МЭСК-2013

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЖОМА И ОТЖИМА ПИВНОЙ ДРОБИНЫ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА РОСТОВЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ АЦЕТОНОБУТИЛОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

М. С. Мартынов, Т. С. Морозова

Национальный исследовательский Томский государственный университет Биологический институт

Разработка способов производства моторных топлив из альтернативных возобновляемых источников сырья является актуальным направлением в условиях современной экономики. В последнее время научные интересы сводятся преимущественно к производству биобутанола, однако, несмотря на экологические и энергетические преимущества биобутанола, его массовое производство сдерживается более высокой себестоимостью по сравнению с бензином и этанолом. В связи с этим, для производства биобутанола в промышленных масштабах требуется решить ряд сопутствующих проблем. На данный момент исследования ведутся в трех направлениях: 1) поиск и выведение высокопродуктивных штаммов микроорганизмов путем селекции и генной инженерии, 2) технологическое совершенствование оборудования, 3) поиск дешевых источников ростовых и редуцирующих веществ.

Врезультате поиска недорогих источников ростовых веществ была выбрана пивная дробина – отход пивоваренных предприятий.

Пивная дробина (ПД) представляет собой твердый остаток, образующийся после варки и отсасывания сусла влажностью 95-98 %. Для увеличения сроков хранения дробины обычно ее подсушивают на шнековых пресс-фильтрах. Образующийся жидкий отход – отжим направляется в септик для производственных сточных вод предприятия, резко увеличивая степень их загрязнения. Жом влажностью 60 – 70 % используется как корм в животноводстве. Однако из-за короткого срока хранения дробины и асинхронности производства пива и потребности в дробине животноводства значительная ее часть закисает и вывозится на полигоны ТБО. Таким образом, поиск способов рентабельного использования отжима и жома пивной дробины является актуальной задачей экологической биотехнологии. ПД содержит достаточно большую долю легкоусвояемых аминокислот, а также важнейшие микроэлементы (фосфор, кальций, магний, железо), жирные кислоты и витамины групп Е, В, являющиеся незаменимыми факторами роста микроорганизмовпродуцентов в биоэнергетике и производстве растворителей.

Вкачестве биоагента брожения использовался штамм бактерий Clostridium acetobutylicum ATCC 824 и природный консорциум микроорганизмов с рабочим названием Я 1. В ходе экспериментов по сбраживанию глюкозы совместно с отжимом и жомом ПД было установлено, что свежие отходы могут быть использованы

вкачестве источников ростовых веществ без предварительной обработки, а для использования закисшего жома требуется предварительная промывка. Установлена оптимальная концентрация ПД в среде, которая составила 6 об. % для жома и 15 % для отжима. При их использовании в качестве источника ростовых веществ брожение не отклоняется от нормального, среднее время брожения составляет 85 часов, суммарное содержание растворителей колеблется от 1,0 об. % до 1,8 об. %.

Научный руководитель – канд. биол. наук, доцент С. Ю. Семенов

131

АНАЭРОБНАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД В РЕАКТОРАХ НЕПРЕРЫВНО-ПОТОЧНОГО РЕЖИМА

С. А. Носкова, С. А. Анисимова, Р. М. Гильмутдинов, А. С. Тарапатова

Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина

Сточные воды промышленных предприятий и населенных пунктов подвергаются биологической очистке

всооружениях, которые носят общее название – биологический реактор. В биореакторах получают различные биологические продукты при размножении микроорганизмов. Различают биологические реакторы периодического и непрерывного (проточного) культивирования; для аэробной (с подачей воздуха на аэрацию) и анаэробного культивирования. Биологические реакторы для обработки сточной воды обычно работают в непрерывно-поточном режиме. Такие условия процесса требуют удержания микроорганизмов в объеме реактора для получения достаточно высоких концентраций биомассы. При этом повышается производительность реактора по нагрузке и обеспечивается стабильность обработки, что характерно в особенности для анаэробных процессов обработки, которым свойственна низкая интенсивность биологических процессов. Удержание может быть достигнуто за счет адгезии микроорганизмов как в реакторах на стационарной поддерживающей поверхности, так и в реакторах с псевдоожиженным слоем.

Для изучения процессов анаэробной обработки сточной воды крайне важно знать механизмы, с помощью которых формируются бактериальные агрегаты (флокулы, гранулы, биопленки и т.д.) на поверхности носителей. Важную информацию, касающуюся этих механизмов, может дать электронная микроскопия. К сожалению, данные по микроструктуре бактериальных агрегатов в анаэробных системах весьма ограничены.

Вработе была использована световая и электронная техника для изучения структуры агрегатов смешанных культур, сформированных при четко определенных условиях по питательному субстрату и гидравлическому режиму.

Анаэробные сложные культуральные сообщества (биоценозы), которые превращают питательную среду (глюкозу) в уксусную, пропионовую, масляную и валериановую кислоты, формировались в управляемых условиях по питательному субстрату и гидравлическим режимам. Использованная непрерывно действующая система (анаэробный газолифтный реактор) была сконструирована таким образом, чтобы в максимальной степени сохранять бактериальные сообщества в культуральной среде. Наличие твердых поверхностей (суспендированных в жидкости песчаных частиц) обеспечивало формирование на них бактериальных агрегатов из индивидуальных клеток.

Исследования на электронном микроскопе показали, что начальное заселение песчаных частиц бактериями из основной массы жидкости происходит внешне беспорядочно. Однако последующее формирование прикрепленной биопленки на песчаных частицах происходит достаточно стабильно. Истощение субстрата в жидкой среде приводит к ослаблению глубоких слоев биопленки из-за лизиса клеток. Образование газовых пузырей и действие разрушающих турбулентных сил в жидкости служит причиной отрыва биопленки от поверхности частиц песка.

Образующиеся фрагменты биопленки, несмотря на наличие свободных частиц песка, самостоятельно удерживались в реакторе и постепенно росли, слипаясь с другими фрагментами.

Вконечном устойчивом состоянии большие сообщества клеток удерживались в виде агрегатов, в то

время как песчаные частицы практически исчезали из-за потерь на отбор проб и промывку. Численно концентрации клеточных сообществ колебались от 1012 мл на периферии до весьма низких величин в центре. Клетки были связаны в полимерные матрицы, содержащие полисахариды.

Полученные данные позволили изучить механизмы иммобилизации микроорганизмов на твердых носителях и получить необходимые данные для реализации непрерывных процессов анаэробной обработки

впромышленных условиях.

Научные руководители – д-р биол. наук, А. А. Кадысева, канд. с.-х. наук, И. А. Троценко

132

УДАЛЕНИЕ АЗОТА ИЗ СТОЧНОЙ ЖИДКОСТИ В МЕМБРАННОМ БИОРЕАКТОРЕ

Е. Н. Матюшенко, К. А. Разгоняева

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

В связи с постоянным ужесточением требований на сброс стоков в водоёмы, а также с проблемой сброса недостаточно очищенных сточных вод в особо охраняемые водные объекты возникла необходимость внедрения современных способов очистки сточной жидкости, одним из которых является мембранная технология, широко известная и осуществляемая за рубежом в мембранных биореакторах (МБР).

Цель настоящей работы заключается в глубоком изучении мембранной технологии и разработке технологической схемы очистки хозяйственно-фекальных сточных вод с использованием мембранных модулей с указанием оптимальных технологических параметров. Для исследований была разработана и смонтирована экспериментальная установка, схема которой представлена на рисунке.

Принципиальная схема экспериментальной установки

1 – погружной насос для подачи исходной сточной жидкости; 2 – ёмкость денитрификации; 3 – биореактор; 4 – насос циркуляции активного ила; 5 – насос для подачи иловой смеси на мембрану; 6 – мембранный модуль; 7 – ёмкость для сбора фильтрата; 8 – промывной насос мембраны; 9 – ёмкость с раствором гипохлорита натрия; 10 – ёмкость с раствором лимонной кислоты; 11 – ёмкость с раствором коагулянта; 12 – воздуходувка; СФ – сетчатый фильтр; ОК – обратный клапан; ЭК – элекромагнитный клапан; ВФ – электропроводный клапан; РК – шаровый кран; МК – мембранный клапан; ПБ – пневмобак; ВФ – воздушный фильтр; М – манометр; РМ – ротаметр; НД – дозировочный насос

Принцип действия экспериментальной установки заключается в следующем. Осветленная сточная жидкость погружным насосом подается из первичного отстойника Новосибирской станции аэрации в бак, который является денитрификатором. Для поддержания активного ила во взвешенном состоянии в денитрификаторе установлена лопастная мешалка. В денитрификаторе происходит окисление органических веществ за счёт использования микроорганизмами связанного кислорода нитратов, последние восстанавливаются до NO, N2O и N2 в зависимости от условий денитрификации. Из денитрификатора иловая смесь подается в биореактор, где происходит окисление невостребованных в денитрификаторе органических веществ, после чего начинает окисляться азот аммония до нитритов и нитратов. Иловая смесь из биореактора насосом закачивается в мембранный модуль. Пройдя ультрафильтрационную мембрану, фильтрат отводится в сборный бак, а непрошедшая через мембрану иловая смесь (концентрат) возвращается обратно в биореактор. Физическая регенерация мембраны осуществлялась обратным током очищенной воды. Химическая регенерация поверхности мембраны производилась путём её последовательного замачивания в растворах гипохлорита натрия, а затем лимонной кислоты. Концентрированная промывная вода сбрасывалась в сборный лоток насосной станции первичных отстойников, где смонтирована экспериментальная установка.

В ходе исследований подобраны оптимальные технологические параметры экспериментальной установки, предложена технологическая схема. При подаче на установку сточной жидкости с концентрацией взвешенных веществ 80 мг/л, БПКполн – 200 мг/л, азота аммонийного 24–26 мг/л, температурой 23–25оС и рН=7–7,5 качество очистки было довольно высоким. Взвешенные вещества снижались до 0,5–1 мг/л, азот аммонийный не превышал 0,4 мг/л, нитраты – 3–5 мг/л.

Научный руководитель – канд. техн. наук, профессор Г. Т. Амбросова

133

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИТНЫХ НАНОРАЗМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДА МЕДИ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ УРАНА

Т. Г. Макаревич

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

На данный момент всё более значимым становится поиск способов дезактивации сточных вод, загрязнённых радиоактивными элементами. В числе прочего широкое применение находят сорбционные методы очистки вод от трансурановых элементов. Масштабность проблем, связанных с загрязнением окружающей среды требует адекватных усилий по разработке сорбирующих материалов и технологий их использования. Полученные сорбенты должны быть дешёвыми и массовыми, компактный остаток, содержащий радионуклиды, должен быть удобен для переработки, захоронения и, соответственно, длительного хранения. В последние годы во многих странах мира широко развиваются исследования по созданию сорбентов нового класса, состоящих из веществ биогенного происхождения или включающих их как основной элемент (биосорбенты). Примером служат сорбенты, произведенные из микробной массы или грибов, являющихся отходами микробиологической промышленности [3]. Известно также, что наночастицы оксида титана являются хорошими сорбентами урана из водных растворов [1]. Однако данные методы имеют ряд недостатков: титан имеет высокую стоимость, что не позволяет использовать его в массовых масштабах, небольшой размер частиц затрудняет отделение воды от материала; а степень сорбции биосорбентов зачастую не превышает 60 % [1,3]

Можно предположить, что композитные материалы, состоящие из биосорбента и наночастиц CuO, проявят лучшие сорбционные способности, чем чистые сорбенты.

В настоящей работе была поставлена цель: исследовать сорбционные способности композитных материалов на основе плесневых грибов и наночастиц оксида меди.

Из многих литературных источников известна высокая сорбционная способность плесневых грибов [2]. В качестве биосорбента был выбран плесневый гриб Aspergillus niger, известный своей неприхотливостью и высокой скоростью роста мицелия.

Изучение процесса сорбции урана проводили в статических условиях при комнатной температуре. Измерения массовой концентрации урана в растворах до и в процессе сорбции были выполнены люминесцентным методом на анализаторе жидкости «Флюорат-02-2М», согласно ПНДФ 14.1:2:4.38 – 95[5].

Проведенные исследования показали преимущество использования композитных материалов в сравнении с чистыми сорбентами.

Сорбционные характеристики материалов

Из таблицы видно, что степень сорбции композитных материалов превышает 90 % . Данный материал существенно превосходит по сорбционной способности чистые сорбенты.

Таким образом, можно говорить о перспективности использования композитных материалов на основе нанопорошка оксида меди и плесневого гриба Aspergillus niger для очистки природных и техногенных вод от урана.

Литература

1.Xu, Mingze; Wei, Guodong et al Titanate Nanotubes as a Promising Absorbent for High Effective Radioactive Uranium Ions Uptake // Journal of Nanoscience and Nanotechnology, – Vol. 12, – № 8, – pp. 63746379;

2.Л. Ф. Горовой, В. Н. Косяков Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции // Биополимеры и клетка, – 1996, – Т.12, – № 4, – с.49-60;

3.Селиверстов А. Ф. Сорбция хитином, хитозаном и хитинсодержащими материалами радиоактивных элементов из водных растворов. Дис. ... канд. хим. наук. – Москва, 2004г. – 120 с.

4.ПНДФ 14.1:2:4.38 – 95. Методика выполнения измерений массовой концентрации урана в пробах природной, питьевой и сточной воды люминисцентным методом на анализаторе жидкости «Флюорат – 022М». 2005. – 18 с.

Научный руководитель – канд. хим. наук А. Н. Третьяков

134

МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ

АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ПОКАЗАТЕЛИ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ г. БРАТСКА

А. Н. Мухачева, Д. А. Лохман

Братский государственный университет Братский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

На протяжении многих лет г. Братск входит в Приоритетный список городов России с самым высоким уровнем загрязнения воздуха. Согласно статистическим данным в 2012 году на 1 человека приходилось 494 кг загрязняющих веществ. В связи с этим проблема загрязнения атмосферного воздуха в г. Братске и оказываемого им негативного воздействия на здоровье населения требует тщательного изучения.

Проанализировав динамику синоптических ситуаций в городе, можно отметить, что на долю холодного фронта и тыловой части циклона, характеризующихся интенсивным рассеиванием вредных примесей приходится в среднем 75 дней в году. В то же время гребень, антициклон, малоградиентное барическое поле, седловина, сопровождающиеся слабым ветром (либо штилем), наличием инверсионных слоев, туманов и дымок встречаются приблизительно 146 дней в году. Уже через 12 часов в подобных ситуациях заметно увеличение концентраций загрязняющих веществ в атмосфере. Ложбина, теплый фронт, теплый сектор, фронт окклюзии характеризуются наличием приземных инверсий и ветров южных направлений, наиболее опасных для Братска, так как основные предприятия, вносящие значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха города, сосредоточены на юго-западе и юге. На долю этих синоптических ситуаций приходится около 180 дней. Таким образом, на территории Братска формируются крайне неблагоприятные условия для рассеивания вредных примесей в атмосфере около 290 дней в году.

Контроль уровня загрязнения атмосферного воздуха осуществляется «Братским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды». Забор проб ведется на 6 постах наблюдения. Согласно данным БЦГМС в период 2007 – 2012 гг. среднемесячная концентрация взвешенных веществ достигала 2,7 ПДК, максимальная разовая – 2,4 ПДК; диоксида азота: среднемесячная – 5,57 ПДК, максимальная разовая – 3,5 ПДК; формальдегида: среднемесячная – 19,6 ПДК, максимальная разовая – 5,6 ПДК; бенз(а)пирена: среднемесячная – 16,5 ПДК; фторида водорода: среднемесячная – 2,2 ПДК, максимальная разовая – 4,2 ПДК; сероуглерода: среднемесячная – 15,4 ПДК, максимальная разовая – 5 ПДК. Эти вещества оказывают негативное воздействие на здоровье человека: бенз(а)пирен, является причиной раковых заболеваний, диоксид азота вызывает воспалительные процессы в легких, накопление фтора в организме приводит к нарушениям опорно-двигательного аппарата, поражениям сердечно-сосудистой системы. Воздействие фтористого водорода приводит к гнойным бронхитам, изъязвлениям слизистой носа и гортани. Формальдегид воздействует на центральную нервную систему, поражает органы дыхания.

Согласно официальным данным основной причиной смертности взрослого населения города Братска являются болезни системы кровообращения (2012 год – 784,3 случаев на 100 тыс. человек). По сравнению с 2011 годом данный показатель увеличился на 7,3 %. На втором месте находятся злокачественные новообразования, рост показателя на 4,7 %.

Общая заболеваемость взрослого населения города Братска в 2012 г. составила 151179,4 случаев на 100000 человек. В структуре заболеваемости на первом месте находятся болезни системы кровообращения (20,4 %), на втором месте – заболевания мочеполовой системы (13,2 %), на третьем месте – болезни костномышечной системы (12,7 %), на четвертом месте – заболевания органов дыхания (10,5 %). В 2012 г. в Братске выявлено 969 новых случаев злокачественных новообразований, в 2011 г. – 925, в 2010 г. – 900. Ведущими локализациями в структуре заболеваемости злокачественными новообразованиями по-прежнему являются: молочная железа – 26,6 %; трахея, бронхи, легкое – 9 %; кожа с меланомой – 7 %; желудок – 9 %; ободочная кишка – 7 %; почки – 4 %; шейка матки – 5 %, предстательная железа – 8 %.

Показатель младенческой смертности в 2012 г. стал выше в сравнении с прошлым годом и составляет 7,7 ‰ (2011 г. – 5,5 ‰, 2010 г. – 7,9 ‰). К основным причинам младенческой смертности в городе Братске относятся болезни перинатального периода, врожденные аномалии развития, болезни органов дыхания.

Общая заболеваемость детского населения в г. Братске в 2012 году составила 241639,75 сл.,

наблюдается повышение заболеваемости на 0,8 % (в 2011 г. – 239837,8, в 2010 г. – 271413,8 случаев на 100000 детей). В структуре заболеваемости на первом месте находятся болезни органов дыхания – зарегистрировано в 2012 г. 73862 сл., на втором месте – травмы и отравления, на третьем месте – болезни глаз, зарегистрировано 5419 сл.

Проанализировав статистические данные за 2007 – 2012 годы можно сделать вывод, что сложившаяся в Братске экологическая обстановка крайне негативно сказывается на состоянии здоровья населения города. Качественные и количественные изменения в структуре общей заболеваемости и смертности населения напрямую связаны с динамикой концентрации основных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Для улучшения эколого-демографической ситуации в городе Братске необходимо направить все усилия на разработку и реализацию специальных программ и мероприятий, ориентированных на улучшение качества окружающей среды и оздоровление населения.

Научный руководитель – ст. преп. каф. ЭиБЖД И. В. Камышникова

135

ОЦЕНКА РИСКА ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ г. ЧЕЛЯБИНСКА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

А. А. Голованова

Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск

Оценка риска угрозы здоровью населения от воздействия загрязнителей компонентов окружающей среды является неотъемлемой частью оценки экологического риска. По оценкам экспертов, в качестве одного из наиболее серьёзных рисков угрозы здоровью людей выступают различные загрязнения атмосферного воздуха (газы, аэрозоли) [1].

Целью данной работы является выявление наиболее токсичных техногенных примесей в атмосфере г. Челябинска и оценка уровня их потенциальной опасности для здоровья населения.

По данным объемов выбросов предприятий в атмосферный воздух, а также на основании замеров приземных концентраций загрязняющих веществ были рассчитаны уровни канцерогенного риска, характеризующие вероятность онкозаболеваний у населения и индексы опасности загрязняющих веществ неканцерогенной направленности, характеризующие степень приемлемости риска заболеваний различных систем и органов в соответствии с рекомендованной методикой [2]. Анализ проводился на основе детального исследования ограниченного числа приоритетных (индикаторных) веществ с использованием баз данных химических канцерогенов Международного агентства по изучению рака (IARC), интегрированной информационной системы о рисках (IRIS) Агентства по охране окружающей среды США (U.S. EPA).

По результатам расчетов наибольшие среднегодовые дозы канцерогенов, поступающих в организм жителей различных районов города, соответствуют соединениям трёхвалентного хрома, бензола, бензина и углерода чёрного. На основании полученных данных рассчитали дополнительную вероятность развития рака у индивидуума на протяжении жизни (CR), а также канцерогенный риск при аддитивном воздействии нескольких химических соединений (таблица).

Анализ канцерогенных рисков при одновременном воздействии нескольких химических веществ

* 1 – пренебрежительно малый риск; 2 – предельно допустимый риск; 3 – приемлем для профессиональных групп и неприемлем для населения в целом; 4 – не приемлем ни для населения, ни для профессиональных групп [3].

На основании данных мониторинга была также проведена оценка риска от воздействия неканцерогенных веществ для здоровья населения города. Были выделены две группы суммации веществ однонаправленного действия – это соединения, в первую очередь воздействующие на органы дыхания и повышающие общую смертность (взвешенные вещества, диоксид серы, аммиак, диоксид азота, фторид водорода, оксид азота), и вещества, воздействующие на кровь (оксид углерода, диоксид азота, оксид азота). Это вещества, дающие вклад свыше 95 % в суммарный неканцерогенный риск.

Расчет коэффициентов опасности для веществ однонаправленного действия показал, что суммарный индекс опасности превышает нормативное значение для всех исследуемых критических органов и систем во всех районах города. Наиболее высок риск заболеваний органов дыхания, повышения общей смертности при условии ежедневного поступления оцениваемых веществ в течение всего времени жизни индивида.

Таким образом, для снижения уровня воздействия промышленных объектов по фактору химического загрязнения атмосферы необходимо углубленное изучение санитарно-эпидемиологической ситуации с использованием моделирования рассеивания выбросов от основных источников воздействия на атмосферный воздух для определения приоритетных веществ с целью мониторинга и контроля уровня их экспозиции.

Литература

1.П. А. Ваганов, Ман-Сунг Им. Экологические риски. – СПб.: СПбГУ, 2001. – 152 с.

2.Руководство Р 2.1.10.1920-04. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. – М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. – 143 с.

3.В. Н. Башкин. Экологические риски: расчёт, управление, страхование. – М.: Высш. шк., 2007 – 360 с.

Научный руководитель – канд. хим. наук, доцент Е. П. Юдина

136

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В ЗОЛЬНОМ ОСТАТКЕ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА

М. А. Белякина

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Элементный состав организма человека неразрывно связан с геохимической обстановкой среды, в которой он проживает, поэтому его изучение является важным как для медицины, так и для экологии. Но, с другой стороны, необходимо прежде всего знать, в каких соединениях находятся данные элементы, как они влияют на организм человека и насколько токсичны. В данной работе приводятся результаты исследования зольного остатка организма человека на электронном микроскопе, которые позволили установить, в каких соединениях находятся в организме человека те или иные элементы.

Под зольным остатком организма человека (ЗООЧ) понимается крематорный материал, остаток всего организма человека после его сжигания в крематорной печи. В работе исследуется материал из 5 городов: Новокузнецка, Новосибирска, Екатеринбурга, Санкт-Петербурга и Ростова-на-Дону. На первом этапе исследований был установлен элементный состав ЗООЧ для каждого города, вычислены коэффициенты концентрации относительно среднего по всей выборке (105 проб) и определены специфические для каждого города элементы. На втором этапе работ была поставлена цель определить с помощью электронного микроскопа, в каких соединениях находятся специфические для каждого города элементы.

С помощью инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА) были определены особенные для каждого города элементы: для Новосибирска – Au, Sn, Cr, Ba, Co, Fe, Sb, La, Sc, Eu, Ta, Rb; для Новокузнецка – Zn, Nd, Sr; для Санкт-Петербурга – Tb, Ce, Sm, Sb, Ag, Rb, Zn, Fe, Co, Cs, Br, Ba U; для Ростова-на-Дону – Th, Ta, Eu, La, Yb, Hf, Rb, Ag, Cs, Sb, Ba, Lu, U, Sc, Cr, Zn; для Екатеринбурга – Br, Sr, Rb, Hf, Ba, Th, U, Ag, Sc, Cr, Sb, La. Для работы на электронном микроскопе из проб ЗООЧ каждого города были приготовлены таблетки. Для получения наилучшего результата пробы были истерты в порошок, спрессованы и отшлифованы, затем оставлены на несколько дней для высыхания и только после этого изучены на электронном микроскопе.

Как известно из литературы [1], основу организма человека составляет гидроксилапатит (Ca5(PO4)3(OH)), так как из этого минерала на 50 – 70 % строится скелет человека. Исходя из этого, основу ЗООЧ должны представлять следующие элементы: кальций, фосфор, кислород и водород. Во время исследования зольного остатка организма человека под электронным микроскопом были найдены подтверждения данному факту. Матрицу (основу) ЗООЧ составляют именно данные элементы: 40,27±2,81 % – кислород, 26,79±7,08 % – кальций, 13,6±9,06 % – углерод, 10,29±2,31 % – фосфор, а также другие элементы, которые также составляют матрицу ЗООЧ, но в меньшем количестве: натрий – 4,41±0,84 %, калий – 1,89±0,65 %, магний – 1,34±0,54 %. Кроме того, в большом количестве в зольном остатке организма человека были найдены оксиды металлов: железа, цинка, алюминия, меди, свинца. В пробах различных городов обнаружились соединения Na и Cl (NaCl-галит), а также K и Cl (KCl-сильвин) – известные соли, которые, скорее всего, также накапливаются в костях человека.

Наибольший интерес представляют соединения элементов, не относящихся к макро- и микроэлементам, то есть те частицы, которые возможно являются техногенными. Это, например, соединения редкоземельных и радиоактивных элементов. Так, в пробе из города Новосибирск была найдена частица, состоящая из лантана, церия, тория и неодима на 37 %, фосфора и кислорода на 40 %, что по составу близко к минералу под названием моноцит ((Ce, La, Nd…Th)PO4). В пробе из г. Екатеринбурга найдено большое количество зерен, по составу близких к бариту (ВаSO4), состоящих из Ва – 25 - 29 %, S – 1 – 5 %, O – 32 %. Кроме того, в состав данных частиц входят оксиды железа, которые являются частой примесью в баритах. Необходимо отметить, что Ва является элементом, концентрирующимся в г. Екатеринбурге в большей степени, чем в других городах, что может быть связано с металлургической специализацией данного города и района. Интересной находкой стала частица пробы из г. Новосибирска, состоящая на 41 % из золота. Уточним, что коэффициент концентрации Au для Новосибирска больше 3. Это значит, что элемент в значительной степени концентрируется в ЗООЧ данного города. С одной стороны, высокая концентрация золота может быть результатом природных особенностей (золотоносных кор выветривания), с другой стороны, результатом долгой работы Новосибирского аффинажного завода. Важным является то, что самородная частица – техногенного происхождения, а многие соединения золота являются токсичными для человека и, накапливаясь в различных органах, ведут к тяжелым заболеваниям.

Таким образом, в ходе данного исследования было установлено, в каких соединениях находятся наиболее распространенные в ЗООЧ элементы и элементы с низкой концентрацией. Генезис найденных частиц в большей степени природный, но также были найдены и частицы техногенного происхождения, которые отражают геохимическую обстановку среды, в которой проживает человек.

Литература

1.С. Бородин Минералогия человека // Наука и жизнь – М.: Медиа-Пресса, 1995. – с. 94 – 99.

2.А. И. Баженов Минералогия: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2001. – 120 с.

Научный руководитель – д-р биол. наук проф. Н. В. Барановская

137

КЛИНИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ СОСТАВА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КЛЕТОК ИММУННОЙ СИСТЕМЫ У ЛИЦ МОЛОДОГО ВОЗРАСТА НА СЕВЕРЕ

К. Г. Вилова

Северный государственный медицинский университет, г. Архангельск

Иммунная система является одной из самых значимых систем организма, поскольку вместе с нервной и эндокринной системами обеспечивает поддержание гомеостаза в условиях постоянного изменения характера влияний факторов внешней и внутренней среды.

Проблема оценки и сохранения функциональных резервов организма, и иммунной системы в частности, особенно актуальна в современных условиях. В настоящее время ведутся интенсивные поиски универсальных клинико-лабораторных маркеров возникновения и проявления бактериальных и вирусных инфекций у лиц молодого возраста, родившихся и проживающих в условиях Севера [1, 2].

Важная роль в реализации механизмов неспецифической защиты организма при воспалении отводится клеткам «первой линии защиты» – моноцитам и полиморфноядерным лейкоцитам. О состоянии функциональной активности данных клеток можно судить по направленности и характеру внутриклеточных метаболических процессов.

Целью настоящего исследования было выявление распространенных заболеваний кожи бактериального и вирусного происхождения и некоторых особенностей иммунного статуса у лиц молодого возраста 18 – 20 лет, проживающих в г. Архангельске.

Обследованы студенты Северного государственного медицинского университета в рамках программы профилактических осмотров. На момент иммунного обследования все студенты прошли осмотры врачей Консультативно-диагностической поликлиники Северного государственного медицинского университета (г. Архангельск). Проведено изучение гемограммы, моноцитограммы, лимфоцитограммы, фагоцитарной активности нейтрофилов, фенотипирование лимфоцитов 116 лиц, жителей города Архангельска, в возрасте от 18 до 20 лет – студентов университета. Все иммунологические исследования проведены на базе иммунологической лаборатории Института физиологии природных адаптаций Уральского отделения Российской академии наук (г. Архангельск). Определяли содержание в периферической крови лимфоцитов с рецепторами CD3+, CD4+, CD5+, CD8+, CD20+, CD95+, интерлейкинов (IL) IL-4, IL-6 и др.

Установлено, что количество лимфоцитов, экспрессирующих дифференцировочные активационные антигены CD95+, у лиц молодого возраста было увеличено (0,67±0,06 кл/л), что свидетельствует о возможных нарушениях механизмов активационного апоптоза. Выявлено, что наиболее частым вариантом дисбаланса концентрации Т-лимфоцитов у лиц молодого возраста на Севере явилось повышенное содержание цитотоксических Т-лимфоцитов (CD8+), содержание которых составило 0,56±0,09·109 кл/л. Уровень содержания Т-лимфоцитов хелперов/индукторов CD4+ регистрировался ближе к верхним границам общепринятых норм (0,76±0,06 кл/л). Определено, что выявленный дефицит содержания в крови Т-клеток (CD3+, CD5+) у студентов (0,62±0,05 кл/л) усугубляется в связи с проявлениями манифестных форм экологически зависимых иммунодефицитов и заболеваний кожи бактериального и вирусного происхождения.

Результаты нашего исследования согласуются с данными профессора Л. К. Добродеевой в части дисбаланса содержания Т-лимфоцитов у взрослого населения Архангельской области, а также с мнением Л. С. Щеголевой о том, что иммунологический риск у северян с манифестными формами вторичных иммунодефицитов, а также у лиц, подверженных стандартной антигенной нагрузке, обусловлен снижением уровня системного реагирования и иммунной адаптации [3].

Таким образом, иммунными дисбалансами у лиц молодого возраста на Севере являются: увеличение содержания некоторых активированных Т-лимфоцитов, нарушение этапов дифференцировки клеток на фоне высоких концентраций цитотоксических клеток.

Полученные результаты могут стать научно-теоретическими предпосылками для дальнейшего изучения роли функциональной активности клеток крови в патогенезе основных распространенных заболеваний кожи, иммунной адаптации и иммунокоррекции лиц молодого возраста (студенческой молодежи) на Севере (г. Архангельск).

Литература

1.Л. К. Добродеева. Экологически зависимые изменения иммунитета на Севере / Л. К. Добродеева, Л. В. Сенькова, Н. Б. Московская // Физиологические закономерности гормональных, метаболических, иммунологических изменений в организме человека на Европейском Севере. – Сыктывкар, 1997. – с. 97 – 116.

2.В. А. Терновская. Клинико-цитохимические аспекты развития ребенка, прогнозирования и профилактики заболеваний на Европейском Севере: автореф. дис. … докт. мед. наук / В. А. Терновская. – Архангельск, 1992. – 42 с.

3.Л. С. Щеголева. Резервные возможности регуляции иммунного гомеостаза при манифестных формах иммунодефицита у северян / Л. С. Щеголева, Л. К. Добродеева, Е. Ю. Шашкова // Вестник Уральской медицинской академической науки. – 2006. – № 3 (1). – с. 296 – 298.

Научные руководители – д-р мед. наук С. Л. Кашутин, д-р мед. наук, проф. Т. В. Вилова.

138

КАЧЕСТВО ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ КАК ФАКТОР ВЛИЯНИЯ НА ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ ХАБАРОВСКОГО КРАЯ

Е. В. Дахова

Дальневосточный государственный гуманитарный университет, г. Хабаровск

На сегодняшний день многие водные источники подвергаются техногенному воздействию различной интенсивности, увеличивая риск для здоровья человека [Н. А. Нарбут, 2006]. Поверхностные воды остаются единственным источником водоснабжения большинства регионов. За их счет осуществляется водоснабжение Амурска на 99 %, Хабаровска – на 95 % [В. У. Димидович, 2011]. Актуальным является определение влияния качества питьевой воды на организм человека, в том числе, на формирование характеристик сердечно-сосудистой (ССС) и дыхательной (ДС) систем.

Цель работы – дать эколого-физиологическое обоснование адаптивных реакций организма на микроэлементный дисбаланс в питьевой воде и разработать рекомендации по снижению риска дисбаланса микроэлементов питьевой воды для населения Хабаровского края.

В ходе экспедиционного физиолого-экологического обследования подростков Хабаровского края (с. Датта Ванинского района, сс. Найхин, Троицкое Нанайского района, гг. Хабаровск, Амурск), (n♂=139; n♀=220, средний возраст ─ 16,28±0,09 лет, а также юношей и девушек Хабаровска (n♂=13; n♀=15, 19,95±0,22 лет), исследованы некоторые физиологические показатели ССС и ДС. Отобраны пробы питьевой воды централизованного и децентрализованного водоснабжения исследуемых территорий на содержание элементов-примесей (n = 42) в зимний период 2009 – 2013 гг.

Анализ состава элементов-примесей питьевой воды исследуемых территории показал отклонение нормативных показателей: повышение концентрации NO3- (80 % проб с. Троицкое), CH (60 % проб Нанайского района), Mn (от 20 % г. Амурск, с. Найхин, до 33 % г. Хабаровск), Fe (от 20 % Нанайский р-он, до 33 % г. Хабаровск), Ba (20 % г. Амурск, 33 % г. Хабаровск, 60 % с. Троицкое), P (20 % г. Амурск, с. Датта). Таким образом, в 80 % проб питьевой воды исследуемых территорий сельской и городской местности содержание экотоксикантов, превышает ПДК, что является фактором, определяющим тяжесть адаптивной нагрузки на организм человека. Определена концентрации эссенциальных элементов (Se, Zn, Mo, Co, Cr, Cu) в пределах ниже необходимого человеческому организму. Длительный дефицит элементов, как и избыток, ведет к нарушению обмена веществ и к различным заболеваниям.

После паводка 2013 года (август-сентябрь) анализ состава питьевой воды показал превышение ПДК Fe, P, и дефицитное содержание Cr, Co, Cu, Zn, Se.

Определены некоторые территориальные различия: основной вклад в формирование интегрального показателя функционального отклика организма (ИПФО) учащихся сс. Найхин, Датта, Троицкое принадлежит избытку CH и Fe, который соответствует границам уровня ИПФО – «специфические адаптивные качества»; для г. Амурска – избытку P и дефициту Se, Mo, уровень ИПФО – «неизбежные патологические сдвиги»; для г. Хабаровска – дефицит Mo, Co, Cu, уровень ИПФО – «специфические адаптивные качества».

При исследовании характеристик ССС выявлено отклонение от норм показателей частоты сердечных сокращений (ЧСС), систолического и диастолического артериального давления (САД, ДАД) во всех обследованных группах, кроме САД мальчиков с. Троицкое. Большинство показателей ЧСС являются повышенными, однако в группах сс. Найхин и Дата они ниже нормативных показателей. Выявлены высокие показатели пульсового давления (ПД) у подростков сс. Найхин, Троицкое, гг. Амурск, Хабаровск. Другие показатели ССС, такие как систолический объем (СО), минутный объем крови (МОК), адаптационный потенциал (АП), также не входят в границы норм. Наибольшие отклонения выявлены в Амурске. Во всех группах юношей и девушек Хабаровска отмечено повышение АД. Отклонение показателей в сторону превышения границы нормы свидетельствует о дизадаптивном состоянии сердечно-сосудистой системы обследуемых учащихся. Характеристики питьевой воды, употребляемой группой юноши/девушки, находятся в корреляционной зависимости с показателями ССС, что проявляется в повышении АД, СО, АП.

Одним из показателей адаптации организма к условиям среды является определение резервных возможностей дыхательной системы на основе экскурсии грудной клетки (ЭГК). ЭГК подростков крупных поселений городского типа и гг. Хабаровск и Амурск соответствует нормативу, в то же время ЭГК подростков сс. Троицкое, Найхин и Датта ниже норматива, что расценивается как снижение резервных возможностей дыхательной системы. Низкий показатель ЭГК и учащение ЧДД в группах юношей, девушек приводит к уменьшению дыхательных объемов, формированию варианта дыхательной недостаточности и расценивается как снижение резервных возможностей дыхательной системы. Негативные характеристики питьевой воды коррелируют с показателями ДС.

Разработаны рекомендации по снижению риска формирования дизадаптивных характеристик ССС и ДС систем под влиянием дисбаланса микроэлементов питьевой воды населения Хабаровского края (увеличение продуктов питания с высоким содержанием эссенциальных элементов, применение БАДов, минерализация воды; очистка питьевой воды от токсических примесей различными методами, использование бутилированной воды. Данные могут использоваться для своевременного определения микро-, макроэлементозов при донозологической диагностике, в практической биологии и медицине.

Научный руководитель – д-р биол. наук, доц. Е. Д. Целых

139

АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНОЙ ВОДЫ В УСЛОВИЯХ САНАТОРНО- КУРОРТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

А. К. Вавилова

Братский государственный университет

Внастоящее время в России активно разрабатываются и поддерживаются технологии, направленные на повышение и сохранение здоровья населения с использованием природных лечебных ресурсов.

Использование природных факторов в качестве лечебных средств имеет большое значение, так как с одновременным развитием технического прогресса и медицинской науки возникают всевозможные нарушения здоровья и заболевания, зачастую обусловленные техногенным воздействием.

Целью работы является изучение влияния минеральной воды на функциональные системы организма человека в условиях ОАО «Санаторий Братское взморье».

Город Братск расположен на северо-западе Иркутской области и является крупным промышленным центром Восточно-сибирского региона. Здесь находятся такие крупные промышленные предприятия как ОАО «РУСАЛ Братск», филиал ОАО «Группа «Илим» в г. Братске, ЗАО «Илимхимпром», ООО «Братский завод ферросплавов» и другие. Высокая степень индустриализации города обусловила значительное загрязнение воздушного бассейна города техногенными выбросами, вследствие чего с 2008 года город включен в приоритетный список территорий с наибольшим уровнем загрязнения воздуха.

Высокий уровень загрязнения атмосферы в г. Братске определяют следующие вещества: оксиды азота, серосодержащие соединения, взвешенные частицы, бенз(а)пирен, фторид водорода, формальдегид,. Неблагоприятная экологическая ситуация отягощает течение заболеваний бронхо-легочной систем, желудочно-кишечного тракта, костно-мышечной системы и соединительной ткани, сердечно-сосудистой системы, а также вызывает повышение случаев заболеваемости онкологией.

Вструктуре общей заболеваемости по статистике лечебных профилактических учреждений города максимальный процент приходится на болезни системы кровообращения – 20,4 %, на втором месте –

заболевания мочеполовой системы – 13,2 %, болезни органов дыхания и костно-мышечной системы – 12,7 % и 10,5 % соответственно.

Тем не менее, в условиях экологического неблагополучия города у населения есть возможность проведения оздоровительных мероприятий с использованием природных лечебных факторов.

ОАО «Санаторий Братское взморье» относится к лечебно-оздоровительными местностям и курортам регионального значения. Основным лечебным фактором санатория является минеральная вода, из двух скважин (№ 1 и № 8) с общей минерализацией, соответственно, 7,1 г/дм3 и 8,2 г/дм3, используемая для ванн, гидромассажа, ингаляций, лечебных душей, а также питьевого лечения больных с патологией пищеварительного тракта. По составу она является среднеминерализованной бромной, сульфатнохлоридной (магниево-кальциево-натриевой) со слабощелочной реакцией среды.

Принимая во внимание ионный состав, минеральные воды санатория «Братское взморье» при внутреннем потреблении оказывают влияние на обмен веществ, обладают противовоспалительным, спазмолитическим и желчегонным действием, нормализуют желудочную секрецию, оказывают антитоксическое действие. В бальнеологическом варианте они успешно применяются как в профилактических (для оздоровления, закаливания, повышения трудоспособности), так и в лечебных целях. Процедуры наружного применения минеральных вод способствуют ускорению адаптации к условиям внешней среды, мобилизации защитных механизмов, восстановлению функций организма.

Курсовое применение минеральных вод для профилактики и лечения многих заболеваний сопровождается суммацией воздействий. Известно, что оно повышает устойчивость организма к токсическому воздействию. Так как минеральная вода является природными лечебным фактором многогранного неспецифического действия, то по мере дальнейшего изучения ее применение может занять одно из ведущих мест в оздоровлении и реабилитации населения.

Например, анализ состава лечения больных по нозологическим формам за период с 2010 по 2012 гг. показал, что пациенты с заболеваниями органов пищеварения составили 20,2 % в 2010 г., 19,3 % в 2011 г. и 14,3 % в 2012 г.; с заболеваниями органов дыхания – 13,3 %, 4,9 %, 10,2 % соответственно; с болезнями костно-мышечной системы и соединительной ткани – 24,5 %, 30,8 %, 26,0 % соответственно, что указывает на эффективность использования минеральной воды в комплексе с другими методами.

Таким образом, данная лечебно-оздоровительная местность обладает достаточным природно-лечебным потенциалом (гидроминеральная база, а также биоклиматические и ландшафтные особенности территории), что способствует осуществлению оздоровительных мероприятий по долгосрочной целевой программе «Охрана окружающей среды и здоровья населения города Братска на 2012 – 2015 годы».

Научный руководитель – д-р биол. наук В. А. Никифорова

140