Содержание к диссертации
Введение
Обзор литературы и анализ изучаемой проблемы
Биологическая минералогия и объекты ее изучения
Биоэкологическая среда и здоровье
Роль воды в природе и жизни человека
Нанобактерия - биоминерализационный геоэкологический фактор и его роль в новейшем направлении современной геоэкологии г
Минеральные новообразования на водозаборах г.Томска и Томского района
Глава 2 Объекты и методы исследования стр. 36-46
Глава 3 Водоснабжение населения Томского района,
Геохимическая характеристика качества подземной воды
3.1 Общая характеристика источников питьевого водоснабжения 47-56
3.2 Гидрогеологическая характеристика Обь-Томского междуречья Западной Сибири 56-61
3.3 Геохимическая характеристика солевых образований подземной воды 61-73
3.4 Общая микробиологическая характеристика источников водоснабжения и минеральных новообразований на водозаборах Томского района
Глава 4 Нанобактерии в питьевой воде и ее минеральных осадках
4Л Количество нанобактерии в питьевой воде
4.2 Морфология и онтогенез нанобактерии
4.3 Химическая и биохимическая характеристика нанобактерии
4.4 Связь нанобактерии с железом, общей жесткостью, минерализацией питьевой воды
Глава 5 Нанобактерии в органо-минеральных образованиях человека и животных 102-12
5.1 Исследования органо-минеральных образований стр. человека с помощью электронной микроскопии 102-107
5.2 Рентгсноструюурный анализ органо-минеральных стр. образований человека и животных 107-114
53 ИК-спектрометрия органо-минеральных образований человека 115-118
5.4 Сравнительный анализ органо-минеральных образований человека и животных 118-121
Глава 6 Оценка взаимосвязи нанобактерии, химических войств питьевой воды с патологией органов и тканей
Корреляционные зависимости жесткости питьевой воды и нанобактерии в генезисе мочекаменной болезни человека Желчекаменная болезнь
Оценка йоддефицита питьевой воды и корреляционные связи с нанобактерией в патологии щитовидной железы
Выводы
Практические рекомендации
Принятые сокращения
Литература
Введение к работе
Носителями минералов являются не только косная система (литосфера) Земли, но и все живое на ней, включая человека. Минералы, возникающие в живом организме и называемые биоминералами, участвуют в его построении (зубы, кости) и физиологически ему необходимы. Они входят и в состав различных новообразований патогенного характера, не свойственных живому организму, возникающих при нарушениях в его функционировании и обнаруживаемых практически во всех тканях и органах человека и животных (Юшкин Н.П., Пальчик НА, Столповская В.Н.),
Биоминералы, будь то физиогенные или патогенные, неразрывно связаны с органическим веществом, образуя вместе с ним единое органоминеральное образование (ОМО), где органическая составляющая не является пассивной, а активно участвует в появлении той или иной минеральной компоненты, определяя и форму ее выделения. Список минералов, встречающихся в ОМО, весьма значителен, и включает к настоящему времени более 80 единиц органического и неорганического состава (Кораго А.А., Lowcnstam Н.А., Werner Sh.). ОМО, их состав и строение, механизмы образования и изменения в условиях замкнутой системы организма являются объектами биоминералогии - молодого, активно развивающегося направления в минералогии, которые являются частью общей тенденции становления и развития медицинской экологии (Medical ecology).
Особенности образования биоминералов в организме человека долгое время оставались исключительно в сфере интересов медицины с привычными для нее методами исследования. Главное внимание уделялось диагностике и лечению заболеваний, ведущих к возникновению патообразований. В то же время совершенно очевидно, какое важное значение имеет четкое представление о причинах их появления и механизмах дальнейшего формирования. Сейчас эти вопросы широко изучаются во всем мире с привлечением минералогов и используемых в минералогии методов исследований.
Большую роль в развитии учения биоминералогии и в исследовании конкретных твердых образований в организме человека сыграли работы российских и зарубежных ученых: НЛ.Юшкина, А.АЛСораго, М.ГШавликовского, Н.АЛальчик, В.Н.Столповской, А.К.Полиенко, В.И.Катковой, КЛонсдейл, Д.Сьютер и многих других.
Биоминералогии посвящаются конференции и семинары, проводимые с 1988 г. на Украине (Луцк, Львов), позднее - в Сыктывкаре под руководством Н.ПЮшкина. Появились обстоятельные монографии А.А.Кораго о проблемах и объектах биоминералогии, А.К.Полиенко, Г.В.Шубина, В.А.Ермолаева и В.И.Катковой о составе, структуре и генезисе мочевых камней.
В последнее время интерес к проблеме все более возрастает из-за резкого ухудшения экологической обстановки в мире, что является одним из важнейших факторов роста заболеваний, приводящих к возникновению минеральных патообразований. Сложность внутреннего строения большинства патогенных ОМО, многокомпонентный состав и неравномерность распределения минеральных составляющих по объему требуют специальных методов их исследования- Широко и с большим успехом используются традиционные методы, такие как химический, термический, рентгенографический и ряд других.
Не исключается тот факт, что причиной образования ОМО служит инфекция и новые, бактериологические факторы, открытые в последние 15 лет.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), около 80% всех инфекционных заболеваний в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения.
Качество питьевой воды во многих странах, в том числе и в России, определяется нормативами. Среди них химические, бактериологические, микробиологические и другие показатели. К сожалению, существующие нормативные документы не рассматривают ряд факторов, влияющих на качество питьевой воды. К таковым могут быть, например, отнесены продукты жизнедеятельности сине-зеленых бактерий («пули дьявола» по терминологии А.Я. Кульберга) и, так называемые нанобактерии, открытые в конце XX века.
В 1990 году американским геологом из Техасского университета Робертом Фольком в горячих источниках вблизи Неаполя при электронномикроскопическом исследовании была открыта новая разновидность бактерии, покрытая карбонат-апатишой оболочкой (каменная бактерия), вошедшая в мировую литературу под названием как нанобактерия (Folk R. 1990). Диаметр этих образований составляет десятые доли микрон. Они способны к размножению.
В 1992 году группой финских ученых во главе с молекулярным биологом Айно Олави Каяндером и микробиологом Невой Чифчиоглу при изучении культуры фибробластов в питательной среде обнаружили необъяснимый феномен гибели клетки. При пропускании культуры через ультрамикропористый фильтр (0,2 микрона) в фильтрате были обнаружены колонии каменной бактерии. Вскоре подобные бактерии были констатированы в почечных камнях человека, страдающих мочекаменной болезнью и поликистозом почек и ряде новообразований (Kajander E.O.et al 1998).
С 2000 года группа Томских ученых медиков: профессоров ВТ.Волкова, Н.Н.Ильинских, доцента Я.С.Пеккер, кандидата медицинских наук, главного врача Томской ЦРБ Ю.И.Сухих, геологов: профессоров АГ.Бакирова, Л.ПРихванова, доцентов А.КЛолиенко, В,А.Ермолаева и др., физико-техников Г.В.Смирнова, АДМосковченко и др. ведут многоплановые исследования участия новейшего биоминерализанионного геоэкологического фактора окружающей среды, человека и животных в генезисе болезней биоминерализации, а также на основных коммуникациях водозаборов и процессах технологии очистки подземных вод.
Нужно отметить, что Томские ученые из ТГЛСУ Д.С.Покровский и др. (2002 год) изучали минеральные новообразования Томского водозабора, они выделяли и видели овоидные образования, но не рассматривали их генезис.
Цель исследовании Целью настоящего исследования является оценка нанобактерии, как биоминерализацпонного фактора в генезисе минеральных образований в подземных водах водозаборов и болезней биоминерализации населения Томского района.
Задачи исследования
1. Изучить и разработать методы идентификации новейшего фактора современной геоэкологии - нанобактерии в подземных водах водозаборов г.Томска и Томского района.
2. Провести экспериментальные исследования органо-минеральных образований водоочистных сооружений Томского района, человека и животных на наличие в них нанобактерии и изучить ее морфологические особенности.
3. Выявить уровень содержания нанобактерии в природной воде в населенных пунктах Томского района и провести геокартирование территории по данному показателю.
4. Исследовать корреляционные взаимоотношения между жесткостью воды, уровнем железа, нанобактерией и заболеваемостью населения болезнями биоминерализации (холелитиаз, мочекаменная болезнь, узловой зоб).
Научная новизна 1, Впервые установлено присутствие нанобактерии в фильтрате подземных вод и минеральных новообразованиях на водозаборах Томского района, а также присутствие колоний нанобактерии на фильтрах очистки подземной воды и коммуникациях водозабора. Внесена новая информация в оценку качества природных вод, биоминералогию, природу минеральных новообразований в системах водоснабжения населения и экологическую безопасность.
2. Впервые разработаны гистохимические методы идентификации нанобактерии с использованием молибденовокислого аммония в окраске карбонат-апатитной оболочки нанобактерии, наиболее эффективные и менее дорогостоящие.
3. Выявлено присутствие нанобактерии, аналогичных в подземных водах, в патологически измененных органах и тканях человека.
Практическая значимость
По данным проведенных исследований научно обоснована необходимость включения в перечень нормативных документов рекомендаций контроля нанобактерии в питьевой воде, донорской крови и ее компонентов (сухая плазма, эритроцитарная масса и др.).
Разработана и использована схема определения плотности содержания нанобактерии в 1мл питьевой воды, а также электронная сканирующая микроскопия ее в конденсате питьевой воды.
Составлены схематические карты распределения нанобактерии в различных зонах Томского района и проведена корреляция между жесткостью воды, содержанием железа, мочекаменной болезнью, узловым зобом.
С учетом выявления присутствия колоний нанобактерии в патологически измененных органах и тканях человека и животных дают основания для дальнейшего изучения этиологической и патогенетической роли нанобактерии в формировании указанных форм патологии человека и проведения эпидемиологических скрининговых исследований популяции населения на присутствие нанобактерии в организме здоровых лиц.
Личный вклад автора С использованием электронной сканирующей и трансмиссионной микроскопии, а также электронно-оптической дифракции на установке Cameca- Microbeam (France), автором проведены исследования минеральных новообразований на водозаборах Томской области и конденсата питьевой воды на присутствие нанобактерии.
Разработаны методы идентификации нанобактерии в жидких средах, ткани органов, включая собственные модификации с 10% раствором молибденово-кислым аммонием, методом Косса, впутрикожиыми пробами с антигеном папобактерии и моноклональными антибактериальными антителами mAbc (Nanobac - Finland, Koupio).
Разработаны методы подсчета количества нанобактерии в 1 мл питьевой воды, а также проанализированы корреляционные связи жесткости питьевой воды, уровня йода, уровня железа и нанобактерии в 1 мл.
На основании проведенных исследований составлены карты-схемы распределения плотности нанобактерии и уровня заболеваемости (на 1000 населения) патологии щитовидной железы, мочекаменной, желчно-каменной болезни в медицинских округах Томского района.
Достоверность полученных результатов
Достоверность и обоснованность научных результатов базируется на большом фактологическом материале (около 600 проб орган о-минеральных образований сколов загрузки, осадков с фильтров, конденсата питьевой воды, пораженных органов человека и животных, и около 1500 измерений методами световой, электронной сканирующей, трансмиссионной, иммуннофлюоресцептной микроскопии, ИК-спектрометрии, рентгеноструктурного анализа и др.). Она обоснована использованием высококачественных аналитических данных, полученных посредством использования новых методов диагностики.
Защищаемые положения
1. В конденсате подземной воды, на фильтрах, сколах загрузки и других коммуникациях водозаборов установлено присутствие микроорганизмов класса хламидий, покрытых минеральной карбонат-апатитпой оболочкой (нанобактерия - каменная бактерия). Их количество в воде определяется общей жесткостью, общей минерализацией и содержанием железа.
2. Выявленные органо-минеральные образования отличаются чрезвычайной мозаичностью своего облика. Предложена морфологическая классификации нанобактериальных новообразований, которая предполагает выделение следующих преобладающих форм: бациллярная, вегетирующая, пластинчатая, призматическая. Доминирующим вариантом является овоидный (coccoid).
3. Установлена корреляционная взаимосвязь между химическими особенностями питьевой воды, присутствием нанобактерий и некоторыми формами болезней биоминерализации (мочекаменная болезнь, узловой зоб и др.). В патологически измененных органах и тканях этих видов заболеваний установлено присутствие органо-минеральных образований, аналогичных в подземных водах.
Внедрение результатов исследования Результаты исследований внедрены в лекционный курс обучения студентов кафедры РЭТЭМ ТУСУРа, кафедры геоэкологии и геохимии ТПУ, кафедры клинической практики СибГМУ, диагностика нанобактерий в патологически измененных органах больных уролитиазом, желчекаменной болезнью, эндемическим зобом населения Томского района, в процессах технологии очистки МП «Водоканал» г.Томска.
Апробация работы Материалы диссертации доложены на 7,8,9,10,11 и 12-й Международных научно-практических конференциях «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Барнаул, Кемерово, Улан-Удэ, Новосибирск, Тюмень, СО РАМН, МАН ВШ, МАЭН), на русско-немецком семинаре 15-17 октября 2005 года г, Томск.
Публикации По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе соааторство в 3 монографиях, 2 работы опубликованы в рецензируемых научных журначах, включенных в перечень ВАК,
Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка литературы, изложена на 152 страницах, включая 36 рисунков и 14 таблиц. Список использованной литературы содержит 166 наименований в т.ч. 124 отечественных и 42 иностранных.
