ВВЕДЕНИЕ В БИОХИМИЧЕСКУЮ ЭКОЛОГИЮ ВОДНО-ПИЩЕВОГО РАЦИОНА ЧЕЛОВЕКА (3-е издание)

С.А.Остроумов
Предлагаемая программа нового курса или цикла лекций является оригинальной авторской разработкой на основе предыдущих публикаций автора по биохимической экологии и вопросам водно-пищевого рациона человека. Этот курс может рассматриваться как одна из глав экологии человека или биохимической экологии человека.

Наряду со материалами, которые автор собирал в течение ряда лет, работая в МГУ, использован также материал, который был собран им во время стажировки в США (Университет штата Джорджия и Агентство по охране окружающей среды США) в 2005 году. 2-е издание программы опубликовано в сборнике 2006, с.172-175. Здесь представлено 3-е издание.

Курс состоит из частей:

1. Вводная часть. Приложение концепции экологических факторов к водно-пищевому рациону человека.

2. Вода как часть водно-пищевого рациона и как экологический фактор.

3. Биохимические и химические компоненты пищи как экологические факторы.

4. Организационные и информационные аспекты развития данной области знания. Источники получения новой информации.
1. Вводная часть. Приложение концепции экологических факторов к водно-пищевому рациону человека.

История науки о питании (human nutrition). Элементы биохимии и физиологии питания человека и фунционирование пищеварительного тракта. Связь между познанием водно-пищевого рациона в экологии животных и познанием водно-пищевого рациона человека. Недостаточная изученность теоретических связей между экологической трофологией животных и водно-пищевого рациона человека, традиционно рассматриваемым в рамках human nutrition и диетологии. Использование концепции экологических факторов для анализа проблем водно-пищевого рациона человека. О возможностях и трудностях приложения концепции лимитирующих факторов Либиха к анализу экологических факторов, связанных с водно-пищевым рационом человека.

2. Вода как часть водно-пищевого рациона и как экологический фактор.

Потребности организма человека в воде. Цикл, который проходит вода от природной экосистемы до человека и затем опять до природной системы. Традиционные экологические проблемы, связанные с водоснабжением, водоподготовкой и водоочисткой. Проблемы загрязнения питьевой воды. Содержание в питьевой воде продуктов дезинфекции (disinfection by-products) . Выявление в питьевой воде более 500 органических веществ, в том числе галогенорганических веществ, обладающих токсичными, мутагенными, канцерогенными свойствами.

Хлорорганические вещества. Броморганические вещества. Иодорганические вещества.

Вещества, воздействующие на гормональную систему человека (endocrine disruptors).

Загрязнение воды токсинами цианобактерий.

Проблемы и способы снижения содержания контаминантов в воде.

3. Биохимические и химические компоненты пищи как экологические факторы.

3.1. Загрязняющие вещества в пище. Органические контаминанты. Пестициды. Неорганические контаминанты. Проблемы и способы снижения содержания контаминантов в пище.

3.2. Витамины и витаминоподобные вещества в пище. Концепции RDA и DRI. Водорастворимые витамины. Жирорастворимые витамины. Витаминоподобные вещества. Проблемы доступности (bioavailability). Ненасыщенные жирные кислоты и роль гидробионтов как источников этих выжных компонентов. Пищевые волокна. Другие биологически активные органические вещества природного происхождения (phytochemicals).

3.3. Минеральные компоненты пищи. Элементы, классифицируемые как электролиты и как микроэлементы. Проблемы доступности (bioavailability). Компоненты, степень необходимости которых изучена недостаточно.

3.4. Некоторые общие вопросы питания человека. Антиоксидантная роль компонентов пищи. Взаимодействие компонентов. Роль компонентов пищи для профилактики отклонений от здорового состояния.

3.5. Особенности водно-пищевого рациона для отдельных категорий. Особенности водно-пищевого рациона для различных поло-возрастных групп.

4. Организационные и информационные аспекты развития данной области знания. Источники получения новой информации.

Институты России. Ин-т экологии человека. Агентство по охране окружающей среды США. Национальная академия наук США и издаваемые National Research Council и Institute of Medicine сборники по nutrition science. Включение вопросов в тематику конференций по водной экологии (Водные организмы и экосистемы, Москва, МГУ, каф. гидробиологии, с 1999 г.).

Дальнейшие перспективы развития концепции биохимической экологии водно-пищевого рациона.

Благодарность. Благодарю С. МакКатчеона (Университет штата Джорджия и Агентство по охране окружающей среды США) и С.Ричардсон (Агентство по охране окружающей среды США) за помощь в получении информации, программу Contemporary Issues (IREX) за спонсирование поездки и работы в течение стажировки.

ЛИТЕРАТУРА

Гриффит В. Витамины. Справочник. М.: 2002. ФАИР-Пресс. 1056 с. (Griffith, H. Winter. Vitamins, herbs, minerals & supplements. The complete guide. Fisher Books 1988, 1998, ISBN 1-55561-165-6 англ ).

Ивантер Э.В., Медведев Н.В. Экологическая токсикология природных популяций птиц и млекопитающих Севера. М., Наука. 2007. 229 с. [загрязнение потенциальных пищевых ресурсов кадмием и др. токсикантами].

Лифляндский В.Г., Закревский В.В., Андронова М.Н. Лечебные свойства пищевых продуктов. СПб.: Азбука-Терра. Т.1 336 с.; Т.2. 288 с. (авторы - сотрудники Петербургской госмедакадемии; в т.2 даны таблицы с содержанием витаминов в различных видах продуктов питания).

О мерах по снижению негативного влияния техногенного загрязнения окружающей природной среды на состояние здоровья населения // Экологическая безопасность России. Вып. 4. Материалы Межведомственной комиссии Совета Безопасности РФ по экологической безопасности. Москва. 2002. С.467-487.

Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию. М.: МГУ, 1986. 176 с.

Остроумов С.А. Биологические эффекты при воздействии ПАВ на организмы. М.: МАКС-Пресс. 2001. 334 с.

Остроумов С.А. 2004. Водно-пищевой рацион и некоторые вопросы экологии человека и здорового образа жизни - от экологических знаний к практическим рекомендациям // Ecol. Stud. Haz. Sol. 2004. 7: 79-83 [Качество воды как экологический фактор. Цифры о суточной потребности человека в витаминах А, B1, B2,B5, B6,B12, С, D, E, H, PP, фолатах, Fe, Zn, Se, Cu, Mn, Ca, Mg].

Остроумов С.А. Экология и гидробиология. 11. Новая научная дисциплина, биохимическая экология человека. Некоторые концепции и приложения // Ecological Studies, Hazards, Solutions. 2004. Т. 10. С. 126-129. [Цифры о суточной потребности человека в линолевой, линоленовой кислотах, инозите, карнитине, липоевой кислоте, холине; данные о профилактическом действии капсаицина, ликопена, куркумина и многих других веществ растительного происхождения].

Пилат Т.Л., Иванов А.А. Биологически активные добавки к пище. М.: Авваллон. 2002. 710 с. Информация о витаминах (с. 96-120), минеральных компонентах (с.121-146), алкалоидах, гликозидах, фенольных соединениях, терпеноидах, органических кислотах (с.147-162).

Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания: в 4-х книгах. М.: Мир. 1994. (кн.2. Загрязнение воды и воздуха. 1995. 296 с.; кн.4. Здоровье и среда, в которой мы живем. 1995. 191с.).

Сакевич А.И. Экзометаболиты пресноводных водорослей. Киев: Наукова думка, 1985. 197 с.

Сиренко Л.А., Козицкая В.Н. Биологически активные вещества водорослей и качество воды. Киев.: Наукова думка, 1988. 256 с.

Тамбиев А.Х. Реакционная способность экзометаболитов растений. М. Изд-во МГУ. 1984. 73 с.

DRI (Dietary Reference Intakes) for vitamin A, vitamin K, arsenic, boron, chromium, copper, iodine, iron, manganese, molybdenum, nickel, silicon, vanadium, and zink. Institute of Medicine. Washington DC. National Academy Press. 2001. 773 p.

DRI (Dietary Reference Intakes) for calcium, phosphorus, magnesium, vitamin D, and fluoride. Institute of Medicine. Washington DC. National Academy Press. 1997. 432 p.

EPA. The occurrence of disinfection by-products (DBP) of health concern in drinking water: results of nationwide DBP occurrence study. EPA. Athens, GA. 2002. 460 p.

Recommended Dietary Allowances. 10^th edition. National Research Council. Washington DC. National Academy Press. 1989.

Самочищение и качество воды, 5-е издание

© С.А. Остроумов
Данный курс был первоначально создан под названием «Самоочищение воды». Программа была апробирована на конференции "Водные экосистемы и организмы-6", состоявшейся в 2004 году (Москва). Предварительный вариант программы был опубликован в трудах этой конференции (Ecological Studies, Hazards, Solutions, том 10, с. 143). Эта публикация подверглась доработке и дополнению. 4-е издание было опубликовано в сборнике “Ecological Studies, Haards, Solutions”, 2006, vol. 11, p. 178-181. Здесь представлено 5-е издание.

Качество воды как обязательное условие использования воды в качестве ресурса, необходимого для жизни человека и экономики. История изучения самоочищения воды в связи с историей исследования водных экосистем. Важность поддержания самоочистительного потенциала водоемов для сохранения качества воды, устойчивого использования водных и водно-биологических ресурсов, сохранения биоразнообразия.

Связь с фундаментальными проблемами гидробиологии, изучением продукции и деструкции органического вещества. Роль отечественных ученых. Работы сотрудников МГУ, Института водных проблем РАН (Москва), Института глобального климата и экологии (Москва), Института гидробиологии НАНУ (Киев).

Химический и гидробиологический контроль качества вод. Методы использования в качестве биоиндикаторов организмов бактерио-, фито-, зоопланктона и бентоса (Абакумов, 1983; Федоров, Капков, 2000).

Механизм формирования качества воды и ее самоочищения: основные физические, химические и биотические процессы и факторы, их взаимосвязь. Центральная и регулирующая роль биологических факторов и процессов в общей системе процессов, ведущих к формированию качества воды и ее самоочищению.

Выделение гидробионтами веществ в окружающую водную среду. Выделение органических веществ.

Роль водорослей и других групп гидробионтов. Выделение цианобактериями и сопутствующими им гетеротрофными бактериями-спутниками витаминов (тиамин, рибофлавин, цианкобаламин, биотин, пиридоксин, никотиновая кислота, пантотеновая кислота) в водную среду (Андреюк, Коптева, Занина, 1990, с. 131-142).

Система основных процессов и факторов, важных для самоочищения вод и формирования их качества (эта система далее излагается в оригинальной авторской трактовке, сформулированной в работах – см. в списке основной литературы: Остроумов С.А., 2004-2005).

Физические процессы и факторы.

Разведение загрязняющих веществ. Вынос загрязняющих веществ за пределы экосистемы. Сорбция загрязняющих веществ на взвешенные частицы с последующей их седиментацией. Накопление загрязняющих веществ в донных осадках. Испарение загрязняющих веществ.

Химические процессы и факторы.

Гидролиз загрязняющих веществ. Фотохимические превращения загрязняющих веществ, роль органических веществ-фотосенсибилизаторов. Редокс-каталитические превращения загрязняющих веществ. Трансформация загрязняющих веществ с участием свободных радикалов. Связывание загрязняющих веществ растворенным органическим веществом, в том числе гуминовыми кислотами; снижение токсичности. Химическое окисление загрязняющих веществ кислородом.

Биотические процессы и факторы.

Обогащение воды кислородом в результате фотосинтеза. Сорбция, поглощение и аккумуляция загрязняющих веществ организмами. Биотрансформация и минерализация загрязняющих веществ. Трансформация загрязняющих веществ экстрацеллюлярными ферментами. Удаление взвешенного органического вещества (ВОВ) и минеральных частиц из столба воды в результате фильтрации воды гидробионтами. Удаление загрязняющих веществ из столба воды в результате сорбции пеллетами, экскретируемыми гидробионтами. Поглощение биогенов и органических веществ организмами. Биотрансформация и сорбция загрязняющих веществ в почве при внесении загрязненных вод на участки наземных экосистем. Роль системы регуляторных взаимодействий при контроле одних водных организмов другими, что стабилизирует и оптимизирует систему самоочищения воды в целом.

Роль основных групп гидробионтов в самоочищении. Роль прокариотных организмов. Роль аэробных и анаэробных бактерий. Основные типы микробиальных сообществ, участвующих в самоочищении. Роль эукариотных организмов. Роль фитопланктона, макрофитов, зоопланктона, зообентоса, рыб.

Основные структурно-функциональные блоки механизма самоочищения по работам (Остроумов, 2004).

Самоочищение воды в условиях антропогенного воздействия.

Связь изучения самоочищения, создания и совершенствования систем биологической очистки, биоремедиации и фиторемедиации.

Практические аспекты использования знаний о биотическом механизме самоочищения воды.

Использование представлений о механизме самоочищения для целей сохранения и устойчивого использования водных и водно-биологических ресурсов, для восстановления нарушенных водоемов и водотоков.

ЛИТЕРАТУРА

основная: Абакумов В.А. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений.- Л.: Гидрометеоиздат. 1983. - 240 с.

Виноградов М.Е., Шушкина Э.А. Функционирование планктонных сообществ эпипелагиали океана. - М.: Наука. - 1987. -240 с.

Константинов А.С. Общая гидробиология. М., Высшая школа. 1979.-480 с.

Остроумов С.А. Элементы качественной теории биотического самоочищения водных экосистем. Приложение теории к природоохранной практике // Вестник Моск. ун-та. Сер. 16. Биология. 2004. № 1. С.23-32.

Остроумов С.А. О биотическом самоочищении водных экосистем. Элементы теории // ДАН. 2004. т.396. № 1. С.136-141.

Остроумов С.А. Биологический механизм самоочищения в природных водоемах и водотоках: теория и приложения // Успехи современной биол. 2004. Т.124. №5. С.429-442.

Остроумов С.А. Влияние синтетических поверхностно-активных веществ на гидробиологические механизмы самоочищения водной среды // Водн. ресурсы. 2004. т. 31. № 5. С. 546-555.

Остроумов С.А. Биотический механизм самоочищения пресных и морских вод: элементы теории и приложения. Москва, МАКС-Пресс, 2004. 92 с.

Остроумов С.А. Сохранение качества вод и совершенствование системы принципов анализа экологической опасности антропогенных воздействий на водные экосистемы// Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2004. т.6. № 6. С.617-632

Остроумов С.А. О некоторых вопросах поддержания качества воды и ее самоочищения // Водные ресурсы. 2005. т.32. № 3. С. 337-347.

Остроумов С.А. Загрязнение, самоочищение и восстановление водных экосистем (Pollution, self-purification and restoration of aquatic ecosystems). Москва, МАКС Пресс. 2005. 100 с. (учебное пособие) (предисловие профессора В.Д.Федорова и профессора В.Н.Максимова).

Остроумов С.А. О самоочищении водных экосистем // Антропогенные влияния на водные экосистемы / ред. О.Ф.Филенко. (К 100-летию со дня рождения профессора Н.С.Строганова) М.: КМК Пресс. 2005. с. 94 - 119.

Сакевич А.И. Экзометаболиты пресноводных водорослей. Киев: Наукова думка, 1985. 197 с.

Сиренко Л.А., Козицкая В.Н. Биологически активные вещества водорослей и качество воды. Киев.: Наукова думка, 1988. 256 с.

Скурлатов Ю.И. Основы управления качеством природных вод // Экологическая химия водной среды. -1988. -М. -Т.1 - С. 230-255.

Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию. М. Высшая школа. 1994. 400 с. [гл. 7. Самоочищение].

Сметанин В.И. Восстановление и очистка водных объектов. М. КолосС. 2003. 157 с.

Федоров В.Д., Капков В.И. Руководство по гидробиологическому контролю качества природных вод. М.: Христианское изд-во. 2000. 120 с. [методы использования в качестве биоиндикаторов организмов бактерио-, фито-, зоопланктона и бентоса].

Эйнор Л.О. Макрофиты в экологии водоема. М. Ин-т водных проблем РАН. 1992. 256 с.

дополнительная: Андреюк Е.И., Коптева Ж.П., Занина В.В., Цианобактерии. Киев, Наукова думка, 1990. 200 с. Выхристюк Л.А., Варламова О.Е. Донные отложения и их роль в экосистеме Куйбышевского водохранилища. Самара. ИЭВБ РАН. 2003. 174 с.

Гутельмахер Б.Л. Метаболизм планктона как единого целого. Л. Наука. 1986. 156 с.

Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М. : Акварос. 2003. 512 с. Морозов Н.В. Экологическая биотехнология: очистка природных и сточных вод макрофитами. Казань. Изд-во Каз. госун-та. 2001. 396 с. Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию. М.: Изд-во МГУ, 1986. 176 с. Остроумов С.А. Концепция водной биоты как лабильного и уязвимого звена системы самоочищения воды // ДАН 2000. Т. 372. № 2. С. 279-282. Остроумов С.А. Биологические эффекты поверхностно-активных веществ в связи с антропогенными воздействиями на биосферу. М.: МАКС-Пресс. 2000. 116 с. Садчиков А.П. Продуцирование и трансформация органического вещества размерными группами фито- и бактериопланктона (на примере водоемов Подмосковья). Автореф. диссертации на соискание... доктора биол. наук. - М. 1997. - 54 с. Садчиков А.П., Кудряшов М.А. Гидроботаника: Прибрежно-водная растительность. 2005. 240 с. Самоочищение и биоиндикация загрязненных вод. - М.: Наука. 1980. Хромов В.М. Растительные сообщества в мониторинге пресных вод – источников водоснабжения. Автореф. дисс. … д. б. н. М.: МГУ. 2004. 48 с. Экологическая химия водной среды. М. 1988. Т.2. 349 с.

Сборники: "Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем".

Составитель: © Остроумов С.А.

<предыдущая страница | следующая страница>