1. Питание и здоровье человека. Предупреждение желудочно-кишечных заболеваний
Вещества, поступающие в наш организм с пищей, являются источниками энергии (энергетическая функция), а также материалом для построения клеток различных тканей (пластическая функция). Их можно разделить на неорганические (вода и минеральные соли) и органические (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины).
Вода – наиболее распространенное вещество в нашем организме. Организм взрослого человека состоит из воды приблизительно на 65%, а человеческого эмбриона – на 90%. В сутки организм человека теряет около 2,0–2,5 л воды и столько же получает с питьем и пищей. Вода и растворенные в ней минеральные соли всасываются во всех отделах желудочно-кишечного тракта, но более всего – через ворсинки тонкого кишечника. Обезвоживание приводит к быстрой гибели организма – без воды человек может жить 5–6 дней, тогда как без пищи он может обходиться более месяца. Вода необходима организму в качестве среды, в которой проходят все химические реакции. Она является транспортным средством и переносит в растворенном виде различные вещества (плазма крови, лимфа, межклеточная жидкость), обеспечивает терморегуляцию. Вода удаляется из организма через почки (около 1 л в сутки), кожу (до 0,8 л в сутки), через легкие (около 0,5 л в сутки), с калом.
Организму человека необходимы разнообразные минеральные соли. В сутки мы должны получать с пищей и питьем не менее 5 г натрия, столько же хлора, 3–5 г калия, по 1 г кальция и фосфора, около 0,5 г магния. Перечисленные вещества называют макроэлементами, поскольку их содержание в нашем организме исчисляется десятками и сотнями граммов.
Функции макроэлементов весьма многочисленны. Так, ионы натрия, калия и хлора являются основными ионами межклеточной среды и цитоплазмы, а фосфаты кальция и магния входят в состав костей. Калий, натрий, кальций и хлор необходимы для нормальной работы нервной и мышечной систем, кальций является одним из факторов свертывания крови, фосфор входит в состав нуклеиновых кислот и т.д.
Кроме макроэлементов нам необходимы микроэлементы – вещества, суточная потребность в которых исчисляется миллиграммами, но в их отсутствии нормальная жизнедеятельность невозможна. К микроэлементам относят железо, медь, йод, цинк, фтор и ряд других (всего около 30) элементов. Все они входят в состав ферментов и транспортных белков (например, гемоглобина) либо являются структурными составляющими молекул небелковой природы (йод – молекул тироксина, фтор – эмали зубов).
Органические вещества делятся на заменимые (те, которые наши клетки могут синтезировать самостоятельно) и незаменимые (те, которые организм может получить только с пищей). Наличие в пище незаменимых органических соединений является обязательным условием нормального пластического обмена.
Белки являются полимерами, состоящими из 20 типов мономеров – аминокислот. После распада белков в желудочно-кишечном тракте аминокислоты всасываются и попадают в кровяное русло. Их главная функция – пластическая (построение белков нашего организма). Реже аминокислоты используются как источник энергии (при распаде 1 г белков может выделиться до 17,6 кДж энергии).
Аминокислоты подразделяются на заменимые и незаменимые. К заменимым относятся глицин, серин и др. Однако 10 (у новорожденных 12) аминокислот в наших клетках не синтезируются и обязательно должны присутствовать в пище. Часть из них встречается практически в любых белках, другие – весьма редко. Наиболее часто в пищевых белках недостаточно содержание лизина, триптофана и метионина. Тем не менее некоторые пищевые белки в достаточном количестве содержат все необходимые человеку аминокислоты. Это белки животного происхождения, представляющие наибольшую пищевую ценность. Белки растительного происхождения, прежде всего злаков, содержат существенно меньше незаменимых аминокислот. Белки бобовых (особенно сои) и орехов занимают промежуточное положение между животными белками и белками злаков. Минимальную пищевую ценность представляют белки грибов.
Подсчитано, что за сутки в нашем теле распадается около 400 г белков. При этом две трети образовавшихся аминокислот не выводится из организма, а используется вновь. Остальные аминокислоты, окисляясь, образуют воду, углекислый газ и аммиак. В клетках печени аммиак превращается в мочевину, выводимую в составе мочи. Для восполнения потери аминокислот в сутки с пищей в организм должно поступать 80–100 г белков, из них не менее половины – животного происхождения.
Углеводы являются главным источником энергии в организме. Глюкоза необходима для нормальной работы мозга. Снижение ее содержания в плазме крови в два раза, с 0,1% до 0,05%, приводит к быстрой потере сознания, судорогам и гибели человека. В организм углеводы попадают в виде полисахаридов (прежде всего крахмала), дисахаридов (сахароза) или моносахаридов. Всасываются они в виде моносахаридов через ворсинки тонкого кишечника и далее попадают в кровь.
При большом количестве углеводов в пище их избыток превращается в печени и мышцах в гликоген, откладываясь «про запас». Всего в организме человека может откладываться до 400 г гликогена. Расщепление 1 г глюкозы до углекислого газа и воды сопровождается выделением 17,6 кДж энергии. Исходя из средних энергозатрат взрослому человеку необходимо получать с пищей 400–500 г глюкозы в сутки. Помимо энергетической углеводы выполняют также пластическую функцию, входя, например, в состав нуклеиновых кислот.
Жиры также являются для нас источником энергии. Распад 1 г жиров приводит к высвобождению 38,9 кДж энергии. Значительная часть энергетических потребностей печени, мышц, почек (но не мозга) покрывается за счет окисления жиров. В организм человека жиры поступают как с животной, так и с растительной пищей. Распадаясь под действием ферментов на глицерин и жирные кислоты, жиры уже в клетках кишечного эпителия вновь восстанавливают свою структуру и затем переносятся в лимфатические сосуды.
Незаменимым компонентом жиров являются жирные кислоты, содержащие две и более ненасыщенных С=С связей (линолевая кислота, арахидоновая кислота и др.). Эти соединения присутствуют в жирах растительного происхождения и необходимы для построения клеточных мембран, определяя их текучесть, проницаемость, активность встроенных в мембраны ферментов и др. Потребность в жирах составляет в среднем 80–100 г в сутки (из них не менее трети должны быть растительными). Избыток жира откладывается в подкожной жировой клетчатке, причем могут образовываться жировые депо, достаточные для покрытия затрат энергии в течение многих суток.
Недостаточное питание ведет к недополучению человеком энергии. В результате наш организм обращается к резервным запасам – сначала гликогена, а потом жиров. При продолжающемся голодании может начаться разрушение мышц и многих внутренних органов.
Однако пища должна обеспечивать человека не только энергией, но и материалами для пластического обмена. Недостаток незаменимых аминокислот ведет к так называемому белковому голоданию, при котором снижается скорость роста организма, нарушается развитие многих его систем. Недостаток незаменимых жирных кислот отражается прежде всего на состоянии тех органов, в которых идут процессы активного клеточного деления (кожа, слизистые, кроветворные ткани и др.).
Качество потребляемой пищи и режим питания в значительной мере определяют состояние желудочно-кишечного тракта. Питание в одни и те же часы вызывает обильное условно-рефлекторное выделение пищеварительных соков, что делает разложение питательных веществ более эффективным. Напротив, отсутствие режима питания может привести к повреждению стенок желудка и кишечника собственными ферментами (гастриты, язвы). Умеренность в пище также приводит к наилучшему усвоению веществ. Переедание снижает качество пищеварения и приводит к попаданию в толстый кишечник непереваренных органических соединений, что вызывает бурное размножение микрофлоры.
Серьезные проблемы может вызвать потребление несвежей пищи, в которой развились болезнетворные микроорганизмы. Наиболее опасными из них являются бактерии, вызывающие дизентерию, брюшной тиф, холеру. Выделяемые ими токсины могут привести к сильному отравлению организма и поставить под угрозу жизнь человека.
К желудочно-кишечным примыкают глистные заболевания, поскольку яйца плоских и круглых червей попадают в наш организм также с пищей. Меры профилактики всех этих заболеваний просты: мытье рук, а также овощей и фруктов, борьба с мухами; сырую воду нельзя пить ни в коем случае, а мясо и рыба должны быть хорошо прожарены или проварены.
2. Членистоногие – переносчики возбудителей болезней человека и животных, вредители культурных растений
Сухопутные членистоногие – паукообразные и насекомые – освоили самые разные места обитания и приспособились к питанию как растительной, так и животной пищей. При этом многие из них повреждают культурные растения, и в этом качестве рассматриваются как сельскохозяйственные вредители. Другие членистоногие могут являться постоянными либо временными паразитами человека и домашних животных, также принося немалый вред, а в некоторых случаях – распространяя инфекционные заболевания.
В классе паукообразных основными переносчиками заболеваний являются клещи. Некоторые виды клещей являются кровососами млекопитающих. В ходе кровососания возможна передача хозяину возбудителей ряда инфекций, наиболее опасной из которых является клещевой энцефалит. Вирус, являющийся причиной энцефалита, обитает в теле копытных, не вызывая у них заболевания. Клещи (собачьи и таежные) передают возбудителя от животного к животному, следовательно, очаги энцефалита постоянно существуют в природе. Если зараженный клещ кусает человека, то человек заболевает, причем размножение вируса сопровождается воспалительными процессами в нервной системе, подъемом температуры, слабостью, а в тяжелых случаях – бредом и судорогами. Чтобы исключить возможность заражения энцефалитом, необходимо делать предохранительные прививки, а после посещений леса – переодеваться и тщательно осматривать одежду и поверхность тела.
Чесоточный клещ вызывает у человека заболевание чесоткой. Самка клеща, имея очень малую длину тела (0,3–0,4 мм), прокладывает ходы внутри верхнего слоя кожи, тем самым вызывая сильнейший зуд. Клещи выбирают тонкую кожу: на боковой поверхности пальцев, внутренних поверхностях сгибов рук и ног, животе и боковой поверхности грудной клетки. Заражение чесоткой происходит через рукопожатие, одежду, полотенца.
Значительный ущерб растениеводству наносят мелкие виды клещей, высасывающие сок культурных растений. Из них наиболее известен паутинный клещ, повсеместно распространенный и способный обитать более чем на 200 видах растений. Эти желтовато-зеленые (весной) или оранжево-красные (осенью) клещи живут скоплениями на нижней поверхности листьев, покрывая ее слоем паутины. Особенно сильно вредят они парниковым растениям.
Среди насекомых основными переносчиками болезней также являются кровососущие виды – комары, блохи, вши и др. Комары относятся к отряду двукрылых. Кровососами являются только самки, которым белковая пища позволяет резко увеличить количество откладываемых яиц.
Комары передают комариные энцефалиты, а также малярию. В последнем случае комар является для возбудителя малярии не просто переносчиком, а основным (окончательным) хозяином, в теле которого малярийный плазмодий при достаточно высокой температуре окружающей среды способен интенсивно размножаться половым путем. Заболевание переносят не все комары, а только представители особого рода анофелесов (малярийных комаров). От других сходных групп их можно отличить по посадке на поверхности стены, потолка и т.п. – малярийный комар располагает тело под углом к поверхности, а не параллельно ей. Его личинка, напротив, при дыхании располагается под водой горизонтально, прикрепившись к поверхностной пленке.
Другой кровососущей группой двукрылых являются слепни, укусы которых очень болезненны. Они способны переносить возбудителей туляремии (бактериальная инфекция, которой в природных очагах болеют грызуны и зайцеобразные), а также возбудителей ряда заболеваний копытных (в том числе сибирской язвы).
Блохи – это отряд исключительно кровососущих насекомых с полным превращением. Личинки блох червеобразные и питаются гниющими животными остатками. Тело блох сильно сжато с боков и приспособлено к передвижению в волосяном покрове хозяина. В ходе приспособления к паразитическому образу жизни блохи утратили крылья, но приобрели способность к мощным прыжкам. Блохи являются промежуточными хозяевами некоторых глистов и могут переносить возбудителей таких опасных заболеваний, как сыпной тиф и чума. Чума – это чрезвычайно заразное заболевание, вызывающее развитие острых воспалительных процессов в лимфатических узлах, легких и т.п. Его возбудителем является бактерия чумная палочка. Источником чумной палочки являются грызуны (суслики, полевки, а в населенных пунктах мыши и крысы). Блохи при кровососании переносят возбудителей от грызуна к грызуну и от грызуна к человеку.
Вши – также отряд кровососущих насекомых, лишившихся крыльев. Развитие вшей идет с неполным превращением, весь цикл развития протекает на хозяине. Вши имеют уплощенное тело, их конечности и ротовой аппарат обеспечивают надежное удержание животного на поверхности тела человека и его одежде. Вши способны переносить возбудителей сыпного и возвратного тифа – заболеваний, характеризующихся очень высокой температурой, сильными головными болями, серьезными осложнениями и т.д. Заражение происходит при раздавливании вши и затем втирании возбудителей в трещины кожи (при расчесывании зудящих мест).
Головная (А) и платяная (Б) вши
Однако чтобы переносить заболевания, насекомому не обязательно быть кровососом; ему достаточно просто посещать места скопления болезнетворных бактерий, а затем – жилые помещения. Примером таких насекомых могут служить мухи. Поскольку личинки мух питаются гниющими органическими веществами, взрослые мухи проявляют повышенный интерес к всевозможным отбросам и нечистотам. Садясь на продукты питания, мухи могут оставить на них возбудителей различных заболеваний, в том числе дизентерии и брюшного тифа. Борьба с мухами является необходимым условием предотвращения желудочно-кишечных инфекций.
Огромный вред человеку наносят насекомые, поедающие и повреждающие культурные растения. Практически всегда растениеводство сопровождается борьбой с повсеместно распространенными мелкими вредителями – тлями, гусеницами бабочек, ложногусеницами пилильщиков, различными жуками и их личинками, клопами, высасывающими сок растений, и др. При этом, если у деревьев и кустарников повреждаются в первую очередь завязи и плоды, а гибели всего растения обычно удается избежать, то в случае травянистых часто вопрос стоит о самом выживании растения. Классическими примерами насекомых-вредителей являются виды, специализирующиеся на питании какой-либо группой культурных растений (гусеница капустной белянки – на капусте, колорадский жук и его личинки – на пасленовых и т.д.).
Боярышница
1 – бабочка; 2 – кладка яичек; 3 - куколка; 4 – пустая оболочка куколки; 5 – лист, «скелетированный» молодыми гусеницами
Однако существуют и «неразборчивые» виды насекомых, способные повреждать самые разные растения. Так, появление больших скоплений саранчи или резкое увеличение численности непарного шелкопряда приобретает характер стихийных бедствий, поскольку в этом случае насекомые способны в короткий срок уничтожить урожай (или лесные массивы) на огромных территориях. Остановить подобное нашествие нередко удается лишь с помощью большого количества ядохимикатов либо применяя «биологическое оружие» – возбудителей болезней насекомых.
Характеризуя различные группы вредоносных насекомых, следует упомянуть также о вредителях запасов (различных мелких жуках, чешуекрылых и т.п.) и непрошеных соседях человека, приспособившихся к обитанию в жилых постройках и питанию «с человеческого стола», – тараканах, мелких муравьях, термитах (в тропических и субтропических странах).
Однако, несмотря на приведенный довольно большой список, следует помнить, что не более 1% членистоногих прямо или косвенно причиняют человеку вред. Жизнедеятельность остальных мало пересекается со сферой наших хозяйственных интересов, но является необходимым компонентом в функционировании природных наземных биогеоценозов.