CC BY
8
© Г. Н. ПОНОМАРЕНКО. 1994 УДК 613.164
Г. Н. Пономаренко
ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАКЦИИ БИООБЪЕКТОВ НА НИЗКОЧАСТОТНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова, Санкт-Петербург
Развитие промышленного производства и усложнение его технологии привело к загрязнению окружающей среды различными факторами, в том числе низкочастотными акустическими колебаниями. Это обозначило проблему нормирования воздействия энергии искусственных источников механических колебаний на биообъекты и породило ряд вопросов, связанных с оценкой их эффектов [1, 5]. Между тем методы и критерии, которые широко используются в гигиене при нормировании акустических колебаний высоких частот, не всегда адекватны для этих целей. Разработка новых критериев требует формирования иного подхода к экспериментальным исследованиям, учитывающего как особенности распространения низкочастотных акустических колебаний, так и четкую интерпретацию регистрируемых откликов биообъектов.
В случае расположения биообъектов в низкочастотном акустическом поле, имеющем значительные размеры зоны несформировавшейся волны, приходится учитывать соотношение волновых эффектов и эффектов смещения частиц среды. Первые из них характеризуются потоком акустической энергии, а вторые — тангенциальной составляющей вектора колебательного смещения частиц среды. Теоретические расчеты соотношения этих эффектов трудны, а методы косвенного измерения громоздки.
Особые сложности вызывает оценка плотности потока энергии (ППЭ), так как здесь нельзя обойтись простым пересчетом от измеренного звукового давления (Я), плотности среды (д) и скорости звука в ней (с) по известной формуле:
Я2 2 ее
(1)
однозначной связи между ППЭ и Я не существует. Это обусловлено тем, что между колебательной скоростью частиц среды (-и) и амплитудой звукового давления существует сдвиг фаз, определяемый величиной cos ф. Произведение и cos ср определяет нормальную составляющую вектора колебательной скорости, обусловливающую перенос акустической энергии волной. Поэтому для оценки ППЭ необходимы раздельные измерения не только Р, но и и cosq, методы определения которых появились лишь в последнее время [6, 7]. При этом отсутствие образцов метрологически аттестованной аппаратуры и ее ограничения делают необходимым использование нескольких методов оценки ППЭ.
Цель данной работы — изучение условий, обеспечивающих постановку корректных экспериментов по исследованию реакций биообъектов на низкочастотные акустические воздействия в лабораторных условиях.
Для этого была произведена оценка структуры акустического поля в квазибезэховой акустической камере малого объема (150X93X84 см). Источником низкочастотных акустических колебаний в ней служил громкоговоритель 75 ГДН-1Л-4, возбуждавшийся усиленными по мощности сигналами от генератора Г6-26 в частотном диапазоне 33— 1000 Гц. Поток энергии акустических колебаний в камере оценивали 3 способами.
Во-первых, определяли величину нормальной составляющей вектора колебательной скорости (и cos ф) путем последовательного измерения величин звукового давления в 2 точках, разнесенных на 5 см по оси излучателя, с последующим интегрированием разности ДР по времени [8]. ППЭ вычисляли по формуле:
Pv COS ф
ППЭ=
(2) (2-4]
Основным недостатком этого расчетного метода явилось амплитудное и фазовое рассогласование микрофонных трактов, что вносило в измерения определенные погрешности — 25—30 %.
Указанные погрешности были значительно меньше при использовании системы для анализа интенсивности звука модели 3360 фирмы «Вгие! & К]ег» (Дания). Акустический зонд этой системы 3519, соединенный с анализатором интенсивности звука 2134 осуществлял автоматическое измерение Р в 2 точках с последующим интегрированием сигналов и цифровым спектральным анализом акустической энергии на Фурье-анализаторе. Реализованные здесь алгоритмы вычисления с учетом конечных разностей ДР ограничивали погрешность измерений ППЭ до 10 %.
Наконец, третьим методом при помощи вектор-но-фазового приемника колебательной скорости, конструкция которого описана в работе [3], непосредственно измеряли все составляющие и, Р, а затем определяли угол фазового сдвига и ППЭ на ЭВМ.
После предварительного теоретического анализа зависимостей различных физических харак-
з,о г,о ко
-юооо
-2SOO -/ООО -JOO-
33 63 юо
200 400
/ООО
Рис. 1. Зависимость амплитуды звукового давления в рабочей области квазибезэховой камеры от частоты при различных значениях ППЭ — изоинтенсивные кривые.
По оси абсцисс — частота V (в Гц); по оси ординат — звуковое давление Р (в Па). Цифры у кривых — ППЭ (в мкВт-м~2).
теристик низкочастотного акустического поля была проведена серия измерений, результаты которых представлены на рис. 1—3.
Экспериментальное исследование частотной зависимости величин звукового давления в рабочей области камеры показало, что при уменьшении частоты для создания эквивалентного потока энергии необходимы большие амплитуды звукового давления, чем в зоне сформировавшейся волны (см. рис. 1). Это подтверждает и анализ частотной зависимости ППЭ на изобарических уровнях — при фиксированных уровнях звукового давления величины потоков акустической энергии, создававшиеся в камере, были существенно ниже значений, определяемых 1-й формулой (см. рис. 2).
Характер графиков, приведенных выше, указывает на существенную роль в формировании потока энергии фазового сдвига между Р и и, частотная зависимость которого для рабочей области камеры представлена на рис. 3. Сравнение частотной зависимости, рассчитанной по номограмме [8], с результатами измерений показало удовлетворительную степень совпадения экспериментальных и расчетных данных. С увеличением частоты величина cos ф в рабочей области камеры возрастала, что приводило к нарастанию амплитуды колебательного смещения частиц среды, а следовательно, и ППЭ.
Сравнительный анализ использованных методов убедил в необходимости инструментальной оценки акустических полей, основанной на измерении не только звукового давления, но и колебательной скорости частиц. Пространственный характер их распределения позволил оценить волновые характеристики поля, степень его неоднородности. Так, распределение величин звукового давления по оси излучателя в наших опытах подчинялось закону сферического расхождения, что свидетельствовало об удовлетворительных возможностях камеры в имитации свободного поля.
Важность учета соотношения характеристик низкочастотного акустического поля при оценке реакций биообъектов хорошо иллюстрирует проведенная нами серия экспериментов по исследованию микрофонных ответов улитки морской свин-
Рис.2 Рис.3
Рис. 2. Зависимость ППЭ акустических колебаний в рабочей области квазибезэховой камеры от частоты при различных амплитудах звукового давления — изобарические кривые.
По оси абсцисс — частота V (в Гц); по оси ординат—ППЭ (в мкВт-м~2). Цифры у кривых — звуковое давление Р (в Па).
Рис. 3. Зависимость косинусов угла фазового сдвига в рабочей области квазибезэховой камеры от частоты.
По оси абсцисс — частота V (в Гц); по оси ординат — cos <р. Сплошная линия— рассчитанная по номограмме [7]. кружки — измеренные значения cos векторно-фазовым приемником колебательной скорости.
а б
33 S3 ЮО 200400 /ООО 33 63 ЮО 200400 /ООО
Рис. 4. Зависимости амплитуд микрофонных потенциалов от частоты акустических колебаний для различных величин звукового давления — изобарические кривые (а) и различных значений ППЭ — изоинтенсивные кривые (б).
Г1о оси абсцисс частота V (в Гц); по оси ординат — амплитуда микрофонных потенциалов (в мкВ). Цифры у кривых: а — звуковое давление Р (в Па) б — ППЭ (в мкВт-м 2).
ки на низкочастотные акустические воздействия. Слуховая кривая этих животных сходна с пороговым изофоном человека [2]; что позволяло проводить корректную интерпретацию полученных данных на организм человека.
Эксперименты проведены на 16 животных, наркотизированных гексеналом. При сравнении амплитуд микрофонных потенциалов на изоинтенсив-ных и изобарических уровнях выявлено различие в их динамике с увеличением частоты (рис. 4, а, б). Так, при одинаковых уровнях звукового давления наблюдали нарастание амплитуды микрофонных потенциалов с увеличением частоты, тогда как при фиксированных значениях ППЭ микрофонные ответы улитки в диапазоне 63—1000 Гц были практически эквипотенциальны на всех исследовавшихся частотах.
Амплитуды микрофонных потенциалов на частоте 33 Гц были значительно меньше и достоверно (р<0,05) отличались от ответов на других частотах начиная с ППЭ 1000 мкВт-м . Причина этого уменьшения состояла в том, что указанная частота не входит в слуховой диапазон морских свинок, нижняя граница которого при всех трудностях его определения принимается равной «50 Гц [2].
Сопоставление полученных кривых с графиками, отражающими динамику распределения характеристик акустического поля в использованной камере (см. рис. 1—3), показало, что .амплитуды микрофонных потенциалов определяются преимущественно уровнем ППЭ. Возрастание микрофонных ответов при одинаковых величинах звукового давления с ростом частоты объясняется увеличением нормальной составляющей и за счет увеличения значений cos ср.
Следовательно, амплитуды микрофонных потенциалов, а значит и чувствительность внутреннего уха к звукам низкой частоты, определяется не величиной звукового давления, а исключительно потоком энергии, поступающим в слуховую систему. С учетом аналогии в характере слуховых кривых использованных животных и человека такое заключение является, очевидно, справедливым и для слуховой системы человека.
Важный, хотя и очевидный для высокочастотного диапазона вывод об определяющей роли по-
тока акустической энергии в оценке сенсорных реакций биообъектов появилась возможность экспериментально доказать только при использовании предлагаемого метода. Его применение позволило учесть сложные взаимоотношения между характеристиками низкочастотного акустического поля в зоне несформировавшейся волны при оценке реакций расположенных в ней биологических объектов.
Положение об определяющей роли величины потока акустической энергии в формировании реакций биообъектов подтверждено нами и в экспериментах на механорецепторах других групп. Исходя из этого, при гигиеническом нормировании низкочастотных акустических колебаний целесообразно не ограничиваться измерением только амплитуды звукового давления с последующим
расчетом ППЭ по формуле (1), а осуществлять непосредственное измерение потока акустической
энергии.
Литература
1. Алексеев С. В., Хаймович М. Л., Кадыскина Е. Н., Суворов Г. А. Производственный шум.— Л., 1991.
2. Вартанян И. А. Сравнительная физиология слуховой системы: Слуховая система.— Л., 1990.— С. 513—574.
3. Захаров Л. Н // Всесоюзная акустическая конф., 10-я: Доклады.— М., 1983.—С. 31—51.
4. Исакович М. /.. Общая акустика.— М., 1973.
5. Суворов Г. А., Шкаринов Л. Н., Денисов Э. И. Гигиеническое нормирование производственных шумов и вибраций,— М., 1984.
6. Crocker М. !. // All-Union Acoustical Conference, 11-th.— Moscow, 1991.— P. 41.
7. Fahy F. J. Sound Intensity.— New York, 1986.
8. Pimonow L. Les infra-sons.— Paris, 1976.
Поступила 16.11.92
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 1994 УДК 613.636:351.852.11|-078
С. А. Бурова, Е. А. Меркулова, Т. П. Егорова ИССЛЕДОВАНИЕ ГРИБКОВОЙ ОБСЕМЕНЕННОСТИ ПОМЕЩЕНИЙ БИБЛИОТЕК
Институт медицинской, паразитологии и тропической медицины им. Е. И. Марциновского ГКСЭН РФ, Москва
В настоящее время в природе известно более 100 000 видов грибов. Патогенные и условно-патогенные грибы, которые могут вызывать заболевания у человека, относятся к 2 из 7 охватывающих все виды грибов классов: к классам зигоми-цетов (Mucor, Rhizopus) и дейтеромицетов (Aspergillus, Pénicillium, Fusarium, Candida, Geotrichum и др.) [3]. Большая часть этих грибов — обитатели почвы [1], реже они встречаются в воздухе и на предметах внутренней среды жилых и служебных помещений [5|, где единичные колонии грибов и бактерий могут обнаруживаться даже после тщательной санитарной обработки, что соответствует нормальным показателям [4]. Однако повышенное содержание грибов (сплошной рост на питательной среде), относящихся к группе условно-патогенных, таких как Aspergillus, Mucor, некоторые виды Pénicillium и др., свидетельствует о нарушении санитарного режима, опасности развития грибковых осложнений и грибковой аллергии у лиц, находящихся в этих помещениях, и выражающихся в поражении слизистых полости рта, бронхо-легочной системы, среднего уха, глаз и кожи [2, 6, 7]. Рост числа этих заболеваний в последнее время и широкое их распространение делают проблему изучения микотического фона жилых и служебных зданий особенно актуальной.
Цель наших исследований — определение микологической обсемененности рабочих помещений центральных библиотек в 2 крупных городах России: X.— один из южных городов и М.— крупный промышленный город центральной части нашей страны.
Здание библиотеки в г. X. было новым, недавно введенным в эксплуатацию, а в г. М.— многоэтажная постройка старого образца с устаревшим санитарно-техническим оборудованием в цокольном этаже. Исследования проводили в разные периоды года: в г. X. летом, в г. М. зимой.
В библиотеках обследовали читальные залы, подсобные и рабочие помещения, нотные и книгохранилища.
Были изучены пробы воздуха и смывы с поверхностей предметов и стен. При исследовании воздуха использовали метод щелевого центрифугирования с помощью аппарата Кротова. Посев производили на среду Сабуро, разлитую тонким слоем (1 —1,5 мм) по чашкам Петри. Экспозиция составляла 2,5 мин при пропускной способности 40 л/мин. Воздух в каждом помещении забирали с 2 точек: на уровне пола и на уровне стола (высота 1 м). Для выявления обсемененности внутренней среды помещений делали смывы с читательских и рабочих столов, книжных полок, каталожных ящиков, окон и т. д., которые проводили стерильным ватным тампоном, смоченным в стерильном физиологическом растворе. В питательные среды для выявления грибов добавляли антибиотики (бензилпенициллин и стрептомицин по 50 000 ЕД/л) с целью подавления роста бактерий. Все посевы для выделения грибов из воздуха и с предметов окружающей среды культивировали в термостате при температуре 25 °С в течение 7—10 дней.
Обнаружено, что в реставрационном отделе и книгохранилище библиотеки в г. X. выявлена повышенная обсемененность рабочих мест грибами, относящимися к родам Cladosporium (55,9 % ), Pénicillium (18,5 %), Aspergillus (11,6 %), Alternaria (10,6 %), Fusarium (2,1 %), Mucor (0,9 %). На первом этаже книгохранилища из воздуха выделено 5 (0,4 %) колоний грибов рода Candida.
В библиотеке в г. М. отмечалось повышенное содержание грибов в количестве 300—500 КОЕ/мл на окнах, каталожных ящиках, стеллажах, рабочих и читательских столах, трубах стока в полуподвальном помещении каталога, раскладочном и читальном залах ЦСБ. Наиболее часто встречались плесневые грибы родов Aspergillus
