CC BY
5
10. Скипетров В. П. Аэроионы и жизнь. — Саранск, 1997.
11. Статистическая обработка данных тестирования на мутагенность: Метод, указания. — Вильнюс, 1989.
12. Чижевский A. JI. Руководство по применению ионизированного воздуха в промышленности, сельском хозяйстве и в медицине. — М., 1957.
13. Чижевский А. Л. Аэроионы и жизнь. Беседы с Циолковским. — М., 1999.
14. Шилкин А. А., Губернский 10. Д., Миронов H. М. Аэроионный режим в гражданских зданиях. — М., 1988.
15. Erdman H. Е., Hernandez T. // Environ. Mutagen. — 1982. - Vol. 4, N 6. - P. 657-666.
16. Glantz S. Primer of Biostatistics. — New York, 1999.
17. WurglerF. E., GrafU. // Basic Appl. Mutagen. - 1985.
- Vol. 5. - P. 343-387.
Поступила 25.02.05
Summary. The study examined the potential genotoxic activity and the impact of artificial air ionization on lifespan. Experiments on Drosophila melanogaster demonstrated that exposure of the lung to negative (5 • 104, 5 • 10s, and 106 ion/ cm3) and slight positive (5 • 10\ 5 • 10s, and 106 ion/cm3) ai-roions generated on the electrodes at direct-current voltage failed to increase the frequency of dominant lethal mutations in the gametes and to affect the life-span of male flies. Exposure of the flies to deionized air increased the rate of early embryonic lethal mutations.
О д. Г. ДЕРЯБИН, Н. П. ФОТ, 2005 УДК 614.72+614.718:579.862.11-078
Д. Г. Дерябин, Н. П. Фот
ВИДОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ СТАФИЛОКОККОВ В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ И ОРГАНИЗМЕ НОСИТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ХИМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Оренбургский государственный университет
Оценка биологического разнообразия, являющегося как ресурсом, так и индикатором состояния биосферы [12], в настоящее время стада одним из распространенных методов проведения экологического мониторинга. При этом биоразнообразие обычно имеет выраженную тенденцию к снижению в сообществах, подвергающихся интенсивным стрессовым воздействиям [5], что может использоваться для целей биоиндикации состояния природных экосистем.
При проведении соответствующих исследований принято выделять 3 среза разнообразия: генетическое, видовое и экосистемное [9, 12, 13]. Кроме того, в зависимости от цели исследования возможен также анализ биохимического [5], стенотипического [2] или любого другого внутрипопуляци-онного разнообразия [6]. В то же время необходимо указать, что среди прочих уровней анализа "классическим" и наиболее часто употребляемым является оценка именно видового биологического разнообразия [9].
По сравнению с животным и растительным миром представления о видовом биологическом разнообразии микроорганизмов разработаны в значительно меньшей степени, что определяется сложностями проведения их корректной видовой идентификации. В полной мере подобное утверждение относится и к широко используемым при проведении санитарно-гигиенических исследований микроорганизмам рода Staphylococcus, в номенклатуре и таксономии которых в 80—90-х годах XX века произошли принципиальные изменения [4]. Однако создание целого ряда идентификационных тест-систем и разработка соответствующих компьютерных программ, позволяющих автоматизировать процесс интерпретации биохимических идентификационных тестов [15], сформировали весь комплекс предпосылок для углубленного изучения данного вопроса.
В частности, целью настоящей работы явилась оценка видового биологического разнообразия са-нитарно-показательных микроорганизмов рода Staphylococcus в воздушной среде и организме носителей в условиях техногенного химического воз-
действия, формируемого в зоне влияния крупного объекта газовой промышленности.
При проведении работы изучены 326 штаммов стафилококков, их которых 132 изолированы из атмосферного воздуха населенных пунктов, расположенных в зоне влияния крупного предприятия газовой промышленности (72 штамма) и фоновой зоне (60 штаммов), а 194 культуры выделены из передних отделов носа бактерионосителей, из которых 136 проживали в населенных пунктах, расположенных в обследуемой, и 58 — в фоновой зонах.
Интенсивность загрязнения атмосферного воздуха сероводородом, диоксидом серы, летучими углеводородами и диоксидом азота, охарактеризованная интегральным показателем Р [II], учитывающим класс опасности определяемого вещества и отражающим совокупное действие определяемых газообразных поллютантов, находилась в диапазоне 2,56—4,37, что соответствовало слабому/умеренному уровню техногенного химического загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов, расположенных в обследованной зоне, по сравнению с экологически нескомпрометированной фоновой зоной.
Выделение стафилококков из атмосферного воздуха проводили пробоотборником аэрозоля, бактериологическим (ПАБ-1), использующим принципы активной аспирации и электростатического осаждения [3]. Отбор проб проводили на кассеты с плотной элективной питательной средой — желточно-солевым агаром в течение 1 мин при скорости аспирации 150 л/мин и напряжении на тормозном электроде 35 мВ. Основная доля проб была отобрана в весенне-осенний период при температуре 15—25°С, относительной влажности 40—60% и скорости ветра 0—5 м/с. Для выделения стафилококков из организма носителей (детей 7—14 лет) на желточно-солевом агаре делали мазки-отпечатки со слизистой оболочки передних отделов носовых ходов. После 24—48 ч инкубации при 37°С оценивали отсутствие или наличие бактериального роста, а также число выросших бактерий: количественно (при анализе проб атмосферного воздуха с расче-
том величин КОЕ/м3) или полуколичественно (при анализе посевов из передних отделов носовых ходов).
При проведении видовой идентификации выделенных стафилококков на первом этапе определяли наличие/отсутствие у них от 16 до 20 конвенциональных таксономически значимых биологических и биохимических характеристик. Окончательная же видовая идентификация осуществлялась с использованием "Универсальной компьютерной программы для видовой идентификации стафилококков", основанной на процедуре кластерного анализа [15]. При этом производилось вычисление наибольшей близости каждого из вновь анализируемых объектов (штаммов) с определенным видом стафилококка с известными таксономическими характеристиками как неких "точек" в многомерном пространстве, сформированном на основе данных об описанных в международном определителе Берджи [10] видах и подвидах микроорганизмов. Всего с использованием данной программы выявлены представители 20 из 36 доступных для идентификации видов стафилококков.
Для оценки их видового биологического разнообразия в сравниваемых группах использовался графический метод с построением кривых доминирования—разнообразия [9], также проводилось вычисление индексов Симпсона и Шеннона, каждый из которых позволяет количественно оценить видовое разнообразие микроорганизмов, но характеризует отдельные аспекты анализируемого явления. Индекс разнообразия Симпсона (с) рассчитывали по формуле с = 1 - Z(N/n)2, где jV, — оценка значимости каждого вида (численность); п — сумма оценок значимости. Вычисление индекса Шеннона (И) проводили по формуле И = ZNJn \og(NJn) [9].
Результаты бактериологического исследования атмосферного воздуха позволили констатировать, что представители рода Staphylococcus стабильно обнаруживаются в данной среде (70,3 ± 7,9% положительных проб), в среднем составляя 2,0 ± 2,4% от общего количества изолируемой аэромикрофлоры. Подобный относительно невысокий уровень их представительства объясняется тем фактом, что основным источником поступления микроорганизмов в атмосферу является почвенный покров, для которого стафилококки не являются аутохтонными представителями. В свою очередь последние являются постоянными обитателями кожных покровов и слизистых оболочек человека и животных, откуда контаминируют воздушную среду в результате процессов слущиванкя эпителия, дыхания и т. д. [8, 14]. Следует также указать, что по количественным параметрам содержания стафилококков в атмосферном воздухе не было установлено достоверных различий между населенными пунктами, расположенными в зоне влияния крупного объекта газовой промышленности и в фоновой зоне.
На этом фоне анализ видового состава изолированной стафилококковой микрофлоры позволил зафиксировать несколько основных тенденций (см. рисунок). Список идентифицированных видов преимущественно был представлен коагулазоотри-цательными стафилококками, среди которых доминировали S. arlettae, S. gallinarum, S. equorum, S. vituluns и др., долевое представительство которых было достаточно близким в обследованной и
0.5-1 0,45-0,4 0,35-0,3-0,25-0,2-0,15 0,1 -0,05-0
0.6
0.5
0,4
0,3-
0,2
0,1-
1 I I I I I I I I I I 1 23456789 1011
—I I I I I I I I I I I 1 23456789 1011
Кривые доминирования—разнообразия отдельных видов стафилококков в атмосферном воздухе (а) и организме бактерионосителей (б).
По оси абсцисс — ранговый номер вица стафилококка; по оси ординат — его долевое представительство в анализируемой выборке. Сплошная линия — данные для обследуемой зоны; пунктирная линия — данные для фоновой зоны.
фоновой зонах. В то же время в зоне возможного влияния крупного объекта газовой промышленности регистрировалось существенное расширение перечня редких видов стафилококков, каждый из которых был представлен небольшим количеством изолятов, но вносил существенный вклад в картину видового биологического разнообразия. Данное положение относится как к стафилококкам (S. lentis, S. kloosii и др.), так и к преимущественно "человеческим" видам — S. epidermidis, S. saprophyti-cus, S. warneri и S. cochnii, практически не представленным в атмосферном воздухе фоновой зоны.
Зарегистрированные различия нашли свое отражение и в соответствующих сдвигах числовых индексов, описывающих биологическое разнообразие стафилококков (см. таблицу). При этом использование индекса Симпсона не позволило выявить достоверных различий между обследованной и фоновой зонами: с = 0,735 ± 0,029 и с = 0,720 ± 0,018 соответственно {р > 0,05). Объяснением данного обстоятельства может являться тот факт, что индекс Симпсона придает избыточный вес обычным видам (по долевому представительству сходным в обследуемой и фоновой зонах) и недооценивают редкие виды, так как при возведении в квадрат малых отношений N-Jn получаются очень малые величины [9]. С другой стороны, расчет индекса Шеннона, придающего больший вес редким видам и лучше подходящего для целей сравнения в тех случаях, когда исследователя не интересуют компоненты разнообразия по отдельности, позволил констатировать достоверный рост видового биологического разнообразия стафилококков в атмосферном воздухе населенных пунктов, находящихся в зоне влияния крупного объекта газовой промышленности (Л = 0,770 ± 0,031) по сравнению с фоновой зоной (Л = 0,609 ± 0,025; р < 0,05).
Анализ мазков-отпечатков из передних отделов носовых ходов детей 10—14 лет позволил констатировать, что 68,0 ± 3,3% из них в обследуемой и
Индексы видового биологического разнообразия в популяциях стафилококков, изолированных в зоне влияния крупного объекта газовой промышленности и фоновой зоне
Источники выделения стафилококков
Индекс разнообразия Симпсона (с)
Индекс разнообразия Шеннона (Л)
Атмосферный воздух фоновой
зоны (л = 60) 0,720 ± 0,018 0,609 ± 0,025 Атмосферный воздух обследуемой зоны (л = 72) 0,735 1 0,029 0,770 ±0,031* Бактерионосители, проживающие в фоновой зоне (л = 58) 0,659 ± 0,020 0,521 ± 0,023 Бактерионосители, проживающие в обследуемой зоне
(и = 136) 0,663 ± 0,019 0,619 ± 0,021*
Примечание. Звездочка — р < 0,05 при сравнении обследуемой и фоновой зон.
58,0 ± 4,9% в фоновой зонах являлись бактерионосителями стафилококков. При этом изучение состава отделяемого носовых ходов свидетельствовало, что от одного обследованного преимущественно изолировался не более чем один вид стафилококка, а построенные на этой основе кривые доминирования—разнообразия (см. рисунок) демонстрировали тип распределения, характерный для случая, когда каждый вид занимает прежде всего свободную и неперекрывающуюся с другими нишу [9]. Данное обстоятельство может объясняться выраженным "давлением" со стороны микроокружения, в том числе существованием выраженной межвидовой конкуренции [8], что обычно резуль-тируется в отборе ограниченного количестза видов, наиболее адаптированных к складывающимся в определенной экологической нише условиям существования. И действительно, по сравнению с популяциями стафилококков, изолированных из атмосферного воздуха, индексы биологического разнообразия стафилококков, рассчитанные для групп стафилококков, вьщеленных от бактерионосителей, оказывались в 1,17—1,27 раза ниже.
Перечень идентифицированных видов также принципиально отличался от такового, определенного при изучении атмосферного воздуха, и включал коагулазоположительный вид S. aureus и несколько коагулазоотрицательных видов, среди которых наиболее частыми представителями были S. epidermidis, S. hominis и S. capitis. При этом по сравнению с фоновой зоной, где частота встречаемости S. aureus составила 29,3 ± 5,9% (второй по численности вид после S. epidermidis), его распространение в зоне влияния крупного объекта газовой промышленности достигало 50,0 ± 4,3% (р > 0,05), а сам данный вид становился доминирующим. В этом плане полученные результаты полностью согласуются с представленными ранее данными о частоте бактерионосительства золотистого стафилококка в популяциях детей, проживающих на экологически скомпрометированных территориях [1], что было положена нами в основу одного из методов проведения микробиологического мониторинга [4].
Применительно к вопросу о сравнении видового биологического разнообразия стафилококков в зоне влияния крупного предприятия газовой промышленности и фоновой зоне проведенное исследование позволило констатировать существование
достоверных различий, в значительной степени соответствующих зарегистрированным при анализе стафилококковой аэромикрофлоры (см. таблицу). В этом случае также при отсутствии достоверных изменений индекса разнообразия Симпсона (0,663 ± 0,019 в обследуемой и 0,659 ± 0,020 в фоновой зонах; р > 0,05), в наибольшей степени характеризующего доминирующие виды, значения индекса разнообразия Шеннона, позволяющего оценить присутствие редких видов, имели тенденцию к увеличению в обследуемой зоне (0,619 ± 0,021) по отношению к фону (0,521 ± 0,023; р < 0,05). Условием для подобного роста явилось появление в анализируемой выборке представителей вида S. shleif-eri, не являющегося типичным обитателем переднего отдела носовых ходов, а также единичными находками S. auricularis, S. haemolyticus, S. sacharo-lyticus и др.
Возможно, оценка изменения биоразнообразия в симбиотической системе, проведенная только на примере микробной популяции, носит лишь оценочный характер, что не мешает в первом приближении сделать выводы о направленности сдвигов в экологически скомпрометированных зонах. В частности, одним из последствий техногенного химического воздействия становится не снижение, а рост видового биологического разнообразия потенциально патогенных микроорганизмов в организме человека и объектах окружающей среды.
Обсуждая возможные механизмы повышения подобного биоразнообразия, представляется возможным предположить, что первичным является повреждающее воздействие атмосферных поллю-тантов на иммунную систему животных и человека, являющееся одним из их типичных биологических эффектов [7]. При этом в условиях ослабления иммунологического контроля кожные покровы и слизистые оболочки интенсивно колонизируются новыми, ранее нетипичными видами микроорганизмов, что сопровождается и ростом абсолютной численности представителей обычных видов [1,4]. Повышение показателей видового разнообразия микроорганизмов во внешней среде представляется вторичным и может быть обусловлено их увеличивающимся поступлением от организмов-хозяев.
Безусловно, подобное предположение требует своего дополнительного изучения и проверки, что тем не менее не отменяет самого факта роста показателей видового разнообразия санитарно-пока-зательных микроорганизмов в условиях техногенного химического воздействия. Прикладные аспекты обнаруженного феномена могут быть связаны как с возможностью углубленной оценки последствий воздействия экотоксикантов, так и с разработкой новых подходов к биоиндикации техногенного воздействия на экосистемы.
Выводы: 1. В условиях техногенного химического воздействия на экосистему происходит увеличение видового разнообразия представителей рода Staphylococcus, регистрируемого как в организме бактерионосителей, так и в атмосферном воздухе.
2. Увеличение показателей биоразнообразия происходит преимущественно за счет увеличения числа редких видов, что для своей адекватной оценки требует использования индекса Шеннона.
Литература
1. Бухарин О. В., Дерябин Д. Г., Нелщева Н. В. // Гиг. и сан. - 1996. - № 6. - С. 6-8.
2. Бухарин О. В., Гриценко В. А., Дерябин Д. Г. // Вестн. РАМН. - 1997. - № 3. - С. 34-40.
3. Гапочко К. Г., Мисников О. П., Раевский К. К. Средства и методы изучения микробных аэрозолей. — Л., 1985.
4. Дерябин Д. Г. Стафилококки: экология и патоген-ность. — Екатеринбург, 2000.
5. Емельянов И. Г. // Успехи соврем, биол. — 1994. — Т. 115, вып. 3. - С. 304-316.
6. Животовский Л. А. // Журн. общей биол. — 1980. — Т. 41, № 6. - С. 828-836.
7. Кабалова Л. А., Гореленкова Н. А., Виноградова Л. А. // Гиг. и сан. - 1995. - № 1. - С. 22-25.
8. Нобл У. К. Микробиология кожи человека: Пер. с англ. — М., 1986.
9. Одум 10. Экология: Пер. с англ. — М., 1986. — Т. 1 -2.
10. Определитель бактерий Берджи / Под ред. Дж. Хо-ума и др.: Пер. с англ. — М., 1997. — Т. 1—2.
11. Пинигин М. А. // Гиг. и сан. - 1993. - № 7. - С. 4-8.
12. Пузаченко Ю. Г. // Проблемы устойчивости биологических систем. — М., 1992. — С. 5—32.
13. Савилов Е. Д. // Вестн. РАМН. - 1997. - № 8. -С. 29-32.
14. Тарасов В. Н. Аэромикробиология (экологические и эпидемиологические аспекты). — М., 1987.
15. Фот Н. П., Бравичева О. С. // Вестн. ОГУ. - 2002. - № 3. - С. 132-135.
Поступила 17.12.03
Summary. The authors analyzed the biological diversity of sanitary indicative microorganisms of the genus Staphylococcus in man and environmental objects in an area adjacent to a gas industrial enterprise. The species diversity of staphylococci was found to increase upon technogenic chemical exposure, which was recorded in both ambient air and bacterial carriers. The rise in the biological diversity was shown to occur with the increased number of rare species which adequate assessment required the use of the Shennon index. Whether the index of biological species diversity of staphylococci during microbiological monitoring of natural ecological systems is discussed in the paper.
Гигиена труда
О Н. В. ВОРОНИНА, 2005 УДК 613.2:612.395.5-055.11-07
Н. В. Воронина
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОТРЕБНОСТИ МОЛОДЫХ МУЖЧИН В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
НИИ санитарии, гигиены и профзаболеваний МЗ РУэ, академия МВД РУз, Республика Узбекистан, Ташкент
Изучение проблемы энергетического обмена в конкретных условиях жизни и трудовой деятельности, обобщение и теоретическое осмысление накопленных знаний в этой области, а также совершенствование методических приемов оценки алиментарного статуса является актуальной задачей в решении проблемы полноценного и сбалансированного питания населения [1].
В исследовании участвовали 9 молодых мужчин в возрасте 18—20 лет, находившихся на регламентированном питании. Условия труда характеризовались значительными нервно-психологическими нагрузками, усугубляющимися сложностью задач при дефиците времени на их решения; высокой физической нагрузкой (общий стандартный вес снаряжения составлял 32—40 кг). Экстремальность условий деятельности выражалась в необходимости выработки комплекса мероприятий и действий, обеспечивающих выполнение конкретных заданий и выживание в условиях предгорья, способности преодолевать воздействие стрессоров выживания (жажда, жара, переутомление и т. д.) и адаптироваться к особенностям обитания при выполнении профессиональной деятельности. Расчет энергетических суточных затрат производился с учетом физического статуса обследованных, хронометража суточного бюджета времени их деятельности и энергетических эквивалентов различных видов деятельности [4].
Цель настоящего исследования — определить потребность в энергии организованного коллектива, которая будет уравновешивать энергетические затраты, достаточный уровень здоровья и поддерживать необходимую и социально желательную физическую активность.
Проведенные хронометражные исследования позволили получить информацию о непрерывной продолжительности конкретного вида деятельности и отдыха молодых мужчин, о чередовании и суммарной продолжительности физических нагрузок разной интенсивности (см. рисунок).
Принимая во внимание эти соображения в целях более точного определения энергозатрат, сгруппировали определенные виды деятельности в зависимости от их кратности величине основного обмена.
Установлено, что в суточном бюджете времени 420,5 мин приходится на профессиональную активность. Самостоятельная активность, включающая деятельность, направленную на обеспечение надлежащего вида одежды и гигиены тела, обсуждение плана действий и деятельность, направленную на поддержание физического состояния, здоровья и т. д., составила 133,9 мин. Остальное время отводилось свободной активности (отдых сидя, чтение, беседы и т. д.). Вследствие высоких физических нагрузок уровень динамического компонента физической активности составил 51,4%.
