Обоснование путей и способов защиты оборудования орбитальных станций от микробиологических повреждений
Скачать 327.92 Kb.
|
На правах рукописи ПОДДУБКО СВЕТЛАНА ВИКТОРОВНА Обоснование путей и способов защиты оборудования орбитальных станций от микробиологических повреждений 14.00.32 – авиационная, космическая и морская медицина АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва 2007 Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации — Институте медико-биологических проблем Российской академии наук Научный руководитель: доктор биологических наук Новикова Наталия Дмитриевна Официальные оппоненты: доктор биологических наук, Кураков Александр Васильевич доктор биологических наук, Левинских Маргарита Александровна. Ведущая организация: Российский Государственный научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина Защита диссертации состоится " " мая 2007 г. В 1000 часов на заседании диссертационного совета К 002.111.01 в ГНЦ РФ — Институте медико-биологических проблем РАН по адресу: 123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, 76 А. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ — Института медико-биологических проблем РАН. Автореферат разослан " " апреля 2007 г. У  ченый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук И.П. Пономарева ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Биоповреждение материалов различного химического состава является актуальной экологической проблемой, к которой в последние годы приковано внимание исследователей в различных странах. Наиболее активные возбудители биоповреждений - мицелиальные грибы и бактерии, на долю которых приходится до 20 % от общего числа повреждений [Лугаускаc и др.,1987]. Повсеместное распространение микроорганизмов, разнообразие и лабильность ферментного аппарата, способность к росту в различных, нередко экстремальных условиях, обеспечивают им возможность использовать широкий круг природных и синтетических материалов в почве, воде и воздухе. Кроме того, многие бактерии и мицелиальные грибы образуют в процессе метаболизма органические и неорганические кислоты, аммиак, сероводород. Все эти вещества характеризуются высокой коррозионной активностью. В настоящее время трудно найти группу материалов, на которую микроорганизмы не оказывают разрушающего действия. Биодеструкции подвержены пластмассы, резины, электроизоляционные материалы, металлы и их сплавы, оптические стекла и т.д. [Иванов, Горшин, 1984; Ильичёв, 1984; Каневская, 1984]. Кроме того, следует иметь в виду, что развитие микроорганизмов на материалах представляет определенную опасность для здоровья людей, поскольку бактерии и грибы, повреждающие материалы, могут быть причиной кожных, аллергических и других заболеваний, а также источником сильно действующих токсинов [Кашкин, Некачалов, 1963; Тутельян, Кравченко, 1985]. Особо большое значение проблема микробиологических повреждений материалов и оборудования приобретает в длительно действующих обитаемых комических объектах, к которым предъявляются повышенные требования по безопасности и надежности. В среде обитания пилотируемых космических аппаратов (ПКА), как установлено [Викторов, Новикова и др., 1995] постоянно присутствуют микроорганизмы самых различных видов, стремящиеся освоить эту среду в качестве своеобразной экологической ниши. К настоящему времени накоплены данные, свидетельствующие о развитии микробиологических повреждений материалов, входящих в состав интерьера и оборудования ПКА [Новикова, 1999]. Очевидно, что эти процессы могут приобретать опасный и необратимый характер в силу участия в них патогенных для человека бактерий и микроорганизмов - биодеструкторов, способных, как свидетельствует опыт эксплуатации орбитальной станции МИР, негативно влиять на работу приборов и систем жизнеобеспечения. Следует учитывать, что в основе проблемы микробиологической безопасности космического полета лежат процессы микробной биоконтаминации воздушной среды, оснащения и оборудования обитаемых отсеков, протекающие с высокой интенсивностью в условиях непрерывной работы сменяющихся экипажей на борту, при осуществлении грузопотока (доставки с Земли заменяемого оборудования, расходуемых материалов и т.п.). Данное обстоятельство определяет актуальность совершенствования существующей системы санитарно – гигиенического и противоэпидемического обеспечения пилотируемых орбитальных станций и разработки дополнительных средств зашиты от воздействия микроорганизмов, не только в процессе эксплуатации станции, но и на стадии подготовки космических объектов, включая осуществление грузопотока. Целью настоящей работы является экспериментальное обоснование путей и способов защиты интерьера и оборудования орбитальных станций от микробиологических повреждений. Задачи исследования.
Научная новизна и практическая значимость работы заключается в том, что для условий подготовки и эксплуатации пилотируемых космических станций экспериментально обоснованы и выбраны новые экологически приемлемые средства и методы противомикробной защиты, эффективные для подавления биоповреждающих процессов и обладающие пролонгированным действием. Впервые исследован метод придания микробиологической стойкости конструкционным материалам ПКА, основанный на поверхностной модификации, позволяющий обеспечить длительную защиту материалов от контаминации и развития микроорганизмов. Применение разработанных методов противомикробной защиты в практике пилотируемой космонавтики позволит увеличить сроки безопасной эксплуатации конструкционных и декоративно – отделочных материалов, используемых в космической технике, при одновременном ресурсосбережении. На основе проведенных исследований был внедрен в практику пилотируемых полетов в составе штатного антифунгального средства «Фунгистат» препарат Окадез. Разработан и утвержден отраслевой нормативный документ «Методические указания по использованию установки обеззараживания воздуха «Поток – 150 М 01» в производственных помещениях в целях обеспечения биологической чистоты модулей, транспортных кораблей и грузов на этапах проведения предстартовых работ». Основные положения выносимые на защиту :
Апробация диссертации. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на: российской конференции «Проблемы обитаемости в гермообъектах» (Москва, 4-8 июня 2001 г.), российской конференции «Научные аспекты экологических проблем России», (Москва 13-16 июня 2001г.), V Международной научно-практической конференции «Современные проблемы биологических повреждений материалов (Биоповреждения -2002)», (Пенза, 19-20 ноября 2002г.), 54ом конгрессе Международной астронавтической федерации, (Бремен, Германия, 29 сентября – 3 октября, 2003), ХХХ Академических чтениях по космонавтике (Москва, 25-27 января 2006 г.). По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ. Диссертация апробирована на заседании секции «Космическая медицина» Ученого совета ГНЦ РФ-ИМБП РАН от11 апреля 2007 г., протокол № 3. Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания методов исследования (глава 2), результатов собственных исследований (глава 3), обсуждения полученных данных (глава 4), выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Материал изложен на 144 листах, иллюстрирован 26 таблицами и 18 рисунками. Список литературы содержит 129 наименований из них 92 на русском языке и 37 на иностранных языках. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Методы исследований микроорганизмов в пилотируемых космических объектах В течение непрерывной эксплуатации МКС регулярно проводится микробиологический контроль состояния воздушной среды в рамках бортовой штатной методики "Контроль микроэкосферы среды обитания" и поверхностей интерьера и оборудования обитаемых отсеков по методике «Контроль санитарно-эпидемиологического состояния». Все проведенные исследования включают следующие этапы: отбор проб на борту МКС, посев проб на питательные среды, выращивание посевов, выделение и идентификация "чистых" культур микроорганизмов, формирование коллекции штаммов микроорганизмов для тестирования различных средств и методов противомикробной защиты. Методы проведения экспериментов в климатических камерах по моделированию условий космического полета Эксперименты по оценке эффективности химических средств противомикробной защиты проводили в двух климатических камерах – опытной и контрольной, способных моделировать условия космического полета. Каждая камера представляла собой термостат, образованный теплозащитными панелями, выполненными из пенопласта. В опытной камере имелись также источники электромагнитного излучения, нейтронного и гамма-излучения. Внутри камер был размещен барабан, вращающийся со скоростью 1-10 оборотов в час, с подвешенными к нему шестью кассетами. Каждая кассета имела 6 поддонов с размещенными на них чашками Петри с исследуемыми образцами. В данном стенде были воспроизведены физические и физико-химические условия среды обитания пилотируемых орбитальных станций, за исключением невесомости (температура, относительная влажность воздуха, скорость движения воздушных потоков, освещенность, радиационное и электромагнитное излучение). Причем, в одних экспериментах эти условия являлись «стандартными», то есть наиболее типичными для внутренних объемов космических объектов, а в других - «провокационными», - наиболее благоприятными для развития микроорганизмов, но в пределах допустимых для ПКА значений. Важно отметить, что относительная влажность воздуха внутри камер создавалась за счет использования имитатора конденсированной влаги, аналогичного по своему химическому составу конденсату, образующемуся в реальном космическом полете. Метод оценки эффективности химических средств противомикробной защиты конструкционных материалов Для оценки фунгицидных и бактерицидных свойств и выбора оптимальной концентрации препаратов был использован метод дисков [Биргер, 1982]. Исследованиям были подвергнуты следующие биоциды:
Методы оценки эффективности способов противомикробной защиты конструкционных материалов Подготовка экспериментальных образцов материалов, подвергнутых поверхностной модификации, в целях повышения резистентности к воздействию микроорганизмов проводилась на базе МИТХТ им. Д.И.Менделеева. В зависимости от природы материала, его химической структуры, в целях придания резистентности к воздействию микроорганизмов изучались различные способы поверхностной модификации (рис. 1).  Рис. 1. Изучаемые способы поверхностной модификации Сущность метода заключалась в заражении образцов материалов, подвергнутых поверхностной модификации, ассоциациями бактерий и грибов, выделенных из среды обитания станции, и экспонировании образцов в условиях, благоприятных для развития тест - культур микроорганизмов в климатических камерах. В процессе испытаний проводили количественный учет бактерий и оценку степени роста грибов в баллах по ГОСТу 9.049-91 (Материалы полимерные и их компоненты. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов.) Метод оценки эффективности работы установки комбинированного воздействия импульсного УФ- излучения и паров перекиси водорода Важным элементом, ограничивающим микробную контаминацию грузов в процессе их предполетной подготовки является очистка поверхностей грузов от микроорганизмов. С этой целью была изучена принципиальная возможность применения комбинированного воздействия импульсного Ультрафиолетовое (УФ)- излучения и паров перекиси водорода. Экспериментальный образец установки, способной воспроизвести сочетанное действие указанных факторов, был разработан Государственным унитарным предприятием НПО «Астрофизика». Сущность метода заключалась в заражении образцов конструкционных материалов ассоциациями грибов и бактерий, размещением их внутри рабочей камеры установки и оценки выживаемости тест – культур микроорганизмов после воздействия УФ - излучения и паров перекиси водорода. Метод оценки эффективности работы установки обеззараживания воздуха «Поток – 150 М 01» Важным элементом, ограничивающим микробную контаминацию грузов в процессе их предполетной подготовки, является стерилизация воздуха в помещениях, в которых проводятся необходимые подготовительные работы перед установкой грузов на транспортный и грузовой корабли. Для очистки газовой среды в процессе эксплуатации космических объектов используется установка «Поток – 150 М 01», разработанная Научно – производственной фирмой «Поток - Интер». В целях оценки эффективности работы установки проводились эксперименты в помещениях различных объемов: без присутствия людей, в присутствии людей с защищенными респираторами дыхательными путями, в присутствии людей с незащищенными дыхательными путями. Для отработки режимов и регламентов работы установки обеззараживания воздуха (УОВ) «Поток – 150 М 01» исследования проводили как в производственных (лабораторных) помещениях объемом 49 м3, 96 м3 и 130 м3 в присутствии сотрудников с защищенными, не защищенными респираторами верхними дыхательными путями, так и в помещении без рабочего персонала. В целях оценки эффективности работы установки через каждый час производили отбор проб микрофлоры газовой среды с помощью воздушного пробоотборника SAS фирмы PBI International, осуществляющего забор газовых проб на поверхность плотных питательных сред аспирационно-седиментационным методом. Статистическая обработка результатов, создание базы данных, характеризующей состояние микрофлоры среды космического объекта Получение большого числа данных, характеризующих микробиологическую обстановку в процессе эксплуатации МИР и МКС, привело к необходимости создания информационно-поисковой системы для ввода, хранения и обработки информации по данной предметной области. Соответствующая информационно-поисковая система была разработана на основе стандартной системы управления базами данных (СУБД) FoxPro и введена в эксплуатацию на персональном компьютере IBM PC. Также для обработки данных использовали пакет стандартных программ математической статистики, приведенными в руководстве Большова Л.Н. и Смирнова Н.В. [1998]. При этом использовался непараметрический дисперсионный анализ. Достоверность различий сравниваемых параметров оценивали, используя критерий Фишера [Ивантер, Коросов, 2003]. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Стремясь создать и поддерживать в космическом объекте адекватную потребностям человека среду обитания, мы неминуемо обеспечиваем не менее, а может быть и более благополучные условия для жизнедеятельности многочисленных микроорганизмов. Общее представление о формировании микробиологического фактора в кабине космического объекта может быть получено при рассмотрении схемы, представленной на рис. 2 . Благодаря этой схеме мы можем рассмотреть источники попадания микроорганизмов в среду обитания космической станции. Прежде всего, следует обратить внимание на такой мощный источник поступления микроорганизмов в среду космического объекта, как аутомикрофлора членов экипажа. Аутомикрофлора человека включает комменсалов - постоянных обитателей основных биотопов его организма. В составе аутомикрофлоры здорового человека, как правило, присутствует и условно патогенный компонент. Его патогенность определяется потенциальной способностью вызывать оппортунистические инфекции, обязательным условием возникновения которых является снижение локального или общего иммунитета человека. Вторая составляющая, из которой складывается микробное сообщество, - это исходная микробиота декоративно-отделочных и конструкционных материалов его интерьера, оснащения и оборудования. В этом отношении основная роль принадлежит синтетическим полимерным материалам различных классов, которые широко используются в обитаемых гермокабинах. Как известно, многие их этих материалов подвержены заселению ассоциациями грибов и бактерий как в процессе их производства, так и в процессе применения в составе конкретных изделий. И, наконец, источником поступления микроорганизмов в среду обитания является микробная контаминация интерьера и оборудования космических объектов, которая имеет место на этапах сборки и комплектации пилотируемого космического аппарата (ПКА) в ходе предполетной подготовки и при осуществлении грузопотока в ходе строительства космического объекта на околоземной орбите. Всего в среде обитания МКС за период ЭО-1-ЭО-8 было обнаружено 66 видов микроорганизмов, из них 35 видов бактерий и 31 вид грибов. Из 340 проб, отобранных из среды обитания для изучения бактериальной флоры, бактерии были обнаружены в 251 пробе, что составило 73,8 % от общего числа проб. В составе бактериальной флоры  |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Содержание Гигиеническое обоснование и практика ранжирования водопроводных станций по эффективности водоподготовки на основе интегральной оценки... |  | Реферата по направлению подготовки 38. 06. 01 Экономика Оптимизация выбора поставщика оборудования, используемого в строительстве базовых станций сотовой сети, на основе теоретико-игровой... |
| Научное обоснование системы работы учителя по формированию у учащихся... Научное обоснование системы работы учителя по формированию у учащихся готовности к выполнению священного конституционного долга –... | | Обоснование путей совершенствования производственных потоков первичной... Работа выполнена в Политехническом институте Сибирского федерального университета |
| Рабочая программа дисциплины «защита оборудования от коррозии» Цель дисциплины – дать студентам теоретическую и практическую подготовку, необходимую для самостоятельной оценки коррозионной активности... | | Техническое задание на поставку оборудования, передачу прав на использование... Единой диспетчерской службы для станций скорой медицинской помощи Московской области |
| Министерство образования и науки РФ московский энергетический институт (технический университет) Целью дисциплины является изучение физических основ и методов диагностики (контроля технического состояния) изоляции установок и... | | Кандидатская диссертация: от первых шагов до защиты Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения |
| 1. Цель написания, требования к содержанию и оформлению В работе следует осуществить обзор путей и обоснование мероприятий по усовершенствованию размещения определенного сегмента продуктивных... | | №8 Чрезвычайные ситуации природного и техногенного характера Чс и их основных характеристик и способов защиты и прежде всего необходимо сформулировать понятие чс |
| Задача Образец решения об отказе в иске о расторжении брака Общая характеристика гражданско-правовых способов защиты права собственности | | Рабочая программа профессионального модуля ПМ. 03 Обслуживание высоковольтного оборудования, устройств релейной защиты, автоматики, средств измерения и систем сигнализации |
| Клинико-гигиеническое обоснование программы медицинской реабилитации... Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека | | Рекомендации по использованию судовых станций автоматической идентификационнОЙ Рекомендации по использованию судовых станций автоматической идентификационной системы (ais) для решения задач предупреждения столкновений... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины насосы и насосные установки... «насос», «насосная установка» и «насосная станция»; сделать обзор современного насосного оборудования; изучить основные параметры... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Мероприятия, направленные на улучшение ситуации со знанием школьниками собственных прав и способов их защиты |
