Содержание к диссертации
Введение
2. Аналитический обзор
2.1. Биологические аэрозоли и их распространение в воздухе животноводческих помещений 11
2.2. Значение микробной обсемененности животноводческих помещений 20
2.3. Устройства и способы определения бактериальной обсемененности воздуха животноводческих помещений 23
2.4. Чувствительность организма животных к антигенам биологического аэрозоля 29
3. Собственные исследования
3.1. Материалы и методы исследования 38
3.2. Результаты исследований
3.2.1. Конструктивное совершенствование улавливателя микроорганизмов .44
3.2.2. Методика определения общей бактериальной обсемененности и коли-индекса воздуха 56
3.2.3. Результаты испытания нового устройства и способа бактериологического анализа воздуха 64
3.2.4. Количественный и качественный состав микроорганизмов воздуха различных помещений 67
3.2.5. Чувствительность организма животного к антигенам микрофлоры воздуха 71
4. Выводы и практические предложения 85
5. Литература 88
6. Приложения 113
- Биологические аэрозоли и их распространение в воздухе животноводческих помещений
- Конструктивное совершенствование улавливателя микроорганизмов
- Результаты испытания нового устройства и способа бактериологического анализа воздуха
Введение к работе
Научно-технический прогресс, затрагивающий все стороны жизни общества, высокие темпы развития производства, рост городов, расширяющееся использование атмосферы и возрастающие масштабы воздействия человека на окружающую среду требуют повышенного внимания к охране атмосферного воздуха (Репин В. и др., 1986; Рыбаков Ю.А., 1997; Баранков А.И. и др., 1999; Павлова И.Б., 1999; Медведева М.В., 2003).
Атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды. В связи с этим необходимо предусматривать ряд мер по его охране от загрязнения (Елманов В.И., Терновская Г.Г., 1984; Иванов А.Н., 1985; Шимко О-В. и др., 1998; Сагг J., 1994),
По оценке Всемирной организации здравоохранения, в настоящее время общее количество выбросов, ежегодно поступающих в атмосферу, оценивается в 3 млрд тонн пыли, причем антропогенные аэрозоли составляют 10-20%, а к 2009 году доля аэрозоля, обусловленная деятельностью человека, может возрасти более чем в 2 раза.
Большую опасность для животных и человека представляет биологическое загрязнение (контаминация) воздуха. К биологическим загрязнителям атмосферного воздуха, прежде всего, следует отнести живые микроорганизмы (Баранов В.А., Федорова В.М., 1985; Methling W., 1985; PickrellJ., 1991).
В связи с интенсификацией животноводства, концентрацией поголовья на крупных промышленных комплексах создаются опасные предпосылки биологического загрязнения воздуха. Случаи загрязнения воздушного бассейна различными органическими веществами и микроорганизмами, выбросами ферм промышленного типа и комплексов из-за несовершенства технологических процессов или несоблюдения санитарно-гигиенических норм и требований довольно часты (Дубовой Б.Л., 1986; Дианов В .В., 1989; Гущин В.Н. и др., 1999; Dobrzanski Z., Mazurkiewicz М., 1986; Ducha J., Lara С, Rodriguez A.A., 1989; Pickrell J., 1991). На животноводческих объектах, особенно в специализированных хозяйствах, комплексах и птицефабриках с высокой плотностью размещения животных и птицы на ограниченных площадях воздушный бассейн ферм и окружающая их территория загрязняются в результате выброса из помещений во внешнюю среду пыли, микроорганизмов и газов. В воздухе закрытых животноводческих и птицеводческих помещений содержатся аммиак, сероводород, токсические продукты гниения и брожения органических веществ (индол, скатол, меркаптаны, кетоны, амидосоединения, метан, пропан, бутан, сульфиды), микроорганизмы, пыль (Батурина Ф.М., Сухорукое А.П., 1997г.; Dobrzanski Z., Latala A., Grzegorzak А., 1986; HauserR.H.,FolschD.W., 1988; Pickrell J., 1991)
По мнению многих ученых (Кобозев В.И., Карташова А.Н., НужноваТ.И., 1991; Гущин В.Н. 1999; Adam Т., Etter L., Mauer G., 1983; Blom J.Y., 1984), от условий содержания животных во многом зависит как их резистентность, так и экономическая эффективность ведения той или иной отрасли животноводства, поэтому при санитарно-гигиенической оценке помещений особое внимание уделяется микробной обсемененности воздуха (Банков Б.Д., Петков Г., 1987; Баранков А.И. и др., 1999). Наибольшую опасность загрязнения воздушного бассейна представляет навоз. При отсутствии навозохранилищ на территории ферм, как правило, накапливается значительное количество необеззараженного навоза. Из-за неблагополучия многих хозяйств Южного федерального округа по хроническим инфекциям навоз оказывается контаминированным их возбудителями. Высокая засушливость и сильные ветры, характерные для этого региона, способствуют загрязнению воздушного бассейна (Батурина Ф.М., Сухоруков А.П., 1997). Все это осложняет эпизоотическую и эпидемическую обстановку. Значительное количество биологических загрязнений выбрасывается в атмосферу вытяжной вентиляционной системой крупных животноводческих комплексов и птицефабрик (Иванов А.Н., 1985; Артюх О.М., Наплекова Н.Н., 1986; Меркулов Б., Меркулов К., 1986; Дианов В.В., 1987; Банков Б.Д., Петков Г., 1987; Гизатулин А.Н., 1996; Рыбаков Ю.А., 1997; Бригадиров Ю.Н., 1999; Вильданов Р.Х., 2003; Raczkiewicz J,, Dudkiewicz J., Mardarowicz L., Obal H., 1984). Высокая степень обсемененности воздушной среды и других объектов животноводческих помещений является характерной для современных ферм, а особенно при длительном стойловом содержании животных. Важным направлением профилактической работы в условиях животноводческих комплексов является создание высокого уровня ветеринарно-санитарной культуры и охраны ферм от заноса и распространения возбудителей болезней (Федоров Н.М., 1989). Что касается условно-патогенной микрофлоры, то она очень широко распространена в природе, встречается в организме здоровых животных и, в основных элементах внешней среды (Сивак Е.М., 1984; Баранов В.А., Федорова В.М., 1985; Шимко О.В. и др., 1998; Вавина О.В. и др., 1999; Vengglovsky J., Juris P., 1989). Достичь полного уничтожения этой микрофлоры очень трудно да и нецелесообразно. Микромир животноводческого помещения с содержащимися в нем, животными представляет единое целое (Шимко В.В. и др., 1998). На каждой животноводческой ферме создается своя экологическая среда со сложным и чрезвычайно широким диапазоном патогенных воздействий на организм животных (Вавина О.В. и др., 1999). Своевременная индикация микроорганизмов в организме животных и основных элементах внешней среды, количественная и качественная оценка популяций позволит предвидеть возможность возникновения, развития и распространения болезней. Систематический контроль обсемененности воздушной среды микроорганизмами, снижение их пороговой численности является необходимым условием научной организации ветеринарно-санитарных мероприятий на животноводческих фермах (Каришев Ш.Э., 1993; Баранков А.И., Недосеков В.А., Крыштон Б.А. 1999; Гудкин А.Ф., 1999; Лумбунов С. и др., 1999).
Объективная оценка микробного фона воздушной среды может быть проведена в результате применения эффективных методов обнаружения и анализа биологических аэрозолей (Евдокимов В.Л. и др., 1980; Боровик Э.Б. и др., 1983; Игнаткин В.И., 1987; Кизеров А.А., 1987; Кобозев В.И., Карташова А.Н., 1991; Соколов Г.А., Кобозев В.И., Закревский МП, 1996; Нифонтов И.О. и др., 2000; Дмитриев А.Ф., Морозов В.Ю., 2005; Moll G., Staudt В., Mickwitz G., 1990).
В настоящей работе предпринята попытка обобщить данные, касающиеся микробиологической оценки воздуха животноводческих помещений. При этом имеется в виду, что роль микрофлоры рводится к возникновению у животных микробных стрессов, или «стойловых истощений» (Могиленко А.Ф., 1990; Апатенко В.М., 1992; Буянов А.А., 1993; Баранников В.Д., 1998; Вавина О.В. и др., 1999; VischerL.W.A., 1987).
Экология ветеринарно-значимых микроорганизмов, особенно условно-патогенных, не приобрела пока четко обозначенного научного направления (Данилевский В.М., 1981; Батурина Ф.М., Сухорукое А.П., 1997). Животноводческое помещение и содержащиеся в нем животные представляют собой экологическую систему с совокупностью совместно обитающих микро 7 и макроорганизмов и условий их существования, находящихся в закономерной связи друг с другом (Шишко В.В. и др., 1998) Значению условно-патогенной микрофлоре, а также представителям естественной микрофлоры воздуха (споры микроскопических грибов, другие сапрофиты) в настоящее время не уделяется должного внимания (Олефгер А.И., 1985; Мищенко С.А., 1987; Немилов В.А., 1981; Нужнова Т.И., 1991). А между тем, эта микрофлора (даже убитая) может оказывать весьма существенное влияние на иммунную систему животного организма (Прокопенко А.А., 1997). В одном случае, она стимулирует защитные реакции организма, в другом, наоборот, угнетает или обусловливает возникновение иммунопатологических состояний (Обгольц А.А., 1980; Могиленко АІФ., 1990). Чем интенсивнее антигенное воздействие на организм, тем шире круг систем, находящихся в состоянии деструкции, и тем многограннее приспособительные процессы со стороны неповрежденных структур, обеспечивающих сохранение жизни (Ковач Ф., 1984). Неблагоприятные факторы ослабляют устойчивость к экстремальных факторам внешней среды и снижают «порог» заражения, в том числе и к условно-патогенным микроорганизмам (Серегин И., Логинов И., Малявин А., Цириди Г., 1982). Процесс функционального становления иммунной системы, т.е. приобретение специфических свойств защиты, осуществляется под непосредственным влиянием естественных антигенных стимулов, в качестве которых выступают микроорганизмы. Это становление затрагивает все уровни иммунной системы и характеризуется динамической беспрерывностью в связи с необходимостью постоянного обновления клеточных популяций, участвующих в иммунном ответе (Обгольц А.А., 1980). Таким образом, развитие процессов адаптации условно стирает грань между нормой и патологией (Ковач Ф., 1983). Особое значение эти вопросы приобретают при длительном стойловом содержании животных, отсутствии условий для проведения тщательной санации животноводческих помещений и степени изменений чувствительности животных к различным физиологическим группам микроорганизмов. Принцип профилактики заболеваний, обусловленных условно-патогенной микрофлорой, должен базироваться на знании допустимого количества и свойств этой микрофлоры в окружающей среде (Олефгер А.И., 1985; Дубовой Б.Л., 1986; Дианов В.В., 1987; Прокопенко А.А., 1997; Недосеков В.А., 1999).
Особый интерес представляет изучение микрофлоры воздуха помещений для новорожденных животных (Емельяненко П.А., 1999), так как она оказывает существенное влияние не только на формирование иммунного статуса, но и на возникновение заболеваний с массовым охватом поголовья.
Целью наших исследований является разработка прибора для улавливания микроорганизмов, изучение количественного и качественного состава микрофлоры воздуха животноводческого помещения и ее влияние на становление иммунного статуса животных.
В связи с этим перед нами были поставлены следующие задачи:
1. Провести анализ существующих методов и устройств для индикации микрофлоры в воздушной среде.
2. Разработать прибор для улавливания микроорганизмов из воздуха и методику его применения.
3. Провести сравнительные испытания предлагаемого устройства с известными.
4. Изучить качественный и количественный состав микроорганизм воздушной среды различных животноводческих помещений.
5. Определить чувствительность организма молодняка крыс к воздушной микрофлоре, накапливающейся в помещениях.
Биологические аэрозоли и их распространение в воздухе животноводческих помещений
Понятие «аэрозоль» используется в тех случаях, когда речь идет о системах, состоящих из газа и взвешенных в нем свободных частиц твердого тела или жидкости. Агрегатное состояние взвешенных частиц может быть в виде жидкой (туман) или твердой (пыль, дым) дисперсной фазы (Руководство Р 2.2.755-99 «Гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса»).
Среди природных аэрозолей встречаются полидисперсные, характер которых зависит от размера частиц. Вблизи поверхности земли преобладают пылевые частицы размером до 20 мкм, на высоте 1-2 км встречаются более мелкие — с диаметром 0,7-2 мкм.
Естественные биологические аэрозоли состоят из различных фаз: капельной, капельно-ядерной (фаз высохших, обезвоженных капель) и ядерной. Они возникают в помещениях во время каждого чихания, фырканья животных, а также осуществления различных технологических процессов: кормления животных, санации животноводческих помещений и т.д. (Прокопенко А.А., 1997).
Аэрозоли могут быть представлены частицами пыли из подсохших выделений, различных загрязнений, подстилки, шерстного покрова, остатков растительного корма и т.п. Как правило, пылевидные частицы нагружены микроорганизмами, количество и видовой состав которых зависят от вида животных, плотности их размещения, способа содержания, времени года и других факторов. На рис. 1 дана схема образования и циркуляции различных фаз микробного аэрозоля (Дмитриев А.Ф., 1981).
Количество аэрозолей в атмосферном воздухе связано с влиянием метеорологических факторов. Среди них особое значение имеют осадки (дождь, снег) и течения воздушных масс (ветер). Осадки способствуют уменьшению бактериальной обсемененности воздуха, а ветер, наоборот, увеличивает бактериальное загрязнение окружающей среды. По данным некоторых исследователей (Петков Г. и др., 1983; Adam Т. и др., 1983; Blom J.Y. и др., 1984), при увеличении скорости ветра от штилевого до 4—6 м/с содержание бактерий в воздухе увеличивается в 5-16 раз.
Конструктивное совершенствование улавливателя микроорганизмов
Известно много классификаций методов микробиологического исследования воздуха (Речменский С.С., 1951; Киктенко B.C. и др., 1968; Влодавец В.В., 1965; Ярных B.C., 1991; Евдокимов В.Л., 1980). В их основу положен механизм улавливания биологических аэрозолей в зависимости от среды, в которой осуществляется улавливание.
Классификация микробиологических методов исследований воздуха предложенная В.Л. Евдокимовым (1980), является более удобной, поскольку она учитывает основной признак - каким образом (с помощью того или иного прибора) можно характеризовать юрозоль: содержанием в единице объема воздуха бактериальных клеток или количеством аэрозольных частиц, загруженных этими элементарными образованиями.
Методы микробиологического анализа воздуха по В. Л. Евдокимову, (1980) Методы определения количества аэрозольных частиц, содержащих микроорганизмы.
1. Инерционная импакция частиц на поверхность питательного геля:
- с фракционной характеристикой;
- без фракционной характеристики;
- осаждение на поверхность питательного геля в электрическом или тепловом поле;
- задержка фильтрами с наложением на поверхность питательного агара для проращивания;
- определение аэрозольных частиц с помощью электрической аппаратуры.
2. Методы определения количества микробных клеток.
- Инерционная импакция в жидкость с фракционной и безфракционной характеристикой,
- Отбор путем барботажа, сифонирования жидкости, жидкостных циклонов.
- Задержка нерастворимыми фильтрами с последующей дезинтеграцией частиц в жидкости.
- Задержка частиц растворимыми фильтрами.
3. Комбинированные методы, основанные на использовании одновременно различных механизмов улавливания.
Отделение аэрозольных частиц с помощью центробежных сил осуществляется в циклонах, которые представляют собой цилиндрическую, заканчивающуюся снизу конусом, камеру. Воздух подается тангенциально в верхнюю часть циклона и, продолжая вращаться, удаляется через выходную трубку. Под действием центробежных сил крупные частицы отбрасываются к стенкам камеры и опускаются в улавливающую жидкость, находящуюся в циклоне.
Методы инерционного осаждения основаны на использовании кинетической энергии, приобретаемой аэрозольной частицей при прохождении ее через сопло. Воздух при помощи насоса с большой скоростью прокачивается через сопло, затем сталкивается с осадительной поверхностью, расположенной перпендикулярно потоку (аппарат Кротова).
Выделение аэрозольных частиц с помощью электростатических сил основано на способности заряженных частиц перемещаться в электрическом поле. Для задержки частиц используют коронный разряд, создаваемый при высоком напряжении. Электростатический осадитель состоит из иглообразного коронирующего и осадительного электродов (Ярных B.C., Кельбиханов Н.М., 1982; Moll G., Staudt В., Mickwitz G., 1990).
Метод фильтрования основан на пропускании через фильтрующие материалы определенного объема исследуемого воздуха при помощи аспирационного устройства. В качестве фильтрующих материалов используют бумажные фильтры, фильтры из тонковолокнистого материала, стекловолокна. Возможно различное конструктивное выполнение фильтров. Метод отличается высокой представительностью пробы и длительностью пробоотбора (Басманов П.И., 1977 г.).
При аспирации воздуха через жидкости путем барботажа, сифонирования происходит осаждение непосредственно в жидкость или питательную среду.
Методы, основанные на принципе осаждения бактериальных аэрозолей паром или распыленной жидкостью, характеризуются высокой эффективностью улавливания, а улавливающая жидкость может быть использована для посева на различные элективные среды, заражения лабораторных животных (бактериоулавитель Речменского).
Большинство улавливателей, используемых в настоящее время, предназначены для выделения микроорганизмов из воздуха закрытых помещений, степень бактериальной загрязненности которых не характеризуется высокой концентрацией. Не случайно, в связи с этим, они рассчитаны на забор больших объемов воздуха. Что касается животноводческих помещений, то, наоборот, для них типична высокая степень бактериальной обсемененности. Поэтому нами представляется возможным при исследовании воздуха животноводческих помещений взятий небольших объемов. С учетом преимуществ и недостатков известных улавливателей микроорганизмов, широко используемых в санитарной микробиологии, нами разработан и испытан новый прибор для улавливания микроорганизмов из воздуха животноводческих помещений.
Результаты испытания нового устройства и способа бактериологического анализа воздуха
Как видно из таблицы 2, во всех опытах концентрация микроорганизмов, установленная с помощью предлагаемого устройства, значительно выше, чем с помощью седиминтационного способа улавливания микроорганизмов. Качество улавливания микроорганизмов повышается от 3 до 7 раз.
Повышение качества улавливания микроорганизмов мы объясняем наличием некоторых положительных эффектов у предлагаемого устройства и отсутствием их у известного. Это, прежде всего, наличие ударного действия воздушной струи в жидкость, осаждения микроорганизмов в конической емкости под действием гравитации,1 наличие фильтра, который задерживает микроорганизмы, отделяя их от газовой фазы. Состав задерживаемых микроорганизмов определяется характеристикой фильтров, используемых в улавливателе. Размещение фильтра на последнем этапе движения воздушного потока обеспечивает заключительную фильтрацию воздуха и сохранение микроорганизмов, исключая возможность их контакта с наружным воздухом.
Способы и устройства для микробиологического анализа воздуха, основанные на осаждении микроорганизмов на поверхность плотной питательной среды (метод Коха, чашечный импактор Андерсена, аппарат Кротова и др.), имеют один общий недостаток: результаты анализа не отличаются особой точностью в связи с тем, что посев микроорганизмов на поверхность плотной питательной среды осуществляется в процессе взятия пробы воздуха. При инкубировании некоторые бактериальные клетки, находящиеся на поверхности аэрозольных частиц, не контактируют полностью с питательной средой и остаются в «дремлющем» состоянии, не образуя колоний. У других образование видимых колоний не происходит в связи с тем, что количество питательного раствора, способного диффундировать в клетки, расположенные на поверхности аэрозольных частиц, ограничено, а их запас в непосредственной близости быстро, истощается. В результате определенная часть микроорганизмов остается не учтенной, что и влияет на результаты исследований. Необходимо также иметь в виду, что при улавливании или осаждении микроорганизмов на плотную питательную среду, культивировании и подсчете видимых колоний учитывается количество аэрозольных частиц, а не микробных клеток. Аэрозольная частица может быть нагружена микроорганизмами, но при выращивании образуется одна колония. Поэтому данные, полученные с помощью аппарата Кротова, дают весьма относительное представление о содержании в воздухе аэрозольных частиц, а не микробных клеток (Ярных В., Кузнецова Н., Игнаткин В., Клименко А., 1991).
Высокая точность обусловлена не только более качественным улавливанием, но и тем, что при анализе воздуха используется не плотная среда, а улавливающая жидкость.
![Комбинированное влияние фенола и формальдегида в воздухе жилых помещений на клинико-иммунологические параметры организма человека [Электронный ресурс]](/i/i/4400/191745.png "Комбинированное влияние фенола и формальдегида в воздухе жилых помещений на клинико-иммунологические параметры организма человека [Электронный ресурс] Громова Елена Николаевна")
