В организме человека функционирует ряд систем обеспечения безопасности. К ним относятся некоторые органы чувств: глаза, уши, нос; костно-мышечная система; кожа; система иммунной защиты; боль, а также защитно-приспособительные реакции, такие как воспаление и лихорадка. Защитно-приспособительные реакции направлены на сохранение постоянства внутренней среды организма и адаптацию его к условиям существования, они регулируются рефлекторным и гуморальным (гормоны, ферменты и т.д.) путем. Например, глаза имеют веки - две кожно-мышечные складки, закрывающие глазное яблоко при смыкании. Веки несут функцию защиты глазного яблока, рефлекторно предохраняя орган зрения от чрезмерного светового потока, механического повреждения, способствует увлажнению его поверхности и удалению со слезой инородных тел. Уши при чрезмерно громких звуках обеспечивают защитную реакцию: две самые маленькие мышцы нашего среднего уха резко сокращаются и три самые маленькие косточки (молоточек, наковальня и стремечко) перестают колебаться совсем, наступает блокировка и система косточек не пропускает во внутреннее ухо чрезмерно сильных звуковых колебаний.
Чихание относится к группе защитных реакций и представляет форсированный выдох через нос (при кашле – форсированный выдох через рот). Благодаря высокой скорости воздушная струя уносит из полости носа попавшие туда инородные тела и раздражающие агенты.
Слезотечение возникает при попадании раздражающих веществ на слизистую оболочку верхних дыхательных путей: носа, носоглотки, трахеи и бронхов. Слеза выделяется не только наружу, но и попадает через слезоносный канал в полость носа, смывая тем самым раздражающее вещество (поэтому «хлюпают» носом при плаче).
Боль возникает при нарушении нормального течения физиологических процессов в организме, при раздражении рецепторов, при повреждении органов и тканей вследствие воздействия вредных факторов. Боль является сигналом опасности для организма и одновременно боль – это защитное приспособление, вызывающее специальные защитные рефлексы и реакции. Субъективно человек воспринимает боль как тягостное, гнетущее ощущение. Объективно боль сопровождается некоторыми вегетативными реакциями (расширение зрачков, повышение кровяного давления, бледность кожных покровов лица и др.). При боли увеличивается выделение биологически активных веществ (например, в крови увеличивается концентрация адреналина). Боль заставляет человека принять меры для сохранения здоровья. Для боли нет специфических по виду энергии адекватных раздражителей. Это могут быть и механические, и тепловые, и химические воздействия. Болевая чувствительность присуща практически всем частям нашего тела. Характер болевых ощущений зависит от особенностей конкретного органа и силы разрушительного воздействия. Например, боль при повреждении кожи отличается от головной боли, при травме нервных стволов возникает жгучее болевое ощущение – каузалгия. Болевое ощущение как защитная реакция нередко указывает на локализацию процесса.
В зависимости от локализации различают два типа симптоматических болевых ощущений:
1) висцеральные боли появляются при заболевании или травме внутренних органов (сердце, желудок, печень, почки и др.), для них характерно сильное боле-вое ощущение и широкая иррадиация, возможна «отраженная боль», которая ощущается далеко от проекции пораженного органа, иногда в другой части тела;
2) соматические боли возникают при патологических процессах в коже, костях, мышцах, они локализованы и наиболее отчетливо выполняют функцию естественной защиты информационным способом.
Лихорадка – повышение температуры – тоже защитная реакция организма. Некоторые микроорганизмы (кокки, спирохеты) и вирусы гибнут при повышении температуры. Так возбудитель сифилиса – бледная трепонема, погибает при повышении температуры тела до 400С. Поэтому в начале века, когда не были известны антибиотики, больных сифилисом намеренно заражали малярией, которая сопровождается резкими подъемами температуры. Высокая температура может снизить резистентность (устойчивость) некоторых бактерий (например, туберкулезной палочки) к лекарствам. При лихорадке стимулируются обменные процессы в клетках. Наблюдается, в частности повышение барьерной и антитоксической функции печени, усиливается диурез и, следовательно, вывод токсических веществ. Активируется иммунобиологическая защита организма; возрастает активность лейкоцитов, макрофагов, увеличивается выработка антител, интерферона (внутриклеточный фактор противовирусной защиты). Активизируются ферменты, способствующие подавлению воспроизводства вирусов.
Метод искусственного повышения температуры (пиротерапия) повышает устойчивость организма, применяется для ускорения заживляющих процессов после травм, ожогов, для рассасывания рубцов, спаек, при некоторых нервных заболеваниях и при онкологии.
Однако длительное повышение температуры выше 400С отрицательно влияет на человека, вызывая дополнительную нагрузку на сердечно-сосудистую систему, денатурацию некоторых жизненно важных белков.
Ещё один пример естественной системы защиты – движение. Активное движение нередко приглушает душевную и физическую боль. Этот механизм бдительно стоит на страже нервного благополучия, готовый в случае надобности охранить мозг от слишком большого горя и слишком большой радости.
Воспаление – патологический процесс, эволюционно сформировавшийся как защитно-приспособительная реакция организма на воздействие патогенных факторов. Организм активно локализует очаг повреждения с помощью так называемого «защитного вала», препятствуя распространению патогенного раздражителя. Чем более местно протекает реакция воспаления, тем благоприятнее исход для организма. Кроме этого, воспаление создает условия для уничтожения тем или иным способом патогенных факторов (фагоцитоз, ферментолиз, иммунный цитолиз и др.). В очаге формируются условия для мобилизации разнообразных защитных сил организма.
Фагоцитоз – это эволюционно выработанная защитно-приспособительная реакция организма, заключающаяся в узнавании, активном поглощении и переваривании микроорганизмов, инородных частиц, разрушенных клеток, специализированными клетками фагоцитами (полимфорноядерные лейкоциты, моноциты, тканевые макро-фаги, а также специальные клетки в печени, почках, ЦНС и др.). Поглощая чужеродные тела и поврежденные клетки, фагоциты гибнут в больших количествах, превращаясь в гной.
Поверхностные покровы человека (кожа и слизистые оболочки) – барьер для проникновения микроорганизмов. На чистой коже через 10 – 12 мин гибнут все микроорганизмы (грязная кожа не обладает такими свойствами). Защитная функция кожи зависит от работы ее потовых и сальных желез. Слущивание эпидермиса предохраняет от заражения. Слизистые оболочки дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта защищены от микроорганизмов секретами желез.
Во рту защитой является слюна, содержащая лизоцим, обладающий бактерицидным свойством. В желудке антибактериальным и противогрибковым действием обладает соляная кислота.
Каждый день с твердыми отходами человек теряет 10г болезнетворных бактерий, для которых слизистая оболочка кишечника оказалась непроницаемой.
Печень обезвреживает ядовитые вещества, образующиеся в организме и поступающие из желудочно-кишечного тракта в организм человека.
В крови, лимфе и тканевой жидкости находятся «гуморальные факторы защиты» – антитела, биологически активные вещества и гормоны.
При недостаточности гормонов щитовидной железы и надпочечников ослабляются защитные силы организма.
В организме человека функционирует система иммунной защиты.
Иммунитет – это свойство организма, обеспечивающее его устойчивость к действию чужеродных белков, болезнетворных (патогенных) микробов и ядовитых продуктов. Иммунитет – способность организма защищать собственную целостность и биологическую индивидуальность. Иммунитет защищает от инфекционных заболеваний, уничтожает раковые клетки, отторгает чужеродные ткани. Защитные функции иммунитета осуществляются лимфоидной системой. В ее состав входят: костный мозг, вилочковая железа (тимус), селезенка, лимфатические узлы и пейеровы (лимфоидные) бляшки кишечника.
Виды иммунитета:
1) врожденный иммунитет наследуется потомством от родителей (люди с рождения имеют в крови антитела), это видовой признак, например люди не заражаются чумой рогатого скота;
2) приобретенный иммунитет вырабатывается после попадания в кровь чужеродных белков, например, после перенесения инфекционного заболевания (корь, ветрянка и др.).
Естественный иммунитет может быть врожденный и приобретенный.
Искусственный активный иммунитет появляется после прививки (введения в организм ослабленных или убитых возбудителей инфекционного заболевания). Впервые прививки применил Дженнер в 1796 году, предупреждая заболевания людей оспой путем введения в их организм жидкого содержимого пузырьков с кожи больных оспой коров.
Прививка может вызвать заболевание в ослабленной форме. После прививки человек не заболевает или слабо болеет.
Научное обоснование этому явлению дает Л.Пастер в 1879 году после введения курам ослабленных возбудителей куриной холеры, они стали невосприимчивыми к этому заболеванию.
Для быстрой помощи применяют лечебные сыворотки, полученные из плазмы крови болевших животных или людей. Сыворотки содержат необходимые антитела. Сыворотки вызывают появление искусственного пассивного иммунитета, который быстро исчезает.
Значительная роль в иммунитете принадлежит специфическим защитным факторам сыворотки крови – антителам, которые накапливаются в сыворотке после перенесенного заболевания, а также после искусственной иммунизации (прививок).
В процессе активной иммунизации (вакцинации) изменяется чувствительность организма к повторному введению соответствующего антигена, то есть изменяется иммунореактивность организма в форме повышения или понижения чувствительности отдельных органов и тканей к микробам, ядам и другим антигенам. Изменение иммунореактивности не всегда полезно для организма: при повышении чувствительности к какому-нибудь антигену могут развиваться аллергические заболевания.
Иммунологическая реактивность существенно зависит от возраста: у новорожденных она резко снижена, у пожилых развита слабее, чем у лиц среднего возраста.
Между механизмами резистентности (устойчивости) организма и иммунитета существует своеобразный синергизм, который усиливает защиту.
Надежность биологических систем – это свойство клеток, органов, систем организма выполнять специфические функции, сохраняя характерные для них величины в течение определенного времени. Основной характеристикой надежности систем служит вероятность безотказной работы.
Организм повышает свою надежность различными способами:
1) путем усиления регенеративных процессов, восстанавливающих погибшие клетки;
2) парностью органов (почки, доли легкого и др.);
3) использованием клеток и капилляров в работающем и неработающем режиме (по мере нарастания функции включаются ранее не функционирующие);
4) использованием охранительного торможения;
5) достижением одного и того же результата разными поведенческими действиями.
Для оценки степени воздействия опасных и вредных факторов на человека и выработки концепции защиты необходимо рассмотреть ряд общих экологических, психофизиологических законов, присущих всему живому.
2.2. Некоторые основные законы, лежащие в основе оценки неблагоприятного действия опасных и вредных факторов среды обитания на организм человека
Закон толерантности или терпимости (В.Шелфорд, 1913г.): лимитирующим фактором благополучия организма может быть как минимум, так и максимум биологического или экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.
Выносливость организма зависит от возраста и пола. Это значимо в текущей жизни и в процессе эволюции: женский организм более чуток к факторам среды обитания в ходе эволюции вида, чем мужской. Эта закономерность известна, как правило Геодекяна или правило меньшей эволюционно-экологической толерантности женского организма.
Закон физико-химического единства живого вещества (В.И.Вернадский): все живое вещество Земли физико-химически едино. Вредное для одной части живого вещества не может быть безразлично для другой его части, или вредное для одних видов существ, вредно и для других. Вся разница состоит лишь в степени устойчивости видов к данному фактору (агенту).
Закон минимума (Ю.Либих)
Основной закон: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его биологических или экологических потребностей, т.е. жизненные возможности лимитируются экологическими факторами, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму, дальнейшее их снижение ведет к гибели организма.
Дополнительное правило взаимодействия факторов: организм в определенной мере способен заменить дефицитное вещество или другой действующий фактор иным функционально близким веществом или фактором (например, одно вещество другим функционально или химически близким).
Закон эффективной компенсации (взаимозаменяемости) факторов. Этот закон Рюбеля (1930г.), который углубляет закон минимума Либиха: отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов может быть компенсирован другим близким (аналогичным) фактором. Пример: недостаток света может быть компенсирован для растений большим объемом углекислого газа СО2.Для человека потеря зрения, как правило, сопровождается повышением слуховой и тактильной чувствительности.
Стремлению сузить сферу действия закона «минимума» противостоит закон независимости фундаментальных факторов Вильямса (1949г.): полное отсутствие в среде фундаментальных физиологических (экологических) факторов (свет, вода и т.п.) не может быть заменен ничем.
Закон равнозначности всех условий жизни: все условия среды, необходимые для жизни, играют равнозначную роль (сюда входят как факторы природной, так и социальной среды).
Закон неоднозначного (селективного) действия фактора на различные функции организма: любой фактор среды обитания неодинаково влияет на функции организма, оптимум для одних процессов, например, дыхания, не есть оптимум для других, например, пищеварения, и наоборот.
Закон или правило фазовых реакций («польза – вред»): малые концентрации вредного вещества (токсиканта) действуют на организм в направлении усиления его функций (их стимулирования), тогда как более высокие концентрации угнетают, повреждают или даже приводят его к гибели (нашатырный спирт, уксус, синильная кислота). Эта токсикологическая закономерность справедлива для многих, но не всех вредных веществ, и особенно спорна для радиоизотопов.
Благоприятное воздействие малых доз вредных экологических (физиологических) факторов называют гормезисом.
Закон «Все или ничего» – «вин» (Х.Боулич, 1871г.): подпороговые раздражения не вызывают нервного импульса («ничего») в возбуждаемых тканях, а пороговые стимулы (раздражители) или суммирование подпороговых воздействий создают условия для формирования максимального ответа («все»).
Физиологический в своей основе закон «вин» при перенесении на широкий круг систем в формулировке «слабые воздействия могут не вызывать у природной системы ответных реакций до тех пор, пока наконец, они не приведут к развитию бурного динамического (ответа) процесса», полезен в экологическом прогнозировании. Даже подпороговые воздействия иногда вызывают непропорционально сильные ответные реакции (например, воздействие радиации на живую клетку). Однако надо иметь в виду, что между воздействиями нет линейной пропорциональности и интегрироваться могут различные факторы (температура и влажность, радиация и нервный стресс и т.д.).
Закон Вебера – Фехнера (1860г.) – закон субъективной оценки раздражителя. Хотя слабые раздражения по принципу закона Боулича «ничего» не воспринимаются, но по закону Вебера – Фехнера: «чем сильнее раздражитель, тем труднее субъективно оценивать его количественно». Чем чувствительнее принимающее устройство (анализатор), тем ниже предел, за которым наступает насыщение, и перестают различаться оттенки раздражителя.
Все анализаторы человека обладают дифференциальной или контрастной чувствительностью, т.е. обладают способностью устанавливать различие по интенсивности между раздражителями. Эта функция анализатора определяется наименьшей величиной (называемой разностными или дифференциальным порогом), на которую следует изменить силу раздражителя, чтобы вызвать едва заметное минимальное изменение ощущения.
Данное положение впервые было введено немецким физиологом Э. Вебером и подвергнуто математическому анализу Г. Фехнером, который показал, что интенсивность наших ощущений пропорциональналогарифму интенсивности раздражителя. Данное положение вошло в физиологию как основной психофизический закон Вебера-Фехнера. Поэтому и возникла другая формулировка закона Вебера-Фехнера: “Наши органы чувств устроены так, что наши ощущения (реакции организма) прямо пропорциональныотносительному изменению раздражителя”. Это определение было положено в основу разработки допустимых значений некоторых факторов (шума, вибраций и др.) в децибелах.