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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.