсектициды, диоксины, пестициды) Соединения ртути.

В мире в год 10 тонн ртути, используется в производстве бумаги, пластмассы,.

5 тыс. тонн ртути попадает в океаны, элемент ртуть и растворимая в органических соединениях может поступать с морепродуктами, перкутанно, с лекарствами.

Ртуть оказывает гемотакс, эмбриотоксический эффект, ВПР, аборты.

Является канцерогенезом.

Кадмий (Cd). Источник загрязнения воздухагазопромышленные мероприятия Используют для получения кадмиевых пигментов, Содержащихся в мазуте, дизельном топливе, при сгорании выходит в ОС.

С продуктами питания: морепродукты, яйца, почки, ягоды, грибы (шампиньоны.

1сигарета- 2 мг Cd.

Мишень для Cdнервная и репродуктивная системы.

Кадмий вызывает мутагенное действие, накапливаясь в почках, волосах, Канцероген.

Обезвреживание ксенобиотиков в организме.

В процессе эволюции организме человека сформировалась многоуровневая система защиты.

Детоксикация вредных веществ (иннактивация веществ, ослабление токсичности) В процессе биотрансформации образуются метаболиты, обладающие эффектом повышения токсичности.

— деградация водорастворимых соединений при участии ферментных систем цитоплазмы, пероксисом, лизосом.

Обезвреживаются в тканях печени, кишечника, легких, коже, почках, надпочечниках, головном мозге, гонадах, плаценте.

Во всех перечисленных органах: элементы детоксикации Микросомальных моноопсигиназы Цитохром П450 (в печени) обеззараживает ксенобиотики каталаза.

Супероксиддисмута.

Экология Самарской области.

Г. Самаракрупный мегаполис средней Волги. Антропотехногенная нагрузка велика. Ведущий источник загрязнения: -промышленность, нефтепереработка (56%), цветная металлургия (7%), теплоэнергетика, приборо-машиностроение, строительные материалы (3%), ЖБИ.

!!!ЛЕНИНСКИЙ РАЙОН!!!

Экотоксиканты в г. Самара:

• -соли тяжелых металлов (Pb, Cd, V2O5)
• -NO2 (бурый газ)
• -формальдегид > ПДК
• -бензол, толуол

Источник формальдегидаавтотранспорт, АЩС, НПЗ, он содержит выбросы строит, нефтехимич.

Второй класс опасности.

Общетоксичен, раздражающее действие, канцероген.

На клеточном уровне формальдегидцитоплазматический экотоксикант Обмен витамина С, снижается синтез АК, Источник централизованного водоснабженияСаратовское водохранилище.

Современная ситуация характеризуется многолетним ухудшением качества среды, загрязнение фенолом, солями тяжелых металлов (Cu, Al, Fe, Zn).

Повсеместно загрязнение Ме второго класса опасности Cd, Pb, Ni,(в иловых и донных отражениях) В воде Саратовского водохранилища в 6 раз превышает содержание фенола и в 3 ПАВ В воде — НИТРАТЫ. (переходят в нитриты) Влияют на гемоглобин метгемоглобин Ведущее формирование в структуре населения: аллергические болезни, бронхиаьная астма, болезни крови, мочеполовой системы.

Тяжелая патологиягипертехиоз (недостаточность йода) Чистота эндокринной системы Актуальная проблема.

В Самаре рост йододефицитных заболеваний: эндемический зоб, гипотериоз, критинизм.

Природный дефицит йода усугубляется неблагоприятной экологической обстановкой в регионе. У жителей Самарской области йоддефицит легкой си средней тяжести.

Йодурия- 100 микрограмм Высокое содердание в крови Pb, Ni, Br2 для которых отмечается токсический, антитериоидный эффект.

Вывод: Йоддефицитэкологически обусловленное и экологически зависимое заболевание.

Состав воздуха: азот- 78%, кислород- 21%, инертные газы-1%.

Лекция 13. Пути и способы преодоления кризисной экологической ситуации. Экологическая безопасность человека Связь человека и природы нерасторжима. Человечество остаётся неотделимой частью биосферы, включенной в общий экологический круговорот.

Круговорот веществ, потоки энергии, концентрация химических веществ, минерализация органических веществ, способствуют прерносу веществ.

Антропотехнологическая деятельность привела к тому, что 60 млн чел (в России) находятся в неблагоприятной экологической ситуации.

На современного человека обрушилась мощная лавина высокотоксичных факторов внешней среды.

Экология. наука и ее проблемы изучались на разных уровнях, от глобального до локального.

В Самарской области 69 предприятий химической и нефтехимической промышленности.

(Новокуйбышевск ОАО…

Нефтехимическая компания Самара орг. синтез ОАО косметическая фирма «Весна».

Чапаевск: химический синтез «Прогресс».

В нашем регионе более широкие масштабы приобретает рекреационное использование территорий, приводящих к деструкции природных систем.

Рекреацияиспользование территорий для улучшения жизни.

Основные показатели ОС, влияющие на здоровье:

— выбросы загрязняющих веществ в воздух (аммиак, пары серной кислоты, хлор, HCl, вода).

…Удельный вес… атм. воздуха с превышение ПДК составляет:

По взвешанным веществам- 18% (пыль) Хлористый водород — 13%.

NO- 8%.

Вода. Промышленные производства в результате технологической деятельности сбрасывают отходы в Волгу.

По данным территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу ОС (2001).

Объем сточных вод, сброшенных в Саратовское водохранилище 457 млн тонн ОАО «Фосфор».

Г. Тольятти Объем= 2млн927тыс м³ (2002).

«Куйбышев азот» 6 илн 738 тыс м³

Основные загрязняющие вещества Волги: фенол, нитриты, соединения меди.

Среда, окружающая человека, приобретает характеристики, которые выходят за рамки его возможностей.

Сердечно-сосудистые заболевания, низкая продолжительность жизни.

За последние 10 лет в атмосфере > 1 млн тонн Ni, Co,.

> 600 тыс тонн Zn, 1,5 млн тонн As, Si.

Эти элементы включаются в круговорот веществ, аккумулируют в пищевых уцепях и поступают в организм человека, В крови студентов, проживающих в нашей области в несколько раз повышено содержание Cd, Pb, Cr, Mn, Ni.

В больших городах и в Самаре продолжительность жизни снизилась за последние 10 лет на 1,4 г у женщин, 3,1 г у мужчин.

У человека выражена способность к созданию искусственной среды больше чем у других обитателей планеты, жесток… за эгоистичные убеждения людей в возможности создания среды обитания, максимально независящее от законов природы.

Выживание человека в виде целостной структуры, его адаптация к меняющимся условиям существования составляют ЗАДАЧУ экологической безопасности человека.

Экологическая безопасность:

1) Экологическое образование Формирование научного мировоззрения, которое вооруж. чел. экологич. приемлем.

Принципами подходов к окружающему миру, основа экологического воспитания в процессе глубокого усвоения знаний.

Формирование экологической грамотности у врачейзадача кафедры.

Тк современная медицина имеет дела с пациентами, которые не справлялись с воздействием ОС, они не смогли к ним адаптироваться.

• 2) Экологическое воспитание
• 3) Экологическая этика поведения
• 4) ЗОЖ

Культура поведения, выполнение задач, направленных на сохранение природы.

Врачам необходимо знать: в каком районе он живёт, какую воду пьёт, каковы токсические действия ксенобиотиков ЗОЖ— характер жизни человека, его поведение, мышление, которые обеспечивают охрану и укрепление здоровья.

• -рационально организованные активно закаливающие порядок бытия
• -принцип нравственности, защищающих человека от неблагоприятных факторов, что позволяет до старости сохранять нравственное психическое и физическое здоровье.

Казначеев сказал: «Здоровье человека— эндогенная экологическая среда, связанная со здоровьем биосферы.».

Многообразие деятельности человека приводит к изменению ее состава, круговороту бваланса слагающих его веществ.

Направление и степень его таковы— экологический вред Он может быть нанесён ОС (антропогенный вред) Здоровье человека (физиологический вред) Генетический вред Все больше антропогенное воздействие приводит к нарушению стабильности, развивается экологический кризис.

Экологический кризис— напряженное состояние взаимоотношений между человеческим обществом и природой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных отношений.

Экологический кризис ухудшение условий жизни соц. Напряжение деформация среды обитания жизн. активность организма.

Глобальный характер экологического кризиса!

Есть загрязнители ПОЛЮТАНТЫ Загрязнители атмосферы воздуха Диоксид серы, СЩ, твердые частицы На их долю приходится 98% выбросов вредных веществ.

Последствия!:

1) Выпадение кислотных дождей деградация почвы, гибель Р и Ж, пчел нет!!!

Атмосферные осадки, рН которых ниже чем 5,6.

Закисление осадков вследствие попадания в атмосферу SO2 и NO, кислотные осадки деградачия лесов, почв, при пониженной рН усиливается эррозия почвы, увеличивается подвижность, токсич Ме.

2) Возможно потепление климата (парниковый эффект) Парниковый эффект, повышение среднегодовой температуры, изменение климата Парниковый эффект повышенное содержание в атмосфере парниковых газов (СH4, озона, окисей азота, фриона, NO, NO2, CO2).

За 10 лет в атмосфере земли уменьшилась концентрация CO2, но возросла концентрация озона.

3) Нарушение озонового слоя. озон в атмосфере!!!

Озоновый слой располагается на высоте 25+_5 км, толщина несколько мм (сильный окислитель) Озоновый слой поглощает опасные УФЛ!!!

К концу 20 В, нач. 21 В ученые фиксировали существование локальное понижение концентрации озона (озоновые дыры) В местах, где снижено содержание озона: рак кожи, катаракта, сниженный иммунитет.

Одна из гипотез, объясняющих нарушение озонового слоя:

Пагубное действие фреона!!! (фторхлор производные водорода) Фреон в качестве хлорагентов, аэрозольные баллончики, средства пожаротушения.

Фреон попадает в верхние части атмосферы, под действием света разрушается с образованием свободных атомов хлора, которые интенсивно взаимодействуют с озоном разрушается озоновый слой!

Экологический кризис.

Структура:

Кистозные дожди, парниковый эффект, загрязнение супертоксикантами, нарушение целостности озонового слоя.

Причины:

• 1) экономические
• 2) научно-технические
• 3) низкий уровень знаний
• 4) низкий уровень культуры

Пути выхода:

• 1) экологизация технологий (экологично-экономично)
• 2) Экологическое просвещение
• 3) Экономизация производства
• 4) Международно правовая охрана
• 5) Административно-правовое воздействие

Задача: создание комплекса антикризисных мер.

1)Анализ экологической, социальноэкономической обстановки России.

Выделяют направления:

• -Создание экологи чистых технологий
• -внедрение малоотходных производств
• -обновление основных фондов
• 2) применение мер административного пресечения, юридическая ответственность за экологические правонарушения.
• 3) гармонизация экологических международных отношений

Научная основа выхода из экологического кризиса— ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЭКООЛОГИЯ Человек отличается сложностью строения и видимой целесообразностью, несмотря на воздействие ОС человек улучшает качество жизни. Есть надежда на выживание человечества.

И ВТОРОГО ПОТОКА ТОЖЕ!!!