CC BY
23
Тематический выпуск по материалам Пленума Научного совета РАМН и Минздравсоцразвития РФ по экологии человека и гигиене окружающей среды "Методологические проблемы изучения, оценки и регламентирования физических факторов в гигиене окружающей среды "
Проблемные статьи
С Ю. А. РАХМАНИН, 2009 УДК 613.16-4-614.87
Ю. А. Рахманин
ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ В ЭКОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА И ГИГИЕНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Доктор мед наук, проф., акад. РАМН, МАН, вице-президент РАЕН, МСА, директор ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва (rakhmanin@comcor.ru)
В статье рассматривается проблема изучения разнообразных физических факторов окружающей среды. Представлены перспективы дальнейшего изучения воздействия факторов физической природы на здоровье человека и качество окружающей среды. Дано подробное описание достижений и перспективных направлений проведения исследований в обсуждаемой области.
Ключевые слова: физические факторы, воздействие окружающей среды, достижения и перспективы изучения
Yu. A. Rakhmanin. - PHYSICAL FACTORS IN HUMAN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL HYGIENE
The paper considers the problem while studying various physical factors of the environment. It presents prospects for further investigations of the influence of physical factors on human health and the quality of the environment. The paper also gives a detailed description of advances and promising lines of studies in the area under discussion. Key words: physical factors, environmental influences, advances and prospects in investigations.
Физические факторы окружающей среды, наряду с биологическими и химическими, имеют решающее значение в обеспечении основных процессов и условий жизнедеятельности человека. Несмотря на достаточно хорошо изученное воздействие на организм ряда природных физических факторов (температура, давление, солнечные и космические излучения, магнитное поле, влажность воздушной среды, ветровой режим, землетрясения и др.), а также создаваемых, в основном, в результате техногенной деятельности человека (микроклимат жилых, производственных и общественных зданий, инсоляция, шум, вибрация, рентгеновское излучение, различные виды излучений радионуклидов, электромагнитные воздействия бытовой и производственной техники), физические воздействия остаются предметом дальнейших исследований. Они развиваются, главным образом, в следующих основных направлениях:
— углубленное изучение закономерностей и механизмов биологического действия физических факторов окружающей среды на организм, включая пограничные разделы психогенных, религиозных, мировоззренческих воздействий, связанных со сложными, в том числе волновыми, механизмами функционирования мозга;
— обширные исследования по применению физических факторов в диагностике и прогнозировании воздействий окружающей среды на организм
с использованием рентгеновского излучения, ядер-но-магнитного, электромагнитного резонанса, ультра-, инфракрасной спектрометрии, хромато-масспектрометрии, электро-, нефело-, колориметрии, атомной, плазменной адсорбометрии, микро-, электрокоскопии и др.;
— расширяющееся использование физических факторов в восстановительной медицине и лечении патологических донозологических состояний, психических расстройств и ряда разнообразных заболеваний, вплоть до использования их при оперативных вмешательствах (ультразвуковой, лазерный, оптико-волоконный инструментарий, электроразряд, наночипы, магнитотроны, кардиостимуляторы, другие физиотерапевтические средства оздоровления и реабилитации);
— изучение комплексного и комбинированного действия физических факторов, их сочетанного эффекта с химическими и биологическими факторами, а также их опосредованного влияния на организм через различные объекты окружающей среды (например, пищевые цепочки, воду и др.).
Разнообразие форм и интенсивностей прямого или опосредованного биологического действия различных физических факторов на организм человека определяет чрезвычайно высокую актуальность их всестороннего научного изучения и гигиенического регламентирования. При этом для многих из них речь идет не только о разработке пре-
дельно (максимально) допустимых уровней воз-, действия на организм, но и о научном обосновании минимально необходимых и оптимально эффективных параметров. Примерами таких физических воздействий на организм являются микроклиматические параметры жилых производственных и общественных зданий (влажность, скорость движения воздуха, температура, инсоляция) и др.
Как и в других материальных структурах, с которыми сталкивается человек в процессе своей деятельности, для ряда физических факторов, основные закономерности и механизмы воздействия которых на организм достаточно хорошо >изучены, важным разделом дальнейших научных исряедова-ний является наноразмерный (волновой, энергетический, массовый, размерный, форменный) уровень воздействия на живые системы и, в первую очередь, на организм человека.
В свете вышесказанного заслуживает внимания обширный опыт НИИ ЭЧиГОС им. А. Н. Сысина РАМН по использованию физических факторов при изучении воздействия качества питьевой воды на организм человека и живые организмы'.
В многочисленных экспериментальных исследованиях выявлены особенности температурной, плазменной, лазерной, электроразрядной, магнитной, электродиализной, электрохимической, волновой, кавитационной обработки воды.
В качестве примера можно привести результаты гигиенической оценки барьерной роли физических методов, в основе которых лежит комплексное воздействие различных факторов. В частности:
— для низкочастотного "тлеющего" разряда это ультрафиолетовое излучение, вызывающее образование сальватированных электронов, перенос заряженных частиц из газовой фазы на поверхность жидкости и происходящие вследствие этого электрохимические процессы;
— для высокочастотного разряда — окисление и восстановление веществ в диффузном слое, образующемся между водой и ионизированной плазмой, деструкция высокомолекулярных соединений под действием процессов, сопровождающих электронную рекомбинацию, разложение кислорода (озонирование) и излучение мощного светового потока;
— для мощного импульсного оптического излучения (МИО-излучение) — импульсный локальный разогрев, термоупругое механическое напряжение, ультрафиолетовое излучение;
— для электрохимического метода — образование при электролизе воды сильных окислительных радикалов: соединений активного хлора, озона, перекиси водорода и др.
'Исследования проводились с участием специалистов лабораторий гигиены питьевой воды и санитарной охраны водоемов (руководитель доктор мед. наук, проф. Р. И. Михайлова), санитарной микробиологии (руководитель канд. мед. наук, ст. науч. сотр. А. Е. Недачин), физико-химических методов исследования (руководитель доктор биол. наук, проф. А. Г. Малышева), генетического мониторинга (руководитель доктор биол. наук Л. П. Сычева), кафедры гигиены Смоленской медицинской академии (руководитель доктор мед. наук проф. А. В. Авчинников).
В результате изучения основных закономерностей воздействия изученных методов на выживаемость различных тест-организмов (общее микробное число — ОМЧ, бактерии группы кишечной палочки — БГКП, сульфитредуцирующие клостри-дии, колифаги, вирус полиомиелита, яйца гельминтов, ооцисты криптоспоридий) в зависимости от уровней исходного загрязнения водопроводной и речной воды, режимов обработки установлено, что стабильная инактивация всех видов биологического загрязнения обеспечивалась при обработке воды мощным импульсным излучением с удельной энергией импульса 23—5,8 Дж/см2 в режиме потребляемой мбщности 0,3—0,5 кВт при длительности импульсов 3,3 • 104 с с интервалом 12—30 с, при исходном уровне вирусного и бактериального загрязнения соответственно 102 БОЕ/дм3 и 103 КОЕ/дм3 и содержании паразитарных агентов 10 экз/дм3. Обоснована возможность применения данного метода для обработки высокомутных, в том числе, сточных вод. Достаточная эффективность бактерицидного и вирулицидного действия низкочастотного "тлеющего" разряда для получения воды питьевого качества отмечалась при времени воздействия 1 и 3,5 мин при исходном вирусном и бактериальном загрязнении соответственно 10 БОЕ/дм3 и 103— 104 КОЕ/дм3.
Оценка эффективности обеззараживания методом высокочастотного разряда и электрохимической обработки показала, что при исходном уровне бактериального загрязнения по ОМЧ 102—103 КОЕ/см3, по коли-индексу 103 БГКП/дм3 вирусного загрязнения по колифагам 102 БОЕ/дм3 изученные методы обеспечивали получение питьевой воды, соответствующей гигиеническим регламентам по санитарно-индикаторным показателям.
Изучение бактерицидного эффекта в отношении условно-патогенной микрофлоры на модели спорообразующих форм клостридий показало, что при уровне загрязнения 102 КОЕ/дм3 обработка воды МИО-излучением обеспечивала получение ее соответствия гигиеническим стандартам. При этом отмечалась и высокая (« 99,9%) эффективность в отношении возбудителей паразитарных заболеваний. Низкочастотный разряд характеризовался более высоким бактерицидным эффектом (99,4%) при более высоком уровне загрязнения исходной воды клостридиями (103 КОЕ/дм3), в двух сериях экспериментов обработанная вода характеризовалась отсутствием клостридий, что практически не достигается при использовании хлорирования и озонирования.
Наряду с оценкой обеззараживающего эффекта новых методов водоподготовки изучена возможность очистки воды (при идентичных режимах обработки) от наиболее распространенных групп химических загрязнителей (органические соединения и металлы) на модельных водах с внесением загрязнения на уровне 2 ПДК.
Анализ полученных результатов показал, что при воздействии высокочастотного электроразряда достаточная эффективность, обеспечивающая соответствие обработанной воды гигиеническим регламен-
там, отмечалась по алюминию (87 %), меди (67— 78%), хрому и цинку (соответственно 86 и 50%). Электрохимическая обработка (последовательный электролиз) воды снижала, в основном, содержание алюминия, хрома и цинка, эффективность очистки соответственно составляла 62, 45 и 43%. Наиболее высокая эффективность очистки воды от металлов отмечалась при обработке воды низкочастотным разрядом: практически полностью обеспечивалась очистка от цинка, меди, кобальта и никеля (95— 100%), эффективность ретенции других металлов (алюминий, железо, марганец) составляла 73—80%. Эффект очистки от бария, стронция, молибдена при всех методах отсутствовал.
Изучение эффективности очистки воды от органических загрязнений показало, что при высокочастотном разряде их концентрация в воде снижалась в среднем на 54—63%. Наиболее высокий эффект очистки отмечался по фенолам (75%) при обработке воды низкочастотным разрядом. Электрохимическая обработка и МИО-излучение характеризовались отсутствием эффекта очистки в отношении хлорированных углеводородов.
Результаты биотестирования на гидробионтах и в тесте Эймса качества вод, полученных при оптимальных для обеззараживания режимах (при предварительном внесении органических загрязнений), позволили исключить возможность протекания негативных процессов трансформации. Для метода МИО-излучения показано снижение токсичности обработанной воды для дафний и даже при наличии слабой мутагенной активности исходной воды ее отсутствие после соответствующей очистки.
На основании изучения барьерной роли новых физических методов определены условия их практического использования, основные гигиенические требования по их дальнейшей модернизации и рекомендации по разработке опытно-промышленных и промышленных образцов установок.
В гигиеническом плане показано, что физические способы водообработки существенно влияют на микробный и химический состав воды, в связи с чем определены условия их эффективного использования для обеззараживания, очистки и улучшения органолептических (эстетических) свойств воды. При их использовании образуется меньшее количество опасных побочных продуктов трансформации химических веществ, как правило, отмечается меньшая зависимость обеззараживающего эффекта от степени предварительной очистки воды.
Отмечены также отдельные возможные неблагоприятные стороны использования некоторых физических методов обработки воды (способность легколетучих органических соединений концентрироваться в дистилляте эвапарационных опреснительных установок, зависимость качества воды вымораживающих установок от степени отмывки льда, отравляющее действие ионов марганца и меди на ионоселек-тивные мембраны, недостаточная эффективность об-ратноосмотических мембран в отношении микроэлемента бора и др.), что требует проведения соответствующих технологических мероприятий.
Показано, что при физических методах обработки воды могут в существенной мере меняться структура и размер ее молекулярных ассоциатов, а также
ее биологические свойства. Выявлена возможность передачи некоторых энергоинформационных свойств активированных зарубежных (технология Грандера, Австрия) и отечественных (Ренорм) вод другим водам и биологическим объектам. Установлено, что под влиянием отдельных физических способов обработки воды значительно уменьшается время выживания в ней патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, снижается мутагенная активность воды, даже при кратковременном ее питьевом потреблении улучшается состояние ряда функциональных систем организма, проявляется способность этой воды передавать аналогичные свойства другим контактирующим с ней водам. В связи с этим использование воды, активированной физическими методами, и устройств, содержащих активированную воду, находит уже достаточно широкое применение в водоснабжении, при очистке сточных вод и водоемов, в сельскохозяйственной практике, в плавательных бассейнах, системах теплоснабжения и др. Показана возможность применения активированных питьевых вод для профилактических и оздоровительных целей в области медицины окружающей среды. Разработан метод инфракрасной спектрометрии для определения структурной перестройки молекул воды.
В связи с наличием в природных водах и в организме человека тяжелых атомов водорода (дейтерий, тритий) и кислорода (|70, |80) проведены экспериментальные исследования по изучению биологической активности питьевой воды с широким диапазоном содержания в ней дейтерия с целью нормирования так называемого дейтериевого числа, в системе научных учреждений РАН создана полупроизводственная установка по получению легкой воды Лангвей.
Проведенные экспериментальные и натурные исследования подтверждают большую перспективность дальнейшей разработки, совершенствования и практического использования физических способов обработки воды с целью направленного изменения ее физико-химических свойств и биологической активности.
Чрезвычайно важно и то обстоятельство, что по своей сути все физические факторы являются той или иной формой проявления волновых энергий. Согласно учению В. И. Вернадского (Сборник научных работ, М., "Ноосфера", 2001): "Кругом нас, в нас самих, всюду и везде, без перерыва, вечно сменяясь, совпадая и сталкиваясь, идут излучения разной длины волны — от волн, длина которых исчисляется десятимиллионными долями миллиметра, до длинных, измеряемых километрами. Все пространство ими заполнено. В зависимости от пространственной формы излучений, в частности, например, от длины их волны, они будут нам проявляться как свет, теплота, электричество — будут различным образом менять материальную среду, нашу планету и тела, ее составляющие".
С этих позиций совместно с М. А. Кулаковой и Д. А. Полынцевым подготовлен к изданию Справочник "Волновые характеристики природных систем. Расчетные таблицы", в котором еще раз показана волновая природа единства мира в виде систематизации волн на основе звуковых и цветовых
октав как наиболее изученных и знакомых нам в ощущениях. Показано, что волновые характеристики планет Солнечной системы при вращении вокруг собственной оси и при обращении вокруг Солнца создают определенное частотное пространство, в котором согласно Готфриду Лейбницу (Сочинения АН СССР, М., "Мысль", 1984): "Величина пространства определятся количеством сосуществующих предметов, величина времени — количеством следующих друг за другом событий".
Таким образом, можно полагать, что относительное пространство Солнечной системы определяется, прежде всего, ее планетарным составом, а величина времени — меняющимися условиями (событиями) волнового взаимодействия ее планет с учетом волновой составляющей техногенной деятельности человека.
При этом при систематизации волновых параметров и соответствующих им массовых и энергетических характеристик человек и окружающая его среда могут рассматриваться как сложная система, управляемая единым энергообразующим источником, а вода, являющаяся материальной средой для передачи генерирующих сигналов, — как канал
управления и реализации программ развития и функционирования живых систем, что, несомненно, определяет необходимость рассмотрения особых методологических подходов к изучению, оценке и регламентированию комплексного биологического воздействия физических факторов. В этом отношении заслуживают внимания и научного обсуждения представленные в расчетных таблицах генерирующие частоты планет Солнечной системы самих по себе и при вращении вокруг Солнца, частотные, массовые и энергетические характеристики воды, элементов таблицы Менделеева, костей и тканей тела человека, крови, тета- и дельта-ритмов мозга и др., которые могут явиться важным ключевым моментом в понимании процессов волновой настройки организма человека и живых систем и в поиске соответствующих прагматических решений, направленных не только на повышение всех аспектов эффективности необходимого воздействия на состояние окружающей среды, но и на сохранение и укрепление здоровья человека. При этом дальнейшие импульсы получает новое перспективное методологическое направление научных исследований в гигиене окружающей среды и экологии человека.
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 2009 УДК 614.87
С. А. Хотимченко', И. В. Гмошинский2, В. А. Тутельян3
ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА
'Доктор, мед. наук, проф., руководитель лаб. пищевой токсикологии с группой оценки безопасности наноматериалов НИИ питания РАМН, Москва; 2доктор биол. наук, вед. науч. сотр. лаб. пищевой токсикологии с группой оценки безопасности наноматериалов НИИ питания РАМН (gmosh@ion.ru); Закад. РАМН, проф., доктор мед. наук, директор НИИ питания РАМН, руководитель лаб. энзимологии питания.
Нанотехнологии рассматриваются в настоящее время как новая промышленная революция. Области применения современных наноматериалов разнообразны и включают электронику, химическую промышленность, строительство, медицину, производство пищевых продуктов и товаров народного потребления. Необычные физико-химические свойства наноматериалов, определяемые их высокой дисперсностью (размер частиц менее 100 нм хотя бы в одном направлении), могут привести к появлению у них способности проникать через биологические барьеры организма, взаимодействовать с биологическими макромолекулами и клеточными структурами и оказывать токсическое действие. В настоящее время признано, что исследование потенциальных токсических свойств наночастиц и наноматериалов искусственного происхождения должно вестись опережающими темпами. В целях определения приоритетов нанотоксикологических исследований разработан алгоритм, позволяющий прогнозировать потенциальную опасность наноматериалов для здоровья человека и состояния среды обитания на основании анализа их физико-химических свойств.
Ключевые слова: наночастицы, токсичность, безопасность, алгоритм оценки
S. A. Khotimchenko, I. V. Gmoshinsky, V. A. Tutelyan. - PROBLEM OF SAFETY PROVISION OF NANODIMEN-SIONAL OBJECTS FOR HUMAN HEALTH
Nanotechnologies are now considered to be a new industrial revolution. The areas of application of current nanoma-terials are diverse and comprise electronics, chemical industry, building, medicine, and manufacture of foods and consumer goods. The unusual physicochemical properties of nanomaterials, which are determined by their high dispersity (particle sizes less than 100 nm in at least one dimension), may cause them to be able to penetrate across the biological barriers of the organism, to interact with biological macromolecules and cell structures, and to produce a toxic effect. Today it is recognized that studies of the potential toxic properties of nanoparticles and nanomaterials of artificial origin must be under way at a brisk pace. To determine the priorities of nanotoxicological studies, the authors have developed an algorithm that predicts a potential risk posed by nanodimensional objects to human health and the environment, by analyzing the safety of their physicochemical properties.
Key words: nanoparticles, toxicity, safety, algorithm of evaluation.
Нанотехнологии рассматриваются в настоящее дании структур в нанометровом диапазоне разме-
время как новая промышленная революция [30, ров. Верхняя граница отнесения объектов к нано-
40]. Их сущность состоит в целенаправленном ма- технологическим составляет 100 нм, нижняя не со-
нипулировании материальными объектами и соз- гласована (колеблется от 0,2 до 1 нм) [41]. Нано-
