Оглавление
Введение…………………………………………………………………….……….3
1. Химические элементы
в среде обитания человека……………………......4
2. Макроэлементы…………………………………………………………….…….6
2.1 Натрий…………………………………………………………………………7
2.2 Кальций………………………………………………………………….….....8
2.3 Магний………………………………………………………………………...10
2.4 Хлор……………………………………………………………………………12
3. Микроэлементы……………………………………………………………….…13
3.1 Йод…………………………………………………………………………….14
3.2 Селен………………………………………………………….………………16
3.3 Фтор…………………………………………………………………………...17
3.4 Железо………………………………………………………………………..19
3.5 Медь…………………………………………………………………………...20
3.6 Марганец……………………………………………………………………...21
3.7 Ртуть…………………………………………………………………………..22
3.8 Мышьяк……………………………………………………………………….24
3.9 Кремний………………………………………………………………………25
4. Радиоактивные элементы……………………………………………………..26
4.1 Радон…………………………………………………………………………28
5. Заключение……………………………………………………………………….30
6. Список литературы……………………………………………………………...32
7. Приложение 1…………………………………………………………………….33
8. Приложение 2…………………………………………………………………….37
Введение
Различные области
земной поверхности характеризуются неодинаковым
типом геохимических процессов, поэтому
отличаются по количественному элементному
составу. Географические районы, в которых
все компоненты среды обитания, в том числе
флора и фауна, характеризуются определенным
своеобразием химического элементного
состава, называются биогеохимическими
провинциями. В одних провинциях может
быть избыток каких-либо химических элементов,
в других их недостаток, в третьих - сочетание
этих элементов в необычных пропорциях.
Неоднородность в химическом составе
провинций возникает из-за особенностей
выветривания и размывания коренных пород,
условий почвообразования, количества
осадков, температурного режима и т. д.
Такая геохимическая специализация пород
оказывает влияние на биосистемы.
Цель работы: проанализировать
основные биологические значимые элементы
биогеохимических провинций ДВ и их влияние
на здоровье человека Для достижения цели решались
следующие задачи:
- Сбор информации
о биологически активных элементах.
- Сбор информации
о влиянии биологически активных элементов
на организм человека
3)Анализ собранной информации.
Организм неразрывно связан с элементами
земной коры. Количественное содержание
того или иного элемента в организме определяется
его содержанием во внешней среде, а также
свойствами самого элемента. Поскольку
поступление химических элементов в организм
определяется, наряду с другими факторами
и содержанием элементов во внешней среде,
то растения и животные в пределах той
или иной провинции будут находиться в
различных условиях питания. В связи с
этим животные и растения проявляют своеобразные
биологические реакции в ответ на элементарный
химический состав атомов, которые проходят
через организм в ходе питания.
Известно, что, по крайней
мере, 27 из 98 химических элементов должны
обязательно присутствовать в организме.
Это углерод, водород, кислород, азот, кальций,
сера, фосфор, натрий, хлор, магний. Их относят
к макроэлементам. Ряд других химических
элементов также обязательны для процессов
жизнедеятельности, но концентрации их
в организме измеряется сотыми долями
процента. Эту группу химических элементов
относят к микроэлементам. Обязательны
для жизни такие микроэлементы как железо,
йод, медь, цинк, марганец, кобальт, никель,
молибден, селен, хром, фтор, кремний, ванадий,
бром, олово, мышьяк.
Химические элементы
в среде обитания человека
Наибольший интерес
представляют отклонения, вызванные
избытком или нехваткой какого-либо
химического элемента в среде обитания
человека. Одной из задач геохимической
экологии является установление пороговых
величин содержания микроэлементов, при
которых проявляются заметные нарушения
в деятельности организмов. Различают
нижние и верхние пороговые концентрации
элементов в почве, питьевой воде, в кормах
и в пищевых продуктах. Пороговые концентрации
элементов в почвах зависят от типа почв,
их кислотности-щелочности, количества
органики, гумусовых кислот и других соединений,
обусловливающих растворимость и подвижность
элементов и их соединений. Например, мышьяк
имеет склонность накапливаться в гумусовом
горизонте почв, особенно болотных. Уран
быстро вымывается из почв, поэтому его
среднее содержание в коренных породах
выше, но в болотистых почвах и торфяниках
он также может накапливаться. Ртуть может
долго удерживаться в почве.
Кроме того, значения пороговой концентрации
для определенного элемента зависят еще
и от уровня содержания других химических
элементов. Иногда при совместном присутствии
двух элементов в почве значения их ПДК
(предельно допустимая концентрация) уменьшаются
вдвое.
Миграция химических элементов идет по
сложной цепи биогеохимической системы
«горные породы-почвы-воды-растения-животное-человек».
Уровень концентрации элемента в земной
коре редко совпадает со степенью его
поглощения живым организмом. Например,
активно поглощаются растениями такие
анионы как фосфор, сера, хлор. Но сравнительно
слабо накапливаются растениями катионы
алюминия и железа, которые также широко
распространены. Данные о биологическом
поглощении элементов представлены в
таблице 1 (Приложение 1). Некоторые виды
растений могут избирательно захватывать
химические элементы в больших количествах,
в то время как ряд других видов растений
поглощают их слабо. По мнению А. П. Авцына,
это обусловлено генетически закодированным
обменом веществ, присущих тому или иному
виду растений. Нужно иметь в виду, что
далеко не все химические элементы накапливаются
в животных организмах в сравнении с растениями.
Многие из них выводятся почками или через
пищеварительную систему. Организм может
приспосабливаться к избытку или недостатку
химического элемента, но все же до определенного
предела. Выше этого предела наступают
качественные изменения в организме. Действие
геохимической аномалии на организм проявляется
в различных физиологических и генетических
изменениях на уровне клеток, которые
впоследствии приводят к появлению эндемических
заболеваний человека, животных и растений.
Эндемические заболевания – это болезни,
постоянно существующие на ограниченной
территории и причинно связанные с ее
климатогеографическими, в том числе биогеохимическими
факторами. Существующие аномальные в
биогеохимическом отношении регионы и
локусы природного происхождения предъявляют
значительные требования к адаптационным
механизмам организма, в частности обеспечивающим
микроэлементный гомеостаз. Следует различать
два вида адаптивной реакции, зависящей
от интенсивности действующих геохимических
факторов – физиологическую и биохимическую
адаптацию, с одной стороны, и генетическую
с другой. Из которых первая происходит
в интервале определенных пороговых концентраций
химических элементов, допускающих гомеостатическую
регуляцию их уровня в организме, а вторая
– представляет собой результат выбора
форм, приспособленных к новым условиям
геохимической среды. Одним из условий
успешной адаптации и поддержания высоких
функциональных резервов является адекватное
потребностям поступление и содержание
микроэлементов в данных биогеохимических
условиях. Было установлено, что у мигрантов
из других климатогеографических регионов,
прибывших на обучение в Россию, впервые
2-3 года происходит интенсивное снижение
содержания микроэлементов в биосредах,
в частности в волосах. Так, у студентов
из стран Юго-Восточной Азии на 2-3 годах
обучения снижается на 70-20 % содержание
марганца, меди, серебра, кадмия, кобальта,
никеля. В этом же исследовании установлено,
что у лиц со сниженными функциональными
резервами кардиореспираторной системы
наблюдается более выраженная потеря
микроэлементов из организма, чем у лиц
с нормальными функциональными возможностями,
после переезда в среднюю полосу России.
Территория нашей страны отличается исключительным
биогеохимическим разнообразием. Исследование
Приамурья имеет важное практическое
значение -экстремальные погодно-климатические
факторы в большинстве районов Хабаровского
края сочетаются со своеобразием биогеохимических
провинций, проявляющимся в определенном
соотношении химического состава воздуха,
воды, почв растительного и животного
мира. Многообразие элементарных ландшафтов
Приамурья характеризует разнообразие
геохимических условий. Геохимическая
формула преобладающего геохимического
ландшафта Н-Са-Fe-Mn. В химическом составе
почв юга края преобладает окись кремния
(60-70 %), двуокись алюминия (10-20 %) и железа
(до 2-5 %). Отмечается обеднение почв B, I,
Br, V, Cr, Se. В золе трав преобладают Si, Ca и
K, а в корнях много Al, Fe, и Mn. В Приамурье
почвенно-грунтовые воды относятся к силикатно-карбонатному
классу, и содержит до 10-15 мг/л SiO. (http://geoatlasmira.ru/articles/4-4-geohimicheskie-landshafti-sssr
от 29.09.10).
Несмотря на большое разнообразие водосодержащих
пород, разную водоносность, климатические
и почвенные условия в регионе отмечаются
преимущественно пресные и ультрапресные
грунтовые воды, гидрокарбонатные, смешанного
катионного состава. В водах юга Хабаровского
края кроме традиционно известных высоких
концентраций железа и марганца и низких
концентраций фтора, йода очень часто
встречаются высокие содержания алюминия
(до 50 ПДК) и кремневой кислоты (до 3-4 ПДК).
Для водоснабжения городов и поселков
края в основном используются грунтовые
воды Средне-Амурской депрессии. В водах
этого горизонта повсеместно отмечается
превышение ПДК железа, марганца, алюминия,
кремния. Воды этого горизонта без предварительной
обработки и очистки употреблять для хозяйственно-питьевого
назначения недопустимо. На юге Хабаровского
края известно множество месторождений
и рудопроявлений металлических полезных
ископаемых. В зависимости от геохимических
условий ряд элементов могут образовывать
подвижные соединения, загрязнять поверхностные
и грунтовые воды, и, накапливаясь в растениях,
попадать в организм человека.
Макроэлементы
Для обеспечения нормальной
жизнедеятельности организма человеку
необходимы биологически значимые элементы,
которые делятся на макроэлементы и микроэлементы.
В живых организмах содержание макроэлементов,
по сравнению с микроэлементами, относительно
велико и составляет более 0,001%. В основном
макроэлементы поступают в организм человека
с пищей, рекомендуемая дневная норма
потребления при этом составляет более
200 мг.
Можно с уверенностью утверждать, что
макроэлементы – это основа жизни и здоровья
человека. Содержание в организме макроэлементов
достаточно постоянно, однако могут возникать
довольно серьезные отклонении от нормы,
что приводит к развитию патологий различного
характера.
Макроэлементы сконцентрированы преимущественно
в мышечной, костной, соединительной тканях
и в крови. Они являются строительным материалом
несущих систем и обеспечивают свойства
всего организма в целом. Макроэлементы
отвечают за стабильность коллоидных
систем организма, нормальное кислотно-щелочное
равновесие, поддерживают осмотическое
давление.
Ряд макроэлементов относится к биогенным
элементам или макронутриентам. Это азот,
углерод, водород, кислород, сера, фосфор.
Органические вещества человеческого
организма, такие как жиры, белки, углеводы,
гормоны, витамины, ферменты состоят именно
из этих макронутриентов. К другим макроэлементам
относятся: магний, кальций, калий, хлор,
натрий.
Натрий
Натрий — основной
осмотический активный ион внеклеточного
пространства. Он регулирует кислотно-основное
состояние, удерживает жидкость и участвует
в регуляции распределения ее в организме,
усиливает набухание белков и повышает
гидрофильность тканей. Натрий способствует
поддержанию водно-электролитного равновесия.
Катионы натрия способствуют вытеснению
калия из организма. Известно значение
их в поддержании оптимальной возбудимости
нервной и мышечной ткани. Натрий потенцирует
воспалительные и аллергические реакции.
Поступает натрия хлорид в организм человека
в необходимых количествах с пищей, улучшая
ее вкусовые качества. В составе натуральных
продуктов поступает до 3—5 г натрия хлорида.
Поэтому для оптимального удовлетворения
потребности организма в нем необходимо
добавление натрия хлорида к пище до 6—7
г. Потребность в натрии увеличивается
при интенсивной мышечной нагрузке в условиях
высокой температуры окружающей, при сильной
рвоте и поносе, ожогах, недостаточности
функции коры надпочечников, избыточном
употреблении растительной пищи (содержащей
калий). К числу продуктов, наиболее богатых
натрия хлоридом, относятся рыба, особенно
морская, колбасы, брынза, сыр, хлеб. Дефицит
натрия в организме может возникать при
различных патологических состояниях,
сопровождающихся повышенным его выделением,
если оно не компенсируется введением
натрия хлорида в достаточных количествах
(сильный понос, неукротимая рвота, обширные
ожоги с сильной экссудацией, гипофункция
коры надпочечников, длительное применение
мочегонных препаратов и др.). В результате
развивается гипонатриемия. Она сопровождается
обезвоживанием организма. Появляется
жажда, которую можно утолить лишь употреблением
подсоленной жидкости. Возникают сухость
и потеря тургора (эластичности) кожи.
Нарушается деятельность пищевого канала
(отсутствие аппетита, тошнота, рвота),
сердечнососудистой системы (артериальная
гипотензия, тахикардия), почек (олигурия,
анурия, нарастание азотемии). При гипонатриемии
наблюдаются изменения функции центральной
нервной системы (апатия, спутанное сознание,
нарушение психики, кома), мышечная слабость.
Избыток натрия в организме может развиваться
при длительном избыточном употреблении
соли в пище. Развивается гипернатриемия,
которая сопровождается клеточной дегидратацией.
Наблюдаются задержка жидкости в организме,
повышенная возбудимость нервной системы
(двигательное беспокойство, судороги
мышц и т. д.), артериальная гипертензия,
снижение функции почек (повышение содержания
остаточного азота в крови), повышение
температуры тела.
Кальций
Кальций образует структурную
основу костного скелета, влияет на проницаемость
клеточных мембран, уплотняет стенку
сосудов, участвует в процессах
свертывания крови. Он влияет на нервно-мышечную
возбудимость, кислотно-основное равновесие
(ощелачивающее воздействие), функцию
эндокринных желез (особенно паращитовидных),
активирует ряд ферментов, оказывает противовоспалительное
и десенсибилизирующее действие, находится
в биологическом антагонизме с ионами
натрия и калия.
К геохимическим особенностям юга Дальнего
Востока относится низкое содержание
кальция в почвах и водах. В таблице 2 (Приложение1) представлены
данные о содержании кальция в различных
районах Хабаровского края. Поверхностные
воды юга Дальнего Востока также бедны
кальцием. В воде р. Амур содержание кальция
составляет от 5,0 до 19,1 мг/ л в зависимости
от сезона года. В зимнее время года минерализация
воды увеличивается за счет подземных
вод. В таблице 3 (Приложение 1) представлено
содержание кальция в реках России. Исходя
из данных таблиц, мы можем сделать вывод,
что содержание кальция в речных системах
Дальнего востока, по сравнению с другими
реками России, очень мало.
Исследования содержания кальция в растительности
и ряде продуктов питания, таких как картофель,
пшеница, выращенных в Приамурье показало,
что они в 2-3 раза беднее кальцием, чем
в других областях страны. В мясе животных,
которые потребляли корма, выращенные
в Приамурье, содержание кальция меньше
в 3-4 раза, чем в среднем по России. Длительное
употребление обедненных по минеральному
составу продуктов и воды может сказаться
на обмене веществ в человеческом организме.
По данным Э. В. Шендерова с соавторами
частота ортопедических нарушений в таежных
ландшафтах выше, чем в лесостепных или
степных. Как известно, в таежных ландшафтах
преобладают подзолистые почвы, из верхних
слоев которых происходит вымывание минеральных
веществ. По данным этого автора у жителей
таежных ландшафтов чаще встречаются
сколиозы, переломы («География Дальнего
Востока» под ред. Ильяшенко 2006 г.). Длительное
употребление слишком «мягких» питьевых
вод, отличающихся, прежде всего низким
содержанием кальция и магния, может отразиться
на работе сердечнососудистой системы,
т. к. ионы кальция и магния обеспечивают
правильный электролитный обмен в тканях
сердца. Вероятно, в таких районах уровень
заболеваний сердца будет выше, чем в районах
с жесткой водой.
По данным А. Ю. Подвального пониженное
содержание кальция в плазме крови сказывается
на особенностях течения репаративных
процессов в костной ткани, удлиняя сроки
срастания костей от 10 до 25 дней по сравнению
с Европейской частью России. Ряд исследователей
считает, что недостаток кальция может
играть определенную роль в патогенезе
близорукости. В таблице 4 (Приложение
1) представлены данные частоты близорукости
по районам Хабаровского края.
Оказалось, что в районах с наибольшим
содержанием кальция в почве близорукость
встречалась реже, чем в районах, обедненных
этим элементом. Так, в Охотском районе,
почвы которого отличались низким содержание
кальция, процент близорукости выше, чем
в Вяземском районе, где почвы содержат
кальция больше.
По данным некоторых авторов содержание
кальция в крови жителей Хабаровска приближается
к нижней границе нормы, что можно диагностировать
как гипокальциемию. Потребность взрослого
человека в кальции составляет 800 мг в
день, а при таких состояниях как беременность
и грудное кормление возрастает вдвое.
Усваивается кальций организмом довольно
плохо – лишь 10-40 процентов переходит
из пищи в ткани организма. Кисломолочные
продукты, творог, сыр, брынзу, яйца, сардины,
ржаной хлеб, орехи, свежие фрукты и овощи
(особенно фасоль, свекла) богаты кальцием.
Например, 2 стакана кефира или 2 бутерброда
с сыром укрепят зубы и обеспечат суточную
потребность в кальции (500 мг для женщин
и 800-1300 мг для мужчин). Избыточное потребление
белого хлеба, овсяных хлопьев, какао,
шпината, жирного мяса и других продуктов
с высоким содержанием жиров снижает усвоение
кальция. Облегчают этот процесс витамин
В (содержится в рыбьем жире, печени трески,
желтках яиц) и фосфор (оптимальное соотношение
кальция и фосфора – в молочных продуктах).
Потребность организма в кальции резко
возрастает в период полового созревания,
во время активных занятий спортом, больших
физических и нервных нагрузок, ближайшие
месяцы после перенесенной травмы или
операции, смена климатического пояса.
Данные статистики говорят о резком снижении
употребления молока и молочных продуктов
жителями Дальнего Востока. Это позволяет
предположить, что их организм, а в большей
степени организм детей, вынужден работать
в режиме недостаточного обеспечения
кальцием и многими другими макронутриентами.
В последние годы стала очевидной необходимость
учета уровня кальциевого обеспечения.
Это подтверждается ростом числа детей
с ювенальной остеопенией (и даже остеопорозом),
распространенность, которой достигла
44 %. Очевидно, в этом заключается одна
из причин бурного роста болезней опорно-двигательного
аппарата у детей.
Магний
Магний – физиологический
антагонист кальция, присутствующий в
нашем организме. Как и кальций,
магний – один из минералов, который
необходим в большом количестве для «строительства»
нашего тела, образуя минеральную основу
костей. Магний понижает нервно-мышечную
возбудимость, оказывает антиспастическое
действие, стимулирует перистальтику
кишок и желчеотделение, способствует
выведению холестерина из организма. Он
влияет на углеводно-фосфорный обмен,
синтез белков, участвует в качестве кофактора
или активатора многих ферментов (щелочная
фосфатаза, гексокиназа, энолаза, карбоксилаза
и др.), оказывает ощелачивающее действие
на организм, находится в антагонистических
взаимоотношениях с ионами кальция. Всасывание
магния в кишках тормозит избыток кальция
и жира. При благоприятных условиях из
пищевых продуктов усваивается до 30—40
% магния. Избыток магния в организме ведет
к угнетению рефлексов, усилению тормозных
процессов в центральной нервной системе
(заторможенности, сонливости), остеопорозу,
парестезиям, понижению артериального
давления, нарушению предсердно-желудочковой
проводимости, брадикардии. Главные запасы
магния в основном находится в костях,
откуда и поступают в кровь по мере надобности.
Он активизирует более 300 ферментов, необходимых
для синтеза белков и выработки энергии.
Участвуют ионы магния во многих биохимических
реакциях, в том числе и в таких, как синтез
нуклеиновых кислот и перенос энергии
внутри клетки. Особое значение, как установили
медики в последнее время, имеет магний
для состояния сердечнососудистой системы.
Дефицит магния приводит к серьезным сбоям
в работе сердца. Недостаток его способствует
заболеванию инфарктом миокарда. Есть
наблюдения, что магний способствует снижению
уровня холестерина в крови.
Магний может попасть в продукты растительного
происхождения только в том случае, если
они произрастали на почвах, содержащих
магний. В тех районах, где почвы бедны
магнием, водопроводная вода отличается
мягкостью, а в местных продуктах питания
содержание его очень низкое, у жителей
может наблюдаться дефицит магния. Дефицит
магния – довольно распространенное явление.
От 16 до 42 % населения, особенно женщины,
недополучают магний с пищей, потребляя
менее 2/3 необходимого количества.
К геохимическим особенностям юга Дальнего
Востока относится низкое содержание
кальция и магния в почвах и водах. В таблице
2(Приложение 1) представлены данные о содержании
магния в различных районах Хабаровского
края. Поверхностные воды юга Дальнего
Востока также бедны магнием. В воде р.
Амур содержание магния составляет от
5,0 до 19,1 мг/ л в зависимости от сезона года.
В зимнее время года минерализация воды
увеличивается за счет подземных вод.
В таблице 3 (Приложение 1) представлено
содержание магния в реках России. Исходя
из данных таблиц, мы можем сделать вывод,
что содержание магния в речных системах
Дальнего востока, по сравнению с другими
реками России, очень мало.
При дефиците магния в организме появляется
повышенная нервно-психическая возбудимость,
раздражительность, подверженность стрессу,
тревожность, страх, бессонница. Кроме
того, появляются слабость, синдром хронической
усталости, мигренозные головные боли,
головокружение, снижение памяти. Характерно
онемение и покалывание в области кистей
рук, повышенная мышечная возбудимость,
боли в пояснице, судороги в икроножных
мышцах. Особенно симптомы магниевого
дефицита выявляются при повышенной психоэмоциональной
перегрузке, стрессе, в периоды интенсивного
роста и беременности. Потребность взрослого
человека в магнии составляет 400 мг в день.
Основным источником магния служит растительная
пища. Магний содержат следующие продукты:
тыквенные и подсолнечные семечки, пшено,
овсяные хлопья, гречка, арахис, ржаной
хлеб, рис, фасоль, ежевика, капуста кольраби,
бананы, горох, соя, капуста, зеленый перец.
Содержание магния в перечисленных продуктах
таково, что рекомендуемую дневную норму
покрывают 3 ст. ложки тыквенных семечек,
250 г гречки, 8 бананов. Много магния в орехах,
сырах и некоторых других продуктах.