Содержание к диссертации
Введение
1. Характеристика воздушной среды гермообъектов и современные методы обеззараживания воздуха 12
1.1. Особенности воздушной среды гермообъектов с точки зрения микробиологической обсемененности 12
1.1.1. Характеристика микробного сообщества орбитальных станций 12
1.1.2. Система мероприятий по обеспечению микробиологической безопасности на борту космических объектов 13
1.1.3. Основные источники формирования микроэкосферы кабин пилотируемых космических объектов 14
1.1.4. Особенности эволюции микробного сообщества, связанные с условиями космоса 17
1.2. Современные методы и средства обеззараживания воздуха 18
1.2.1. УФ обеззараживание воздуха 18
1.2.2 Ионизация воздуха 24
1.2.3. Озонирование 26
1.2.4. Ультразвук 28
1.2.5. Метод поверхностной модификации материалов.. 29
1.2.6. Перспективный метод обеззараживания воздуха на основе
микросолей естественного происхождения 31
1.3. Постановка задачи 34
2. Теоретическое обоснование механизмов инактивации микроорганизмов и математическое моделирование процессов продуцирования микросолей естественногопроисхождения в воздушную среду гермообъекта 37
2.1. Начальные условия для создания математической модели 37
2.1.1. Характеристики калийно-магниевых солей Верхнекамского месторождения 37
2.1.2. Механизм аэроионизации воздуха под действием микросолей КС1 40
2.1.3. Отрицательные аэроионы и супероксидный радикал 02»' 41
2.1.4. Влияние АФК на микроорганизмы 42
2.2. Математическая модель обеззараживания воздуха под действием микросолей КС1 44
2.2.1. Зависимость скорости уничтожения микроорганизмов в приборе за счет взаимодействия с солью КС1 от высоты слоя соляного компаунда 47
2.2.2. Скорость уничтожения микроорганизмов в воздушной среде за счет взаимодействия с солью КС1 в зависимости от времени 48
2.3. Сравнение расчетных и экспериментальных значений 50
3. Наземные лабораторные и экспериментальные исследования 53
3.1. Лабораторные исследования 53
3.1.1 Технические характеристики прибора «Галоингалятор» и определение состава фильтра-наполнителя 53
3.1.2 Основные характеристики воздушной среды, продуцируемой прибором «Галоингалятор» 56
3.2. Исследования по очистке воздушной среды гермообъекта... ...66
3.2.1. Наземный эксперимент по апробации прибора «Галоингалятор» по очистке воздушной среды гермообъекта с целью уменьшения грибковых и бактериальных образований («Воздух и комфорт») 66
3.2.2. Исследование по определению эффективности воздействия воздушного потока, создаваемого прибором «Галоингалятор», на микроорганизмы, обнаруживаемые на борту пилотируемых космических аппаратов 74
3.3. Исследования по воздействию микросолей естественного происхождения на организм человека 86
3.3.1. Наземный медицинский эксперимент по апробации прибора «Галоингалятор» 86
3.3.2. Исследование по оценке эффективности применения прибора «Галоингалятор» при лечении и профилактике респираторных заболеваний и при функциональном снижении гемоглобина крови 89
4. Возможные пути и способы улучшения качества воздушной среды гермообъектов 105
4.1. Качество воздушной среды пилотируемого космического объекта 105
4.1.1. Основы формирования качественной окружающей среды 108
4.1.2. Анализ и характеристика биопозитивных природных мест 109
4.2. Управление качеством среды обитания 113
4.3. Качество воздушной среды длительно действующих обитаемых межпланетных космических объектов 117
Заключение 122
Основные результаты и выводы 122
Литература 125
- Основные источники формирования микроэкосферы кабин пилотируемых космических объектов
- Характеристики калийно-магниевых солей Верхнекамского месторождения
- Основные характеристики воздушной среды, продуцируемой прибором «Галоингалятор»
- Качество воздушной среды длительно действующих обитаемых межпланетных космических объектов
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Опыт многолетней эксплуатации длительно функционирующих космических объектов свидетельствует о том, что по мере увеличения продолжительности полета все большее значение приобретает санитарно-гигиеническое и экологическое состояние среды обитания.
Создаваемые и поддерживаемые в космическом объекте условия искусственной среды обитания, адекватные потребностям человека, являются благоприятными для жизнедеятельности большинства известных микроорганизмов. При этом биоконтаминация воздушной среды, оснащения и оборудования обитаемых отсеков протекает с высокой интенсивностью в условиях непрерывной работы сменяющихся экипажей на борту, при осуществлении грузопотока (доставки с Земли заменяемого оборудования, расходуемых материалов и т.п.). В этих процессах могут участвовать патогенные для человека бактерии и микроорганизмы - биодеструкторы, способные негативно влиять на работу приборов и систем жизнеобеспечения [55, 56]. Кроме того, развитие микроорганизмов на поверхности материалов представляет определенную опасность для здоровья людей, поскольку бактерии и грибы, повреждающие материалы, могут вызывать различные заболевания у космонавтов [40,82].
Как показал опыт эксплуатации российских орбитальных станций (ОС), комплекс систем обеспечения газового состава позволяет формировать и поддерживать необходимые условия среды обитания [46]. Так, в настоящее время, в условиях пилотируемого полета с положительным эффектом используется установка обеззараживания воздуха (УОВ) «Поток 150 МК», способная очистить от микроорганизмов воздушную среду даже при наличии высокой исходной микробной нагрузки [39]. Однако следует отметить, что в связи с постоянным возрастанием количества экспериментов на борту и увеличением числа доставляемых грузов, а также в аспекте будущих межпланетных полетов, необходимо включение в состав системы биологической очистки воздуха дополнительных средств поддержания оптимальной и биопозитивной санитарно-микробиологической обстановки. Кроме того, при длительной работе УОВ «Поток 150 МК» в пробах воздуха обнаруживается присутствие озона, что вносит существенные ограничения по времени в режимы ее эксплуатации [5]. Поэтому необходимо повышать качество воздушной среды гермообъекта.
Вместе с тем реализованная в настоящее время система по обеспечению микробиологической безопасности оказалась недостаточно эффективной в отношении рисков, обусловленных жизнедеятельностью микроорганизмов на поверхностях конструкционных материалов интерьера и оборудования ОС [30].
Кроме возникновения медицинских и технологических рисков, связанных с жизнедеятельностью микроорганизмов, в последнее время особую значимость приобрела задача поддержания экологического баланса, обеспечивающего безопасность среды обитания во внутреннем объеме космического объекта.
Эталоном биологически полноценной среды обитания для человека является земная среда [14], для формирования которой в замкнутом объеме необходимо создание систем жизнеобеспечения на основе биологических методов. Воздушная атмосфера, в которой пребывают участники космического полета (КП), проходит многократные циклы регенерации. После искусственной регенерации воздух сохраняет свои основные «макроскопические» свойства, но утрачивает некоторые микропримеси, к которым относятся, в первую очередь, легкие аэроионы и аэрозоли, что отрицательно сказывается на экологическом балансе внутри космического корабля.
Решение проблемы улучшения качества воздуха на борту пилотируемой космической станции, и тем самым повышение безопасности КП, должно решаться путем формирования биологически позитивной для человеческого организма воздушной среды. Таким образом, очевидна необходимость совершенствования методов и средств обеспечения микробиологической чистоты и улучшения качества воздушной среды обитаемых отсеков космических аппаратов, в том числе основанных на методах естественной самоочистки.
В результате исследований, проведенных в Московском авиационном институте, было разработано устройство для обеззараживания воздуха «Галоингалятор» модель ИГК-02 позволяющее создавать в замкнутых помещениях воздушную среду, эквивалентную атмосфере соляных пещер [67]. Известно, что одним из основных факторов микроклимата естественных подземных полостей и некоторых, искусственно пройденных горных соляных выработок,является отсутствие аллергенов и патогенных микроорганизмов, и, что особенно важно, высокая объемная концентрация легких отрицательных аэроионов [81]. Работа прибора связана с выходом массы активного вещества из аппарата и насыщением до определенных значений газовой среды помещения. Прибор является источником аэрозоля, содержащего мелкодисперсные частицы КС1 и отрицательно заряженные аэроионы. Прибор «Галоингалятор» позволяет снижать уровни микробной обсемененности воздушной среды и поддерживать их в пределах величин, регламентир>емых SSP 50260 MORD для
Международной космической станции. Использование прибора «Галоингалятор» в гермообъектах может способствовать, с одной стороны, формированию качественной, биопозитивной для человека воздушной среды, содержащей полезные отрицательные аэроионы, а с другой стороны будет оказывать подавляющее действие на рост и размножение микроорганизмов, тем самым, предотвращая появление экстремальной ситуации на борту пилотируемого космического объекта.
Экспериментальные и теоретические (с использованием математического моделирования) исследования процессов продуцирования микросолей естественного происхождения являются актуальной научной задачей, так как позволят сформировать качественную, биологически позитивную воздушную среду на борту пилотируемой космической станции, что приведет к повышению уровня безопасности и надежности космических полетов.
Цель исследования
Обеззараживание воздушной среды и улучшение ее качественного состава на основе продуцирования микросолей естественного происхождения в целях обеспечения безопасности обитаемых герметичных объектов.
Задачи исследования
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
Сравнительный анализ современных методов обеззараживания воздуха;
Математическое моделирование и анализ процессов продуцирования микросолей естественного происхождения в воздушную среду гермообъекта для инактивации микроорганизмов;
Определение механизмов инактивации микроорганизмов под воздействием воздушной среды, продуцируемой прибором «Галоингалятор»;
Экспериментальная оценка эффективности работы прибора «Галоингалятор» по обеззараживанию воздушной среды гермообъектов;
5. Экспериментальное обоснование и медицинская оценка воздействия на человека воздушного потока, продуцируемого новым биотехническим методом.
Материалы исследования
Результаты лабораторных исследований основных характеристик воздушной среды, продуцируемой прибором «Галоингалятор»;
Результаты микробиологических исследований по очистке воздушной среды гермообъекта для уменьшения грибковых и бактериальных образований в рамках эксперимента «Воздух и комфорт»;
Результаты исследований по определению эффективности воздействия воздушного потока, создаваемого прибором «Галоингалятор», на микроорганизмы, обнаруживаемые на борту пилотируемых космических аппаратов;
Результаты медицинского исследования влияния воздушной среды, создаваемой прибором «Галоингалятор», на организм человека, проводимого с целью анализа теоретически обоснованного предположения об активации иммунной системы;
5. Результаты исследования по оценке эффективности применения прибора «Галоингалятор» при лечении и профилактике респираторных заболеваний и при функциональном снижении гемоглобина крови.
Методы исследования
При решении поставленных задач использовались:
Методы математического моделирования;
Численные методы математического анализа и математической статистики;
Сравнительный анализ результатов расчетов и экспериментальных данных;
Экспериментальные методы исследования эффективности обеззараживания воздушной среды гермообъекта;
5. Экспериментальные методы исследования влияния воздушной среды, создаваемой прибором «Галоингалятор», на организм человека.
Научную новизну работы определяют:
Теоретически обоснованная математическая модель процессов продуцирования микросолей естественного происхождения в воздушную среду гермообъекта, для инактивации микроорганизмов;
Экспериментальные данные о влиянии воздушной среды, продуцируемой прибором «Галоингалятор», на уровень микробной обсемененности в герметичном замкнутом объекте с участием испытателей;
3. Медицинские данные о действии микросолей естественного происхождения на микроциркуляторное русло человека.
Положения, выносимые на защиту
Разработанная математическая модель процессов продуцирования микросолей естественного происхождения для инактивации микроорганизмов позволяет анализировать уровень микробной обсемененности воздушной среды гермообъекта;
Результаты микробиологических исследований по очистке воздушной среды гермообъектов, в том числе, проводимых с участием испытателей, свидетельствуют о четко выраженном антимикробном действии прибора «Галоингалятор» на бактерии и грибы, формирующие микроэкосферу замкнутого объема;
Данные медицинских исследований подтверждают положительное влияние микросолей естественного происхождения на организм человека;
Управление качеством воздушной среды на борту длительно действующего орбитального или межпланетного космического объекта позволит повысить качество жизни и безопасность космонавта в полете.
Исследования выполнены в рамках плановых научно-исследовательских программ ГНЦ РФ-Института медико-биологических проблем РАН, Московского авиационного института (Аэрокосмического факультета), Федерального управления «Медбиоэкстрем» и Федерального космического агентства «Роскосмос».
Практическая значимость
1. Применение прибора «Галоингалятор» в тракте очистки и регенерации атмосферного воздуха межпланетного пилотируемого космического корабля позволит сформировать качественную, биопозитивную для человека воздушную среду;
2. На основе проведенных медицинских исследований прибор «Галоингалятор» внедрен в практику лечения и профилактики пациентов физиотерапевтического отделения ГВКГ ВВ МВД России.
Личный вклад автора заключается в выполнении основного объема теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в диссертационной работе, включая разработку теоретических моделей, методик экспериментальных исследований, проведение медицинских экспериментальных исследований, анализ и оформление результатов в виде публикаций и научных докладов.
Реализация и внедрение результатов исследования.
Проведено внедрение в практику лечения и профилактики пациентов физиотерапевтического отделения Главного военного клинического госпиталя ВВ МВД России нового метода и прибора «Галоингалятор» для насыщения воздуха аэроионами и аэрозолями лекарственных веществ в замкнутом объеме.
Разработанный прибор принят в наземный эксперимент, моделирующий пилотируемый полет на Марс «Марс-500».
Апробация работы
Основные результаты и положения докладывались и обсуждались на: V и VI конференциях молодых ученых и специалистов, аспирантов и студентов, посвященных Дню космонавтики (Москва, 2006,2007 гг); XIII конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2006 г); 5-ой Международной конференции «Авиация и космонавтика» (Москва, 2006 г).
Основные источники формирования микроэкосферы кабин пилотируемых космических объектов
Основным фактором передачи условно патогенных микробов во время пребывания людей в герметичном помещении является воздушная среда. Микроэкосфера кабин космических объектов формируется за счет нескольких основных источников (рисунок 1.1) [16,56]. Прежде всего, это аутомикрофлора космонавтов, которая является постоянным источником поступления микроорганизмов в среду космического объекта [115].
Аутомикрофлора включает в первую очередь комменсалов - постоянных обитателей основных биотопов его организма: слизистых оболочек полости носа, полости рта и зева, верхних дыхательных путей, кожных покровов, кишечника. Эта микрофлора выполняет в организме человека целый ряд полезных и необходимых функций, а ее астенизация и подавление, крайне нежелательны, так как вызывают нарушение микроэкологического баланса. В составе аутомикрофлоры здорового человека, как правило, представлен и условно-патогенный компонент. Его патогенность определяется потенциальной способностью вызывать так называемые оппортунистические инфекции, обязательным условием возникновения которых является снижение локального или общего иммунитета макроорганизма [16,56,100].
Следующая составляющая, из которой складывается микробное сообщество кабины космического объекта, — это исходная микробиота декоративно-отделочных и конструкционных материалов интерьера, оснащения и оборудования. В этом отношении основная роль принадлежит синтетическим полимерным материалам различных классов, которые используются в обитаемых гермокабинах. Многие их этих материалов подвержены заселению бактериально-грибными ассоциациями в процессе их производства и применения в составе конкретных изделий [16, 56]. В процессы резидентного заселения могут вовлекаются потенциально патогенные представители аутомикрофлоры человека, а поступление последних в воздушную среду может существенно ухудшить санитарно-эпидемиологическую обстановку в них [15].
Имеет место также микробная контаминация интерьера и оборудования космических объектов на этапах их сборки, а также при проведении монтажных работ и комплектации в ходе предполетной подготовки [16, 56]. Занос микроорганизмов в замкнутый объем космического объекта может происходить при осуществлении грузопотоков с Земли на транспортных кораблях, при строительстве и эксплуатации космического объекта на околоземной орбите [16,56].
Среди микроорганизмов, формирующих микроэкосферу пилотируемых орбитальных станций, особо важную роль играют бактерии и грибы, так называемые технофилы [56, 114]. В настоящее время трудно найти группу материалов, на которую микроорганизмы не оказывают разрушающего действия. Биодеструкции подвержены пластмассы, резины, электроизоляционные материалы, металлы и их сплавы, оптические стекла и т.д [38, 1, 11]. Эти микроорганизмы в результате своей жизнедеятельности способны вызывать биопомехи в работе различной аппаратуры, повреждать различные конструкционные материалы, в том числе синтетические полимеры, вызывать и провоцировать коррозию металлов, что может приводить к возникновению технических (технологических) рисков [55]. Развитие микроорганизмов на материалах представляет определенную опасность для здоровья людей, поскольку бактерии и грибы, повреждающие материалы, могут быть причиной кожных, аллергических и других заболеваний, а также источником сильно действующих токсинов, что может приводить к возникновению медицинских рисков [82,40,49,102].
Степень микробной обсемененности среды обитания станции зависит от характера общих санитарно-гигиенических и специальных дезинфекционных мероприятий, выполняемых экипажем [55,56]. 1.1.4. Особенности эволюции микробного сообщества, связанные с условиями космоса
В условиях космического полета по мере увеличения сроков эксплуатации космического объекта микробное сообщество подвергается своеобразной количественной и структурной эволюции [56]. Изменения микробной обсемененности среды обитания космического объекта в условиях длительной эксплуатации являются волнообразным процессом смены фаз активации и стагнации микрофлоры с периодической сменой доминирующих по численности и распространенности видов микроорганизмов [55,56].
В обитаемых гермопомещениях создается специфический ценоз микроорганизмов, вегетирующих на слизистых оболочках и кожных покровах людей, а также обсеменяющих воздушную среду, интерьер и оборудование [35]. Формирующийся в обитаемых гермокабинах конденсат атмосферной влаги и другие органические соединения антропогенного происхождения является важнейшим фактором, инициирующим рост бактериально-грибного компонента на поверхностях материалов в условиях космического объекта [17,54].
В качестве факторов, способствующих инициализации количественных изменений в состоянии микрофлоры среды космического объекта, помимо основных параметров-температуры, влажности, давления, могут рассматриваться флуктуационные изменения солнечной активности, радиационных уровней, а также градиенты магнитных полей [55, 89]. В процессе эксплуатации ОС «Мир» отмечено увеличение численности жизнеспособных микроорганизмов в период минимума солнечной активности [88]. Результаты стендовых экспериментов показали, что у - излучение оказьгеает существенное влияние на характер роста, биологические свойства и морфологические признаки микроорганизмов [16,56,88].
Интенсивность накопления микроорганизмов в воздушной среде обитаемого герметичного помещения зависит от числа находящихся в нем людей и работы системы кондиционирования воздушной среды [69].
Характеристики калийно-магниевых солей Верхнекамского месторождения
Давно известно целебное действие микроклимата естественных подземных полостей и некоторых, искусственно пройденных горных соляных выработок на организм человека [45]. Подробные исследования спелеообразующих пород в калийных рудниках показали, что атмосфера в них способна к естественной самоочистке от различных газообразных токсических веществ [78, 43]. Кроме того, одним из основных факторов микроклимата является отсутствие аллергенов и патогенных микроорганизмов [85,86].
Основываясь на многолетнем опыте и специальных исследованиях, специалистами Московского авиационного института было разработано устройство для обеззараживания воздуха ИГК-01. Данный прибор позволяет осуществлять обеззараживание воздуха от микроорганизмов без негативного влияния на оборудование и конструкционные материалы, и, вместе с тем, оказывает благоприятное профилактическое и лечебное действие на организм человека и улучшает качество воздушной среды гермообъекта.
На основе данного устройства был создан прибор для насыщения воздуха аэроионами и аэрозолями в замкнутом объеме «Галоингалятор» модель ИГК-02 (далее «Галоингалятор») [67]. Прибор представляет собой автоматически управляемую установку, которая обеспечивает постоянство заданного состава воздуха по насыщенности отрицательно заряженными легкими аэроионами и мелкодисперсными соляными аэрозолями, и может применяться как для коллективного, так и для индивидуального пользования.
Особенностью прибора является использование в качестве лечебного компаунда (состав фильтра-насытителя) уникальных по составу и свойствам калийно-магниевых солей Верхнекамского месторождения.
Прибор «Галоингалятор» использует пульсирующий поток сжатого воздуха для снятия с поверхности сильвинита (природного минерала хлорида калия) мелкодисперсных частиц. Кроме того, при обдувании сильвинита воздухом последний обогащается отрицательно заряженными аэроионами.
Прибор «Галоингалятор» выполнен по прямоточной однокаскадной схеме и обеспечивает создание потока солевого аэрозоля следующим образом:
По воздухопроводу (8), через вентилятор (2) воздушный поток избыточного давления поступает в камеру аэродинамического пульсатора (3). Далее пульсирующий воздушный поток поступает в фильтр-насытитель (5), где обогащается электрически заряженными соляными аэроионами и аэрозолями, а также очищается от пыли и аллергенов. Далее за счет создаваемого разрежения над рабочей поверхностью источника лекарственных веществ (6) происходит отрыв электрических заряженных кластеров лекарственных веществ и насыщение ими воздушного потока, поступающего в помещение.
Фильтр-насытитель (5) установлен между перфорированными перегородками (4), которые могут быть выполнены в виде упругой сетки, размер ячеек которой 0,7мм и менее. Активный материал фильтра-насытителя представляет собой соляной компаунд с ингибитором коррозии конструктивных материалов, которым является кусковая сильвинитовая горная порода (природный минерал хлорида калия), имеющий сертификат соответствия медико-биологическим требованиям и санитарным нормам.
Проведенные исследования показали, что прибор «Галоингалятор» позволяет снижать уровни микробной обсемененности воздушной среды и поддерживать их в пределах величин, регламентируемых SSP 50260 MORD (International Space Station Medical Operations Requirements Documents) для Международной космической станции [59,60].
Был проведен ряд лабораторных исследований, посвященных исследованию влияния аэроионного состава воздушной среды, создаваемой прибором «Галоингалятор», на корозионностойкость конструкционных материалов, износостойкость и обесцвечивание декоративных материалов и тканей, используемых при создании пилотируемых космических объектов [58].
Отмечено, что теоретически ни одна из химических компонент, выделяемых при работе прибора от двух до четырех часов ежесуточно, не превышает нормы, установленные для газовой среды обитаемых отсеков космических кораблей. В результате исследования коррозионной стойкости конструкционных материалов при длительном (около 26 часов) воздействии воздушной среды, создаваемой прибором «Галоингалятор», на исследуемые образцы уровень воздействия окислительных процессов данной среды оказался ниже уровня воздействия обычного воздуха. В результате проведенных исследований износостойкости и обесцвечивания декоративных материалов и тканей, образцы прошли испытания [58].
По результатам анализа литературных источников можно сделать вывод, что тема исследования, посвященная вопросам улучшения качества воздушной среды в герметичных и замкнутых помещениях, является актуальной.
Процессы микробной контаминации воздушной среды, оснащения и оборудования обитаемых отсеков протекают с высокой интенсивностью в условиях непрерывной работы сменяющихся экипажей на борту, при осуществлении грузопотока (доставки с Земли заменяемого оборудования, расходуемых материалов и т.п.). Развитие микроорганизмов, формирующих микроэкосферу пилотируемых орбитальных станций на материалах, может вызывать крайне нежелательные биоповрежнеия и биокоррози, а также представляет определенную опасность для здоровья людей, вызывая токсико-аллергические и другие заболевания.
Целью настоящей работы является теоретическая, с использованием методов математического моделирования, и экспериментальная разработка и апробация режимов функционирования прибора для продуцирования микросолей естественного происхождения при создании качественной воздушной среды в обитаемых гермообъектах.
Для совершенствования функциональных возможностей прибора «Галоингалятор» при обеззараживании воздушной среды, необходимо более глубокое понимание физики явлений фильтрации аэрозольных частиц и процессов инактивации микроорганизмов. Экспериментальные и теоретические исследования процессов продуцирования микросолей естественного происхождения являются актуальной научной задачей, так как позволят сформировать качественную, биологически позитивную воздушную среду на борту пилотируемой космической станции, что приведет к повышению уровня безопасности и надежности космических полетов. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие основные задачи и провести: 1. Сравнительный анализ современных методов обеззараживания воздуха; 2. Математическое моделирование и анализ процессов продуцирования микросолей естественного происхождения в воздушную среду гермообъекта для инактивации микроорганизмов; 3. Определение механизмов инактивации микроорганизмов под воздействием воздушной среды, продуцируемой прибором «Галоингалятор»; 4. Экспериментальное подтверждение эффективности работы прибора «Галоингалятор» по обеззараживанию воздушной среды гермообъектов; 5. Экспериментальное обоснование и медицинская оценка воздействия на человека воздушного потока, продуцируемого новым биотехническим методом.
Основные характеристики воздушной среды, продуцируемой прибором «Галоингалятор»
Подвижность легких (отрицательных и положительных) аэроионов - от 1см2/(В-сек) и более. Подвижность тяжелых (отрицательных и положительных) аэроионов -0,00032-0,01см2/(В-сек).
В незагрязненном природном воздухе без посторонних химических примесей основными отрицательными аэроионами в диапазоне подвижностей от 2см2/В-сек и более являются ионы вида 02"(Н20)т, устойчивых носителей положительного заряда в указанном диапазоне подвижности значительно меньше. В тоже время, в соседний диапазонподвижностей 1+-2см2/(В-сек) попадают комплексы типа Н+(Н20)т и НзО+(Н20)т, которые образуются в чистой атмосфере в достаточно больших количествах и являются основными легкими положительными аэроионами. Однако в указанном диапазоне в незагрязненной атмосфере вследствие молекулярно-кинетических реакций не может сформироваться значительное количество носителей отрицательного заряда. В силу указанных закономерностей спектрального распределения легких аэроионов, в природе наблюдается количественный перевес в диапазоне подвижностей 2см2/(В-сек) и более - отрицательных аэроионов, а в диапазоне Н2см2/(В-сек) - положительных аэроионов.
Отсюда следует, что эквивалентность параметров аэроионного распределения по подвижности в воздушной среде, продуцируемой прибором «Галоингалятор», и в незагрязненном воздухе доказывает, что химическая природа аэроионов в обеих средах близка. Из этого следует, что воздушная среда, искусственно созданная с помощью прибором, является биопозитивной воздушной средой.
Изменение знака униполярности тяжелых аэроионов (соотношение концентраций положительных и отрицательных аэроионов), зависит от относительной влажности воздуха. Так при относительной влажности воздуха более 74% концентрация тяжелых положительных аэроионов больше, чем отрицательных.
Указанная закономерность объясняется специфическими свойствами соляных аэрозольных частиц. Тяжелые аэроионы образуются путем захвата легких аэроионов аэрозольными частицами. В среде, продуцируемой прибором, основной является соляная гигроскопическая аэрозоль. Поэтому в случае, когда в системе «аэроионы - соляная аэрозоль - воздух» протекают процессы обводнения ядер, процессы испарения или конденсации водяного пара, потоки аэроионов разных знаков на аэрозольные частицы будут различаться из-за появления на поверхности частиц упорядоченных слоев молекул водяного пара. Последние создают вблизи поверхности раздела «вода - воздух» локальный электрический потенциал, знак и величина которого определяется скоростью конденсационных процессов, а также способностью вещества аэрозоля специфично ориентировать адсорбированные на поверхности молекулы водяного пара. Аэроионы одного знака, попав в зону действия указанного потенциала, беспрепятственно осаждаются на каплю (частицу), а ионы другого знака «выталкиваются» потенциалом, что поводит к снижению потока этих ионов.
Именно процессами избирательного осаждения аэроионов разных знаков на соляную аэрозольную частицу при учете явления гистерезиса и определяется преимущественный знак заряда тяжелых аэроионов. Знак коэффициента униполярности тяжелых аэроионов при относительной влажности воздуха от 34% до 74% зависят от того, каким путем к данной относительной влажности воздуха воздушная среда помещения пришла. Если относительная влажность воздуха превысила критическое значение более 74%, при которой все аэрозольные солевые частицы превратились в жидкие капли, то при снижении относительной влажности аэрозольные частицы остаются в жидкой фазе и преимущественное осаждение испытывают отрицательные аэроионы. Если же аэрозольные частицы не являются полностью растворенными, т.е. относительная влажность не превышала критическое значение 74%», то преимущественному осаждению подвергаются положительные аэроионы.
На порядок отличающиеся объемные концентрации аэроионов в среде, продуцируемой прибором «Галоингалятор» (как при загрузке природным минералом «сильвинит» так и морской солью «Ахиллес»), и в природном воздухе, свидетельствуют о возможности использования данного прибора для лечебно-профилактических целей в замкнутых пространствах.
Апробация прибора «Галоингалятор» аналога бортового прибора коллективного пользования проводилась в реальном модельном эксперименте с 28.04.2004г. по 07.05.2004г. на базе НЭК ГНЦ РФ - ИМБП РАН.
Экспериментальные исследования проводились в модуле ЭУ-100, где располагалась основная группа испытателей-добровольцев в количестве 4 человек - мужчин, прошедших медицинское освидетельствование, находящихся в положении лежа вниз головой под углом минус 8. Прибор был установлен в модуле ЭУ-100 в середине рабочей зоны (рисунок 3.7). В эксперименте использовался режим коллективного пользования.
В модуле ЭУ-37 размещалась группа испытателей - экспериментаторов (мужчин) в составе 3-х человек - врач, инженер и исследователь, прошедших медицинское освидетельствование. При проведении экспериментальных исследований в условиях изоляции они обеспечивали обслуживание испытателей, находящихся в антиортостатической гипокинезии, (организация питания, санитарно-гигиенические мероприятия, проведение методик).
В ходе изоляции переходная камера и шлюзы между объектами ЭУ-100 и ЭУ-37 были закрыты. Открытие шлюзов на непродолжительное время проводилось только для перемещения членов группы испытателей-экспериментаторов. Для обеспечения безопасности предусматривалось круглосуточное пребывание одного испытателя-экспериментатора в объекте ЭУ-100.
Апробации прибора «Галоингалятор», с наполнителем фильтра кристаллами природного минерала «сильвинит», по очистке воздушной среды гермообъекта от грибковых и бактериальных образований в модельном эксперименте с участием испытателей.
Качество воздушной среды длительно действующих обитаемых межпланетных космических объектов
В период с 15 января по 2 марта 2007 года проводились совместные работы с Главным Военным Клиническим Госпиталем Внутренних Войск МВД России по апробации новой медицинской аппаратуры в рамках эксперимента по исследованию воздействия прибора «Галоингалятор» на организм человека в целях активизации иммунной системы, нормализации содержания кислорода в крови и профилактики респираторных заболеваний [4].
Целью работы являлась оценка эффективности применения прибора «Галоингалятор» при лечении и профилактике респираторных заболеваний и при функциональном снижении гемоглобина крови.
Для проведения исследований были отобраны 2-е группы пациентов. Первая группа -пациенты с хроническим бронхитом в стадии ремиссии (ХБ). Вторая группа - пациенты с функциональным снижением гемоглобина крови (АН). Каждая из основных групп была разделена на две подгруппы, для каждой из которой использовался свой физический вид наполнителя фильтра. Для подгруппы 1 использовался дробленый природный минерал «сильвинит». Размер кристаллов составлял от 0,5см до 2см. Для подгруппы 2 использовалась морская соль «Ахиллес» (ТУ 9318-088-05778957-98). Исследования проводили при 2-х уровневой загрузке прибора кристаллами.
Методика лечения для первых двух групп состояла из 10-ти сеансов галотерапии продолжительностью по 15мин. У контрольных групп курс галотерапии не проводили.
Эффективность применения прибора «Галоингалятор» оценивали по изменению показателей лабораторно-инструментальных исследований, проведенных дважды: за 1-3 дня до первой процедуры и через 1-7 дней после окончания лечения. Те же исследования были проведены и для групп контроля.
Клинические данные: (объективные и субъективные): листы-опросники в виде анкет по оценке общего самочувствия, осмотр терапевтом, ЛОР.
Лабораторные исследования: клинические анализы крови и мочи, биохимические показатели крови (АЛС, ACT, КФК, ГГТП, билирубин, триглицериды). Клинический и биохимический анализ крови проводили с использованием капиллярной крови, взятой из пальца утром натощак. Биохимический анализ крови и мочи проводились методом «сухой химии» на биохимическом экспресс-анализаторе крови «Рефлотрон-4» и экспесс-анализаторе мочи «Урисис 1100» (РОШ, Германия).
Наблюдение за состоянием сердечно-сосудистой системы по данным ЭКГ проводили новым методом анализа ЭКГ-сигнала - методом дисперсионного картирования ЭКГ (ДК ЭКГ) с помощью компьютерного скрининг-анализатора КардиоВизор-06с (ООО «Медицинские Компьютерные Системы», Россия). Исследование микроциркуляции в области ногтевых валиков проводили неинвазивным методом с помощью ультразвукового компьютеризированного допплерографа «Минимакс-доплер-К» (ММ-Д-К), (ООО «СП Минимакс», Россия) с датчиком (УЗДП) 20МГц. Исследование проводили в области ногтевого валика 1-го пальца левой кисти. Экспресс-диагностику состояния головного мозга проводили с помощью аппаратно-программного комплекса для топографического картирования электрической активности мозга «Нейро-КМ- Нейроэнергометр-04».
Исследования функции внешнего дыхания (ФВД) проводили с помощью пневмотахометрии на диагностическом медицинском приборе - «Спирограф СП-3000» (ООО «Меркурий», Россия).
Данные обрабатывали, используя статистический пакет «Excel». Для оценки достоверности результатов применяли парный и непарный критерий Стьюдента, непараметрический критерий знаков.
Ежедневно, перед началом процедур галотерапии в помещении проводили влажную уборку. Перед началом испытаний проводилось насыщение помещения аэрозолями и отрицательно заряженными аэроионами в течение 10-ти минут (подача воздушного потока во время насыщения соответствовала 2-му режиму).
В процессе исследований использовали режим коллективного пользования прибором «Галоингалятор». Испытания проводили при 2-х уровневой загрузке прибора солематериалом. В первом нижнем уровне загрузки слой составлял 5см, а во втором, верхнем -Зсм. Прибор работал без рециркуляции, режим подачи воздушного потока во время галотерапии соответствовал 2-ой кнопке.
Испытуемых располагали по три-шесть человек от прибора на расстоянии 1-1,5м от выходного отверстия (рисунок 3.20). Экспозиция прибора «Галоингалятор» производилась в любое время суток, но не позднее 18-ти часов, за 30-ть минут до еды или через 30-ть минут после еды.
При исследовании количественных показателей уровня общей микробной обсемененности слизистых оболочек носоглотки материал со слизистых оболочек носоглотки забирали ватным тампоном, смоченным в растворе консерванта и засевали на 5% кровяной агар, маннитол - солевой агар, среды Эндо и Сабуро. Величину микробной нагрузки исследуемого материала оценивали в колониеобразующих единицах на тампон (КОЕ/тампон). Пробы отбирали через 3-4 часа после еды перед началом исследований и сразу по окончании курса процедур. В те же сроки определяли уровень общей микробной обсемененности минерала сильвинита.
Анализ проб, взятых перед началом процедур, показал, что общая микробная обсемененность слизистых носоглотки находилась в пределах нормы (до 105КОЕ/тампон). Анализируя результаты лечения после курса галотерапии, у пациентов обеих подгрупп (ХБ1 и ХБ2) отмечается тенденция к снижению количества бактерий и элиминированию со слизистых оболочек носоглотки условно - патогенных штаммов Staphylococcus aureus (рисунок 3.21). Тот факт, что при использовании прибора «Галоингалятор», как при загрузке природным минералом «сильвинит», так и морской солью «Ахиллес», не наступает полной стерилизации носоглотки, имеет важное положительное значение. Так как при полной элиминации со слизистых оболочек носоглотки всех микроорганизмов освобождается экологическая ниша, которая с большой вероятностью может заполниться госпитальными, полирезистентными к антибиотикам штаммами бактерий.
В контрольной группе количество бактерий не изменялось, даже наблюдалось появление условно - патогенных штаммов Staph, aureus, и бактерий, обладающих гемолитическими свойствами. Золотистый стафилококк - обычный представитель микрофлоры носоглотки, не вызывающий проблем у здоровых людей, но очень опасный для ослабленных пациентов.
