Как происходит пищеварение и усваивание пищи в организме человека. Как работает пищеварительная система человека

Как поступают в организм питательные вещества, микроэлементы, витамины? Конечно же, путём употребления пищи и, разумеется, здровой. А что именно необходимо нашему органзму? Читайте об этом в нашей статье, посвящённой здоровому питанию!

0 122217

Фотогалерея: Как поступают в организм питательные вещества, микроэлементы, витамины

В основе правильного, рационального питания лежит баланс между поступлением в организм питательных веществ и их расходом. Идеал: трех или четырехразовый рацион, состоящий из первого завтрака, ланча, обеда и ужина. По желанию, ланч может быть заменен на полдник. Дневная норма углеводов, белков, жиров, микро- и макроэлементов и витаминов находится в прямой зависимости от пола человека, его возраста, а также от условий труда и конституции. Калорийность рациона колеблется в пределах 1200-5000 ккал.

3000-3500 ккал необходимо употреблять средним или крупным мужчинам и женщинам с высоким уровнем физ. активности.

Основными приемами пищи являются завтрак и обед, которые должны быть наиболее калорийными и достаточными по объему. А вот во время ужина рекомендуется употреблять в пищу только легкоусваиваемые продукты - отварную рыбу, блюда из творога, овощей (включая картофель), а также молочнокислые продукты, которые предотвращают процессы гниения и брожения в кишечнике.

Жиры. Крайне необходимо ограничивать употребление продуктов, богатых животными жирами. Желательно заменять их на постную говядину, телятину, белое мясо птицы. Один из вариантов - чередование в первых блюдах мясных бульонов с вегетарианскими, а жареных, тушеных и мясных блюд - с отварными и паровыми. Но жиры, тем не менее, необходимы для организма, так как они, в частности, холестерин, способствуют нормальному росту клеток организма. Жиры содержатся в различных орехах, животных и растительных маслах, а также в сметане.

Одним из полезных диетических продуктов является сливочное масло: оно усваивается организмом на 98%, а также содержит незаменимые аминокислоты, которые не синтезируются организмом и должны попадать в него извне. Растительные масла обладают свойством детоксикации (т.е. выводят из организма токсины, радиоактивные вещества).

Белки. Человеку требуется примерно 1 грамм белка в день на каждый килограмм своего веса, половина из которых должна быть животного происхождения. К богатым белками продуктам относятся мясо, рыба, молоко, яйца, бобовые культуры.

Углеводы. Суточная потребность - 500-600 грамм. Углеводы подразделяются на быстро и медленно усваиваемые. Первые приводят к резкому повышению уровня глюкозы в крови, длительное и значительное повышение которой приводит зачастую к развитию сахарного диабета. К этим углеводам относится сахар, молочный шоколад и кондитерская выпечка. Вторые повышают уровень глюкозы крови постепенно, за счет чего не происходит нарушения углеводного обмена, способствуют длительному насыщению организма и не приводят к повышению массы тела. Содержатся в основном в зерновых культурах, в макаронных изделиях из твердых сортов пшеницы, в овощах.

Несколько слов о полезности соков. Вопрос остается спорным. Более полезными считаются натуральные овощные, которые, в отличие от фруктовых консервированных соков, также сохраняют уровень глюкозы в пределах нормы и являются полезным для здоровья продуктом, одновременно являясь источником витаминов и минералов в более концентрированном виде, чем в аналогичном по объему цельном овоще или фрукте.

Микро- и макроэлементы.

Одним из принципов рационального питания является то, что большая часть макро- и микроэлементов и витаминов должна поставляться в организм с фруктами, овощами и зеленью.

Железо принимает участие в доставке кислорода клетками крови к органам и тканям из легких; содержится в картофеле, горохе, шпинате, яблоках, но больше всего находится в мясе (причем именно содержащееся в мясе железо усваивается лучше всего).

Калий участвует в обменных процессах и необходим для нормальной работы сердечной мышцы; содержится в репе, огурцах, зелени и петрушке, персиках, кожуре картофеля (поэтому полезно периодически есть запеченный или отварной картофель «в мундире»).

Магний влияет на внутреннюю выстилку сосудов. Дефицит магния приводит к повреждению сосудистой стенки, склеротическому повреждению сосудов, повышению уровня холестерина. Исследования показали, что длительно существующий дефицит магния является фактором риска развития острых нарушений мозгового кровообращения. Магний содержат перец, соя, капуста.

Кальций необходим для нормальной работы центральной нервной системы, а также сохраняет прочность костей скелета, содержится в хрене, шпинате, фасоли и в молочных продуктах.

Сера , также крайне необходимая для работы организма, содержится в бобовых культурах и в белокочанной капусте.

Фосфор нужен для улучшения мозговой деятельности, в частности, памяти; наибольшее количество содержится в рыбе (которая также является источников незаменимых аминокислот), в зеленом горошке и репчатом луке.

Йод необходим для синтеза гормонов щитовидной железы, содержится в морской и белокочанной капусте, чесноке и в хурме.

Витамины.

Одним из постулатов правильного питания является получение организмом витаминов их натуральных продуктов, так как при недостаточном их потреблении нарушается обмен веществ, ослабляется зрение, развивается остеопороз и иммунодефицит, ухудшается работа центральной и периферической нервной системы, состояние кожи.

Витамин А участвует в процессе формировании тканей, улучшает сумеречное зрение; содержится в томатах, моркови, рябине, чернике, дыне, в сливочном масле, молоке.

Витамины группы В необходимы для синтеза элементов крови и адекватной работе нервной системы; содержатся в зерновых культурах, молочнокислых продуктах.

Витамин С способствует повышению иммунитета и укреплению сосудистой стенки, защищает организм от развития злокачественных опухолей; содержится в шиповнике, клубнике, черной смородине, зелени петрушки, в хрене, цитрусовых, чесноке, картофеле, в яблоках.

Витамин Е способствует развитию плода, а также, являясь антиоксидантом, предотвращает губительное воздействие свободных радикалов на организм человека, тем самым продлевая его молодость. Содержится в оливковом, кукурузном и подсолнечном масле.

Основная функция витамина D - укрепление костей; содержится в яичных желтках, молоке, икре, печени трески.

И напоследок, здоровье человека и его детей в первую очередь зависит от правильного, сбалансированного питания. Теперь вы знаете о том, как поступают в организм питательные вещества, микроэлементы, витамины. Помните об этом, и вы сможете навсегда забыть о походах к врачам!

Отношение к еде у разных людей заметно отличается. Для некоторых это просто способ восполнения утраченных энергетических ресурсов, а для других - удовольствие и наслаждение. Но общим остается одно: мало кто знает, что происходит с едой после того, как она попадает в организм человека.

Между тем вопросы переваривания и усваивания пищи очень важны, если вы хотите иметь крепкое здоровье. Зная законы, в соответствии с которыми устроен наш организм, можно скорректировать свое питание и сделать его более сбалансированным и грамотным. Ведь чем быстрее переваривается пища, тем эффективнее работает пищеварительная система и улучшается обмен веществ.

Рассказываем, что нужно знать о переваривании пищи, усваивании полезных веществ и времени, которое необходимо организму для переваривания тех или иных продуктов.

Как работает обмен веществ

Для начала необходимо дать определение такому важному процессу, как переваривание пищи. Что же это такое? По сути, это совокупность механических и биохимических процессов в организме, преобразующих поглощаемую человеком пищу в вещества, которые могут быть усвоены.

Сначала еда попадает в желудок человека. Это начальный процесс, который обеспечивает дальнейшее всасывание веществ. Затем пища поступает в тонкий кишечник, где подвергается действию различных пищевых ферментов. Так, именно на этом этапе углеводы превращаются в глюкозу, липиды расщепляются на жирные кислоты и моноглицериды, а белки преобразуются в аминокислоты. Все эти вещества попадают в кровь, всасываясь через стенки кишечника.

Переваривание и последующее усваивание пищи - это сложный процесс, который между тем не длится часами. Кроме того, далеко не все вещества действительно усваиваются организмом человека. Это нужно знать и учитывать.

От чего зависит переваривание пищи

Сомнений в том, что переваривание пищи - это сложный и комплексный процесс, не осталось. От чего же он зависит? Существуют определенные факторы, которые могут как ускорить, так и замедлить переваривание пищи. Их обязательно нужно знать, если вы заботитесь о своем здоровье.

Так, переваривание пищи во многом зависит от обработки продуктов питания и способа их приготовления. Так, время усвоения жареной и вареной пищи увеличивается на 1,5 часа по сравнению с сырой едой. Это связано с тем, что модифицируется изначальная структура продукта и разрушаются некоторые важные ферменты. Именно поэтому следует отдавать предпочтение сырым продуктам, если есть возможность есть их без термической обработки.

Помимо этого, на переваривание пищи влияет ее температура. Холодная еда, например, переваривается гораздо быстрее. В связи с этим между горячим и теплым супом предпочтительнее выбирать второй вариант.

Важным является также фактор смешивания пищи. Дело в том, что каждый продукт имеет свое время усваивания. А есть и такие продукты, которые вовсе не перевариваются. Если смешивать продукты с разным временем усваивания и употреблять их за один прием пищи, то время их переваривания заметно изменится.

Всасывание углеводов

Углеводы расщепляются в организме под действием пищеварительных ферментов. Ключевым для этого процесса является амилаз слюнной и поджелудочной желез.

Еще один важный термин, если мы говорим о всасывании углеводов, - это гидролиз. Это превращение углеводов в усваиваемую организмом глюкозу. Этот процесс напрямую зависит от гликемического индекса того или иного продукта. Объясняем: если гликемический индекс глюкозы равен 100%, то это значит, что организм человека усвоит ее на 100% соответственно.

При равной калорийности продуктов их гликемический индекс может отличаться друг от друга. Следовательно, концентрация глюкозы, которая попадет в кровь при расщеплении такой пищи, будет неодинаковой.

Как правило, чем ниже гликемический индекс продукта, тем он полезнее. Он содержит меньше калорий и заряжает организм энергией на более долгий срок. Таким образом, у сложных углеводов, к которым относятся зерновые, бобовые, ряд овощей, есть преимущество перед простыми (кондитерские и мучные изделия, сладкие фрукты, фастфуд, жареная пища).

Рассматриваем на примерах. В 100 граммах жареного картофеля и чечевицы содержится 400 килокалорий. Их гликемический индекс равен 95 и 30 соответственно. После переваривания этих продуктов в кровь в виде глюкозы поступает 380 килокалорий (жареный картофель) и 120 килокалорий (чечевица). Разница является достаточно существенной.

Всасывание жиров

Тяжело переоценить роль жиров в рационе человека. Они должны присутствовать обязательно, ведь это ценный источник энергии. Они обладают более высокой калорийностью по сравнению с белками и углеводами. Кроме того, жиры напрямую связаны с поступлением и усваиванием витаминов A, D, E и ряда других, так как они являются их растворителями.

Многие жиры также являются источником полиненасыщенных жирных кислот, которые крайне важны для полноценного роста и развития организма и для укрепления иммунитет а. Вместе с жирами человек получает и комплекс биологически активных веществ, благоприятно влияющих на работу пищеварительной системы и обмен веществ.

Как же перевариваются жиры в организме человека? В ротовой полости они не подвергаются никаким изменениям, так как в слюне человека нет ферментов, расщепляющих жиры. В желудке взрослого человека жиры также не претерпевают значительных изменений, так как там нет особых условий для этого. Таким образом, расщепление жиров у человека происходит в верхних отделах тонкого кишечника.

Среднее суточное оптимальное потребление жиров для взрослого человека составляет 60–100 граммов. Большинство жиров в пище (до 90%) относятся к категории нейтральных жиров, то есть триглицеридов. Остальные жиры – это фосфолипиды, эфиры холестерина и жирорастворимые витамины.

Полезные жиры, к которым относятся мясо, рыба, авокадо, оливковое масло, орехи, используются организмом практически сразу после употребления. А вот трансжиры, которые считаются нездоровой пищей (фастфуд, жареная пища, сладкое), откладываются в жировые запасы.

Всасывание протеинов

Белок является очень важным веществом для здоровья человека. Он обязательно должен присутствовать в рационе. Белки, как правило, советуют употреблять на обед и на ужин, сочетая их с клетчаткой. Однако хороши они и на завтрак. Этот факт подтверждают многочисленные исследования ученых, в ходе которых было установлено, что яйца - ценный источник белка - это идеальный вариант для вкусного, сытного и полезного завтрака.

На всасывание протеинов влияют различные факторы. Самыми важными из них являются происхождение и состав белка. Белки бывают растительные и животные. К животным относятся мясо, птица, рыба и ряд других продуктов. В основном эти продукты усваиваются организмом на 100%. Чего не скажешь о белках растительного происхождения. Немного цифр: чечевица всасывается организмом на 52%, нут - на 70%, а пшеница - на 36%.

В настоящее время под питанием понимается сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения в организме веществ (нутриентов), необходимых для удовлетворения энергетических и пластических потребностей организма, в том числе регенерации клеток и тканей, регуляции различных функций организма. Пищеварением называется совокупность физико-химических и физиологических процессов, обеспечивающих расщепление поступающих в организм сложных пищевых веществ на простые химические соединения, способные всасываться и усваиваться в организме.

Не вызывает сомнений тот факт, что поступающая в организм извне пища, обычно состоящая из нативного полимерного материала (белки, жиры, углеводы), должна быть деструктурирована и гидролизована до таких элементов, как аминокислоты, гексозы, жирные кислоты и т. д., которые непосредственно участвуют в процессах метаболизма. Превращение исходных веществ в резорбируемые субстраты происходит поэтапно в результате гидролитических процессов, проходящих с участием различных ферментов.

Последние достижения в области фундаментальных исследований работы пищеварительной системы существенно изменили традиционные представления о деятельности "пищеварительного конвейера". В соответствии с современной концепцией под пищеварением понимаются процессы ассимиляции пищи от ее поступления в желудочно-кишечный тракт до включения во внутриклеточные метаболические процессы.

Многокомпонентная система пищеварительного конвейера состоит из следующих этапов:

1. Поступление пищи в ротовую полость, ее измельчение, смачивание пищевого комка и начало полостного гидролиза. Преодоление глоточного сфинктера и выход в пищевод.

2. Поступление пищи из пищевода через кардиальный сфинктер в желудок и временное ее депонирование. Активное перемешивание пищи, ее перетирание и измельчение. Гидролиз полимеров желудочными ферментами.

3. Поступление пищевой смеси через антральный сфинктер в двенадцатиперстную кишку. Перемешивание пищи с желчными кислотами и ферментами поджелудочной железы. Гомеостазирование и формирование химуса с участием кишечной секреции. Гидролиз в полости кишки.

4. Транспорт полимеров, олиго- и мономеров через пристеночный слой тонкой кишки. Гидролиз в пристеночном слое, осуществляемый панкреатическими и энтероцитарными ферментами. Транспорт нутриентов в зону гликокаликса, сорбция - десорбция на гликокаликсе, связывание с акцепторными гликопротеидами и активными центрами панкреатических и энтероцитарных ферментов. Гидролиз нутриентов в щеточной кайме энтероцитов (мембранное пищеварение). Доставка продуктов гидролиза к основанию микроворсинок энтероцитов в зону образования эндоцитозных инвагинаций (с возможным участием сил полостного давления и капиллярных сил).

5. Перенос нутриентов в кровеносные и лимфатические капилляры путем микропиноцитоза, а также диффузии через фенестры эндотелиальных клеток капилляров и по межклеточному пространству. Поступление нутриентов через портальную систему в печень. Доставка пищевых веществ лимфо- и кровотоком в ткани и органы. Транспорт нутриентов через мембраны клеток и их включение в пластические и энергетические процессы.

Какова же роль различных отделов пищеварительного тракта и органов в обеспечении процессов переваривания и всасывания нутриентов?

В полости рта происходит механическое размельчение пищи, смачивание слюной и подготовка ее к дальнейшему транспорту, который обеспечивается тем, что пищевые нутриенты превращаются в более или менее однородную массу. Движениями, в основном, нижней челюсти и языка формируется пищевой комок, который затем проглатывается и, в большинстве случаев, очень быстро достигает полости желудка. Химическая обработка пищевых веществ в ротовой полости, как правило, не имеет большого значения. Хотя слюна содержит целый ряд ферментов, их концентрация очень невелика. Лишь амилаза может играть определенную роль в предварительном расщеплении полисахаридов.

В полости желудка пища задерживается и затем медленно, небольшими порциями перемещается в тонкую кишку. По-видимому, основная функция желудка - депонирующая. Пища быстро накапливается в желудке и затем постепенно утилизируется организмом. Это подтверждается большим числом наблюдений над больными с удаленным желудком. Основным нарушением, характерным для этих больных, является не выключение собственно пищеварительной деятельности желудка, а нарушение депонирующей функции, то есть постепенной эвакуации пищевых веществ в кишечник, что проявляется в виде так называемого "демпинг-синдрома". Пребывание пищи в желудке сопровождается ферментативной обработкой, при этом желудочный сок содержит ферменты, осуществляющие начальные стадии расщепления белков.

Желудок рассматривается как орган пепсинно-кислотного пищеварения, так как это единственный отдел пищеварительного канала, где ферментативные реакции проходят в резко кислой среде. Железы желудка выделяют несколько протеолитических ферментов. Наиболее важными из них являются пепсины и, кроме того, химозин и парапепсин, которые осуществляют дезагрегацию белковой молекулы и лишь в небольшой степени расщепление пептидных связей. Большое значение имеет, по-видимому, действие соляной кислоты на пищу. Во всяком случае, кислая среда желудочного содержимого не только создает оптимальные условия для действия пепсинов, но и способствует денатурации белков, вызывает набухание пищевой массы, увеличивает проницаемость клеточных структур, тем самым благоприятствуя последующей пищеварительной обработке.

Таким образом, слюнные железы и желудок играют весьма ограниченную роль в переваривании и расщеплении пищи. Каждая из упомянутых желез по сути осуществляет воздействие на один из видов пищевых веществ (слюнные железы - на полисахариды, желудочные - на белки), причем в ограниченных пределах. В то же время поджелудочная железа выделяет самые разнообразные ферменты, которые осуществляют гидролиз всех пищевых веществ. Поджелудочная железа воздействует с помощью вырабатываемых ею ферментов на все виды нутриентов (белки, жиры, углеводы).

Ферментативное действие секрета поджелудочной железы реализуется в полости тонкой кишки, и уже один этот факт заставляет считать, что кишечное пищеварение является наиболее существенным этапом в переработке пищевых веществ. Сюда же, в полость тонкой кишки, попадает и желчь, которая вместе с панкреатическим соком осуществляет нейтрализацию кислого желудочного химуса. Ферментативная активность желчи невелика и, в общем, не превышает ту, что обнаруживается в крови, моче и других непищеварительных жидкостях. Вместе с тем желчь и, в особенности, ее кислоты (холевая и дезоксихолевая) выполняют ряд важных пищеварительных функций. Известно, в частности, что желчные кислоты стимулируют деятельность некоторых панкреатических ферментов. Наиболее отчетливо это доказано в отношении панкреатической липазы, в меньшей степени это касается амилазы и протеаз. Кроме того, желчь стимулирует перистальтику кишечника и, по-видимому, обладает бактериостатическим действием. Но наиболее важно участие желчи во всасывании нутриентов. Желчные кислоты необходимы для эмульгирования жиров и для всасывания нейтральных жиров, жирных кислот и, возможно, других липидов.

Принято считать, что кишечное полостное пищеварение - это процесс, который осуществляется в просвете тонкой кишки под влиянием, главным образом, секрета поджелудочной железы, желчи и кишечного сока. Внутрикишечное пищеварение осуществляется за счет слияния части транспортных везикул с лизосомами, цистернами эндоплазматической сети и комплекса Гольджи. Предполагается участие нутриентов во внутриклеточном метаболизме. Происходит слияние транспортных везикул с базолатеральной мембраной энтероцитов и выход содержимого везикул в межклеточное пространство. Тем самым достигается временное депонирование нутриентов и их диффузия по градиенту концентрации через базальную мембрану энтероцитов в собственную пластинку слизистой оболочки тонкой кишки.

Интенсивное изучение процессов мембранного пищеварения позволило достаточно полно охарактеризовать деятельность пище-варительно-транспортного конвейера в тонкой кишке. Согласно сложившимся на сегодня представлениям, ферментативный гидролиз пищевых субстратов последовательно осуществляется в полости тонкой кишки (полостное пищеварение), в надэпителиальном слое слизистых наложений (пристеночное пищеварение), на мембранах щеточной каймы энтероцитов (мембранное пищеварение) и после проникновения не полностью расщепленных субстратов внутрь энтероцитов (внутриклеточное пищеварение).

Начальные стадии гидролиза биополимеров осуществляются в полости тонкой кишки. При этом пищевые субстраты, не подвергшиеся гидролизу в кишечной полости, и продукты их начального и промежуточного гидролиза диффундируют сквозь неперемешивае-мый слой жидкой фазы химуса (автономный примембранный слой) в зону щеточной каймы, где осуществляется мембранное пищеварение. Крупномолекулярные субстраты гидролизуются панкреатическими эндогидролазами, адсорбированными преимущественно на поверхности гликокаликса, а продукты промежуточного гидролиза - экзогидролазами, транслоцированными на внешней поверхности мембран микроворсинок щеточной каймы. Благодаря сопряженности механизмов, осуществляющих заключительные стадии гидролиза и начальные этапы транспорта через мембрану, продукты гидролиза, образующиеся в зоне мембранного пищеварения, всасываются и поступают во внутреннюю среду организма.

Переваривание и всасывание основных нутриентов осуществляется следующим образом.

Переваривание белков в желудке происходит при превращении в кислой среде пепсиногенов в пепсины (оптимальный рН 1,5-3,5). Пепсины расщепляют связи между ароматическими аминокислотами, соседствующими с карбоксильными аминокислотами. Они инактивируются в щелочной среде, расщепление пептидов пепсинами прекращается после поступления химуса в тонкую кишку.

В тонкой кишке полипептиды подвергаются дальнейшему расщеплению протеазами. В основном расщепление пептидов осуществляется панкреатическими ферментами: трипсином, химотрипсином, эластазой и карбоксипептидазами А и В. Энтерокиназа переводит трипсиноген в трипсин, который затем активирует и другие протеазы. Трипсин расщепляет полипептидные цепочки в местах соединений основных аминокислот (лизина и аргинина), в то время как химотрипсин разрушает связи ароматических аминокислот (фенилала-нина, тирозина, триптофана). Эластаза расщепляет связи алифатических пептидов. Эти три фермента являются эндопептидазами, поскольку гидролизуют внутренние связи пептидов. Карбоксипеп-тидазы А и В представляют собой экзопептидазы, так как отщепляют только концевые карбоксильные группы преимущественно нейтральных и основных аминокислот соответственно. При протеолизе, осуществляемом панкреатическими ферментами, происходит отщепление олигопептидов и некоторых свободных аминокислот. Микроворсинки энтероцитов имеют на своей поверхности эндопептидазы и экзопептидазы, которые расщепляют олигопептиды до аминокислот, ди- и трипептидов. Всасывание ди- и трипептидов осуществляется с помощью вторичного активного транспорта. Эти продукты затем расщепляются до аминокислот внутриклеточными пептидазами энтероцитов. Аминокислоты абсорбируются по принципу механизма ко-транспорта с натрием на апикальном участке мембраны. Последующая диффузия через базолатеральную мембрану энтероцитов происходит против градиента концентрации, и аминокислоты попадают в капиллярное сплетение кишечных ворсинок. По типам переносимых аминокислот различают: нейтральный транспортер (переносящий нейтральные аминокислоты), основной (переносящий аргинин, лизин, гистидин), дикарбоксильный (транспортирующий глутамат и аспартат), гидрофобный (транспортирующий фенилаланин и метионин), иминотранспортер (переносящий пролин и гидроксипролин).

В кишечнике расщепляются и всасываются только те углеводы, на которые действуют соответствующие ферменты. Непереваривае-мые углеводы (или пищевые волокна) не могут быть ассимилированы, поскольку для этого нет специальных ферментов. Однако возможен их катаболизм бактериями толстой кишки. Углеводы пищи состоят из дисахаридов: сахарозы (обычный сахар) и лактозы (молочный сахар); моносахаридов - глюкозы и фруктозы; растительных крахмалов - амилозы и амилопектина. Еще один углевод пищи - гликоген - является полимером глюкозы.

Энтероциты не способны транспортировать углеводы размером больше, чем моносахариды. Поэтому большая часть углеводов должна расщепляться перед всасыванием. Под действием амилазы слюны образуются ди- и триполимеры глюкозы (соответственно мальтоза и мальтотриоза). Амилаза слюны инактивируется в желудке, так как оптимальный рН для ее активности составляет 6,7. Панкреатическая амилаза продолжает гидролиз углеводов до мальтозы, мальтотриозы и концевых декстранов в полости тонкой кишки. Микроворсинки энтероцитов содержат ферменты, расщепляющие олиго- и дисахариды до моносахаридов для их абсорбции. Глюкоамилаза расщепляет связи на нерасщепленных концах олигосахаридов, которые образовались при расщеплении амилопектина амилазой. В результате этого образуются наиболее легко расщепляемые тетрасахариды. Сахаразно-изомальтазный комплекс имеет два каталитических участка: один с сахаразной активностью, другой - с изомальтазной. Изомальтазный участок переводит тетрасахариды в мальтотриозу. Изомальтаза и сахараза отщепляют глюкозу от нередуцированных концов мальтозы, мальтотриозы и концевых декстранов. При этом сахараза расщепляет дисахарид сахарозу до фруктозы и глюкозы. Кроме того, на микроворсинках энтероцитов также имеется лактаза, которая расщепляет лактозу до галактозы и глюкозы.

После образования моносахаридов начинается их абсорбция. Глюкоза и галактоза транспортируются в энтероциты вместе с натрием посредством транспортера "натрий-глюкоза", при этом всасывание глюкозы значительно возрастает в присутствии натрия и нарушается в его отсутствие. Фруктоза же поступает в клетку через апикальный участок мембраны путем диффузии. Галактоза и глюкоза проходят через базолатеральный участок мембраны с помощью переносчиков, механизм выхода фруктозы из энтероцитов менее изучен. Моносахариды поступают через капиллярное сплетение ворсинок в воротную вену и далее в кровоток.

Жиры в пище представлены в основном триглицеридами, фосфолипидами (лецитином) и холестерином (в виде его эфиров). Для полноценного переваривания и всасывания жиров необходимо сочетание нескольких факторов: нормальной работы печени и желчевыводящих путей, наличия панкреатических ферментов и щелочного рН, нормального состояния энтероцитов, лимфатической системы кишечника и регионарной кишечно-печеночной циркуляции. Отсутствие любого из этих компонентов приводит к нарушению всасывания жиров и стеаторее.

В основном переваривание жиров происходит в тонкой кишке. Однако начальный процесс липолиза может проходить в желудке под действием желудочной липазы при оптимальном значении рН 4-5. Липаза желудка расщепляет триглицериды до жирных кислот и диглицеридов. Она устойчива к воздействию пепсина, однако разрушается под действием протсаз поджелудочной железы в щелочной среде двенадцатиперстной кишки, ее активность снижается также под действием солей желчных кислот. Желудочная липаза имеет небольшое значение по сравнению с панкреатической липазой, хотя обладает некоторой активностью, особенно в антральном отделе, где при механическом перемешивании химуса образуются мельчайшие жировые капли, что повышает площадь поверхности переваривания жиров.

После попадания химуса в двенадцатиперстную кишку происходит дальнейший липолиз, включающий несколько последовательных стадий. Сначала триглицериды, холестерин, фосфолипиды и продукты расщепления липидов желудочной липазой сливаются в мицеллы под действием желчных кислот, мицеллы стабилизируются фосфолипидами и моноглицеридами в щелочной среде. Затем колипаза, секретируемая поджелудочной железой, воздействует на мицеллы и служит точкой приложения действия панкреатической липазы. В отсутствие колипазы панкреатическая липаза обладает слабой липолитической активностью. Связывание колипазы с мицеллой улучшается в результате воздействия панкреатической фосфолипазы А на лецитин мицелл. В свою очередь, для активации фосфолипазы А и образования лизолецитина и жирных кислот необходимо наличие солей желчных кислот и кальция. После гидролиза лецитина триглицериды мицелл становятся доступными для переваривания. Затем панкреатическая липаза прикрепляется к соединению "колипаза-мицелла" и гидролизует 1- и 3-связи триглицеридов, образуя моноглицерид и жирную кислоту. Оптимальный рН для панкреатической липазы составляет 6,0-6,5. Другой фермент - панкреатическая эстераза - гидролизует связи холестерина и жирорастворимых витаминов с эфирами жирной кислоты. Основными продуктами расщепления липидов под действием панкреатической липазы и эстеразы являются жирные кислоты, моноглицериды, лизолецитин и холестерин (неэстерифицированный). Скорость поступления гидрофобных веществ в микроворсинки зависит от их солюбилизации в мицеллах в просвете кишки.

Жирные кислоты, холестерин и моноглицериды поступают в энтероциты из мицелл путем пассивной диффузии; хотя жирные кислоты с длинной цепью могут переноситься и с помощью поверхностного связывающего протеина. Поскольку эти компоненты жирорастворимы и гораздо мельче, чем непереваренные триглицериды и эфиры холестерина, они легко проходят через мембрану энтероцита. В клетке жирные кислоты с длинной цепью (более 12 атомов углерода) и холестерин переносятся связывающими протеинами в гидрофильной цитоплазме к эндоплазматическому ретикулуму. Холестерин и жирорастворимые витамины переносятся стерольным белком-переносчиком к гладкому эндоплазматическому ретикулуму, где холестерин реэстерифицируется. Жирные кислоты с длинной цепью транспортируются через цитоплазму специальным белком, степень их поступления в шероховатый эндоплазматический ретикулум зависит от количества жиров в пище.

После ресинтеза эфиров холестерина, триглицеридов и лецитина в эндоплазматическом ретикулуме они образуют липопротеины, соединяясь с аполипопротеинами. Липопротеины делят по размеру, по содержанию в них липидов и по типу апопротеинов, входящих в их состав. Хиломикроны и липопротеины очень низкой плотности имеют больший размер и состоят, в основном, из триглицеридов и жирорастворимых витаминов, тогда как липопротеины низкой плотности имеют меньший размер и содержат преимущественно эсте-рифицированный холестерин. Липопротеины высокой плотности - самые маленькие по размеру и содержат, главным образом, фосфолипиды (лецитин). Сформированные липопротеины выходят через базолатеральную мембрану энтероцитов в везикулах, далее они поступают в лимфатические капилляры. Жирные кислоты со средней и короткой цепью (содержащие менее 12 атомов углерода) могут прямо поступать в систему воротной вены из энтероцитов без образования триглицеридов. Кроме того, жирные кислоты с короткой цепью (бутират, пропионат и др.) образуются в толстой кишке из непереваренных углеводов под действием микроорганизмов и являются важным источником энергии для клеток слизистой оболочки толстой кишки (колоноцитов).

Подытоживая представленные сведения, следует признать, что знания физиологии и биохимии пищеварения позволяют оптимизировать условия проведения искусственного (энтерального и перорального) питания, опираясь на основные принципы деятельности пищеварительного конвейера.

Минеральные вещества относятся к необходимым компонентам питания человека, так как обеспечивают развитие и нормальное функционирование организма.

Они являются обязательной составной частью всех жидкостей и тканей человеческого тела и принимают самое активное участие в пластических процессах. Наибольшая часть минеральных элементов сосредоточена в твёрдых опорных тканях организма - в костях, зубах, меньшая - в мягких тканях, крови и лимфе. Если в твёрдых тканях преобладают соединения кальция и магния, то в мягких - калия и натрия.

Анализ химического состава живых организмов показывает, что содержание в них основных элементов - кислорода, углерода и водорода - всегда характеризуется близкими значениями. Что же касается концентрации других элементов, то она может быть очень различной.

Минеральные вещества в зависимости от их содержания в организме и пищевых продуктах делят на макро- и микроэлементы.

К макроэлементам, которые фигурируют в сравнительно больших количествах (десятки, сотни миллиграммов на 100 граммов живой ткани или продукта), относятся кальций, фосфор, магний, калий, натрий, хлор, сера.

Микроэлементы же содержатся в организме и продуктах в очень малых, зачастую почти неуловимых количествах, выраженных десятыми, сотыми, тысячными и более мелкими долями миллиграмма. В настоящее время уже 14 микроэлементов признаны необходимыми для жизнедеятельности человеческого организма: железо, медь, марганец, цинк, йод, хром, кобальт, фтор, молибден, никель, стронций, кремний, ванадий и селен.

Роль минеральных веществ в организме человека многообразна. Прежде всего они принимают участие в построении всех тканей организма, особенно костей и зубов, в регуляции кислотно-основного состава организма. В крови и межклеточных жидкостях, например, с помощью микроэлементов поддерживается слабощелочная реакция, изменение которой отражается на химических процессах в клетках и на состоянии всего организма. Разные минеральные вещества пищи по-разному влияют на организм. Такие элементы, как кальций, магний, натрий, калий, оказывают преимущественно щелочное действие, а такие, как фосфор, сера, хлор, - кислотное. Поэтому в зависимости от минерального состава потребляемых человеком продуктов возникают сдвиги щелочные или кислотные. При преимущественном потреблении, например, мяса, рыбы, яиц, хлеба, круп могут иметь место кислотные сдвиги, а таких продуктов, как молочные, овощи, фрукты, ягоды, - щелочные сдвиги. Кстати, при потреблении пищи с преобладанием кислых валентностей в организме происходит усиленный распад белка, что ведёт к увеличению его потребления. В то же время пища с преобладанием щелочной валентности позволяет устранить нерациональное использование белка.

При выборе продуктов, чтобы получить диету с преобладанием кислой или щелочной валентности, хозяйке нужно знать следующее. Кислый вкус продуктов не определяет преобладание в них кислых элементов. К примеру, многие фрукты имеют кислый вкус, но они доставляют организму не кислые, а щелочные валентности. Эти продукты в своем составе содержат соли органических кислот, которые легко сгорают в организме, освобождая щелочные катионы.

С помощью диет кислой или щелочной направленности успешно лечат некоторые болезни. Так, «кислая» диета, например, рекомендуется при мочекаменной болезни, а «щелочная» - при недостаточности кровообращения почек, печени, при тяжёлых формах сахарного диабета. Микроэлементы регулируют водно-солевой обмен в организме, поддерживают осмотическое давление в клетках и межклеточных жидкостях, благодаря которому совершается передвижение между ними питательных веществ и продуктов обмена. Минеральные вещества обеспечивают функциональную деятельность основных систем организма: нервной, сердечно-сосудистой, пищеварительной, всех выделительных и других систем. Они влияют на защитные функции организма, его иммунитет. Без железа, меди, никеля, марганца, кальция и некоторых других минеральных веществ не могут происходить, например, процессы кроветворения и свёртывания крови. Минеральные вещества (в основном микроэлементы) входят в состав или активизируют действие ферментов, гормонов, витаминов. Недостаток минеральных веществ, а тем более их отсутствие в рационе неизбежно ведут к нарушению обмена веществ в организме, к заболеванию. У детей при этом резко тормозятся процессы формирования костей, зубов, приостанавливается рост и развитие организма, а у взрослых расстраиваются практически все биохимические процессы. Кроме поддержания постоянного осмотического давления, минеральные вещества создают и поддерживают необходимый уровень электростатического напряжения в отдельных органах и тканях (мозг, мышцы, сердце), что обеспечивает нормальный ход физико-химических процессов.

Минеральные вещества принимают участие во всех видах обмена веществ: белковом, углеводном, жировом, витаминном, водном. Прежде всего они обеспечивают необходимое коллоидное состояние белков, а также такие их важные свойства, как дисперсность, гидрофильность, растворимость, - от этих свойств белка зависит возможность его участия во многих биохимических процессах.

Участвуют минеральные вещества и в жировом обмене. Марганец, например, необходим для усвоения полиненасыщенных жирных кислот и синтеза арахидоновой кислоты из линолевой. В процессе усвоения жиров принимают участие соли фосфора и кальция.

Огромное значение минеральные вещества имеют для водного обмена. Избыточное потребление, например, хлористого натрия (поваренной соли) обусловливает задержку воды в тканях, а его ограничение снижает водонепроницаемость тканей. Соли калия способствуют выведению жидкости из организма. Кстати, это свойство минеральных веществ широко используется в клинике при легочных, почечных и сердечных отёках: назначаются бессолевые, богатые калиевыми соединениями диеты.

Без минеральных солей не могли бы протекать ферментные процессы. Именно с помощью этих веществ создается необходимая благоприятная среда, в которой проявляют свое действие различные ферменты. Пепсин желудка, например, активизируется в соляно-кислой, а птиалин слюны и трипсин кишечного сока - в щелочной среде. Подробнее познакомимся вначале с макроэлементами.

Макроэлементы

Кальций составляет 1,5-2 процента общей массы тела человека, 99 процентов этого количества находится в костях и зубах, а остальное содержится в плазме клеток, крови и других жидкостях организма. Он входит необходимой составной частью в ядро и мембрану клеток, клеточных и тканевых жидкостей.

Основной источник поступления кальция в организм - молочные продукты. Однако при избытке в пище фосфора эффективность всасывания кальция в кишечнике снижается и может даже наблюдаться выведение кальция из костей. Поэтому при определении диеты (особенно лечебной) надо стремиться к тому, чтобы кальций и фосфор поступали в организм в соотношении 1:1 или не более, чем 1:1,5. Молоко и другие молочные продукты как источник кальция хороши тем, что они имеют идеальное соотношение кальция и фосфора: молоко - 1:0,8, творог - 1:1,4, сыр - 1:0,5. А вот в говядине это соотношение равно уже 1:3,4, треске - 1:7, фасоли - 1:3,6, хлебе пшеничном - 1:4, в картофеле и овсяной крупе - 1:6. В некоторых фруктах и овощах эти два элемента тоже хорошо сбалансированы. Так, в моркови - 1:1, в белокочанной капусте и яблоках - 1:0,7.

Сочетая в рационе продукты с разным содержанием кальция и фосфора, можно добиться нужного их соотношения. Например, каши с молоком, хлеб с сыром, овощные гарниры с мясными и рыбными блюдами и другие сочетания позволяют избежать нежелательной диспропорции.

Суточная потребность в кальции взрослого человека составляет 0,7-1,1 грамма (с пищей обычно поступает до 2,5 грамма кальция в сутки). Растущий организм нуждается в большем количестве кальция, чем взрослый, у которого закончено развитие скелета. Велика также потребность в кальции у женщин в период беременности, особенно во вторую ее половину, и в период кормления ребёнка грудью.

Организму требуется больше кальция и при аллергических и воспалительных заболеваниях, в частности сопровождающихся поражением кожи и суставов, при переломах костей, заболеваниях, ведущих к нарушению всасывания кальция (хронические энтериты и панкреатиты, плохое желчеотделение при болезнях желчных путей), заболеваниях паращитовидной и щитовидной желез, надпочечников. Увеличение содержания кальция достигается обычно за счёт молочных продуктов.

Фосфор - постоянная составная часть организма. В теле человека фосфора содержится сравнительно много - около 1,16 процента общего веса. Ежедневная потребность в нем взрослого человека составляет 1-1,2 грамма. У женщин в период беременности потребность в фосфоре увеличивается примерно на 30 процентов, а в период кормления ребёнка грудью - в 2 раза. Потребность детей в фосфоре выше, чем потребность взрослых.

Баланс фосфора в организме человека зависит от многих причин: от его содержания в пище, от потребности в нем организма, от соотношения в рационе человека белков, жиров, углеводов, кальция, кислых или щелочных свойств пищи. Участие фосфора в обменных процессах тесно связано с наличием кальция. Однако фосфор имеет в организме свои специфические функции: 80 процентов его расходуется на минерализацию костей, а 20 - на обеспечение обменных реакций. При недостатке фосфора могут возникнуть заболевания костей.

Лучший источник этого минерального вещества - животные продукты. Хотя большое количество фосфора содержится и в зерновых и в бобовых продуктах, однако из животных продуктов всасывается 70 процентов содержащегося в них фосфора, а из растительных - только 40.

Магний находится во всех живых организмах: растительных и животных. Входя в состав зелёного пигмента хлорофилла, участвуя там в процессах фотосинтеза, он играет важнейшую роль в природе. В хлорофилле растений Земли содержится около 100 миллиардов тонн магния.

У взрослого человека суточная потребность в магнии составляет 10 миллиграммов на килограмм массы тела. Всего в организме взрослого человека содержится около 25 граммов магния, 70 процентов из них входит в состав костей в комплексе с кальцием и фосфором, остальные 30 распределяются в тканях и жидкостях. Усвоенный магний накапливается в печени, а затем значительная часть его переходит в мышцы и кости. Магний содержится также в крови. В нервной системе магний распределяется неодинаково: белое вещество головного мозга содержит его больше, чем серое. О важном значении магния для деятельности нервной системы человека свидетельствует хотя бы такой факт: введение магния подкожно или в кровь человека вызывает состояние наркоза.

Нарушение в организме магниево-кальциевого равновесия нежелательно. Результатом такого нарушения является, например, рахит у детей. При этом количество магния в крови уменьшается вследствие того, что он переходит в кости, вытесняя из них кальций.

Магний активизирует ферменты углеводного и энергетического обмена, участвует в образовании костей, нормализует возбудимость нервной системы и деятельность мышц сердца. Он оказывает антиспастическое и сосудорасширяющее действие, стимулирует двигательную функцию кишечника и желчеотделение, способствует выведению из кишечника холестерина.

Калий содержится в организме в небольших количествах (около 30 граммов). Почти весь калий находится в межклеточной жидкости, а также в мышечной ткани, в том числе и в сердечной мышце. Наряду с натрием, калий участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Он оказывает влияние на работу мышц. Низкая концентрация калия в крови может вызвать повышенную мышечную возбудимость, а со стороны сердечной мышцы - тахикардию (усиленное сердцебиение). Богаты калием печень и селезёнка. В мышцах содержится до 500 мг% калия.

Калий оказывает значительное влияние на обмен веществ. Он возбуждает парасимпатический отдел вегетативной нервной системы. Доказано, что калий оказывает большое влияние на функцию органов осязания в коже. Значительна роль калия в регулировании функции ферментов (он стимулирует активность карбоангидразы).

Потребность взрослого человека в калии - 2-4 миллиграмма в сутки, а грудного ребёнка - 12-13 миллиграммов на килограмм веса тела.

Натрий - один из элементов, принимающих активное участие в жизнедеятельности организма человека. Поступает в организм обычно в виде хлористой соли и легко всасывается кишечником. Суточная потребность в натрии взрослого человека равна 4-6 граммам. Усвоенный натрий распределяется между всеми тканями организма, но особенно задерживается в печени, коже и мышцах. Для некоторых тканей и органов содержание натрия непостоянно и меняется в зависимости от времени года. Сезонные изменения характерны для сыворотки крови, мышц.

Натрий играет большую роль в важнейших жизненных отправлениях организма: он необходим для сокращения скелетных мышц и нормальной пульсации сердца; для поддержания кислотно-щелочного равновесия. Хлористый натрий способствует удержанию воды тканями.

В организме человека содержится около 15 граммов натрия; 1/3 - в костях, а остальное количество - во внеклеточных жидкостях, в нервной и мышечных тканях.

Хлор - жизненно важный элемент в организме человека. В тканях содержится около 150-160 миллиграммов хлора. Суточная потребность взрослого человека в хлоре составляет 2-4 грамма. В организм он чаще всего поступает в избытке (так же как и натрий) в виде хлористого натрия и хлористого калия. Из пищевых продуктов хлором особенно богаты хлеб, мясные и молочные продукты. Бедны хлором фрукты.

Роль хлора в организме многообразна. Он участвует (косвенно) в регуляции водного обмена, кислотно-щелочного равновесия путём распределения его между кровью и другими тканями. В регуляции обмена самого хлора в организме участвуют железы внутренней секреции, в частности гипофиз, точнее, его задняя доля. При ее удалении или заболевании наблюдается перераспределение хлора между кровью и другими тканями и потеря почками способности концентрировать хлор при выделении его с мочой.

Сера - постоянная составная часть организма человека. Большая часть ее в виде органических соединений входит в состав аминокислот. Много ее в волосах, эпидермисе кожи и других клетках организма. Содержится она также в составе сульфатидов в нервной ткани, хрящах и костях, в желчи.

Микроэлементы

Наряду с макроэлементами пища человека содержит и микроэлементы, которые также необходимы для жизнедеятельности организма. Каждый имеет свои особенности и свою «сферу деятельности». И как бы ни мала была концентрация того или иного микроэлемента, без него организм нормально функционировать как биологическая система не может.

Характер и сила воздействия микроэлементов на различные физиологические системы организма в значительной степени зависят от концентрации, в какой они поступают в организм. В нормальных микродозах эти микроэлементы стимулируют жизненно важные биохимические процессы. В больших дозах микроэлементы способны действовать или как лекарственные средства, или как вещества раздражающие. В ещё более высоких концентрациях микроэлементы оказываются токсичными веществами.

Микроэлементы, поступающие с пищей, ещё называют минеральными витаминами, так как это вещества, имеющие свойства биологических катализаторов. Будучи структурными единицами ряда гормонов, они обусловливают их активность (йод - в тироксине, цинк - в инсулине).

Рассмотрим роль некоторых микроэлементов в процессах жизнедеятельности организма.

Железо необходимо для нормального кроветворения и тканевого дыхания. Лучше всего всасывается железо гемоглобина и миоглобина, то есть крови и мышц, поэтому мясо животных и птиц, мясные субпродукты являются наилучшими источниками железа. Из этих продуктов в кишечнике всасывается до 30 процентов содержащегося там железа, в то время как, например, из яиц, хлеба, крупяных и бобовых - не более 5-10 процентов. Лучшему усвоению железа способствуют лимонная и аскорбиновая кислоты и фруктоза. Поэтому питье фруктовых соков улучшает всасывание железа. Подавляет усвоение железа крепкий чай.

При недостатке железа в организме прежде всего ухудшается клеточное дыхание, что ведёт к дистрофии тканей и органов. К дефициту железа в организме может привести недостаточное поступление его в организм с пищей или преобладание в рационе продуктов, из которых оно плохо усваивается. Возникновению железодефицитных состояний способствует также недостаток в питании животных белков, витаминов, кроветворных микроэлементов, теряется железо и при кровопотерях, заболеваниях желудка и кишечника.

Основными органами обмена железа у человека считают селезёнку и печень, где в течение суток разрушается гемоглобин, содержащий от 100 до 200 миллиграммов железа. Все оно удерживается в организме в виде белковых соединений и образует наряду с усвоенным пищевым железом запасной фонд. Запасное железо из этого фонда кровью доставляется в костный мозг, где оно идёт на построение гемоглобина при формировании новых красных кровяных телец. Весь круговорот железа в организме совершается быстро: поступившее в организм железо уже через несколько часов находится в гемоглобине.

Марганец поступает в организм с пищевыми продуктами в основном растительного происхождения, где он содержится обычно в десятых, сотых долях процента. В животных продуктах его в десятки раз меньше. Всосавшийся марганец поступает с током крови в органы и ткани и задерживается в печени. Относительно много марганца содержится также в поджелудочной железе, лимфатических железах и почках.

Особенно интенсивно идёт накопление марганца в печени эмбриона в последние три месяца его развития. Благодаря этому ребёнок рождается со значительными запасами марганца в печени. Природа устроила так, что этих запасов хватает до того времени, пока грудной ребёнок начинает получать прикорм - фруктово-овощные соки. С молоком матери ребёнок марганца не получает, так как в молоке содержание его ничтожно.

В организме человека марганец выполняет многочисленные и сложные функции. Он принимает участие в регуляции роста и развития организма, работы желез внутренней секреции, обменных процессах, процессах окисления, ферментативной активности. Ткани под воздействием марганца очень энергично обогащаются кислородом, что способствует повышению активности биохимических реакций и устойчивости к воздействию вредных факторов окружающей среды. Под влиянием марганца повышается интенсивность обмена белков. Он участвует в обмене жиров, стимулирует минеральный обмен.

При недостаточном поступлении марганца с пищей наблюдается задержка формирования скелета с нарушением процессов окостенения. При избытке же марганца в костях могут появиться изменения, свойственные рахиту. Соли марганца играют роль в процессах кроветворения. Поэтому недостаток данного микроэлемента может привести к анемии.

Кобальт . На присутствие его в животных организмах впервые указал выдающийся советский учёный В.И. Вернадский в 1922 году. Биологическая роль кобальта в организме пока ещё до конца не изучена. Однако и то, что стало известно учёным, свидетельствует о его важной роли в процессах жизнедеятельности. Он оказывает существенное влияние на процессы обмена веществ, рост и развитие организма. Кобальт повышает основной обмен, улучшает ассимиляцию азота, стимулирует образование мышечных белков, оказывает влияние на содержание углеводов в крови: малые дозы кобальта уменьшают количество сахара в крови, а большие - увеличивают. Но на этом роль микроэлемента в кроветворении не ограничивается. Он активно участвует в образовании эритроцитов и синтезе гемоглобина. Особенно важен он для детского организма: кобальт способствует быстрому развитию ребёнка, повышает его реактивные силы, в частности сопротивление вредным факторам внешней среды. Оказывает влияние кобальт и на нервную ткань: он способен возбуждать и тормозить нервные процессы.

Суточная потребность кобальта - 0,1-0,2 миллиграмма. Особенно необходимо поступление кобальта в организм беременных и кормящих женщин. Содержится он в растительных и животных продуктах: в печени, почках, мозгах, сердце, колбасе, сосисках, фасоли, горошке зелёном, гречихе, ячневой и овсяной крупе, свежей зелени, луке репчатом и брюкве (в последних двух много), в моркови.

Йод входит в состав молекулы тироксина - гормона щитовидной железы и принимает активное участие в обмене веществ в организме. Недостаток тироксина ведёт к развитию зобной болезни, а в детстве - к задержке роста, физического и психического развития. Но биологическая роль йода в организме человека не ограничивается гормональной функцией. Йод обладает резко выраженным антисептическим эффектом с широким спектром действия: антибактериальным, противовирусным, фунгицидным.

Суточная потребность человека в йоде около 150 миллиграммов, но в период роста ребёнка и полового созревания подростка, при беременности и кормлении грудью она значительно увеличивается.

Поступающий в организм с пищей йод всасывается в кровь почти полностью. Организм человека с удивительным постоянством сохраняет в крови концентрацию йода на одном и том же уровне. Правда, летом содержание йода в крови несколько выше. Кроме щитовидной железы, в обмене йода значительную роль выполняет печень.

Медь также относится к числу микроэлементов, без которых существование организма человека невозможно. Поступая с пищей, медь всасывается в верхних отделах тонкого кишечника, а затем накапливается в печени. У детей и эмбрионов количество накопленной меди в печени значительно больше, чем у взрослого. Из печени медь, в виде органических соединений, поступает в кровь и разносится ею во все органы и ткани. В организме человека медь находится в виде сложных органических соединений.

Медные соединения играют важную активирующую роль в кроветворении: они стимулируют деятельность костного мозга, вызывая повышение числа эритроцитов в крови. Медь положительно влияет на интенсивность окислительных процессов, оказывает определённое воздействие на обмен веществ. Увеличение содержания соединений меди в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, к использованию накопленного в печени железа на синтез гемоглобина.

Дефицит меди в организме, особенно длительный, может привести к тяжёлым заболеваниям. Например, в детском возрасте при дефиците меди или нарушении ее обмена могут развиваться анемии, которые излечиваются одновременным введением в организм с пищей солей меди и железа. Однако не менее опасно и излишнее поступление меди в организм: при этом происходит общее отравление, сопровождающееся поносами, ослаблением дыхания и сердечной деятельности. Иногда бывают даже удушье и коматозные состояния. Особенно тщательно надо соблюдать соответствующие предохранительно-гигиенические правила при работе на предприятиях медного производства.

Суточная потребность в меди взрослого человека удовлетворяется при ее содержании в пище в количестве 2,5 миллиграмма. Для детского организма ежедневно требуется 0,1 миллиграмма меди на килограмм веса.

Наиболее богаты медью продукты моря, особенно моллюски и ракообразные, у которых кровяным дыхательным пигментом является гемоцианин, содержащий 0,15-0,26 процента меди. В растениях меди значительно меньше, особенно в тех, что выращены на почве, бедной этим элементом.

Фтор содержится в костях, особенно много его в зубах. Поступает в организм преимущественно с питьевой водой, оптимальное содержание фтора в которой 1-1,5 миллиграмма на литр. При недостатке фтора в организме человека развивается кариес зубов, при повышенном поступлении - флюороз. Избыточное количество фтора в организме опасно ввиду того, что его ионы обладают способностью к замедлению ряда ферментативных реакций, а также связыванию важных в биологическом отношении элементов: фосфора, кальция, магния. Вообще, биологическая роль фтора в организме до конца не выяснена. Для того чтобы предупредить недостаток или избыток фтора в организме человека, питьевая вода или обогащается фтором (фторируется), или очищается от его избытка.

Отравления фтором возможны у лиц, работающих на предприятиях, производящих продукцию, в состав которой он входит (например, при производстве фосфорных удобрений). Фтор раздражает дыхательные пути, вызывает ожоги кожи. Возможны и острые отравления фтором с тяжёлыми последствиями.

Цинк - биогенный элемент, присутствующий в организме человека. Физиологическая роль его определяется связью с активностью некоторых ферментов и гормонов.

Цинк участвует в дыхании, в нуклеиновом обмене, повышает деятельность половых желез, влияет на формирование скелета плода. Из слюны околоушной железы человека выделен цинкосодержащий белок, предполагается, что он стимулирует регенерацию клеток вкусовых луковиц языка и поддерживает их вкусовую функцию. Он играет защитную роль в организме при загрязнении среды кадмием.

Дефицит цинка ведёт к карликовости, задержке полового развития; его избыток в организме оказывает токсичное действие на сердце, кровь и другие органы и системы организма. Равновесие баланса цинка в организме наступает только после окончания периода роста. У детей же наблюдается положительный баланс цинка (в их организме задерживается до 45 процентов цинка, поступающего с пищей).

Суточная потребность взрослого человека в цинке - 12-14 миллиграммов, детей - 4-6 миллиграммов.

Из пищевых продуктов растительного происхождения им наиболее богаты пшеница (отруби и зерно), рис (отруби), свекла, салат, томаты, лук, фасоль (зерно), горох, соя. Бедны цинком фрукты, ягоды. Содержат цинк и продукты животного происхождения, но в меньших количествах: мясо, печень, молоко, яйца.

Селен в организме содержится в ничтожно малых концентрациях. Его роль изучена пока недостаточно. Установлено, что он накапливается в печени, почках, селезёнке, сердце. Образует соединения с белками крови (альбуминами, глобулинами, гемоглобином), молока (казеином, альбумином, глобулином) и белками различных органов, то есть участвует в белковом обмене.

Никель - постоянная составная часть человеческого организма. Его физиологическая роль также мало изучена. Доказано, что никель активизирует фермент аргиназу и оказывает влияние на окислительные процессы. Он входит в состав гормона инсулина. Его содержание в организме ничтожно малое.

Стронций - необходимая часть организма человека, биологическая роль которой полностью не выяснена. Накопление его организмом находится в зависимости от его содержания в окружающей среде. Человек получает стронций с пищей. Отложения его в организме зависят от соотношения в пище кальция, фосфора и стронция; при увеличении в рационе кальция откладывается меньше стронция, а при увеличении фосфора - больше.

Хром - входит в состав различных органов и тканей. Больше всего его в волосах и ногтях, меньше всего - в гипофизе, надпочечниках, поджелудочной железе, лёгких, скелетных мышцах и тонких кишках. Всасывается из кишечника. Хром активирует фермент трипсин, входит в состав его.

Из всех тех микроэлементов, которые на сегодняшний день признаны необходимыми для жизнедеятельности организма человека, мы остановились на 11 известных. О других микроэлементах - ванадии, молибдене и кремнии - данных мало, их физиологическая роль в организме пока изучена слабо.

Как следует из сказанного выше, микроэлементы играют важную роль в жизнедеятельности организма человека. Но необходимо, чтобы они поступали в оптимальных концентрациях. В отдельных регионах страны - биохимических провинциях с недостатком или избытком тех или иных элементов в среде - возникают ответные реакции организма человека в виде различных морфологических изменений либо заболеваний. Иногда такие заболевания имеют массовый характер и носят название биохимических эпидемий. Проблемы геохимической экологии, изучающей взаимодействие организмов с окружающей средой, имеют важное значение для здоровья населения и для народного хозяйства страны.

Одноклассники

Анекдот:

Моя девушка уже 2 неделю на диете, а ночью я ее застал на кухне с булкой в зубах.
Заметив меня, она бросает булку и орет:
«Я не я, и булка не моя.», а потом в слезы! Девушки.... 😆

До середины XX в. природные источники ионизирующих излу­чений были единственными в облучении человека, создавая есте­ственный радиационный фон (ЕРФ). Основным дозообразующим компонентом ЕРФ является земное излучение от естественных ра­дионуклидов, существующих на протяжении всей истории Земли. Космическое излучение и излучение природных радионуклидов, содержащихся в почве, воде и воздухе, составляют естественный фон излучения, к которому адаптирована современная биота. Наименьший уровень природной радиоактивности у поверхности моря и в его верхних слоях, а наибольший - в горах с гранитными породами. Он колеблется от 8-12 до 20-50мкР/ч. Космическое излучение на большей части территории России составляет 28- О мрад/год с максимальными величинами в горах. В среднем доза облучения от всех естественных источников ионизирующего излу­чения составляет в год около 200 мР, хотя это значение может ко­лебаться в разных регионах земного шара от 50 до 1000 мР/год и более.

Естественная радиоактивность определяется содержанием ра­дионуклидов в почвах. За год суммарное количество естественных продуктов их деления на Земле эквивалентно количеству продук­тов деления от взрыва одной атомной бомбы небольшой мощнос­ти. Естественная радиоактивность атмосферы определяется в ос­новном содержанием радона, гидросферы - содержанием урана, радия, радона. От этих источников человек подвергается воздей­ствию как внешнего (в результате излучения радионуклидов, нахо­дящихся в окружающей среде), так и внутреннего облучения (за счет радионуклидов, попадающих внутрь организма с воздухом, водой и продуктами питания). Большинство исследователей счи­тают, что наибольшее значение имеют источники внутреннего об­лучения, которые обусловливают, по данным разных авторов, примерно от 50 до 68 % ЕРФ.

Основное значение во внутреннем облучении имеют поступаю­щие с воздухом, водой и продуктами питания радионуклиды се­мейств урана-238 и тория-232, их многочисленные дочерние продукты, а также изотоп калия - калий-40. Средняя величина эф­фективной эквивалентной дозы внутреннего облучения при неиз­менном фоне составляет 0,72 мЗв/год, из которых основная часть приходится на долю семейства урана (56 %), калия-40 (25 %) и то­рия (16%).

Основным источником природных радиоактивных элементов, поступающих в организм человека, являются пищевые продукты. Удельная активность изотопов свинца 2|0РЬ и полония 210Ро в рас­тительной пище составляет от 0,02 до 0,37 Бк/кг. Особенно вы­сокая активность 210РЬ и 210Ро обнаружена в чае (до 30,5 Бк/кг). В продуктах животного происхождения (молоке) удельная актив­ность 2*°РЬ колеблется в пределах от 0,013 до 0,18 Бк/кг, а 210Ро -от 0,13 до 3,3 Бк/кг. Таким образом, суммарная радиоактивность растений в 10 раз выше, чем тканей животных. Поверхностные водоисточники могут также содержать повышенное количество радионуклидов.

В настоящее время естественный радиационный фон в резуль­тате деятельности человека качественно и количественно изме­нился. Повышение ЕРФ под влиянием новых видов технологи­ческой деятельности человека получило название техногенно-усиленного фона. Примерами такой деятельности являются широкое применение минеральных удобрений, содержащих примеси урана (например, фосфорных); увеличение добычи урановых руд; массо­вое увеличение числа авиационных перевозок, при которых кос­мическое облучение растет.

Среднегодовая эквивалентная доза облучения всего тела чело­века естественными источниками ионизирующих излучений при­мерно была равна 1 мЗв (100 мбэр). Однако с учетом техногенно-усиленного фона, поданным ООН, значение эффективной эк­вивалентной дозы облучения увеличилось в 2 раза-до 2 мЗв (200 мбэр) в год (1982). В наиболее развитых странах уровень фо­новой радиации достигает 3-4 мЗв в год.

Радиоактивное загрязнение биосферы связано с антропоген­ным воздействием, к основным источникам которого относятся производство и испытание ядерного оружия, строительство атом­ных электростанций (АЭС) и ядерных научно-исследовательских учреждений, сжигание угля. За 15 лет (с 1971 по 1986 г.) в 14 стра­нах мира на предприятиях атомной промышленности произошло 152 аварии разной степени сложности, с разными последствиями для населения и окружающей среды. Крупные аварии произошли в Великобритании, США и СССР. Серьезную опасность загряз­нений представляют аварийные выбросы радиоактивных матери­алов на названных объектах. Крупнейшие аварийные выбросы радиоактивных материалов произошли в 1957 г. на Южном Урале (Челябинская обл., окрестности г. Кыштыма) и в апреле 1986 г. в Чернобыле. Общая загрязненная площадь в результате черно­быльской аварии составила в первые дни около 200 тыс. км2. Радиоактивные осадки достигли Западной Европы, Кольского полу­острова, Кавказа. Выбросы в атмосферу при аварии на ЧАЭС име­ли специфический состав - в первые недели после взрыва основ­ным был радиоактивный йод, затем - радиоизотопы цезия- 137, стронция-90.

При густом растительном покрове травянистой растительнос­тью сорбируется около 80 % выпавших радионуклидов, при ред­ком - 40%, остальная часть радионуклидов попадает в почву. Миграция значительной части выпавших радионуклидов происхо­дит с водой по гидрологической сети.

По радиоэкологической значимости наибольший вклад в ради­ационную нагрузку вносят следующие элементы: 3 Н, 14 С, 137 Cs, 238 U, 234J, 226 Ra, 222 Rn, 2 l 0 Po, 239 Ru, 90 Sr (Клюев, 1993).

Практика обезвреживания радиоактивных отходов заключается в их разбавлении, рассеянии и длительном хранении путем остекловывания, цементирования, захоронения в слабопроницаемые участки литосферы. Отходы, разбавленные и рассеянные челове­ком, накапливаются в элементах биосферы, передаются по пище­вым цепям и в конечных их звеньях достигают величин, намного превышающих установленные нормативы. Радиоактивные выб­росы и отходы становятся безопасными для окружающей среды в течение промежутка времени, равного 20 периодам полурас­пада входящих в их состав радиоактивных элементов, основу которых составляют l 37 Cs, 90 Sr. Период полураспада стронция-90 равен 28,5 года, цезия- 1 37 - 30,2 года, и для их естественной дезактивации потребуется соответственно 570 и 604 года, что сопоставимо с продолжительностью исторических эпох. Техно­генный пресс за счет 90 Sr на порядок, a ^Cs в тысячу раз и бо­лее превышает их естественное содержание. Зона максималь­ной аккумуляции этих радионуклидов за счет их глобальных выпадений сформировалась в Северном полушарии между 20" и 60° с. ш., с наибольшей активностью в лесных заболоченных ландшафтах.

Для случаев возникновения радиационных аварий были разра­ботаны временно допустимые уровни (ВДУ) и допустимые уровни (ДУ) поступления радионуклидов внутрь организма с учетом ин­тегральных поглощенных доз за ряд последующих лет. ВДУ актив­ности радиоактивных веществ в продуктах питания в этих услови­ях рассчитывают, исходя из того, что интегральные дозы облуче­ния тела человека не должны превышать 0,1 3 в/год, а дозы облучения щитовидной железы - 0,3 Зв/грд.

Принятые комиссией Codex Alimentarius ФАО/ВОЗ допусти­мые уровни радиоактивных веществ в загрязненных пищевых продуктах, реализуемых на международном рынке и предназна­ченных для всеобщего потребления, составляют: для цезия и йода- 1000 Бк/кг, для стронция - 100, для плутония и амери­ция - 1 Бк/кг.

Для молока и продуктов детского питания допустимые уров­ни активности составляют: для цезия - 1000 Бк/кг, для строн­ция и йода- 100, для плутония и америция - 1 Бк/кг. По мне­нию ВОЗ, предлагаемые уровни основаны на критериях, обеспе­чивающих охрану здоровья и безопасность населения.

У человека в процессе эволюции не выработались специальные защитные механизмы от ионизирующих излучений, и с целью предотвращения неблагоприятных последствий для населения по рекомендации Международной комиссии по радиационной защи­те ожидаемая эффективная эквивалентная доза не должна превы­шать 5 мЗв за любой год радиоактивного воздействия.

Различают поверхностное (воздушное, аэральное) и структур­ное (корневое, почвенное) загрязнение пищевых продуктов ра­дионуклидами. При поверхностном загрязнении радиоактивные ве­щества, переносимые воздушной средой, оседают на поверхности продуктов, частично проникая внутрь растительной ткани. Более эффективно радиоактивные вещества удерживаются на растениях с опушенными листьями и стеблями, в складках листьев и соцве­тиях. При этом задерживаются не только растворимые формы ра­диоактивных соединений, но и нерастворимые. Аэральное радио­активное загрязнение растений происходит в результате выпаде­ния радиоактивных осадков из атмосферы при ядерных взрывах, авариях на АЭС. Выпадая на вегетирующие посевы, часть их осе­дает на поверхности почвы. Радионуклиды проникают в ткани на­земных органов растений при мокрых выпадениях - с дождем, а при сухих - после дождя. При высокой влажности воздуха радио­нуклиды проникают в ткани растений эффективнее, чем при низ­кой. Поверхностное загрязнение радионуклидами относительно легко удаляется даже через несколько недель.

Структурное загрязнение радионуклидами обусловлено физико-химическими свойствами радиоактивных веществ, составом почвы, физиологическими особенностями растений. Попадающие в ат­мосферу радиоактивные вещества в конечном счете концентри­руются в почве. Радионуклиды, выпавшие на поверхности почвы, на протяжении многих лет остаются в ее верхнем слое, постоянно мигрируя на несколько сантиметров в год в более глубокие слои. Это в дальнейшем приводит к их накоплению в большинстве рас­тений с хорошо развитой и глубоко проникающей корневой систе­мой. Через несколько лет после радиоактивных выпадений на зем­ную поверхность поступление радионуклидов в растения из почвы становится основным путем попадания их в пищу человека и в корм животных. Радиоактивные вещества, попадающие в почву, могут частично вымываться из нее и попадать в грунтовые воды.

Наиболее высокие уровни перехода 90 Sr и 137 Cs из почвы в рас­тения наблюдаются на дерново-подзолистых почвах легкого гра­нулометрического состава, меньше - на серых лесных почвах и самые низкие - на черноземах. Из кислых почв радионуклиды

поступают в растения в значительно больших количествах, чем из слабокислых, нейтральных или слабощелочных почв. Отношение содержания радионуклидов в единице растительной массы к со­держанию их в единице массы почвы или в единице объема ра­створа называется коэффициентом накопления. Радионуклиды, по­ступившие в надземную часть растений, в основном концентриру­ются в соломе (листья, стебли), меньше - в мякине (колосья, метелки без зерна) и в небольших количествах - в зерне. С возра­стом растений увеличивается абсолютное количество радионукли­дов в надземных органах и снижается их содержание на единицу массы сухого вещества.

Содержание радионуклидов в единице массы уменьшается по мере увеличения урожая. В товарной части растениеводческой продукции (зерно, корнеплоды, клубни) боль­ше всего 90 Sr и 137 Cs на единицу массы урожая содержат корнепло­ды (свекла, морковь) и бобовые (горох, соя, вика), за ними следу­ют картофель и зерновые злаки. Озимые зерновые культуры (пше­ница, рожь) накапливают в 2-2,5 раза меньше 90 Sr и 137 Cs, чем яровые (пшеница, ячмень, овес). Больше всего 90 Sr накапливается в корнеплодах столовой свеклы и меньше всего - в плодах тома­тов и клубнях картофеля.

По степени накопления радиоактивных веществ растения рас­полагаются в следующем порядке: табак (листья) > свекла (кор­неплоды) > бобовые > картофель (клубнеплоды) > пшеница (зер­но) >, естественная травянистая растительность (листья и стебли). Быстрее всего из почвы в растения поступает стронций-90, строн-ций-89, йод-131 барий-140 и цезий-137. Уменьшению поступле­ния в растения 90 Sr способствует внесение известковых, a 137 Cs - калийных удобрений. Внсение органических удобрений уменьша­ет поступление в растения цезия и стронция в 2-3 раза. Внесение минеральных азотных удобрений либо не оказывает существенно­го влияния на усвоение растениями радионуклидов, либо увели­чивает его. Орошение резко увеличивает интенсивность перехода радионуклидов из почвы в растения, особенно при дождевании.

В Беларуси в результате аварии на Чернобыльской АЭС основ­ным загрязнителем пахотного слоя почв и растениеводческой продукции является цезий-137. В большинстве обрабатываемых угодий он равномерно распределился в пределах пахотного слоя, а на необрабатываемых землях находится в пределах дернины. Стронций-90 более подвижен в почвенной среде и перемещается по почвенному профилю в пределах метрового слоя. К основным факторам, определяющим степень загрязнения продукции расте­ниеводства радионуклидами, относятся:

« агрохимические и агрофизические свойства почвы;

» распределение радионуклидов по почвенному профилю и водный режим почвы.

Чем меньше доля радионуклида в общей концентрации радио­нуклид + элемент-аналог, тем меньше поступает его в растение. Чем больше влажность корнеобитаемого слоя и концентрация ра­дионуклида, тем больше его поглощение. Для снижения поступле­ния в растения радионуклидов необходимо:

Поддержание уровня грунтовых вод на глубине не менее 75-
100 см от поверхности;

Внесение повышенных доз Са и К;

Внесение минеральных удобрений в подпахотный слой по­
чвы, запашка верхнего загрязненного слоя на глубину 60-80 см
с внесением в него Са и К (Афанасик и др., 2001).

При загрязнении радионуклидами содержание марганца в золе мать-и-мачехи, крапивы двудомной, хвоща лесного, щитовника мужского, мхов уменьшается на промплощадке до 0,03-0,05 %, в лесу до 0,12-0,19% при норме 0,25-0,60%. Марганец играет важную роль в процессах фотосинтеза и в азотном обмене. Погло­щение растениями радионуклидов ведет к перестройке механизма фотосинтеза и азотного обмена, роль марганца начинают выпол­нять радионуклиды. При загрязнении радионуклидами частота хромосомных аберраций в мужских половых клетках в пыльниках растений возрастает в 2 раза.

Радиоактивность большинства источников пресной воды неве­лика и определяется присутствием в основном ^К и 226 Ra. Радио­активное загрязнение пресных вод носит локальный характер и связано с попаданием в них урана и отходов атомной промыш­ленности. При эксплуатации АЭС в биосферный цикл посту­пают 3 Н, 14 С.

Пути поступления радионуклидов в организм человека с пи­щей достаточно сложны и разнообразны. Подавляющая часть радионуклидов поступает в организм человека по пищевым це­пям. Основным каналом вовлечения радионуклидов в пищевые цепи является сельское хозяйство. Растения могут загрязняться в процессе выпадения радионуклидов из воздуха (аэральный путь загрязнения). В то же время выпавшие радионуклиды по­падают в почву, из почвы - в корни растений и снова через ра­стения - в организм животного и человека.

Значительная часть радионуклидов поступает в организм чело­века по пищевой цепи: почва - сельскохозяйственные живот­ные - продукция животноводства - человек. Радионуклиды по­ступают в организм животных через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт с пищей и через поверхность кожи. Жвачные животные потребляют много грубых и сочных кормов. С травой в их организм попадает большое количество радионуклидов, выпав­ших на пастбище. Продукты животноводства (особенно молоко и молочные продукты) - основной источник радионуклидов для человека. В некоторых случаях с растительной пищей в организм человека может поступать до 40-60 % 137 Cs и 90 Sr/

Наиболее интенсивно радионуклиды накапливаются у молодых животных. Отложение 90 Sr в организме животных зависит от уров­ня кальциевого питания. Насыщение кальцием рациона, содержа­щего относительно мало этого элемента, позволяет снизить на­копление радиостронция в скелете в 2-4 раза. Мягкие органы и ткани накапливают небольшое количество 90 Sr. Более высокие концентрации радионуклида отмечаются у мелких животных (овцы, козы), а сравнительно низкие - у крупного рогатого скота, свиней, лошадей. Концентрация 90 Sr в сале и внутреннем жире обычно в несколько раз ниже, чем в мышечной ткани. Закономер­ности накопления 137 Cs в организме животных имеют много об­щего с особенностями отложения 90 Sr. Цезий выводится из орга­низма животных быстрее, чем 90 Sr. Радиоактивные продукты деле­ния выводятся в основном через желудочно-кишечный тракт. Исключение составляют радиоактивные изотопы йода, которые экскретируются из организма в основном через почки. Чем выше молочная продуктивность, тем большее количество радионукли­дов выделяется с суточным удоем. В конце лактации концент­рация 90 Sr и 131 1 в расчете на 1 л молока возрастает примерно в 1,5 раза. Поступление этих радионуклидов в молоко снижается при добавлении в рацион коров йодистого натрия и карбоната кальция. После выпадения продуктов ядерного деления на мест­ности возможно интенсивное загрязнение куриных яиц радиоак­тивными веществами, особенно если куры значительную часть времени находятся вне помещения.

Можно выделить следующие пути поступления радионуклидов в организм человека: растение - человек; растение - животное - молоко - человек; растение - животное - мясо - человек; ат­мосфера - осадки - водоемы - рыба - человек; вода - человек; вода - гидробионты - рыба - человек.

Кроме пищевого радионуклиды поступают в организм воздуш­ным и кожным путями. Воздушный путь наиболее опасен в пери­од рассеивания радионуклидов после аварии или выброса в атмо­сферу из-за большого объема легочной вентиляции и высокого ко­эффициента захвата и усвоения организмом изотопов из воздуха.

В зависимости от природы и химических соединений радио­нуклида процент его всасывания в пищеварительном тракте ко­леблется от нескольких сотых (цирконий, ниобий, редкоземель­ные элементы, включая лантаниды) до нескольких единиц (вис­мут, барий, полоний), десятков (железо, кобальт, стронций, радий) и до сотен (тритий, натрий, калий) процентов. Всасывание через неповрежденную кожу, как правило, незначительно. Только тритий легко всасывается в кровь через кожу.

Радиоактивные изотопы (I) накапливаются в организме так же, как и нерадиоактивные формы. Некоторые радионуклиды об­ладают химическим сродством с биогенными элементами, необхо­димыми организму. Установлено, что 90 Sr включается в круговорот подобно кальцию, 137 Cs - подобно калию. Основные природ­ные радионуклиды в наземной биоте- 14 С, 40 К, 210 РЬ, 210 Ро. Два последних радионуклида концентрируются в костных тканях.

В окружающей среде радионуклиды рассеиваются и могут кон­центрироваться живыми организмами при прохождении по пище­вым цепям. Радионуклиды активно концентрируются микроорга­низмами. Их концентрации в микроорганизмах могут в 300 раз превышать содержание радионуклидов в окружающей среде.

6.4.3. УСТОЙЧИВОСТЬ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ К ВОЗДЕЙСТВИЮ РАДИАЦИИ

Среди растений наиболее высокой радиационной устойчивос­тью обладают водоросли, лишайники, мхи. Их жизнедеятельность наблюдается при уровнях радиации 10-100 кР. Среди семенных растений наиболее радиочувствительные хвойные породы. Листвен­ные породы в 5-8 раз устойчивее хвойных. Уровень радиации, вызывающий гибель половины растений (LD 50), составляет для хвойных пород 380-1200 Р, а для лиственных -2000-100000 Р. Травы примерно в 10 раз устойчивее древесных растений. Среди культурных растений люпин, эспарцет, люцерна, клевер при малых и более высоких дозах испытывают радиостимуляцию. Пшеница, ячмень, просо, лен, горох проявляют радиостимуляцию при малых и угнетение развития при более высоких концентрациях радионук­лидов в почве.

Сравнительно высокие показатели радиоустойчивости харак­терны для почвенных простейших, бактерий. LD 50 / 30 (доза, после получения которой половина организмов гибнет за 30 дней) со­ставляет у них 100-500 кР. Радиоустойчивость многоклеточных животных в среднем тем ниже, чем выше уровень их организации. В частности, ^Ао/зо составляет у круглых червей 10-400 кР, кольча­тых червей 50-160, паукообразных 8-150, ракообразных (мокрицы) 8-100, многоножек 15-180, имаго насекомых 80-200, личинок младших возрастов и куколок насекомых 2 -25, млекопитающих 0,2-1,3, человека 0,5кР (Криволуцкий, 1983). У всех организмов особенно чувствительны к воздействию излучений клетки, нахо­дящиеся в состоянии быстрого роста и размножения. Повышен­ные уровни излучения легче переносят партеногенетические фор­мы и гермафродиты, чем обоеполые.

Через 2,5 мес после аварии в Чернобыле в 3 км от АЭС почвен­ная мезофауна в верхнем 3-сантиметровом слое почвы в сосняках на песчаных почвах была представлена лишь небольшим количе­ством личинок двукрылых. В результате аварийного выброса радио­активных элементов она была практически уничтожена. Числен­ность панцирных клещей снизилась в 30-40 раз, ногохвосток - в 9-10 раз. В пахотных почвах влияние радиации было менее губительным, численность почвенных насекомых в них снизилась в 2 раза. Через 2,5 года после аварии общая численность почвен­ной мезофауны практически полностью восстановилась. Наибо­лее уязвимым для радиации оказались яйца и ранние стадии по­стэмбрионального развития беспозвоночных. Наибольшую роль в перераспределении радиоактивных элементов по почвенному профилю играли дождевые черви.

В полевых экспериментах при внесении в черноземную почву плутония-239 через три года численность дождевых червей и ли­чинок насекомых сократилась в 2 раза, клещей - в 5-6, ногохвос­ток - в 7-8 раз; количество видов панцирных клещей уменьши­лось почти вдвое. Восстановление общей численности и видового разнообразия почвенной фауны произошло лишь через 18 лет (Биоиндикаторы и биомониторинг. - Загорск, 1991).

6.4.4. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

В зависимости от распределения в тканях организма различают остеотропные радионуклиды, накапливающиеся преимуществен­но в костях, - радиоизотопы стронция, кальция, бария, радия, иттрия, циркония, плутония; концентрирующиеся в печени (до 60 %) и частично в костях (до 25 %) - церий, лантан, прометий; равномерно распределяющиеся в тканях организма - тритий, уг­лерод, железо, полоний; накапливающиеся в мышцах - калий, рубидий, цезий; в селезенке и лимфатических узлах - ниобий, ру­тений. Радиоизотопы йода избирательно накапливаются в щито­видной железе, где их концентрация может быть в 100-200 раз выше, чем в других органах и тканях.

Механизм воздействия ионизирующего излучения на биологи­ческие объекты, в том числе и на человека, подразделяют на три этапа.

Первый этап. На этом физико-химическом этапе, который про­должается тысячные и миллионные доли секунды, в результате поглощения большого количества энергии излучения образуются ионизированные, активные в химическом отношении атомы и молекулы. Происходит множество радиационно-химических ре­акций, приводящих к разрыву химических связей. Вследствие первичной ионизации в воде образуются свободные радикалы (Н + , ОН - НО 2 - и др.). Обладая высокой химической активнос­тью, они реагируют с ферментами и тканевыми белками, окисляя или восстанавливая их, что приводит к разрушению молекул бел­ка, изменению ферментных систем, расстройству тканевого дыха­ния, т. е. к глубокому нарушению биохимических и обменных процессов в органах и тканях и накоплению токсичных для орга­низма соединений.

Второй этап. Он связан с воздействием ионизирующего излуче­ния на клетки организма и продолжается от нескольких секунд до нескольких часов. Поражаются различные структурные элементы ядер клеток, в первую очередь ДНК. Происходит повреждение хромосом, которые являются ответственными за передачу наслед­ственной информации. При этом возникают хромосомные абер­рации - поломки, перестройка и фрагментация хромосом, обус­ловливающие отдаленные онкогенные и генетические послед­ствия.

Третий этап. Этот этап характеризуется воздействием излуче­ния на организм в целом. Его первые проявления могут возникать уже через несколько минут (в зависимости от полученной дозы), усиливаться в течение нескольких месяцев и реализовываться че­рез многие годы.

Чувствительность различных органов и тканей человека к ионизирующему излучению неодинакова. Для одних тканей и клеток характерна большая радиочувствительность, для других - наоборот, большая радиоустойчивость. Наиболее чувствительны к облучению кроветворная ткань, незрелые форменные элементы крови, лимфоциты, железистый аппарат кишок, половые железы, эпителий кожи и хрусталик глаза; менее чувствительны - хряще­вая и фиброзная ткани, паренхима внутренних органов, мышцы и нервные клетки.

Радиочувствительность различных клеток варьирует в широких пределах, достигая десятикратных различий между наибольшими и наименьшими значениями повреждающих доз. Молодые клетки соединительной ткани полностью лишаются способности к вос­становлению при облучении в дозе около 40 Гр, кроветворные клетки костного мозга полностью погибают уже при дозе 6 Гр.

Поражающее действие ионизирующего излучения. Это действие зависит от целого ряда факторов. Во-первых, оно носит строго ко­личественный характер, т. е. зависит от дозы. Во-вторых, существен­ную роль играет и характеристика мощности дозы радиационного воздействия: одно и то же количество энергии излучения, поглощен­ной клеткой, вызывает тем большее повреждение биологических структур, чем короче срок облучения. Большие дозы воздействия, растянутые во времени, вызывают существенно меньшие повреж­дения, чем те же дозы, поглощенные за короткий срок.

Таким образом, эффект облучения зависит от величины погло­щенной дозы и временного распределения ее в организме. Облучение может вызвать повреждения от незначительных, не дающих кли­нической картины, до смертельных. Однократное острое, а так­же пролонгированное, дробное или хроническое облучение уве­личивают риск отдаленных эффектов - рака и генетических нару­шений.

Оценка риска появления злокачественных опухолей в значи­тельной мере основана на результатах обследования пострадавших

при атомных бомбардировках Хиросимы и Нагасаки и подтверж­дается результатами обследований пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС.

Острое облучение в дозе 0,25 Гр еще не приводит к заметным изменениям в организме. При дозе 0,25-0,50 Гр наблюдаются из­менения показателей крови и другие незначительные нарушения. Доза 0,5-1 Гр вызывает более значительные изменения показате­лей крови - снижение числа лейкоцитов и тромбоцитов, измене­ние показателей обмена, иммунитета, вегетативные нарушения. Пороговой дозой, вызывающей острую лучевую болезнь, принято счи­тать 1 Гр.

Опасность внутреннего облучения обусловлена попаданием и накоплением радионуклидов в организме через продукты пита­ния. Биологические эффекты воздействия таких радиоактивных веществ аналогичны возникающим при внешнем облучении.

Длительность внутреннего и внешнего облучения тканей зави­сит от периода полураспада радионуклида (фактического) Т ф и периода его полувыведения из организма (биологического) Т б. С учетом этих двух показателей вычисляется эффективный период Гдф, в течение которого активность радионуклида уменьшается вдвое: Т эф = ТфТ 6 /(Т ф + Т 6). У разных радионуклидов Т эф колеб­лется от нескольких часов и суток (например, " 31 1) до десятков лет (90 Sr, 137 Cs) и десятков тысяч лет (239 Ри). Биологическое действие радиоактивных веществ различных химических классов избира­тельно.

Йод (I). Радиоактивные изотопы йода (131 1) могут поступать в организм человека через органы пищеварения, дыхания, кожу, ра­невые и ожоговые поверхности. Поступающий в организм радио­активный йод быстро всасывается в кровь и лимфу. В течение пер­вого часа в верхнем отделе тонкого кишечника всасывается от 80 до 90 % йода. По накоплению йода органы и ткани образуют убы­вающий ряд: щитовидная железа > почки > печень > мышцы > ко­сти. Снижение уровня гормонов в организме под воздействием радиоактивного йода, их неполноценность, а также возрастающая при этом потребность в них приводят к нарушению нейроэндок-ринных коррелятивных связей в звене гипофиз - щитовидная же­леза с последующим вовлечением в процесс и других эндокринных органов. Основным путем выведения йода из организма являются почки. Из организма в целом, щитовидной железы, печени, почек, селезенки, скелета йод выводится с Т 6 , равным 138, 138, 7, 7, 7 и 12 сут соответственно. Меры профилактики и помощи при поступ­лении радиоактивного йода в организм заключаются в ежесуточном потреблении солей нерадиоактивного йода, г: йодида калия - 0,2, йодида натрия - 0,2, сайодина - 0,5 или тереостатиков (мерказо-лил 0,01, 6-метилтиоурацил 0,25, перхлорат калия 0,25).

Цезий (Cs). Природный цезий состоит из одного стабильного изотопа - 133 Cs - и 23 радиоактивных изотопов с массовыми числами от 123 до 132 и от 134 до 144. Наибольшее значение имеет ра­диоактивный изотоп 137 Cs. В 2000 г. от АЭС всех стран мира в ат­мосферу было выброшено около 22,2 10 19 Бк 137 Cs. Этот изотоп поступает в организм человека преимущественно с пищевыми продуктами (через органы дыхания попадает примерно 0,25 % его количества) и практически полностью всасывается в пищевари­тельном тракте. Примерно 80 % его откладывается в мышечной ткани, 8 % - в костях. По степени концентрирования 137 Cs все ткани и органы распределяются следующим образом: мышцы > > почки > печень > кости > мозг > эритроциты > плазма крови. Около 10 % 137 Cs быстро экскретируется из организма, 90 % его выводится более медленными темпами. Биологический период полувыведения этого радионуклида у взрослых колеблется от 10 до 200 сут, составляя в среднем 100 сут, поэтому содержа­ние его в организме человека практически полностью опреде­ляется его поступлением с пищевыми продуктами в течение года и, следовательно, зависит от степени загрязненности про­дуктов 137 Cs. В Российской Федерации радиационная безопас­ность пищевой продукции определяется ее соответствием допу­стимым уровням удельной активности 137 Cs. Допустимые уров­ни этого изотопа составляют в грибах 500 Бк/кг, поваренной соли - 300, сливочном масле, шоколаде, рыбе, овощах, сахаре, мясе -100-160, хлебе, крупах, зерне, сырах- 40-80 Бк/кг, растительном масле, молоке 40-80 Бк/л, питьевой воде - 8 Бк/л (приложение 2).

При увеличении содержания в пищевом рационе солей калия, натрия, а также воды, пищевых волокон происходит ускорение выведения 137 Cs и замедление его всасывания. Эта особенность обмена позволила разработать высокоэффективные адсорбенты-протекторы, такие, как берлинская лазурь, пектиновые вещества и др., связывающие 137 Cs в пищеварительном тракте и тем самым ускоряющие его выделение из организма.

Стронций (Sr). Природный стронций, как и другие радионукли­ды, состоит из смеси стабильных и нестабильных изотопов. Как аналог кальция стронций активно участвует в обмене веществ рас­тений. Относительно большое количество радиоактивного изотопа 90 Sr накапливают бобовые культуры, корне- и клубнеплоды, злаки.

Радионуклид 90 Sr поступает в организм через желудочно-ки­шечный тракт, легкие и кожу. Уровни всасывания стронция из желудочно-кишечного тракта колеблются от 5 до 100 %. Стронций быстро всасывается в кровь и лимфу из легких.

Важное значение при выведении стронция из желудочно-ки­шечного тракта имеет диета. Его всасывание уменьшается с повы­шением содержания в пище солей кальция и фосфора, а также при введении высоких доз тироксина.

Независимо от пути поступления в организм растворимые соеди­нения радиоктивного стронция в основном накапливается в скелете В мягких тканях задерживается менее 1 %, остальное количе­ство откладывается в костной ткани. Со временем в костях кон­центрируется большое количество стронция, располагающегося в различных слоях костной ткани, а также в зонах ее роста, что при­водит к формированию в организме участков с высокой радиоак­тивностью. Биологический период полувыведения 90 Sr из орга­низма составляет от 90 до 154 сут.

Именно 90 Sr в первую очередь вызывает лейкемию. В организм человека он попадает преимущественно с растительной пищей, мо­лочными продуктами и яйцами. Радиационное поражение организ­ма 90 Sr увеличивается за счет его дочернего продукта иттрия - 90 Y. Уже через месяц активность 90 Y практически достигает равновес­ного значения и становится равной активности 90 Sr. В дальнейшем она определяется периодом полураспада 90 Sr. Наличие в организме пары ^Sr/^Y может вызвать поражение половых желез, гипофиза и поджелудочной железы. Допустимые уровни 90 Sr в пищевых про­дуктах в соответствии с требованиями СанПиН 2.3.2.1078-01 со­ставляют в зерне, сырах, рыбе, крупах, муке, сахаре, соли 100- 140 Бк/кг, мясе, овощах, фруктах, сливочном масле, хлебе, мака­ронных изделиях - 50-80 Бк/кг, растительном масле 50-80 Бк/л, молоке - 25, питьевой воде - 8 Бк/л (см. приложение 2).

6.4.5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОДУКЦИИ

Уменьшения поступления радионуклидов в организм с пищей можно достичь путем снижения их содержания в продуктах с по­мощью различных приемов, а также использования рационов, со­держащих их в минимальном количестве.

За счет обработки пищевого сырья (тщательного мытья, чистки продуктов, отделения малоценных частей) можно удалить от 20 до 60 % радионуклидов. Так, перед мытьем некоторых овощей целе­сообразно удалять верхние, наиболее загрязненные листья (капус­та, лук репчатый и др.). Картофель и корнеплоды обязательно моют дважды: перед очисткой от кожуры и после.

Наиболее предпочтительным способом кулинарной обработки пищевого сырья в условиях повышенного загрязнения окружаю­щей среды радиоактивными веществами является варка. При от­варивании значительная часть радионуклидов переходит в отвар. Использовать отвары в пищу нецелесообразно. Для получения от­вара нужно варить продукт в воде 10 мин, а затем слить воду и продолжать варку в новой порции воды. Такой отвар уже можно использовать в пищу: например, он приемлем при приготовлении первых блюд.

Мясо перед приготовлением в течение 2 ч следует замочить в холодной воде, порезав его небольшими кусками, затем снова за- лить холодной водой и варить при слабом кипении в течение 10 мин, слить воду и в новой порции воды варить до готовности. При жарении мяса и рыбы происходит их обезвоживание и на по­верхности образуется корочка, препятствующая выведению ра­дионуклидов и других вредных веществ. Поэтому при вероятности загрязнения пищевых продуктов радиоизотопами следует отдавать предпочтение отварным мясным и рыбным блюдам, а также блю­дам, приготовленным на пару.

На выведение радионуклидов из продукта в бульон влияют со­левой состав и реакция воды. Так, выход 90 Sr в бульон из кости составляет (в процентах от активности сырого продукта): при вар­ке в дистиллированной воде - 0,02; в водопроводной - 0,06; в во­допроводной с лактатом кальция - 0,18.

Питьевая вода из централизованного водопровода обычно не требует какой-либо дополнительной обработки. Необходимость дополнительной обработки питьевой воды из шахтных колодцев состоит в ее кипячении в течение 15-20 мин. Затем следует ее ох­ладить, отстоять и осторожно, не взмучивая осадка, перелить про­зрачный слой в другую посуду.

Существенного снижения содержания радионуклидов в молоч­ных продуктах можно достичь путем получения из молока жиро­вых и белковых концентратов. При переработке молока в сливках остается не более 9 % цезия и 5 % стронция, в твороге - соответ­ственно 21 и 27, в сырах - 10 и 45. В сливочном масле всего около 2 % цезия от его содержания в цельном молоке.

Для выведения уже попавших в организм радионуклидов необ­ходима высокобелковая диета. Употребление белка должно быть увеличено не менее чем на 10 % от суточной нормы, для восполне­ния носителей SH-групп, окисляемых активными радикалами, образуемыми радионуклидами. Источниками белковых веществ кроме мяса и молочных продуктов являются продукты из семян бобовых растений, морская рыба, а также крабы, креветки и каль­мары.