Целебные камни: что такое медицинская геология и почему она так важна

Научные достижения последних десятилетий помогли обнаружить связь между здоровьем человека и геологическими условиями среды проживания

Идея о единстве человека с природой зародилась еще в Античности, а в наши дни она в каком-то смысле легла в основу медицинской геологии. О том, как достижения этой молодой научной дисциплины помогают изучать влияние геологических факторов на состояние здоровья человека, рассказывает кандидат геолого-минералогических наук, доцент, ученый секретарь Государственного геологического музея им. В.И. Вернадского РАН Исхак Фахрутдинов.

Фото

Miriam Dörr / Alamy via Legion Media

Древнегреческий философ Демокрит (ок. 460 до н. э. — ок. 370 до н. э.) утверждал, что человек состоит из тех же элементов, что и космос. В Эпоху Возрождения швейцарский алхимик и врач Парацельс (1493–1541) пришел к выводу, что живые организмы, как и другие тела природы, состоят из одних и тех же веществ (ртути, серы, солей и т. д.), а их избыток или недостаток может вызвать болезнь.

Рождение биогеохимии

Сходство химического состава живой и неживой природы подтвердилось в начале XX века. В 1908 году американский химик Фрэнк Кларк (1847–1931), обобщил анализы 5000 проб горных пород, что позволило получить представление об элементном составе земной коры.

Наиболее распространенными оказались: кислород (47%), кремний (29,5%), алюминий (8,05%), железо (4,65%), кальций (2,96%), натрий (2,5%), калий (2,5%) и магний (1,87%). Суммарная доля всех других элементов не превышала 1%.

Более детально изучался и организм человека. Исследования позволили определить, что на 99% наше тело состоит из углерода, кислорода, водорода, фосфора, азота и кальция. Менее распространенными, но также важными в организме являются макроэлементы: кальций, калий, натрий и магний. Доли микроэлементов (железа, меди, селена, йода, хрома, цинка, фтора и т.д.) составляют менее 0,01% массы клетки.

Эти изыскания легли в основу биогеохимии — научного направления, созданного в 1916 году российским ученым Владимиром Вернадским (1863–1945), который отводил геохимии центральную роль среди наук о веществе, поскольку главным источником минеральных веществ в биосфере является литосфера. Особое значение в процессах жизнедеятельности он придавал «следовым веществам» — микроэлементам.

«Между … костными природными телами и живыми веществами, ее (биосферу. — Прим. Vokrugsveta.ru) населяющими, идет непрерывный материальный и энергетический обмен, материально выражающийся в движении атомов…»

В.И. Вернадский

российский ученый, академик Императорской Санкт-Петербургской академии наук

К началу XX века исследователями были описаны лишь две болезни, связанные с балансом микроэлементов в организме: эндемический зоб, вызываемый нехваткой йода, и железодефицитная анемия. Биогеохимическая концепция Вернадского помогла значительно расширить этот список.

При железодефицитной анемии в крови падает уровень гемоглобина и ферритина. Один из симптомов болезни — бледный цвет кожи

Фото

Zay Nyi Nyi / Alamy via Legion Media

Первым крупным успехом в этом направлении стало разрешение загадки «кустарниковой болезни», которой страдал крупный рогатый скот. В 1937 году австралийский исследователь Эрик Андервуд (1905–1980) установил, что эта болезнь, характеризующаяся потерей аппетита и истощением, обусловлена низким содержанием кобальта в горных породах, подстилающих почву.

Тогда же была обнаружена причинная связь между атаксией (нарушением координации движений) новорожденных ягнят в некоторых районах Западной Австралии и дефицитом меди. Годом позже был описан эндемический молибденоз среди сельскохозяйственных животных в ряде районов Англии, а также остеомаляция (патология костной ткани) у животных в одном из районов Норвегии, вызванная низким содержанием фосфора в горных породах.

Благодаря работам биолога Виктора Ковальского (1899–1984) были выделены «аномальные биогеохимические провинции» на территории СССР, характеризовавшиеся недостатком или избытком различных микроэлементов, включая барий, бор, кобальт, кальций, медь и другие. Проведение микроэлементной коррекции пищевого рациона сельскохозяйственных животных в этих регионах позволило избавить их от проблем со здоровьем.

Биогеохимические исследования также выявили благотворное влияние карбонатных пород на биосферу: ландшафты кальциевого класса отличаются более плодородными почвами. Растения и животные в таких районах имеют повышенную устойчивость к различным заболеваниям, коровы дают больше молока, а куры несут больше яиц.

Биогеохимики также обнаружили полезные свойства вулканического пепла — после извержения в 1956 году камчатского вулкана Безымянный в местах, где выпал богатый микроэлементами пепел, значительно выросла урожайность как дикорастущих растений, так и сельскохозяйственных культур

Фото

Alexander Piragis / Alamy via Legion Media

Успехи в сельском хозяйстве вдохновили ученых на исследования дисмикроэлементозов у человека. Так, долгое время оставалась неясной природа Уровской болезни, описанной еще в середине XIX века. Она развивается у детей и проявляется грубой деформацией костей и карликовым ростом. Существует гипотеза, что этот остеоартроз обусловлен нарушением кальциевого обмена вследствие дефицита селена. Примечательно, что эта болезнь не встречается среди жителей Уровского района, населяющих зону развития известняков.

В 1950-е годы в Японии наблюдалась вспышка неизвестной тяжелой болезни, симптомами которой были сильные боли в костях, патологические переломы и почечная недостаточность, приводившая к летальному исходу. Причиной оказался избыток кадмия, а его источником — рудники.

В 1970-х была установлена этиология эндемической кардиомиопатии, или болезни Кешана, впервые зарегистрированной еще в 1907 году в одноименном округе на севере Китая. Болезнь, поражавшая детей и молодых женщин и проявлявшаяся сердечной недостаточностью, оказалась связанной с региональным дефицитом селена.

Биологическая роль геологической среды

В XX веке параллельно с открытием различных форм микроэлементной патологии исследователи занимались изучением роли микроэлементов в жизни клетки. В отличие от макроэлементов, являющихся главным образом структурными компонентами и электролитами, микроэлементы оказались важнейшими участниками биохимических процессов — цинк, например, содержится более чем в 400 ферментах.

Из 118 известных химических элементов в организме человека обнаружено 86, из них 25 получили название эссенциальных в связи с их жизненной необходимостью для человека. Изначально этот список включал только девять элементов, но постепенно расширялся, и не исключено, что в него попадут новые элементы.

В последние десятилетия XX века пополнение базы медицинской статистики сначала на Западе, а затем в других странах позволило выявить закономерности влияния на здоровье людей геологических условий среды проживания.

Так, было обнаружено снижение распространенности сердечно-сосудистых заболеваний в вулканических областях и уменьшение риска развития патологии щитовидной железы в зонах выхода карбонатных пород.

Диабет второго типа практически не встречается у жителей Микронезии, расположенной на коралловых островах, представляющих собой известковые массивы из скелетов морских организмов, а более высокая распространенность диабета первого типа зафиксирована в областях развития гранитов, спецификой которых является низкое содержание микроэлементов и повышенный уровень урана и тория.

Остров Науру, Микронезия

Фото

Sean Kelleher from Melbourne, Australia, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons

Дальнейшее изучение биологической роли геологической среды показало, что микроэлементный статус биосферы, влияющий на здоровье населения, определяется комплексом местных геоэкологических факторов, включая характер горных пород, тектонику, гидрогеологические условия, рельеф и т. д.

Зарождение и будущее медицинской геологии

В XXI веке назрела необходимость объединения наук о Земле и наук о человеке. В 2004 году была учреждена Международная медико-геологическая ассоциация.

Исхак Фахрутдинов

Фото

vk.com/iskhakgeo

Исследования влияния геологических и геохимических факторов на здоровье человека проводят во всем мире, а полученные данные показывают, что химические элементы, поступающие из окружающей среды, оказывают огромное биологическое воздействие на организм человека, включая как физическое, так и психоэмоциональное состояние. Например, недостаток лития в питьевой воде может повышать риск депрессий и приводить к росту числа самоубийств.  

Понимание таких важных аспектов жизни человека и своевременная профилактика недостатка или избытка микроэлементов может в значительной степени улучшить качество жизни людей в обозримом будущем.