Выдающийся российский ученый-геохимик А.П. Виноградов дал понятие о биогеохимических провинциях - это области земли, в пределах которых у организмов наблюдается биологическая реакция на определенный уровень содержания химических элементов во внешней среде . В работах В.В. Ковальского показана изменчивость биогеохимических процессов синтеза и активности ферментов, гормонов, витаминов и других активных соединений живых организмов под влиянием геохимических условий внешней среды. Исследованиями отечественных и зарубежных ученых установлено, что в отдельных районах Земли обнаруживаются отклонения в физиолого-биохимических реакциях организмов, вызванные либо недостатком, либо избытком химических элементов, которые находятся выше или ниже пороговой чувствительности для данного рода, вида, популяции за счет естественных или антропогенных факторов. В конечном итоге это приводит к возникновению различных болезней растений, животных и человека.

Во многих странах широко распространенные болезни (зоб, кариес, флюороз, мочекаменная болезнь, анемии, аллергии) приурочены к определенным географическим ландшафтам. Установлено, что причины этих болезней - недостаток или избыток поступления одного или нескольких элементов с пищей. Например, эндемический зоб с давних пор связывают с биогеохимическими особенностями географических ландшафтов. Низкое поступление в пищевую цепь иода вызывается наличием его малодоступных форм. В почве иод прочно связывается гуминовыми веществами.

Действие многих химических элементов (кобальт, марганец, свинец и др.) может ослаблять усвоение иода либо способствовать ему. Недостаточное поступление иода, кобальта и высокое марганца оказывает неблагоприятное воздействие на щитовидную железу человека и животных. При недостатке иода в организме человека и животных происходит нарушение функции щитовидной железы вплоть до появления зоба. Чем меньше иода в почвах и водах, тем сильнее население поражается зобной болезнью. При дефиците фтора и молибдена развивается кариес зубов у человека, при избытке - флюороз (разрушение зубной эмали). При избыточном поступлении молибдена с пищей (в районах рудных месторождений) человек болеет эндемической подагрой или молибденовым токсикозом.

Медико-биологические исследования свидетельствуют о том, что не только эндемические заболевания имеют территориальные принципы распространения. Такие заболевания, как атеросклероз, желудочно-кишечные, сердечно-сосудистые, эндокринные, сахарный диабет, костно-суставные, также ограничены территориально. Эти болезни в той или иной мере обусловлены количественным содержанием одного или группы химических элементов, находящихся в окружающей среде. Из неинфекционных болезней наиболее часто связывают с химическим составом отдельных объектов или компонентов биосферы уролитиаз (мочекаменная болезнь); из сердечно-сосудистых - атеросклероз, кардиосклероз, реже ишемическую болезнь сердца; из желудочно-кишечных болезней - колиты, язвы; печени - холециститы и другие болезни. В одних случаях болезни обусловлены недостатком, в других - избытком одного или же нескольких элементов в одном объекте или во всей биогеохимической цепи, в третьих - дисбалансом химических элементов во всей пищевой цепи, реже в отдельных объектах (компонентах) биосферы.

Работами исследователей показана зависимость между химическим составом почв и частотой различных заболеваний среди населения. Баланс микроэлементов в окружающей среде через воду и продукты питания отражается на балансе микроэлементов в человеческом организме.

Известно, что химизм среды оказывает существенное влияние на жизнь организма и особенности химического состава среды - причина многих патологических состояний человека и животных.

В развитии сердечно-сосудистых заболеваний участвуют хром, кобальт, медь, иод, марганец, молибден, никель, ванадий, цинк. В США смертность от сердечно-сосудистых болезней коррелирует с типами почв, которые резко различаются по содержанию в них микроэлементов. Более высокая смертность от сердечно-сосудистых болезней наблюдается при общем дефиците микроэлементов. Например, самая высокая смертность от ишемической болезни сердца отмечается в северных районах Великобритании и северо-восточном районе Финляндии, где преобладают подзолистые почвы с дефицитом микроэлементов.

Наши исследования, проведенные совместно с И.М. Голубевым (Мичуринский педагогический институт), свидетельствуют о влиянии микроэлементного состава почв на распространение заболеваний среди населения Тамбовской области. Например, установлена положительная корреляционная связь между содержанием в почве стронция и распространением гипертонической болезни; стронция, титана, хрома, никеля - ИБС. Из всех микроэлементов необходимо выделить стронций, хром и бериллий, которые находятся в дефиците во всех почвах области. Нами установлена прямая зависимость между содержанием иода в почвах области и распространением эндартериита облитерирующего (заболевания сосудов), стронция - и болезни крови и кроветворных органов.

Многие исследования свидетельствуют о влиянии металлов на развитие различных заболеваний органов пищеварения у человека. Кобальт, медь, марганец, цинк играют главную роль при патологии органов пищеварения и печени. Хром, кобальт, никель, цинк, кадмий обладают канцерогенным действием. Повышенное содержание в среде обитания (почва, вода, пищевые продукты) цинка и молибдена увеличивают частоту поражения населения раком желудка и пищевода. Как показали исследования А.А. Омеляшко, рак желудка и легкого наиболее часто встречается среди жителей населенных пунктов, расположенных на слабокислых почвах, бедных железом, кобальтом и цинком. Г.П. Дубиковский установил положительную корреляционную связь содержания в почвах валовых форм бора, молибдена, марганца, титана, хрома, никеля, стронция, бария и цинка с распространением рака желудка в Белоруссии.

Наши исследования показали, что на распространение желудочно-кишечных заболеваний в Тамбовской области влияет содержание в почвах стронция, бериллия и никеля. Исследования, проведенные Ю.Г. Покатиловым в Сибири, продемонстрировали, что загрязнение окружающей среды, прежде всего почв, является одной из причин роста сердечно-сосудистых заболеваний: ишемической болезни сердца, инфаркта миокарда, артериальной гипертонии, пороков сердца.

Если при недостаточном поступлении цинка в организм человека возможны развитие карликовости, замедление полового созревания, поражения кожи, слизистых оболочек, дерматиты, облысение, паракератозы, то при его избытке развиваются анемии. Недостаток лития способствует маниакально-депрессивным психозам, шизофрении и другим психическим заболеваниям. Селен положительно влияет на состояние сердечно-сосудистой системы, образование красных кровяных телец, повышает иммунные свойства организма. Биогеохимическая ситуация, усложняемая техногенным загрязнением, сказывается на многих демографических показателях, прежде всего на продолжительности жизни людей. Чем неудовлетворительнее биогеохимическая обстановка, тем раньше и тяжелее та или иная заболеваемость человека.

Почва - среда обитания многочисленных низших животных и микроорганизмов, в том числе бактерий, плесневых грибов, вирусов и т.д. Постоянно или временно в почве обитают так называемые патогенные болезнетворные микроорганизмы, возбудители инфекционных болезней. К патогенным бактериям относятся возбудители таких опасных инфекционных заболеваний, как сибирская язва, газовая гангрена, ботулизм. Возбудители этих болезней в почвах способны оставаться многие десятилетия. Уровни содержания химических элементов в почве могут влиять либо на особенности жизнедеятельности возбудителя инфекции, либо на условия существования носителей и переносчиков.

Имеются отдельные сообщения о роли биогеохимических факторов в природной очаговости чумы, клещевого энцефалита. На примере Воронежской области можно оценить возможную роль почвенно-геохимических факторов в природной очаговости инфекций, постоянно регистрируемых на территории области: бешенства, сибирской язвы, лептоспироза, ку-лихорадки. Например, очаги бешенства среди животных приурочены к почвам с пониженным содержанием титана, никеля и циркония. Наиболее активные очаги сибирской язвы среди крупного рогатого скота расположены на почвах с высокой концентрацией титана. Лептоспироз у животных наиболее часто регистрируется в районах с почвами, имеющими дефицит всех микроэлементов, кроме титана и циркония. Высокая заболеваемость ку-лихорадкой отмечается в местах пониженного содержания в почвах никеля и титана. Таким образом, особенности микроэлементного состава почв можно использовать для индикации участков повышенной очаговости.