Геохимические факторы и здоровье

Организм человека состоит на 60% из воды, на 34% из органических веществ и на 6% - из неорганических веществ. Основные элементы, из которых формируется наша органическая составляющая, - это углерод, водород, кислород, азот и фосфор и сера. В неорганических веществах организма человека обязательно присутствуют 22 химических элемента: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, J, F, Se. Принято, что если массовая доля элемента в организме превышает 0,01% от массы тела, то его считают макроэлементом. По этой градации есть еще микроэлементы, содержание которых составляет 10^-3-10^-5 % и ультрамикроэлементы (их меньше 10^-5 %). В табл. 15 приведен приблизительный состав тела человека.

Финский химик Лаури Суоранта вывел эмпирическую формулу человека. Если рассматривать тело человека как химическое соединение элементов, его формула имеет вид Н₁₅₇₅₀N₃₁₀O₆₉₀₀C₂₂₅₀Ca₆₃P₄₈ K₁₅S₁₅Na₁₀CI₆Mg₃Fe₃.

Существует мнение [Кист, 1987], что живые организмы существенно более толерантны к изменению содержания во внешней или (и) внутренней средах микро- и особенно ультра-микроэлементов и исключительно чувствительны к изменению макроэлементов, причем толерантность уменьшается с увеличением степени организованности живых систем. Иными словами, человек более чувствителен к дисбалансам элементов, чем остальные, «нижестоящие» представители живого мира и особенно низшие организмы. По-видимому, этот факт способствует увеличению специфичной роли химических элементов и степени совершенства гомеостатических механизмов по мере развития эволюции. Тем самым живые организмы становятся «подготовленными» к изменению содержания химических элементов во внешней и (или) внутренней среде. Предполагается, что аналогичная зависимость должна наблюдаться и для других видов внешнего воздействия: температуры, атмосферного давления, радиации, кислотности и т.п. [Скальный, 2004].

Таблица 15

Приблизительный состав тела человека при весе 70 кг [Kieffer, 1990]

Для выражения токсичности химического элемента А.А. Кистом была принята относительная величина - относительная летальная токсичность (ОЛТ), числено равная отношению концентрации в нормальном организме к концентрации элемента при условии равномерного распределения всего количества введенного в организм элемента. Механизм токсического действия не учитывался. Принимая вес среднего человека равным 70 кг, вышеуказанные концентрации были пересчитаны на вес всего тела человека. В этом случае относительная летальная токсичность может быть определена следующим образом:

ОЛТ = Q_норм / Q_лет (12)

где Q_норм - количество химического элемента в нормальном организме, г; Q_лет - количество химического элемента, вызывающее летальный исход, г.

В табл. 16 приведены величины Q_норм и Q_лет для 17 химических элементов (см. также рис. 26).

Таблица 16

Связь ОЛТ с содержанием элемента в норме

По данным таблицы было выявлено следующее количественное соотношение между ОЛТ и содержанием химического элемента в норме в организме человека:

ln(ОЛТ) = 0,525 + 1,127 ln Q_норм; (13)

n = 17; r = 0,97; r² = 94%; s_Y(X) = 1,2; F_Р = 235; F_Т = 4,49

Здесь n – число элементов, r – коэффициент корреляции (теснота связи), r² – коэффициент детерминации (объяснимая доля разброса), s_Y(X) – стандартная ошибка, F_Р и F_Т – расчетное и табличное значения критерия Фишера.

Рис. 26. Количественные соотношение между относительной летальной токсичностью химических элементов для человека и их содержанием в норме

При анализе рис. 26 нетрудно заметить, что точки достаточно хорошо укладываются на прямую линию. Незначительное увеличение концентрации (содержания) макроэлемента приводит к гибели организма, т.е. относительная токсичность возрастает с увеличением концентрации (содержания) элемента. Так, для фосфора, калия, железа достаточно введения доз, создающих концентрацию элемента в 50-1000 раз меньше их нормальной концентрации. В то же время по отношению к таким токсичным элементам, как галлий, сурьма, серебро, ртуть, организм человека более толерантен и для гибели его необходимо создавать дополнительную концентрацию, превышающую нормальное содержание элемента почти в 1000 раз. Иными словами, элементы, присутствующие в организме в больших количествах по относительной токсичности более ядовиты, чем высокотоксичные элементы.