Содержание к диссертации
Введение
1. Характеристика воздушной среды герметичных и замкнутых помещений с точки зрения микробиологической загрязненности и основные современные средства обеззараживания воздуха 10
1.1. Физика аэрозолей 10
1.1.1. Основные характеристики аэрозолей 10
1.1.2. Форма, размер и концентрация аэрозолей 10
1.1.3. Особенности воздушной среды жилых помещений 14
1.1.4. Формирование бактериального аэрозоля в герметичном помещении... 18
1.2. Физические способы и средства обеззараживания воздуха 24
1.2.1. Ультрафиолетовое облучение 24
1.2.2. Озонирование 32
1.2.3. Ионизация 34
1.2.4. Фильтрация 37
1.2.5. Технология «Поток» 41
1.3. Постановка задачи 45
2. Теоретическое обоснование механизмов тонкой фильтрации и инактивации микроорганизмов под действием электрических полей 47
2.1. Механизмы фильтрации аэрозолей в пористых средах 47
2.1.1. Механизмы удержания частиц в фильтрах 48
2.1.1.1. Зацепление 51
2.1.1.2. Инерция 52
2.1.1.3. Диффузия 54
2.1.1.4. Гравитационное осаждение 56
2.1.1.5. Электростатическое осаждение 57
2.1.1.6. Совместное действие различных механизмов 59
2.1.2. Сопротивление фильтра 60
2.1.3. Общая характеристика высокопористых материалов 60
2.1.3.1. Особенности фильтрации в пористых средах. 62
2.2. Физические и биологические принципы создания математической модели механизмов инактивации микроорганизмов 67
2.2.1 Термическая инактивация 67
2.2.2. Химическая инактивация 71
2.2.3. Обеззараживание ионизирующим излучением 73
2.2.4. Инактивация микроорганизмов при воздействии электрического поля 74
2.2.4.1. Модель критической поры 75
2.2.4.2. Электрический пробой мембран 77
2.2.5. Сравнение расчетных и экспериментальных значений 79
3. Экспериментальные исследования технологии «Поток» по обеззараживанию и тонкой фильтрации воздуха 83
3.1. Техническое сопровождение работ по исследованию микробной обсемененности воздушной среды на пилотируемых космических летательных аппаратах 83
3.2. Наземные исследования по разработке рекомендаций для снижения риска микробной контаминации воздушной среды пилотируемых космических объектов 89
3.3. Исследования воздушной среды в медицинских помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха 91
3.4. Стендовые эксперименты по аэрозольному исследованию технологии «Поток» 105
4. Заключение и выводы 113
5. Практическое использование 115
Литература
- Форма, размер и концентрация аэрозолей
- Механизмы удержания частиц в фильтрах
- Физические и биологические принципы создания математической модели механизмов инактивации микроорганизмов
- Наземные исследования по разработке рекомендаций для снижения риска микробной контаминации воздушной среды пилотируемых космических объектов
Введение к работе
Актуальность проблемы:
Важнейшей задачей систем жизнеобеспечения космического аппарата является создание и поддержание в рабочих и жилых отсеках благоприятных атмосферных условий, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность и работоспособность космонавтов, находящихся в экстремальных условиях космического полета. Важнейшей характеристикой и непременным условием эксплуатации обитаемых космических объектов является их экологическая безопасность, включающая, в первую очередь, обеспечение оптимальных параметров воздуха и контроль за химическими и биологическими (микробиологическими) факторами, присущими этой специфической среде обитания. Совершенствование экологической безопасности человека при осуществлении длительных космических полетов не возможно без разработки методов, средств и технологий обеспечения микробиологической чистоты на этапах подготовки и осуществления космических полетов.
На основании опыта многолетней эксплуатации российских орбитальных станций определены наиболее значимые микробиологические риски (медицинские, технические, технологические), способные оказывать влияние на безопасность полета и надежность функционирования космической техники [40].
Процессы микробной контаминации среды, оснащения и оборудования обитаемых отсеков протекают с высокой интенсивностью в условиях непрерывной работы сменяющихся на борту экипажей, при осуществлении грузопотока (доставки с Земли различного оборудования, расходуемых материалов и т.п.). Среди микроорганизмов, формирующих микроэкосферу пилотируемых орбитальных станций, значительный удельный все занимают обитатели природных резервуаров и, прежде всего, плесневые грибы и некоторые виды бактерий [69]. Именно эти микроорганизмы обладают наиболее выраженной способностью резидентно заселять среду обитания, размножаться на конструкционных материалах различных классов, вызывая их биоповреждения [15]. И, на-
конец, большинство представителей грибной флоры могут вызывать различные токсико-аллергические заболевания у людей. Таким образом, очевидно, какие проблемы может представлять неконтролируемый занос микроорганизмов в среду обитания при осуществлении грузопотоков с Земли транспортными кораблями, при строительстве и эксплуатации космического объекта на околоземной орбите.
В настоящее время разработан и утвержден ряд нормативных документов, регламентирующих порядок обеспечения микробиологической безопасности модулей, транспортных кораблей и грузов МКС [24]. Комплекс систем обеспечения газового состава (обеспечения кислородом, удаления углекислого газа и микропримесей) позволяет формировать и поддерживать необходимые условия среды обитания на орбитальной станции [60]. Тем не менее, результаты микробиологического мониторинга среды обитания, а также анализы качества дезинфекционной обработки внутренних объемов составных элементов МКС и доставляемых грузов свидетельствуют о необходимости совершенствования методов и средств обеспечения биологической чистоты на этапах проведения предстартовых работ и улучшения качества воздуха на космическом аппарате. Современные методы обеззараживания воздушной среды не всегда позволяют решить проблему очистки воздуха от микробиологических загрязнений. Кроме того, одним из основных требований, предъявляемым к оборудованию, предназначенному для обеззараживания и очистки воздуха в присутствии людей, является экологическая безопасность, отсутствие вредного воздействия на человека и оборудование, а существующие физические методы и средства обеззараживания воздуха имеют те или иные ограничения и противопоказания по использованию в присутствии людей.
Технология «Поток» [71] позволяет решать задачи обеспечения микробиологической безопасности. Принцип действия технологии основан на воздействии постоянными электрическими полями заданной ориентации и напряженности на микроорганизмы, находящиеся в обрабатываемом воздушном потоке, что приводит к их инактивации. В результате обработки воздуха происходит
7 полная инактивация всех видов микроорганизмов, а также обеспечивается высокий уровень фильтрации обеззараженного воздуха. Данная технология позволяет проводить обеззараживание и тонкую фильтрацию воздуха в присутствии людей, так как в процессе работы не меняются параметры микроклимата, напряженность электростатического и интенсивность электрического полей, уровень ионизации воздуха.
Для совершенствования функциональных возможностей технологии «Поток» необходимо более глубокое понимание физики явлений фильтрации аэрозольных частиц и процессов инактивации микроорганизмов, осуществляющихся в результате воздействия технологии. Математическое моделирование процессов происходящих с микроорганизмами под воздействием электрических полей является актуальной задачей. Это позволит решать проблемы, связанные с микробиологическими рисками в пилотируемых космических полетах, на новом современном научно-техническом уровне, что, безусловно, позволит повысить уровень безопасности космических полетов.
Цель исследования:
На основании экспериментальной оценки эффективности применения технологии «Поток» обосновать подходы к созданию математической модели механизмов инактивации микроорганизмов в воздушной среде под действием электрических полей.
Задачи исследования:
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
Сравнительный анализ эффективности современных физических методов и средств обеззараживания воздуха;
Математическое моделирование и анализ механизмов осаждения механических частиц в пористых структурах;
Определение механизмов дезинтеграции структуры биологических клеток и разработка подходов к созданию математической модели механизмов инактивации микроорганизмов;
8 Экспериментальное обоснование особенностей создания локальных «чистых» рабочих зон и замкнутых «чистых» помещений; Экспериментальное подтверждение эффективности применения технологии «Поток» для герметичных замкнутых объектов, медицинских помещений с повышенными требованиями к чистоте воздуха, «чистых» производств;
Материалы исследований:
Результаты санитарно-микробиологических исследований воздушной среды Международной космической станции, полученных сотрудниками ГНЦ ИМБП РАН (Новикова Н.Д., Поддубко СВ.) в рамках эксперимента «Микроэкосфера»;
Результаты санитарно-бактериологических исследований на микробную обсемененность воздушной среды, полученных в ГВКГ им. ак. Н.Н. Бурденко (Тихонов Ю.Г.) в ходе плановых проверок, и контроль запыленности в 4 асептических боксах и 7 палатах реанимации ГВКГ им. ак. Н.Н. Бурденко
Стендовые эксперименты по исследованию процессов фильтрации аэрозолей в установке «Поток 150-М-01».
Методы исследований:
При решении поставленных задач использовались статистические исследования с вычислением 95% верхнего доверительного предела для учета случайного характера распределения частиц в воздухе, методы математического моделирования. Обработка результатов и комплексный анализ полученных данных проводились с использованием методов корреляционного и дисперсионного анализа с применением ЭВМ.
Научная новизна:
В настоящем исследовании впервые изучались минимальные воздействия электрических полей, приводящие к эффективным результатам по обеззаражи-
9 ванию воздушной среды от микроорганизмов, а также разработаны и обоснованы новые подходы к созданию математической модели механизмов инактивации микроорганизмов.
Практическая значимость:
В результате проведенных исследований разработаны предупредительные мероприятия по усовершенствованию методов и средств обеспечения биологической чистоты на этапах проведения предстартовых работ для снижения риска микробной контаминации среды обитания МКС.
Разработаны и утверждены Федеральным управлением медико-биологических и экстремальных проблем при Министерстве здравоохранения Российской Федерации: «Методические указания по использованию установки обеззараживания воздуха «Поток- 150 МК» в производственных помещениях в целях обеспечения биологической чистоты модулей, транспортных кораблей и грузов на этапах проведения предстартовых работ» (Приложение).
Апробация работы
Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на 6-ой Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2003г.), на Конференции молодых специалистов, аспирантов и студентов, посвященной Дню космонавтики (Москва, 2003, 2004 гг.), на Международной конференции «Системный анализ и управление аэрокосмическими комплексами» (Евпатория, 2003 г.), на секции ESA's European Student Outreach Activities 54th International Astronautical Congress (Бремен, 2003), на заседании секции «Обитаемость замкнутых объектов и системы жизнеобеспечения» Ученого совета ГНЦ РФ — Института медико-биологических проблем РАН (Москва, 2005).
Форма, размер и концентрация аэрозолей
Аэрозольная частица, как и любое физическое тело, характеризуется геометрическими размерами. Размер частиц в наибольшей степени определяет их поведение и оказывает наиболее сильное влияние на многие свойства аэрозо лей. Почти для всех аэрозолей характерен широкий диапазон изменения размеров частиц. Распределение частиц по размерам также оказывает сильное влияние на свойства аэрозолей [84, 86].
Правильность формы реальных аэрозолей— редкое исключение. Как правило, анализ явлений выполняется на основе предположения о сферичности формы частицы. Согласно этому предположению, каждой аэрозольной частице сопоставляется сферическое тело, которое в связи с каким-либо свойством аэрозоля демонстрирует аналогичное поведение. Размер частицы характеризуется средним радиусом эквивалентной сферы [86].
Средний кубический радиус определяется радиусом сферы, равной по объему (массе) исходной частице. Средний оптический радиус определяется радиусом сферы, имеющей то же сечение рассеяния, что и исходная частица. Се-диментационный (стоксовский) радиус эквивалентен радиусу сферы, имеющей ту же скорость осаждения в гравитационном поле: V-— скорость осаждения; у, — динамическая вязкость среды; р — плотность тела; g — ускорение свободного падения [46, 86].
Как правило, аэрозольная система содержит частицы разных размеров. В зависимости от соотношения размеров частиц дисперсной фазы принято различать следующие виды аэрозолей: монодисперсный аэрозоль — аэродисперсная система, содержащая частицы одного размера; полидисперсный аэрозоль — аэродисперсная система, содержащая частицы различных размеров [46]. Монодисперсные аэрозоли можно описать двумя параметрами — счетной концентрацией и размером частиц. Полидисперсный аэрозоль характеризуется функцией распределения частиц по размерам, заключенным в диапазоне [rw/n,rmax], параметрами которой являются средний радиус распределения г и дисперсия а, характеризующая степень полидисперности системы [78, 86].
Различают дифференциальную и интегральную функции распределения. Дифференциальное распределение f{r,r,s) определяет количество частиц dN, содержащихся в диапазоне радиусов [г,г + dr\ следующим образом: dN = f(r,r,s)dr. (1.2) Интегральное (кумулятивное) распределение F(r,r,s) определяет количество частиц с размерами из диапазона [гш-от,г]: F(r,r,o)= \f(r,r,a)dr (1.3) г . mm Функция F нормируется на общее число частиц системы No гтах UQ=F(rmax,r,cT)= \f{r,ra)dr. (1.4) rmin Дисперсия определяется как среднеквадратичное отклонение следующим образом: гтах а2= \(r-r)2f(r,r,cj)dr. (1.5) rmin
Аналогичным образом определяется массовая функция распределения [78, 86].
По происхождению аэрозоли можно разделить на природные и антропогенные. В природе аэрозольные частицы образуются в ходе атмосферных процессов, влияющих на погоду, при ветровой эрозии, при извержениях вулканов, при лесных пожарах и из других многочисленных источников [46].
Распределение атмосферных частиц по размерам имеет особенности, связанные с географическим положением местности, близостью к промышленным центрам. Это распределение подвержено суточным и сезонным вариациям. Несмотря на это разнообразие, типичная атмосферная функция распределения имеет тримодальный вид. Пики распределения расположены в районе -0,01 мкм, -0,1 мкм, -1-5 мкм [46].
Первый максимум соответствует ядрам конденсации и морским аэрозолям [46, 86]. Для таких частиц характерна коагуляция, т.е. укрупнение частиц путем образования сложных англомератов [46].
Помимо естественных ядер конденсации в воздух попадают и крупные твердые или жидкие частицы. [78]. Второй пик функции распределения атмосферных аэрозольных частиц приходится на частицы субмикронного диапазона размеров, его формируют конденсационные аэрозоли дымов и туманов [46, 86].
Третий максимум функции распределения находится в области крупных частиц, которые возникают в ходе природных процессов диспергирования веществ — механического разрушения материалов, эрозии почвы, дробления и пр. [46]. К этой же области относятся микробиологические аэрозоли, источником которых является органическая материя растительного и животного происхождения [92]. Наиболее часто отдельные составляющие биоаэрозоля подразделяются по типу микроорганизмов и по их размеру [78]: 1. Вирусы. Их размер заключен в диапазоне 0,01-1 мкм. Вирусы очень редко присутствуют в воздухе в виде самостоятельных частиц, обычно они связаны с частицами пыли, спорами растений и т.д.; 2. Бактерии. Типичный размер бактерии составляет 1-20 мкм; 3. Водоросли. Сюда относятся растительные микроорганизмы размером от 1-1000 мкм; 4. Споры. Их размер колеблется в пределах 3-10 мкм; 5. Цветочная пыль, плоды и семена некоторых растений. Это частицы растительного происхождения, имеющие размер 10-150 мкм.
Антропогенные аэрозоли составляют небольшую массовую часть по сравнению с природной составляющей. Однако локальные концентрации антропогенных аэрозолей могут доминировать в индустриальных центрах [86].
Механизмы удержания частиц в фильтрах
Методы улавливания аэрозолей основаны на различных механизмах взаимодействия частиц с газовой средой и осадительными элементами.
Процесс фильтрации можно разделить на два этапа, следующие один за другим: сначала частицы, которые должны быть уловлены из потока газа, подводятся к поверхности волокон фильтра, затем они прилипают к этим волокнам [78].
Универсальным источником связывания частицы с поверхностью является межмолекулярное взаимодействие Ван-дер-Ваальса, однако этот механизм эффективен только для малых частиц. Принято считать, что надежно удерживаются силами Ван-дер-Ваальса частицы диаметром менее 0,1 мкм [86].
Вероятность улавливания частиц фильтром базируется на предположении, что при движении в объеме фильтра в результате многочисленных случайных изменений траектории частица коснется волокна и, после включения какого-либо механизма удержания зафиксируется на осадительной поверхности [86].
Эффективность осаждения частиц волокнистым слоем площадью S, толщиной dx в однородном потоке фильтруемого воздуха рассчитывается по коэффициенту захвата уе изолированного волокна. Последний определяется в идеализированных условиях потока с линейной скоростью V, ортогонального к оси цилиндрического волокна радиуса ту. Предполагается, что из потока осаждаются все частицы слоя шириной 2у и, определяя коэффициент захвата как отношение толщины 2у к размеру продольной проекции цилиндра, имеем [86]: Средняя скорость воздуха в фильтрующем слое равна: - V V= , (2.2) \-д где 3— плотность упаковки волокон, которая равна отношению объема волокон к общему объему слоя. Длина волокон, содержащихся в слое: Lf= -dx. (2.3) n-rf Тогда для объема отфильтрованного воздуха: AQ = 2yV- rS-dx, (2.4) 7t-rf а количество осажденных частиц с концентрацией п составляет: dN = n2yV- -ISdx. (2.5) x-rf Поступающее в слой количество частиц равно: N=nVS. (2.6) Из последних двух соотношений в пересчете на концентрацию имеем: п nVrf (1 - д)7Г rf После интегрирования получаем: п=щеу, (2.8) 2Sr h (1 - 8 )ж rf где h — полная толщина слоя. Отношение: к = — = е г (2.10) щ называется коэффициентом проскока фильтра. Эффективность фильтрации: E = rh L = l_e-r (211) п Эта величина характеризует эффективность осаждения частиц в волокнистом слое. Механизмы фильтрации связывают с осаждением частиц на отдельные волокна при различных режимах течения дисперсной среды. Обычно предполагается ламинарность обтекания волокна воздухом, т.е. малость числа Рейнольдса: Vr Re = —- \, (2.12) v где V — характерная скорость потока, V — кинематическая вязкость воздуха. При малых Re 1 обтекание тел носит ламинарный характер — частицы жидкости движутся вдоль гладких линий тока, причем для симметричных тел и картина обтекания симметричная.
В области 1 Re 30 симметричность течения нарушается и в следе за телом появляются вихревые области, однако регулярность течения сохраняется. Начиная с величин Re 30, течение становится турбулентным, жидкие частицы в потоке движутся хаотично.
Основным параметром, выражающим связь между скоростью движения воздуха, производительностью фильтра и степенью очистки, является так называемый суммарный коэффициент осаждения частиц, учитывающий влияние различных механизмов фильтрации. Этот коэффициент рассматривается с позиции следующих механизмов [58]: 1. Прямого захвата частиц или зацепления; 2. Инерционного осаждения; 3. Диффузионного осаждения; 4. Осаждения гравитационными силами; 5. Осаждения электростатическими силами. Поле скоростей обтекания круглого цилиндра в поперечном однородном потоке скорости Vo при малых Re, определяется решением Лемба [86]: \ ( vQ=c rf _ r \- r-2ln v r rfJ cos, /; vQ=c 1--4+2/Л2 — r r sinQ, (2.13) с 2(2 -In Re) Здесь r, — цилиндрические координаты с центром на оси цилиндра, угол 0 отсчитывается от направления вектора скорости VQ.
Зацепление
Зацепление характерно для относительно легких частиц, которые полностью увлекаются воздушным потоком. Вклад механизма зацепления определяется следующим образом. Рассмотрим длинное отдельное сухое волокно, омываемое потоком воздуха, содержащего аэрозольные частицы.
Удержание частиц за счет эффекта зацепления. Предположим что, центр улавливаемой частицы, имеющей радиус гр, все время остается на одной и той же линии тока (рис. 2.1) . Если эта линия тока пройдет около волокна на расстоянии, равном радиусу частицы гр, частица придет в соприкосновение с волокном. Она прилипнет к волокну и будет, таким образом, уловлена из потока газа. Чем больше радиус частицы гр, тем больше вероятность ее улавливания. Вычисляя расход газа между предельными траекториями [3], имеем: 7+ГР (2.14) Q = 2 \Ve\r,Q=-]dr = 2Crf = 2Crf 2(l+R)ln(l+R)+——(l+R) V 2 J _ 1+Л Y где R = — . Поскольку расход на волокно определяется площадью проек-rf 2(1 + R)ln(\ + R) + — (l + R) ции поверхности цилиндра 2V0rf, то для коэффициента захвата волокна имеем: 1 fe = (2.15) 2(2 -In Re) Функция yce , очень слабо зависит от Vo и является растущей функцией от R. Таким образом, коэффициент захвата механизма зацепления увеличивается с ростом гр, падает с ростом гу и не зависит от скорости потока воздуха.
Инерция
Инерционное осаждение реализуется для крупных частиц, у которых движение в меньшей степени обусловлено конвективным сносом среды. Траектория такой массивной частицы более прямолинейна (рис. 2.2). В соответствии с инерционным механизмом, увлекаемая газом частица вследствие инертности отклоняется от линий тока. Для описания этого эффекта используется стоксовское приближение движения сферы в вязкой среде, спра ведливое при Rev = —— 1. Приравнивая силу инерции частицы массой т гид-р v родинамическои силе сопротивления, имеем следующие уравнения в проекциях скорости V=(VX, Vy)=(U, V)\6]:
Физические и биологические принципы создания математической модели механизмов инактивации микроорганизмов
Процессы термической стерилизации наиболее широко используются для достижения стерильности оборудования и коммуникаций, различных жидкостей, а в некоторых случаях и воздуха. Воздействие повышенной температуры приводит к гибели микроорганизмов при определенных условиях, зависящих как от вида контаминантов, так и от их состояния, наличия защитных веществ. Получены экспериментальные данные о связи гибели микроорганизмов с по вреждением в них РНК и ДНК [58]. Терморезистентность различных видов микроорганизмов варьирует в достаточно широком диапазоне. Даже микроорганизмы одного вида существенно отличаются по термоустойчивости в зависимости от штамма и характеристик среды экспонирования.
Известно, что многие химические вещества тормозят или полностью подавляют рост микроорганизмов [58].
Главным объектом действия антимикробных веществ на микроорганизмы является ДНК. Первая группа таких веществ включает соединения, химически изменяющие основания в молекуле ДНК. Во вторую группу входят вещества, реагирующие с молекулой ДНК между соседними парами оснований [58].
Бактерицидное действие многих соединений может проявляться и без поступления их внутрь микроорганизмов. Они влияют на физиологические функции цитоплазматической мембраны, после чего микробная клетка теряет способность к размножению [58].
Некоторые тяжелые металлы (медь, серебро, ртуть и др.) уже в низкой концентрации действуют как сильные ферментные яды. В виде солей, а также в форме органических соединений они могут изменять структуру молекулы [58].
Одним из наиболее сложных типов антимикробного действия обладают антиметаболиты. Они представляют собой соединения, которые по структуре настолько близки к предшественникам и промежуточным соединениям, что могут "подменять" их действие и включаться в метаболизм микроорганизма [58].
Влияние изменения концентрации стерилизующего вещества на скорость гибели микроорганизмов можно выразить соответствующим коэффициентом. Чем больше его величина, тем быстрее гибнут микроорганизмы при повышении концентрации антимикробного вещества. Время, за которое погибает определенная часть культуры, обратно пропорционально концентрации, а величина CV часто имеет постоянное значение. Таким образом, при равной степени выживания для двух отличающихся режимов С1к =С?т2, (2.65) где С — концентрация стерилизующего вещества; пк — концентрационный коэффициент; т — время, необходимое для выживания заданной культуры. Из этого соотношения следует, что:
При химических методах деконтаминации вещества, обладающие бактерицидным действием, применяют в газообразном (парообразном) и аэрозольном состояниях, а также в виде пен. Для количественной характеристики бактерицидной активности деконтаминантов часто пользуются величиной CTJOO, т.е. произведением концентрации химического вещества на время, необходимое для уничтожения всех микроорганизмов.
Интенсивность распространения паров деконтаминанта оценивают по коэффициенту молекулярной диффузии [58]: Д.= , (2.67) где DH — коэффициент молекулярной диффузии газа (пара) в воздухе при 0С и давлении 1015 ГПа, характеризующий число молекул газа, проходящих через единицу поперечного сечения объема в единицу времени при градиенте концентрации равном единице;
Мв —молекулярная масса соединения.
Для действия ионизирующих излучений характерно несколько моментов [58].
1. На биологические объекты действуют кванты и частицы с энергиями от сотен до миллионов электрон-вольт, способные разорвать любые виды химических связей;
2. Поглощение энергии излучений происходит во всех встречающихся на их пути молекулах независимо от строения последних;
3. Микроорганизмы не имеют способов полезного использования ионизирующих излучений в основном из-за мощности и универсальности действия этих излучений;
Известно, что при поглощении и переносе энергии излучения образуется большое число химически измененных молекул. При этом существенное значение для радиационного поражения клетки имеет лишь самая незначительная часть молекул. Распределение ионизации в клетке или облучаемом веществе имеет статистический характер. Вероятность Рк возникновения ku ионизации в некотором объеме Vu (при среднем числе пи ионизации в единице объема) равна [58]:
Наземные исследования по разработке рекомендаций для снижения риска микробной контаминации воздушной среды пилотируемых космических объектов
В результате экспериментов, проведенных в микробиологической лаборатории ГНЦ Института медико-биологических проблем РАН (Новикова Н.Д., Поддубко СВ.), разработаны предупредительные мероприятия по усовершенствованию методов и средств обеспечения биологической чистоты на этапах проведения предстартовых работ для снижения риска микробной контаминации среды обитания МКС. Проведена отработка режимов и регламентов работы установки обеззараживания воздуха «Поток 150-М-01».
Разработаны рекомендации по использованию установки в производственных помещениях на этапах проведения предстартовых работ для обеспечения биологической чистоты модулей, транспортных кораблей и грузов.
Установлено, что размещать установку следует на высоте 50-100 см от пола и таким образом, чтобы входная и выходная решетки находились не ближе 50 см от стены или каких-либо крупных предметов, препятствующих свободному проходу воздуха. Расположение установки должно обеспечить наилучший режим рециркуляции воздуха в помещении.
С помощью установки может быть создана локальная «чистая» рабочая зона (например, рабочий стол), для этого выходная решетка установки должна быть направлена на обрабатываемый объект.
Расстояние от выходной решетки до обрабатываемого объекта должно быть не менее 30 см. Использование "перекрестных" воздушных потоков от двух или более установок позволяет повысить степень чистоты в рабочей зоне.
Для достижения наибольшего асептического эффекта необходимо проводить влажную уборку помещения при включенной установке. Применение установки не снимает необходимости соблюдения рутинных правил асептики и антисептики.
Рекомендуемые варианты использования установки УОВ "Поток 150-МК" с учетом требований к качеству воздушной среды различных помещений представлены в таблице 3.2.
Примечание: — «чистая» зона — ограниченное пространство внутри помещения, в котором число микроорганизмов в воздушной среде поддерживается в заданных пределах.
Для поддержания достигнутого уровня стерильности в течение заданного времени необходимо, чтобы установка работала непрерывно.
Представленные рекомендации отражены в «Методических указаниях по использованию установки обеззараживания воздуха «Поток 150-М-01» в производственных помещениях в целях обеспечения биологической чистоты модулей, транспортных кораблей и грузов на этапах проведения предстартовых работ», утвержденных Федеральным управлением медико-биологических и экстремальных проблем при Минздраве РФ (см. Приложение) [61].
Эффективность применения технологии «Поток» для медицинских помещений с повышенными требованиями к чистоте воздуха проверялась в отделении реанимации и интенсивной терапии и отделении высокодозной химиотерапии, анестезиологии и реанимации Главного военного клинического госпиталя им. академика Н.Н. Бурденко. Исследования проводились в 7 палатах реанимации и интенсивной терапии и 4 асептических боксах. Все экспериментальные помещения оснащены установками «Поток 150-М-01» в специальной комплектации с воздухораспределителем. Установки встроены в систему приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования и предназначены для обеззараживания и тонкой фильтрации воздуха, подаваемого в помещение.
На рис 3.6 представлены схема системы вентиляции, кондиционирования и обеззараживания воздуха и внешний вид асептического бокса. Схема системы вентиляции внешний вид палаты реанимации и интенсивной терапии и представлены на рис. 3.7. Распределение приточного воздуха в помещении осуществляется через потолочный воздухораспределитель, перфорированная поверхность которого позволяет подавать в помещение воздушный поток равномерно и с оптимальной скоростью. Схема размещения установок «Поток 150-М-01» с воздухораспределителем на потолке представлена на рис. 3.8.
Во всех помещениях выполнялись следующие виды исследований: - Контроль запыленности в оснащенном помещении при отсутствии персонала и пациентов; - Контроль запыленности в эксплуатируемом помещении в присутствии персонала и пациентов (в палатах реанимации интенсивной терапии); - Контроль микробной обсемененности (Тихонов Ю.Г.).
