CC BY
35УДК 615.076
МИКРОБИОТА АРХИТЕКТУРНЫХ СООРУЖЕНИЙ КАЗАНСКОГО КРЕМЛЯ
Халдеева Е.В. (зав. лаб.)*, Глушко Н.И. (С.Н.С.), Лисовская С.А. (с.н.с.), Паршаков В.Р. (м.н.с.), Фассахов Р.С. (директор)
ФБУН Казанский НИИ эпидемиологии и микробиологии Роспотребнадзора, Казань, Россия
© Коллектив авторов, 2013
Изучали микробиоту архитектурных сооружений Казанского Кремля - памятников архитектуры. Выявили очаги биодеструкции старинных зданий. Показано, что реставрация приводит к существенному улучшению микологической обстановки, однако, в ряде случаев, процессы биодеструкции могут сохраняться и в уже отреставрированных зданиях. При этом видовой состав микробиоты различался до и после реставрации. В очагах биодеструкции старинных зданий преобладали Acremoniella spp., Acremonium spp., Aspergillus spp., Trichoderma spp., а после реставрации - Penicillium spp., Alternaria alternata, Trichoderma viride, Cladosporium spp., Thiobacillus spp.
Для каждого из исследованных объектов провели индивидуальный подбор фунгицидов, представлены данные по сравнительной эффективности средств биоцидной обработки.
Ключевые слова: биодеструкция, грибы, исторические здания, микробиота, микромицеты, памятники архитектуры
MICROBIOTA OF ARCHITECTURAL BUILDINGS OF THE KAZAN KREMLIN
Khaldeeva E.V. (head of the laboratory), Glushko N.I. (senior scientific collaborator), Lisovskaya S.A. (senior scientific collaborator), ParshakovV.R. (junior scientific collaborator), Fassakhov R.S. (director)
Kazan Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Kazan, Russia
© Collective of authors, 2013
We study the microbiota of architectural buildings of the Kazan Kremlin - the architectural memorials. Presence of biodegradation in historical buildings was established. Restoration has positive effect to the mycological parameters, but in some cases biodegradation may observe in buildings after restoration. Differences in species composition of microbiota in the locals of destruction of old buildings before and after the restoration are observed. It was shown that in the locals of destruction of old buildings Acremoniella spp., Acremonium spp., Aspergillus spp., Trichoderma spp. and after restoration, Penicillium spp., Alternaria alternata, Trichoderma viride, Cladosporium spp., Thiobacillus spp. are dominated.
* Контактное лицо: Халдеева Елена Владимировна,
Тел.: (843) 236-56-59
For each of the investigated objects individual fungicide are selected, data on the comparative effectiveness of the biocide processing have been presented.
Key words: architectural memorials, biodestruction, fungi, historical buildings, microbiota, micromycetes
Биоразрушение зданий старой постройки является одной из проблем, от решения которой нередко зависит сохранение архитектурно-художественной целостности городского ансамбля, неповторимой атмосферы городов с многовековой историей, к которым относят и Казань. Остро это проблема касается зданий, находящихся в центральной части города, перегруженной транспортными потоками, и особенно, архитектурного ансамбля Казанского Кремля [1], являющегося памятником архитектуры, внесенным в списки Всемирного наследия ЮНЕСКО. Выхлопные газы в исторической части Казани - основной источник загрязнения воздушного бассейна и почвы тяжелыми металлами, которые оказывают токсическое воздействие не только на организм человека, но и на здания и сооружения [2]. Эти условия весьма благоприятны для интенсивного развития микобиоты [2,3]» поводом для изучения которой, как правило, становится проведение реставрационных работ.
При выполнении масштабных реставрационных работ в Казанском Кремле в 2000-2011 гг. провели микологическое обследование Благовещенского Собора, помещений бывшего Губернаторского дворца, Братского и Архиерейского корпусов, а также стен Кремля, в связи с чем представляет интерес систематизировать и обобщить полученные результаты.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для исследования отбирали пробы грунта, образцы строительных материалов, мазки и соскобы с поверхности и в глубине пораженных участков стен в стерильные пробирки с последующим суспендированием в воде и количественным высевом на три питательные среды: агары Сабуро (для дрожжеподобных грибов и некоторых видов бактерий) и Чапека (для плесневых грибов и актиномицетов), а также на мясо-пептонный агар для выделения бактерий. Для выделения домовых грибов и фузариумов использовали селективные среды (Семенов С.М. Лабораторные среды для актиномицетов и грибов, 1990). Акти-номицеты определяли в пробах, содержащих краски, домовые грибы - в случае присутствия древесины и вблизи деревянных конструкций.
Грибы культивировали при 28 °С в течение 10 суток [4]. Количество выросших микроорганизмов пересчитывали на 1 грамм взятого материала или на 1 дм2 площади. Определение грибов выполняли общепринятыми морфологическими и микроскопическими методами. Для идентификации использовали определители грибов, руководства по микологии и аллергологии: «Определитель патогенных и условно-патогенных грибов» (Саттон Д. и др., 2001), «Каталог микромицетов-биодеструкторов полимерных
материалов» (Аугаускас А.Ю. и др., 1987) и «Определитель бактерий Берджи» (Под ред. Дж. Хоулта и др., 1997).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При обследовании Благовещенского Собора, помещений бывшего Губернаторского дворца, Братского и Архиерейского корпусов, а также стен Кремля выявили очаги биодеструкции, в том числе - грибковой (табл. 1).
Таблица 1
Результаты микологического обследования
сооружений Казанского Кремля
Объекты Состояние Доминирующие виды -биодеструкторы Основные патогены Количество КОЕ/дм2
Благовещенский Собор Реставра- ция Fuzarium oxysporum, Rhizopus nigricans, Alternaria alternata, Trichoderma viride, Thiobacillus spp. Aspergillus fumigatus 102-106
Губернаторский дворец Рабочее, ремонт Trichoderma viride, Botriosporium longibrachium, Thiobacillus spp. Нет 102-105
Братский корпус Кремля Реставра- ция Paecilomyces varioti, Acremoniella velata, Gliocladeum roseum Нет 102-105
Архиерейский корпус Кремля Подготовка к реставрации Trichoderma viride, Acremonium spp. Aspergillus fumigatus 103-106
Стены Кремля После реставрации Acremoniella spp., Cladosporium spp., Thiobacillus spp. Нет 102-104
Основной проблемой реконструкции Благовещенского Собора Казанского Кремля стало повреждение и осыпание новых росписей внутри Собора. В связи с этим возникла необходимость выявления причин поражения здания, а также подбора антисептиков для санации очагов биодеструкции.
Собор представляет собой здание, построенное из кирпича, на известковом растворе. Сооружение состоит из двух частей - северо-восточной (алтарной) части 16 века и центральной - 18 века. Внутри и снаружи здание было оштукатурено. Внутри по известковой штукатурке произведена роспись масляными красками, снаружи - побелка, вероятно, известковым раствором, с применением солей меди (медный или железный купорос), для предотвращения грибковых поражений. На уровне фундамента был насыпан слой кирпича и камня в качестве водоотвода. На момент взятия проб фундамент был очищен от наслоений до уровня грунта. Неправильная эксплуатация в последние десятилетия, механические повреждения, неоднократные протечки в шатровой кровле привели к обветшанию строения и появлению очагов биоразрушения. Одна из проблем сооружения - изменение старинных схем отопления и вентиляции, что стало причиной нарушения температурно-влажностного режима.
Для обследования было отобрано 100 проб с фундамента, 40 проб - с наружных стен по периметру Собора, а также 100 проб в 47 точках - внутри Собора.
При изучении микробиоты фундамента вдоль северной стены выявили два интенсивных очага поражения наиболее агрессивными видами - домовым грибом (Serpula), Fusarium spp., Trichoderma spp. и тионовыми бактериями. Все они активно выделяют органические и неорганические кислоты, что привело к разрушению известкового раствора межкирпич-ных швов. Вдоль остальных стен преимущественно обнаруживали Penicillium spp., Rhizopus nigricans, Cladosporium spp., Alternaria alternata, Aspergillus nidulans в количествах 102-103 КОЕ/г материала.
Для микробиоты оштукатуренных стен было характерно значительное обсеменение дрожжеподобными грибами - Candida spp., Rhodotorula spp., которые также могут участвовать в биодеструкции.
Изучение микробиоты внутренних стен Собора проводили на различных ярусах - на высоте 3,0
- 3,5 м, 6-7 м и на уровне купола, при возможности с различной глубины штукатурки в тех же местах. При обследовании наблюдали присутствие зеленых и черных плесеней - обычных обитателей стен внутри помещений, особенно, в очагах верхних ярусов, что связано с протечкой в кровле. В основном зале на старой штукатурке, преимущественно в местах протечек, обнаружили Penicillium funiculosum, Penicillium tardum, Rhizopus nigricans, Aspergillus jumigatus, Trichoderma viride, Cladosporium spp. и Alternaria alternata в небольшом количестве [5].
Причиной появления на отремонтированных поверхностях росписи и, в некоторых случаях, штукатурки, повреждений оказались дрожжеподобные грибы в очень больших количествах (105-106 КОЕ/г). После реставрации лакокрасочного слоя дрожжеподобные грибы, в основном - Rhodotorula mucilaginosa и Aureubasidium bolleui, Candida spp., приводили к появлению на красочных слоях вздутий, вызывающих осыпание росписи. Подобное обсеменение, по-видимому, связано с использованием при реставрации разнообразных органических субстратов, которые обеспечили питание этих грибов. Из-за применения масляных красок, образующих воздухонепроницаемую пленку, возникшие в процессах жизнедеятельности грибов газы (С02 и другие), а также органические кислоты, появились вздутие и растрескивание красочных покрытий. Благодаря подбору соответствующих средств и способов обработки смогли снизить количество дрожжеподобных грибов и ликвидировать осыпание росписей. Таким образом, при проведении реставрации старинных сооружений необходимо учитывать их характерные особенности, а также совместимость современных и старинных технологий и материалов.
Интересные результаты были получены и при обследовании помещений здания бывшего Губернаторского дворца, расположенного на территории музея-заповедника «Казанский Кремль». Кирпичное здание старой постройки, расположенное на возвышенности; исследуемое помещение - угловое, в северо-западном направлении, уровень пола находится
ниже уровня земли, на склоне холма. Помещение с нормальным уровнем влажности и принудительной вентиляцией, после ремонта прошло 3 года, очаги поражения (трещины и вздутия штукатурки) расположены в помещении на внешних стенах на высоте 20-70 см от пола. Для обследования было отобрано 15 проб, в том числе - из глубины трещин.
В результате проведенных исследований, в очагах с наличием трещин на поверхности, наблюдали значительный процент бактериальных биодеструкторов ТЫоЬасШш ярр. (40%), в 25% случаев выявляли грибковые виды, что могло быть связано с применением фунгицидных добавок к отделочным материалам. Самые высокие концентрации грибов-биодеструкторов (до 10 КОЕ/тампон) отмечали в пробах с глубины 3-5 см. Выявленные виды - Ноичонрогшт 1ощ&гасЫит, РетсИИит 1агс1ит, Ркота Ье1ае -обычные обитатели растительных остатков и почвы, их часто обнаруживают как биодеструкторов на строительных и полимерных материалах. Однако выявленные количества бактериальных и грибковых биодеструкторов не могли быть единственной причиной столь значительного повреждения стен (трещины, сколы). Более вероятно, что ведущую роль играют механические причины (сдвиг фундамента и образование сквозных микротрещин до грунта), в результате чего почвенные воды могут проникать в толщу фундамента и создавать условия для развития грибов и бактерий.
Таким образом, необходимо комплексное обследование зданий, подготовленных к реконструкции, не только со стороны технической, но и микробиологической экспертизы.
При микологическом обследовании зданий на стадии ремонта можно не только охарактеризовать состав микробиоты помещений, но и определить возможные источники и причины развития биодеструкции. При этом, естественно, количество выявляемых грибов и бактерий намного выше, чем в отремонтированных зданиях. Однако в случае, если отремонтированные и только готовящиеся к ремонту помещения находятся в непосредственной близости друг к другу, при микологическом обследовании можно получить достаточно интересные результаты.
Наглядной демонстрацией является работа по изучению микробиоты помещений Братского корпуса, расположенного на территории музея-заповедника «Казанский Кремль», представляющего собой двухэтажное кирпичное здание постройки 16 века, расположенное на возвышенности в юго-восточной части Кремля. Здание долгое время не эксплуатировалось и находилось в аварийном состоянии - протекала крыша, помещения не отапливались. На момент обследования в помещении заменены окна, деревянные полы, работает отопление, смонтирована вентиляция, при этом отмечали отслоение по сводам старинной известковой штукатурки, частичное обнажение кирпичной кладки, местами - разрушение кирпичей, наличие следов замачивания на втором
этаже - сверху, на первом - снизу.
Установлено, что здание является носителем значительного числа разнообразных видов грибов и бактерий, в том числе - и биодеструкторов. Значительное грибковое обсеменение обнаружили как в помещениях, готовящихся к ремонту, так и в контрольной пробе стены в отремонтированном помещении. Выявили виды Aspergillus candidum (28%), Aspergillus brevipes (24%), Paecilomyces varioti (24%), Acremoniella velata (8%), Gliocladium roseum (8%), Cladosporium herbarum (4%), Acremonium spp.(4%) в количестве до 10s КОЕ на тампон, что несколько выше, по сравнению с обычными реконструируемыми зданиями старой постройки. В пробах, взятых с различной глубины стен, при высверливании отверстий в кирпичной кладке, в двух комнатах на втором этаже и практически во всех - на первом отмечали небольшое количество грибов в глубине стен и повышенное количество грибов и бактерий - на поверхности. В торце здания на поверхности и в глубине стен найден Acremoniella velata - активный биодеструктор силикатных материалов. В помещениях первого этажа признаки замачивания прослеживали от фундамента здания, и в очагах преобладали бактериальные биодеструкторы (Pseudomonas spp).
Во многих старинных зданиях источником распространения грибов были поврежденные деревянные перекрытия, балки и перегородки.
Так, при обследовании Архиерейского корпуса присутствие грибов-биодеструкторов установили практически во всех пробах, в том числе - и в глубине стен и балок. Это кирпичное трехэтажное здание постройки XIX в., расположенное в северо-восточной части Кремля, на момент обследования имело значительные повреждения в нижней части здания, обусловленные замачиванием от грунта.
При обследовании внешней стороны фасада наблюдали разнообразие грибов-биодеструкторов в количестве 103-106 КОЕ/дм. В большом числе проб в значительных количествах (до 106 КОЕ/ дм) были выявлены грибы-биодеструкторы древесины (Trichoderma viride, Cladosporium herbarum, Aureubasidium spp., Alternaria alternata), что могло быть следствием наличия пораженных деревянных конструкций в глубине стен. В ряде случаев, в том числе и в глубине стен, обнаружили активные биодеструкторы кирпича - Acremonium roseum, Acremonium murorum, Acremoniella spp.
Таким образом, проведение микологического обследования зданий старой постройки, особенно на этапе подготовки к реконструкции, является одним из наиболее действенных способов добиться ее эффективности, а также позволяет избежать необходимости повторного проведения ремонтных работ. Более того, зная закономерности развития грибковой биодеструкции в таких зданиях, можно существенно снизить риск ее развития с помощью правильно подобранных строительных и отделочных материалов. В то же время, одной биоцидной обработки недоста-
точно для кардинального решения проблемы разрушения старинных сооружений, особенно при нарушении гидроизоляции.
Эта проблема оказалась одной из главных причин повреждения стен Казанского Кремля, носившей очаговый характер. Стены Казанского Кремля выложены из красного кирпича на основании из белого камня (известняк). На момент обследования на стенах выявили участки отслоения свежего слоя краски, деструкции кирпича, а также повышенной влажности в нижней части стен.
В результате проведенных исследований в 50% проб наблюдали значительную обсемененность бактериями Pseudomonas spp., Bacillus spp., Micrococcus spp., Actinomyces spp., Flexibacter spp., Bdellovibrio spp., Thiobacillus spp. При этом предварительная био-цидная обработка не влияла на количество и состав выявляемой бактериобиоты. Факт систематического замачивания подтверждался присутствием в пробах водорослей и лишайников.
Микобиота стен была представлена, в основном, грибами родов Cladosporium, Fusarium и Acremoniella, обнаруженными в умеренном количестве (до 103 КОЕ/дм). При этом в наибольшем количестве и видовом разнообразии пробы были взяты с высоты до 1,5 м, а также из глубины стен. При сопоставлении результатов, полученных с визуально благополучных участков стены и участков с начальной стадией деструкции, установили, что в пробе с признаками биодеструкции присутствовали тиобак-терии, обладающие высокой деградирующей активностью, кроме того, количество бактерий, особенно рода Pseudomonas, было выше, чем в контрольной пробе. Дальнейшее развитие очагов, при наличии благоприятных для этого условий (влажность), приводило к росту обсемененности грибами, в частности, Trichoderma viride, Penicillium funiculosum, Acremoniella atra, Cladosporium herbarum, Fusarium oxysporum, обладающих высокой деградирующей способностью.
При этом замачивание стен происходило не от грунта, а изнутри и было обусловлено заполнением внутренней части стены осадками вследствие отсутствия гидроизоляции.
Общими рекомендациями для борьбы с очагами грибковых поражений являются устранение причин замачивания, просушивание и налаживание вентиляции в сочетании с противогрибковой обработкой помещения. Для такой обработки в настоящее время предлагают широкий спектр средств различной природы. Характеристики таких средств (в т.ч. противогрибковая и бактерицидная активность, токсичность, способность сохраняться на поверхности) могут значительно различаться (табл. 2). Для определения эффективности фунгицидных средств использовали методы: скрининго-дисковый и серийных разведений.
Таблица 2
Эффективность фунгицидных средств по отношению
к музейному штамму Aspergillus niger ВКМ F-1119
Наименование средства противогрибковой обработки Действующее вещество Эффективность воздействия (% убитых спор)
«Адолит-М» конц. соли С(1 98
«Cerezit 99» Формальдегид 92
«Метацид» полигуанидины 83
«Полисепт» полигуанидины 84
«ПГР» полигуанидины 85
«Микон» конц. ЧАС 41
«Реставратор» ЧАС 54
«Катамин» ЧАС 36
Доступные коммерческие противогрибковые средства, по их природе, можно разделить на несколько групп: традиционные, неорганической природы, на основе соединений фтора, хлора, бора, солей меди; органической - формалина; четвертичные аммониевые соединения (ЧАС), а также поли-алкиленгуанидины (ПАГ) [6, 7]. Точный химический состав многих соединений неизвестен, поскольку представляет коммерческую тайну. В связи с этим в наших исследованиях средства испытывали под их фирменными названиями. При обследовании различных объектов спектр исследуемых средств и их эффективность могли существенно отличаться. Всего испытано 14 наименований, в том числе: «Адо-лит», «Микон», «(!егехк», «Реставратор», «АнтиПлесень», «Кеми-Сайд», «Трио-ТМ», «Триосепт», «Бриллиант», «Против Плесени», «Картоцид», «ЯигГашия», «Метацид» (Биопаг), «ПГР» (Биопаг).
При использовании противогрибковых средств для обработки исторических зданий необходимо учитывать особенности старинных технологий и материалов. Поскольку при строительстве таких зданий применяли различные органические субстраты (связующие растворы, утеплители, краски, т.п.), что создавало благоприятные возможности для развития грибов, действие противогрибковых средств должно быть эффективным, но мягким, во избежание повреждения элементов, представляющих культурно-историческую ценность (росписи, лепнины, элементов отделки).
Для обработки элементов строительных конструкций наиболее эффективными оказались «Адо-лит» - для наружных работ, «Против Плесени» и «Бш^ашш» - для внутренних. В Благовещенском Соборе Казанского Кремля для обработки несущих стен и фундамента, а также некоторых внутренних конструкций потребовалась инъекция средств вглубь пустот. Для реставрации фресок также была предложена сплошная поверхностная антисептическая обработка с инъекцией жидкого антисептика в трещины.
В некоторых случаях, критерием выбора средства является его комплексное действие как на грибы, так и на бактерии, а также сохранение его на поверхности. С этой точки зрения, наиболее эффективными были «Метацид» и «ПГР», особенно - в сочетании со щелочными растворами. Результат использования строительных биоцидов зависит от учета всех условий - устранения причин возникновения очагов
цидов, что обусловлено, вероятно, многократным повторным применением этих средств. Так, если в 2000 г. эффективность действия 5% «Метацида» достигала 100%, то в 2008 г. она составляла лишь 75%. Аналогичные результаты проявили и остальные биоциды (табл. 3).
Можно предположить, что уже в ближайшие 10 лет эффективность существующих фунгицидов существенно снизится. В связи с этим, для большей эффективности обработки, необходимо чередование средств, а также определение оптимальных концентраций их для каждого конкретного случая.
Таким образом, микологическое обследование строительных объектов является весьма важным этапом для успешного проведения реставрации. Результаты такого исследования дают возможность:
- объективно оценить степень биодеструкции здания и обосновать необходимость реставрации (или замены) отдельных элементов, а также необходимую глубину противогрибковой обработки стен;
- выявить скрытые дефекты, источник замачивания помещений (грунтовые воды, капиллярное проникновение осадков, конденсат и т.п.);
- подобрать эффективные средства и способы обработки с учетом чувствительности микробиоты к конкретным биоцидам;
- гарантировать микробиологическую безопасность эксплуатации зданий для посетителей и персонала (отсутствие патогенов).
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Глушко Н.И., Лисовская С.А., Паршаков В.Р., Халдеев В.В. Источники микологического загрязнения в исторической части города Казани// Инфекции и иммунитет. - Казань: «МастерЛайн», 2003. - С. 58-63.
2. Марфенина О.Е., Фомичева ГМ. Потенциальные патогенные мицелиальные грибы в среде обитания человека. Современные тенденции // Микология сегодня. Национальная академия микологии. - М., 2007. - Т. 1. - С. 235-266.
3. Васильева Н.В., Блинов Н.П. Микроорганизмы - контаминанты и патогены - индукторы процессов старения больничных зданий и помещений медицинского назначения, а также возбудители некоторых заболеваний людей. -СПб.: Коста, 2009. - 224 с.
4. Аравийский Р.А., Климко Н.Н., Васильева Н.В. Диагностика микозов. - СПб., 2004. - 185 с.
5. Биоповреждения больничных зданий и их влияние на здоровье человека / Под ред. А.П. Щербо, В.Б. Антонова. -СПб МАПО, 2008. - 232 с.
6. Тарасова Т.Д., Аипницкий А.В., Лессовой B.C., Андрус В.Н. Сравнительное изучение фунгицидной активности препаратов четвертичных аммониевых соединений// Успехи медицинской микологии. -2007. - Т. 9. - С. 300-302.
7. Глушко Н.И., Лисовская С.А., Паршаков В.Р., Халдеева Е.В., Фассахов Р.С. Грибы-биодеструкторы и современные средства противогрибковой обработки// Тез. докл. Региональной научно-практической конференции «Синтез и перспективы использования новых биологически активных соединений». - Казань, 2007. - С. 40.
Поступила в редакцию журнала 11.04.2013 Рецензент: И.А. Босак
Таблица 3
Сравнительная эффективность биоцидной обработки микробиоты сооружений Казанского Кремля
Биоцид Фунгицидная активность, % Бактерицидная активность, %
высо- кая уме- ренная низ- кая от- сутст- вует высо- кая уме- ренная низ- кая от- сутст- вует
«Адолит», конц. 100 - - - - 100 - -
«Микон», конц. - - 100 - - - - 100
«Реставратор» - - 100 - - - 100 -
«СЕГ!Е51Т 99», конц. - 20 80 - 25 75 - -
«Антиплесень» (1:10) - 50 50 - - - 100 -
«Кеми-сайд» 50 25 25 - 100 - -
«Трио-ТМ» (1:10) - 66,7 33,3 - - 100 - -
«Триосепт» (1:10) 25 75 - - - 100 - -
«5игГап1и5» 100 - - - 33,3 66,7 -
«Бриллиант» - 20 60 20 - 25 75 -
«Карцид» 25 25 25 25 25 25 50 -
«Против Плесени» (1:10) 100 - - - - 33,3 66,7 -
«Метацид» («Биопаг-Д», «Полисепт», «ПГР») 5% 40 60 - - 25 25 50 -
«Метацид» («Биопаг-Д», «Полисепт», «ПГР») 3% - 75 25 - - 100 - -
биоповреждений, удаления пораженных элементов конструкции и т.п. В то же время, в последние годы появилась тенденция, связанная с возникновением более устойчивых штаммов грибов к действию био-
