Микроэлементозы растений, животных и человека

При разработке системы биогеохимического районирования необходимы такие характеристики живого вещества, которые можно определить путем изучения физиологических функций организмов, составляющих живое вещество. Однородное видовое живое вещество не во всех случаях для этой цели пригодно (хотя используется широко современной физиологией и биохимией), потому что популяция — система гетерогенная. В ней есть организмы менее и более чувствительные к одной и той же концентрации элементов или форм их соединений в геохимической среде. При изучении приспособляемости к условиям среды должно учитываться разнообразие возможных реакций у организмов популяции.

Учение о пороговых концентрациях предусматривает существование нижних и верхних пороговых концентраций в геохимической среде, в пищевых рационах, в жидкостях организма, в органах и тканях. В биогеохимии используется сложная система, определяемая данными геохимической экологии: концентрация химических элементов в среде, с одной стороны, и пороговые концентрации (нижняя и верхняя), раскрывающие адаптационно-экологические свойства организма и, следовательно, живого вещества, с другой. При концентрациях в среде одного, двух или нескольких сопряженных химических элементов, необходимых для регуляции процессов жизни, менее нижнего порога нарушаются обменные процессы, активность ферментов, метаболическая слаженность путей обмена, морфогенеза, возникают дисфункции и эндемические заболевания. Подобные нарушения жизнедеятельности наблюдаются при избыточных концентрациях химических элементов, выше верхних пороговых концентраций, что приводит, в конечном счете, к эндемическим болезням. Между нижними и верхними пороговыми концентрациями отмечается нормальная регуляция гомеостатических состояний. Гомеостаз — способность организма или системы организмов поддерживать устойчивое (динамичное) равновесие в изменяющихся условиях среды. По мере приближения концентрации химических элементов к нижнему или верхнему порогу все более затрудняются гомеостатические регуляции.

Пределы концентраций химических элементов между нижними и верхними порогами во внешней и внутренних средах представляют емкость гомеостатических регуляторных систем. Она характеризует важные свойства организмов, связанные с их развитием, обеспечением их химическими элементами в необходимых концентрациях. Физиологическая минимальная потребность в микроэлементах и действительное поглощение и усвоение их организмом, величина средней оптимальной потребности, определяемая емкостью гомеостатических регуляторных процессов и депонирующей способности, образуют сложную динамическую систему взаимосвязанных адаптационно-экологических свойств организма. Уже в настоящее время наши наблюдения показывают наличие гомеостатической регуляции процессов (поддержание концентрации определенных химических элементов на одном уровне в организмах независимо от изменения концентрации элемента во внешней среде — культуральной, почвенной, среде рациона) на различных этапах эволюции организмов — у бактерий, актиномицетов, низших грибов, а также у растений.

В экстремальных условиях биогеохимических провинций с высоким содержанием в среде определенных микроэлементов наблюдаются у организмов различные формы нарушений гемеостаза в отдельных звеньях биогеохимической пищевой цепи или в биогенном цикле химических элементов. В условиях субрегионов биосферы, типичных, потенциальных и фоновых биогеохимических провинций при биогеохимическом районировании выявляются значительные различия концентрации химических элементов, достигающие верхних и нижних порогов, в отдельных звеньях биогенного цикла элементов, а также наблюдаются адаптационно-экологические изменения регуляции гомеостаза.

В естественных условиях биогеохимические процессы, приводящие к качественным изменениям окружающей среды, протекают медленно, и поэтому человеческий организм, нередко проявляя избирательную способность к определенным химическим элементам или веществам, успевает адаптироваться. В настоящее время при интенсивном изменении биогеохимической среды человеческий организм не может приспособиться и отвечает патологическими состояниями. Биогеохимические регионы, субрегионы и провинции, характеризующиеся недостатком биологически важных микроэлементов, оказываются наиболее уязвимыми при антропогенном загрязнении тяжелыми металлами.

В СССР и РФ проводилось биогеохимическое картирование в основном территорий, имеющих избыточное, высокое содержание как тяжелых металлов, так и таких элементов, как Е, В, Аб. Большая часть обследованных площадей относилась к республикам Кавказа, Закавказья и Средней Азии. Обширные равнинные пространства России изучены гораздо меньше, тем не менее выявлены дефицитные содержания большинства эссенциальных элементов в биогео-химических трофических цепях (Ковальский, 1978).

Сопоставление картограмм содержания микроэлементов в почвах с данными распространения микроэлементозов не всегда характеризует степень благополучия того или иного района. В большинстве случаев такие несовпадения объясняются вступающими в силу влияниями, оказываемыми совокупностью элементов, своеобразным наложением эффектов, усилением действия. Так, например, содержание валового йода в почвах Закамья при сравнении с проявлениями зобной болезни показывает (Хакимова и др. 1987), что действие недостатка йода проявляется не изолированно, а на фоне избытка или дефицита макро- или микроэлементов (Са, Мп, Со и др.), влияющих на метаболизм йода в щитовидной железе и синтез ее гормонов. Однако во всех случаях наблюдается определенная зависимость между биогеохимическими особенностями территории и тяжестью эндемии.

Проявление болезненных состояний у животных и человека могут наблюдаться и в таких условиях среды, когда у большинства растений нет проявлений аномального минерального питания. Явления конкурентного и неконкурентного взаимоотношения лежат в основе антагонизма и синергизма элементов, что следует принимать во внимание при создании оптимизированных систем питания растений и при преодолении влияния того или иного загрязнителя.

Установлено, что проявление токсичности тяжелых металлов зависит не только от концентрации микроэлемента, но и от обеспеченности всеми элементами питания. Однако в случаях отсутствия в среде одного или нескольких элементов питания токсичность избыточного элемента проявляется уже при значительно меньших его концентрациях. Повышенный фон эссенциальных элементов повышает устойчивость организмов к кадмию, никелю и хрому в концентрациях, в других условиях вызывающих патологические изменения (Авцын и др. 1991). При этом следует учитывать, что использование элемента-антагониста для снижения поступления избыточного элемента может привести к нарушению поступления многих других элементов. Использование этого принципа снятия токсического действия всегда требует предварительного изучения частных условий.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >