Проблемы воздуха в закрытом помещении

iКачество воздушной среды определяется степенью её загрязнённости посторонними химическими веществами. Эти вещества поступают в воздушную среду в результате работы промышленных предприятий, транспорта и из других источников, а затем через вентиляционные системы зданий попадают внутрь жилых помещений. Здесь они смешиваются и вступают в реакции с веществам, образующимися в процессе жизнедеятельности организма человека, работы бытовых приборов, выделений из различных предметов, мебели, ковров. В итоге качество воздушной среды жилых помещений может оказаться значительно хуже, чем городского атмосферного воздуха. Как правило, в воздухе жилых и производственных помещений постоянно присутствует бытовая пыль, оксиды углерода, азота, серы, озон, радон, компоненты табачного дыма, десятки различных летучих органических соединений (ЛОС), микроорганизмы. Данные о составе микрофлоры воздуха закрытых помещений весьма актуальны, так как в воздухе почти всегда присутствуют патогенные организмы, способные вызвать различные заболевания при высокой концентрации и прочих сопутствующих условиях.


Оценка качества воздушной среды в закрытом помещении как проблема на первый взгляд может показаться второстепенной и даже надуманной. Действительно, мы всё больше узнаем о состоянии среды обитания на планете, о факторах, определяющих степень её загрязнения, как на глобальном, так и на региональном уровне. Однако воздухом мы дышим круглосуточно и большую часть времени проводим в закрытых помещениях, где и может сформироваться неблагоприятная в экологическом отношении среда, негативно влияющая на самочувствие и здоровье человека.


iИзвестно, что растения способны выделять защитные вещества – фитонциды, способные подавлять рост различных микроорганизмов. Однако забывается, что на воздух в помещении также влияет проветривание. Так, задачей работы является показать, что одни растения не способны наилучшим образом очистить воздух помещения. Исследования проводились в кабинетах гимназии №87, на базе лаборатории микробиологии Саратовского Государственного Университета. Эта работа совершается в рамках проекта «Проблема воздуха закрытого помещения», который стартовал в 2000 году на базе гимназии №87. Работа может быть продолжена, поскольку не все вопросы освещены в предыдущих работах проекта, и ещё не до конца изучены проблемы воздуха закрытого помещения, его влияние на организм человека, влияние растений на человека и воздух помещений.

Основы биологического метода анализа воздуха закрытого помещения.

Живые организмы, используемые в качестве индикаторов в биологическом методе, могут существовать только при условии активного взаимодействия со средой обитания. Для оптимальной жизнедеятельности индикаторные организмы требуют среду строго определенного химического состава. Если изменить этот состав, введя в среду дополнительное вещество или исключив из нее один из компонентов, то организм через некоторое время, иногда очень быстро, подаст соответствующий сигнал. Устанавливаются связи характера и интенсивности ответного сигнала организма с количеством введенного в среду или исключенного из среды компонента. Это и является основой биологического метода определения веществ . Питательные среды, в которых экспонируются индикаторные организмы и сами определяемые вещества, могут быть твердыми, жидкими и газообразными. От характера определяемого вещества зависит выбор индикаторного организма.
Все вещества по отношению к организму можно разделить на три группы: жизненно необходимые, токсичные, биологически неактивные. Только в первых двух случаях можно ожидать сравнительно быструю ответную реакцию индикаторного организма. Биологически неактивные вещества, не действуя на организм сразу, могут дать отдаленный результат или их можно перевести в активное состояние в результате взаимодействия с ингибиторами или стимуляторами процессов жизнедеятельности организмов, и, таким образом, они также могут быть определены биологическим методом.
Характер действия химического соединения на индикаторный организм взаимосвязан с ответным действием организма на химическое соединение. Механизм этого взаимодействия гораздо сложнее, чем взаимодействие физико-химической индикаторной системы с определенным веществом, что порождает определенные трудности при разработке биологических методик анализа.
Ответная реакция индикаторного организма на изменения химического состава внешней среды может быть самой разнообразной: изменение интенсивности роста, состава биологических сред, биоэлектрической активности органов и тканей, скорости метаморфоза; изменение характера поведения (поведенческие реакции); нарушение функций органов пищеварения, дыхания, размножения, патологоанатомические изменения организма. Характер отклика индикаторного организма на одно и то же вещество зависит от концентрации вещества: малые концентрации стимулируют процессы жизнедеятельности организма, высокие угнетают.

Общим показателем эффективности действия определяемого вещества на индикаторный организм является либо выживаемость, либо летальный исход.

Скорость отклика биологической системы на действие того или иного вещества зависит как от вида самой системы, так и от характера вещества, но как правило, наиболее быстро ответная реакция развивается на уровне прямого действия вещества на клетку. Данная особенность тест-организмов позволяет успешно применять бактерии и инфузории в биологических методиках анализа.
Преобразование ответной реакции тест-организма в аналитический сигнал представляет собой одну из самых сложных задач, решаемых при разработке биологического метода анализа. Выбор способа регистрации ответного сигнала на заключительной стадии анализа зависит как от целей анализа, так и от механизма и глубины действия вещества на индикаторный организм, и наоборот, организма на определяемое вещество. В качественных и полуколичественных методиках часто используют визуальный способ регистрации аналитического сигнала. Визуально оценивают уровень роста микроорганизмов через определенное время после их посева, количество иммобилизованных гидробионтов, изменение характера поведения тест-организмов. Для количественного определения веществ предпочтительны приборные способы регистрации аналитического сигнала.
Диапазон определяемых содержании и предел обнаружения веществ биологическим методом зависят от ряда факторов: характера и продолжительности действия определяемого вещества на организм, температуры и рН среды, родовой и видовой принадлежности индикаторного организма, его возрастных, половых, индивидуальных особенностей и др.. Время наблюдения за ответной реакцией организма выбирается с учетом цели анализа (хронический эксперимент может продолжаться 40-50 суток). Температура свертывания белка Ткр, как правило, ограничивает допустимый интервал изменения температуры.
Проблема избирательности является для биологического метода одной из самых сложных. Эта сложность объективна, так как биологическая система, используемая в аналитических целях, в силу своей организации всегда будет менее избирательна к широкому кругу веществ, нежели подобная физико-химическая система. Интегральность отклика тест-организма на действие смесей веществ является достоинством метода при биотестировании и недостатком – при количественном определении веществ.
Совокупность процедур специальной подготовки пробы с последующим биологическим определением вещества носит название химико-биологического метода анализа. Для анализа химико-биологическим методом используют две части пробы, в одну из которых в зависимости от природы определяемого вещества вводят те или иные реагенты, позволяющие изменить (повысить, понизить, снять) биологическую активность компонентов пробы; вторая часть пробы является контрольной. Обе части пробы подвергают биотестированию, при котором оценивают выживание или иную реакцию индикаторного организма после активации или инактивации компонентов и без активации (в контрольной пробе), и на основании этой оценки судят о качественном составе вещества.
Ответную реакцию организма на воздействие модифицированной или контрольной части пробы можно преобразовать в аналитический сигнал и на основании этого провести количественное определение вещества.

Микроорганизмы как аналитические индикаторы

Микроорганизмы как аналитические индикаторы привлекают большое внимание исследователей в силу высокой чувствительности к широкому кругу веществ, простоты культивирования и объективности получаемых результатов. Однако большое разнообразие микроорганизмов затрудняет выбор каких-либо из них для решения конкретной аналитической задачи. В связи с этим на данные живые существа необходимо взглянуть с аналитической точки зрения. Очевидно нас будут интересовать только непатогенные формы.
Химический состав клетки микроорганизма сходен с химическим составом всех других организмов. Большинство компонентов состоит из органических молекул, в состав которых входят углерод, кислород, азот, фосфор и сера. Другие элементы входят в состав клетки в меньших количествах и некоторые из них могут не использоваться микроорганизмом непосредственно в конструктивных обменных процессах, поскольку оказывают на них косвенное влияние. Малые концентрации неорганических ионов катализируют, а большие концентрации тех же ионов ингибируют ряд биохимических процессов в клетке. При рассмотрении роли элементов в питании микроорганизмов различают существенные и несущественные элементы.
Критерии, позволяющие отнести тот или иной элемент к существенным, следующие: 1) присутствие данного элемента прерывает развитие цикла вегетативного роста и процесса воспроизведения; 2) элемент не может быть заменен другим в силу его определенной роли в клетке; 3) элемент участвует в питании клетки.
Влияние неорганических ионов, наиболее интересных с аналитической точки зрения, жизнедеятельность микроорганизмов может проявляться различным образом, но так или иначе изменение химического состава питательной среды приводит к изменению роста клеток микроорганизма и темпов нарастания его биомассы. При использовании микроорганизмов (бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы) в качестве аналитических индикаторов наблюдают за изменением динамики роста как отдельной клетки, так и популяции в целом, и сравнивают с контрольным опытом. На плотных питательных средах отмечается изменение внешнего вида колоний, их размеров, формы, характерной для каждого вида микроорганизмов. Характер роста культуры на питательных средах более однообразен, чем на поверхности твердых сред. Как правило, питательный раствор с течением времени мутнеет, интенсивность помутнения увеличивается; когда на дне сосуда образуется осадок, а раствор при этом становится более прозрачным. В других случаях на поверхности раствора или стенках сосуда образуется пленка.
При изучении закономерностей роста и размножения микроорганизмов под влиянием изменения химического состава питательной среды используют чистые культуры, создают постоянные условия их роста и учитывают фазы роста индикаторной культуры, характерные для большинства микроорганизмов и зависящие от физиологического состояния клетки. Наибольший интерес для аналитиков представляют лаг-фаза (приспособительная фаза роста), логарифмическая фаза роста, и логарифмическая фаза отмирания. Микроорганизмы, находящиеся в этих фазах, наиболее чувствительны к неблагоприятным факторам роста, и их ответный сигнал можно использовать при разработке количественных биологических методов.
Глава ΙΙ. Санитарное обследование воздуха в закрытом помещении.

Бактериологическое исследование воздуха закрытого помещения

В атмосфере содержатся как сапрофитные, так и паразитические (патогенные) виды бактерий. Источником её обогащения различными микроорганизмами служат пылевые частицы, дыхательные пути человека и животных. В воздухе преобладают спороносные бактерии, плесневые грибы, актиномицеты, дрожжи как наиболее устойчивые к высыханию и пигментные виды, устойчивые к воздействию ультрафиолетовых лучей.
Одним из методов микробиологического исследования воздуха является метод оседания по Коху.
В кабинетах Гимназии № 87 (каб. 1, 3, 5, 7, 9) были проведены исследования воздуха закрытого помещения. Были выбраны кабинеты с неодинаковым количеством цветов, с неодинаковой площадью кабинета, с разной площадью проветривания кабинета.
Чашку Петри с агаром (питательная среда) поставили на горизонтальные поверхности и открыли крышку на 5 минут для осаждения бактерий из воздуха кабинетов. Затем чашки закрыли и поставили на хранение при комнатной температуре.
Через несколько дней в чашке начали расти колонии бактерий. Необходимо было провести подсчёт количества колоний в каждой и определить, сколько видов колоний в каждой чашке Петри.
Рассчитаем количество микроорганизмов на 1м3 воздуха. Для этого:
1. Подсчитаем число выросших на чашке колоний. Учитывая, что каждая колония развивалась из одной бактериальной клетки, определил число бактерий, осевших на площадь чашки за 5 минут.
2. Определил площадь чашки по формуле πR2;
3. Вычислил количество бактерий, осевших за 5 минут на 1см2, и умножил это число на 10000;
Все необходимые для работы исследования были проведены на базе лаборатории микробиологии Саратовского Государственного Университета.
Далее исследуем морфологию микроорганизмов и детали их строения. Для этого готовятся окрашенные препарат. Приготовим препарат для исследования.
Приготовление мазка. На поверхность стекла равномерным тонким слоем распределим при помощи бактериологической петли (круговыми движениями) исследуемый материал. Т.к. исследуемый материал твёрдой консистенции, то предварительно на стекло нанесём каплю физиологического раствора.
Высушивание. Приготовленный мазок высушим при комнатной температуре. Высушенный мазок приобретает вид матового налёта. Затем зафиксируем исследуемый материал. Фиксация нужна для того, чтобы прикрепить бактерии к стеклу, убить их сделать более восприимчивыми к окраске. Стекло с мазком, обращённым вверх, проводят трёхкратно через пламя горелки (с таким расчётом, чтобы мазок подвергался воздействию пламени не более 2 секунд).

Окраска по способу Грама

Метод окраски по грамму основан на физико-химических особенностях строения бактериальной клетки. Он позволяет выявить некоторые детали структуры и применяются для дифференциации бактерий. Одним из важнейших признаков, характеризующих вид микробов, является отношение бактерий к окраске по Граму.
Все бактерии делятся на грамположительные и грамотрицательные. Грамположительные микробы содержат в своей оболочке сложные мукокомплексы, способные задерживать соединения генцианвиолета с йодом. Благодаря этому такие бактерии не обесцвечиваются и остаются окрашены в сине-фиолетовый цвет, т.е. цвет первоначального красителя – генцианвиолета. Грамотрицательные микробы содержат в оболочке мукокомплексы в значительно меньшем количестве, поэтому они легко обесцвечиваются спиртом и хорошо окрашиваются фуксином в розово-красный цвет. Приготовленные препараты (см. выше) окрасим по Граму.
На фиксированный мазок нанесли генцианвиолет на 1-2 минуты. Краску смыли и нанесли раствор Люголя (йод в йодистом калии) на 1 минуту. Раствор Люголя слили и на мазок нанесли спирт на 15-20 секунд (в зависимости от толщины мазка). Спирт смыли водой. Мазок дополнительно окрасили фуксином (2-3 минуты). Краску смыли водой, препарат высушили. Затем рассмотрели под микроскопом (см. Приложение 2).

Обработка результатов и рекомендации

После прохождения всех этапов исследования кабинетов гимназии №87 были получены нижеприведённые результаты:
В кабинете №1 было выявлено 9 колоний микроорганизмов. Объединяя их в группы (в дальнейшем штамы) по внешнему виду, выделили 7 колоний – штам 1.1, 1 колония – штам 1.2, 1 колония – штам 1.3. В кабинете №3 было выявлено 2 колонии: 1 колония – штам 3.1, 1колония – штам 3.2. В кабинете №5 и №9 было выявлено по 5 колоний. Однако, в кабинете №5: 3 колонии – штам 5.1, 2 колонии – штам 5.2, а в кабинете №9: по одной колонии в каждом штаме, т.е. 5 штамов (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5). В кабинете №7 – 37 колоний: 1 колония – штам 7.1, 9 колоний – штам 7.2, 1 колония – штам 7.3, 1 колония – штам 7.4, 1 колония – штам 7.5, 4 колонии – штам 7.6, 20 колоний – штам 7.7.
Споры микроорганизмов встретившихся в воздухе кабинета осели на питательную среду чашки Петри. В двух штамах 3.2 и 7.3 выросла колония гриба Penicillum. Причём в штаме 3.2 колония имела большие размеры. Это не показатель плохих результатов, т.к. споры гриба имеют место быть в воздухе, также этот гриб не вреден для организма человека.
Наилучшие результаты были обнаружены в кабинете №1. Там все три штама имеют положительную грам окраску. В кабинете №3 штам имеет грамотрицательную окраску. Хотя цветов в кабинете№1 меньше, чем в кабинете №3. Вероятно, это можно объяснить тем, что площадь помещения кабинета №1 меньше, чем кабинета №3, да и площадь проветриваемой поверхности в кабинете №1 больше, чем в №3. Кабинет №7 представлен одинаковым количеством грамположительных и грамотрицательных штамов. Заметим, что площадь кабинета №7 больше площади кабинета №1, также в кабинете №7 большое количество цветов. Скорее всего, поэтому, в кабинете №7 имеют место быть такие результаты. Следовательно, не всегда цветы помогают очистить воздух. Необходимо ещё заботиться о проветривании (составление графика проветривания исследовательским путём и, естественно, его соблюдение).
В кабинете №5 получились довольно-таки неплохие результаты. Из двух штамов: один имеет грамположительную окраску, а второй — +/- грам окраску (где молодые микроорганизмы имеют положительную грам окраску, а старые — грамотрицательную). Кабинет имеет немаленькую площадь, но большую площадь проветривания и в кабинете имеются цветы.
Самые плохие результаты (из исследуемых кабинетов) были обнаружены в кабинете №9. Три из пяти штамов имеют грамотрицательную окраску, а два – грамположительную. Причём неоднократно встречается мелкая одиночная палочка. Кабинет №9 имеет немаленькую площадь, мало цветов, и, наверное как и во всех остальных исследуемых кабинетах, нет графика проветривания кабинет, и кабинет проветривается редко. Результаты, скорее всего были бы лучше, если бы при нынешнем количестве цветов кабинет проветривался почаще и по графику специально разработанному для этого кабинета.
Таким образом, видно, что не всегда цветы помогают хорошей очистке воздуха, необходимо создавать графики проветривания индивидуально для каждого кабинета и соблюдать эти графики, вовремя проветривая кабинеты. Создавая график проветривания нужно учитывать площадь кабинета, количество учащихся, посещающих этот кабинет в день, площадь проветриваемой поверхности. Но не стоит забывать и о цветах. Они способны выделять фитонциды – защитные вещества, подавляющие рост бактерий и грибов, простейших микроорганизмов. К растениям, выделяющим фитонциды, относятся: хлорофитум хохлатый, хлорофитум пестролистый, фикус, герань, бегония королевская и т.д. В результате воздух в комнате станет в среднем на 40% чище, чем там, где растений нет.

Следовательно, для достижения наибольшей чистоты воздуха в закрытом помещении надо найти баланс между проветриванием и разведением комнатных растений. Если упустить какой-то из этих элементов, то невозможно добиться, чтобы воздух в помещении был максимально чистым (насколько это возможно в бытовых условиях).
Следует сказать, что грамотрицательная окраска это не показатель грязного воздуха, поскольку добиться идеальной чистоты невозможно, и если в одном (или нескольких) штаме имеет место грамотрицательная окраска, то это произошло, скорее всего, потому, что чашка Петри стояла именно там, где была наибольшая концентрация микроорганизмов (ведь колония развивается из одной бактериальной клетки). Грамотрицательная окраска — это лишь сигнал к тому, что необходимо задуматься о чистоте воздуха в помещении.

В заключение.

В помещениях современных квартир, офисов, компьютерных центрах, аудиториях и других местах длительного пребывания людей человек вынужден находиться в условиях искусственного микроклимата. При этом средой, которая теряет свои естественные свойства постоянного обновления, является воздух.
В воздухе помещений существует та же смесь химических веществ, что и снаружи. Отличие заключается в их концентрации и недостатке средств очистки воздуха.
Химический состав воздуха внутри помещений формируется не только за счёт естественных и антропогенных факторов, но и в результате различных химических превращений с участием загрязнителей. Для того, чтобы химические вещества стали реально опасными для здоровья, их доза должна превысил предельно допустимый уровень. Эффективная вентиляция, использование воздушных очистителей, постоянный объём воздуха, выращивание растений в домашних условиях и офисе – всё это безусловно способствует очищению воздушной среды. Растения хорошо поглощают формальдегид и другие загрязняющие вещества в помещениях. Однако, по результатам исследования воздуха закрытого помещения, видно, что не только растения необходимо использовать для очистки воздуха. Так, кабинет №7 и кабинет №3, не показали лучших результатов, т.к. это кабинеты имеют большое количество цветов, большую площадь помещения, но маленькую площадь проветривания.
Контроль санитарно-гигиенических характеристик современного жилья в общем случае необходим, так как его качество – это важный компонент качества жизни. Воздух сильно влияет на организм человека, (многие заболевания передаются воздушно-капельным путём), его самочувствие и психическое состояние. Негативные влияния на организм человека сказываются настолько постепенно, что их порой трудно связать с той причиной, которая их вызвала. Следствием недостатка содержания озона и аэроионов в воздухе являются жалобы людей на частую головную боль, слабость и плохое самочувствие (так называемый «синдром больных зданий»). Поэтому человек должен заботиться о воздухе, которым он дышит, разводя комнатные растения, проветривая комнатные помещения. Однако стоит помнить, что воздух за окном тоже загрязнён. Поэтому желательно проветривать помещение ранним утром, когда уличное движение минимально и вечерняя пыль осела, а также после дождя (особенно после сильной грозы).

источник

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.