XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Как влияет обычная пыль на здоровье человека
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Состояние здоровья человека зависит от многочисленных факторов окружающей среды. Важным объектом среды обитания, способным оказать существенное влияние на здоровье является воздушная среда. От состояния воздушной среды, в том числе её запылённости, в большой степени зависит наше самочувствие и нормальное состояние организма.
Так уж сложилось в природе, что пыль присутствует везде, где есть жизнь. Поэтому пыль и человек неразлучны. Атмосфера промышленных городов с их предприятиями и интенсивным движением сильно запылена. Пылевидные частицы попадают в бытовые помещения, квартиры, осаждаются на мебели, предметах быта, но самое главное: мельчайшие частицы пыли попадают в лёгкие человека, а через предметы быта и желудочно-кишечный тракт. Бытовая и производственная пыль вызывает множество различных заболеваний человека, многие виды пыли являются сильнейшим аллергеном. В то же время пыль – это рассадник для многих болезнетворных микроорганизмов, которые могут очень негативно повлиять на организм человека. Если рассмотреть пыль под микроскопом, можно увидеть различные частицы разнообразных форм, волокна, крупинки, кусочки, а нередко и пылевых клещей. Составляющие пыль частицы неприятны и вызывают аллергию примерно у 40% людей. Но особенно опасными являются болезнетворные микроорганизмы и продукты жизнедеятельности пылевых клещей, которые питаются отмершими частицами человеческой кожи. Фекалии пылевых клещей являются существенной частью мелкодисперсной пыли. Поскольку, обычной уборкой помещения от такой мелкодисперсной пыли сложно избавится, она беспрепятственно проникает в верхние дыхательные пути и легкие человека и вызывает затрудненное дыхание и различные воспаления. Самое большое отрицательное влияние на организм оказывает пыль, которая образуется во время производства. В ней имеются вредные частички, которые способствуют развитию различных заболеваний нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Кроме того, подобная пыль очень серьезно влияет на общее состояние организма. Изучая литературу и интернет - источники по данному вопросу, мы столкнулись с тем, что в них отсутствуют какие-либо систематизированные исследования по вопросам накопления бытовой и промышленной пыли в местах проживания людей, влияние этой пыли на экологическую обстановку жилищных условий и здоровье человека. В основном исследования, обозначенные в литературе, касаются крупных производств и в целом, экологической обстановке населённых пунктов. Актуальность данного вопроса очевидна, поскольку он непосредственно связан с жизнедеятельностью человека, его общим состоянием и здоровьем.
Цель данной исследовательской работы состоит, в определении динамики пыленакопления в жилищных условиях человека, проживающего на территории крупного промышленного города, выявлении состава бытовой пыли и исходя из этих факторов, влиянию её на здоровье людей.
Цель предполагала решение следующих задач:
- изучение литературы и интернет – источников по вопросам пылеобразования в условиях промышленного города, качественного состава пыли, условий, способствующих процессам пылеобразования и пыленакопления;
- изучение литературы и интернет – источников по вопросам воздействия пыли на здоровье человека;
- экспериментальные исследования состава бытовой пыли, содержания в ней промышленных загрязнителей и биологических объектов;
- экспериментальное исследование динамики пыленакопления в жилищных условиях и в условиях социальной среды;
- проведение бактериологических исследований пылевидных частиц, с целью выявления микрофлоры способной вызывать инфекционные заболевания;
- сделать определённые заключения по экологической обстановке жилищных условий людей в условиях большого промышленного города.
Способы образования пыли [1-3]
Образование пыли можно связать с процессами дробления и истирания твёрдых частиц, испарения с последующей конденсацией жидких, а также большое количество пылевидных частиц образуется в результате горения (Приложение лист I, рис. 1).
В производственных условиях с образованием пыли чаще всего связаны процессы дробления, размола, просева, обточки, распиловки, пересыпки и других перемещений сыпучих материалов, сгорания, плавления.
Естественным источниками образования пыли являются лесные пожары, пыльца, переносимая на большие расстояния, ветровая эрозия почв, извержения вулканов, продукты бактериального разложения органических веществ, морские брызги (частицы сульфатов или солей). Большинство выбросов в атмосферу от естественных источников, разбросанных по всему земному шару, растворяются и рассеиваются в атмосфере и редко достигают концентраций, способных нанести серьёзный ущерб. Исключением являются массивные внедрения в атмосферу диоксида серы и взвешенных частиц во время сильных вулканических извержений. В целом загрязнение атмосферы не новое явление (Приложение лист I, рис. 2), но в результате технического прогресса и интенсивного воздействия человека на окружающую среду увеличилось число типов и количество загрязнителей. Как правило, загрязнение открытого воздуха обусловливается пятью группами загрязнителей: оксидом углерода, оксидами азота, оксидами серы, летучими органическими соединениями (главным образом углеводородами) и взвешенными частицами. В индустриальных странах большинство этих загрязнителей поступает в атмосферу при сжигании ископаемого топлива на электростанциях и промышленных предприятиях, а также поступление их связано с использованием автотранспорта. При сгорании ископаемого топлива в атмосферу выбрасываются диоксид углерода, оксиды азота, диоксид серы. Если сгорание неполное, оно сопровождается также выбросами окиси углерода, сажи (частиц углерода) и различных углеводородов (включая метан). Большое количество несгоревших твёрдых частиц попадает в атмосферу в результате сжигание дров, навоза и соломы в примитивных печах и на кострах. Свою долю в загрязнение атмосферы твёрдыми частицами вносит интенсивное выжигание лесов и саванных трав в тропических и субтропических регионах для создания новых полей и пастбищ (Приложение лист I, рис. 3).
Пыль вполне материальна. Как уже говорилось выше, можно выделить четыре основные причины ее возникновения: разрушение материалов, улица, животные и сам человек. Если рассматривать бытовые источники возникновения пыли (Приложение лист II, рис. 4), то можно привести ряд примеров, приводящих к её возникновению. Поролоновая обивка мебели, разрушаясь через 8–10 лет эксплуатации, выделяет огромное количество вредных веществ, которые оседают на полу, книжных полках, тумбочках и прочих предметах. Свою долю пыли прибавляют асбест, используемый в качестве теплоизоляционного и огнеупорного вещества, а также частички отделочных и строительных материалов, ковров, бумаги. Пыль неизбежно попадает и с улицы: силикатная пыль, цементная пыль и металлическая пыль (от близлежащих промышленных предприятий, строек), пыльца растений, тополиный пух, резиновая пыль (шины автотранспорта). Домашние животные оставляют «свой след» в виде клочков шерсти, частичек кожи. И, конечно же, сам человек: доля отмерших частичек нашей кожи составляет примерно 10% от всего количества домашней пыли. Много пыли образуется от одежды и текстиля, находящихся в доме. В квартире пыль оседает на ковролин, настенные и напольные ковры, мягкие игрушки, стопки газет, старые книги, тяжелые шторы. При отсутствии надлежащего ухода эти предметы накапливают огромное количество пыли. Ковролин — самый притягательный для пыли и самый сложный по части ухода, поэтому для жилого помещения это наихудший вариант напольного покрытия. Ковры надо регулярно чистить не реже одного раза в неделю и применять противомольные препараты. В воздухе комнат, где постоянно перемещаются люди, всегда находятся частицы пыли. Дети во время игры могут невероятно увеличивать концентрацию пыли в воздухе. Как долго частицы пребывают в воздухе, определяется их размером и весом. Двигающиеся в помещении люди поднимают в воздух частицы размером в несколько микрон и менее. Это именно те частицы, которые глубже всего проникают в дыхательные пути. Эти частицы перемещаются вместе с воздухом. Устранить их можно с помощью вентиляции и фильтрации. Более тяжелые частицы оседают вниз и скапливаются на горизонтальных поверхностях. От них избавляются при уборке.
Многие из этих частиц являются сильными аллергенами. Из литературных источников можно привести данные по аллергическим частицам, их размеру и времени, необходимому, чтобы частицы опустились на высоту 1м (Приложение лист II, рис. 5). Крупинки пыльцы, 10-100 мкм (от 2 секунд до 3 минут), частички с аллергенами домашних пылевых клещей, 10-40 мкм (от 2 секунд до 3 минут), аллергены домашних животных, 1-10 мкм (от нескольких часов до нескольких дней),споры плесени, 2-8 мкм (от нескольких часов до нескольких дней), бактерии, 0.5-5 мкм(от нескольких часов до нескольких дней), вирусы, 0.5 мкм (от нескольких часов до нескольких дней), табачный дым, 0.01-0.1 мкм (от нескольких часов до нескольких дней). Частицы размером до 1 мкм обычно составляют 99.9% от общего числа частиц в воздухе помещения, и имеют массу, которая составляет до 30% общей массы всех частиц. На перемещение частиц в воздухе также влияет их заряд, и наличие электрических полей. Для частиц размером порядка 1 мкм их собственный заряд и наличие электрических полей существенно влияет на скопление этих частиц на коже, в то время как поведение частиц большего размера управляется течением воздуха. В общем, все органические частицы или летучие органические соединения, которые могут вступать в реакции с белками организма, могут вызывать аллергическое раздражение дыхательных путей, гипертрофированные реакции. Пыль в помещении содержит массу специфических аллергенов. Кроме влияния табачного дыма, домашних клещей и определенных аллергенов, нам очень мало известно о значении содержащихся в воздухе помещений частиц. Однако, бесспорным является тот факт, что повышенное содержание частиц в воздухе увеличивает нагрузку на дыхательные пути, и что в то же самое время эти частицы могут быть переносчиками аллергенов. Поэтому содержание частиц в воздухе необходимо поддерживать на возможно низком уровне. В стандартной трехкомнатной квартире в год образуется до 40 кг. пыли. Человек за сутки вдыхает до 12 тыс. литров воздуха, в одном литре которого содержится до 500 тыс. пылинок. За сутки на слизистой дыхательных путей оседает до 6 миллиардов пылинок. При этом если их размер менее 5 микрон, пылинки осаждаются в альвеолах и нарушают процесс обогащения крови кислородом, а проникая в кровь разносятся с кровотоком по органам и тканям.
Виды пыли [4]
Различают неорганическую и органическую пыль (Приложение лист II, таблица 1). К неорганической пыли относят кварцевую (на 97-99% состоящую из свободной двуокиси кремния), силикатную, металлическую, к органической - растительную (мучная, древесная, хлопковая, табачная) и животную (шерстяная, меховая, волосяная).
Встречается смешанная пыль, например, содержащая в различном соотношении каменноугольную, кварцевую и силикатную пыль, или пыль железной руды, состоящая из железной и кварцевой пыли.
В состав пыли входит органические и неорганические составляющие: неорганические - это, асбест, угольная пыль, образующаяся при сжигании угля на ТЭЦ, автомобильный смог, содержащий соли тяжелых металлов - свинец, двуокись кремния, осыпающаяся побелка, вытирающийся лак и половая краска.; органические - это, волосы и перхоть людей и домашних животных, вытирающиеся ковры и ковровые покрытия, пух и перья подушек и домашних птиц, ветшающая одежда и меха.
Заболевания, вызываемые воздействием пыли [4 - 5]
Профессиональные болезни, вызываемые воздействием промышленной пыли (пневмокониозы) Пневмокониозы (от лат. рnеumon - легкие, соnia - пыль) - пылевые болезни легких. Термин «пневмокониоз» предложил в 1867 г. Ценкер. Большое значение имеют форма, консистенция пылевых частиц и их растворимость в тканевых жидкостях.
Пылевые частицы с острыми зазубренными краями травмируют слизистую оболочку дыхательных путей. Волокнистые пылинки животного и растительного происхождения вызывают хронический ринит , ларингит , трахеит , бронхит , пневмонию .
При растворении частиц пыли возникают химические соединения, оказывающие раздражающее, токсическое и гистопатогенное влияние. Они обладают способностью вызывать в легких развитие соединительной ткани, пневмосклероз.Неорганическая асбестовая пыль может вызывать заболевание асбестоз. Асбест воздействует не только на лиц, непосредственно контактирующих с ним. Асбестозом могут заболеть маляры, электрики, работающие рядом с теми, кто имеет дело с изоляционными материалами на судостроительных заводах, а также жены рабочих, стирающие спецодежду мужей.Ещё одно серьёзное заболевание, связанное с промышленной пылью, называется силикоз. Несмотря на технически совершенное защитное оборудование, свободный кремний, или кристаллический кварц, все еще представляет основную профессиональную опасность. Острый силикоз может развиться уже через 10 мес. работы с пескоструйным аппаратом в закрытом пространстве. У людей, связанных с производством и обработкой материалов, содержащих бериллий, может возникнуть заболевание бериллиоз. Органическая пыль также в свою очередь вызывает значительное количество заболеваний. О болезни, вызываемой хлопковой пылью, впервые сообщалось еще в VII в., однако только за последние 35 лет она была признана всемирно распространенной среди работников текстильной промышленности. Хлопковая пыль воздействует на организм в течение всего производственного процесса, однако наиболее сильно при обработке хлопка. Аналогичные заболевания вызывает злаковая пыль. Концентрация пыли на зерновых элеваторах широко варьирует, но иногда превышает 10000 мкг/м3, а примерно 40% частиц по своей массе относится к разряду вдыхаемых.
Существует ещё одно широко распространённое заболевание «лёгкое фермера». Это состояние обусловлено воздействием заплесневелого сена, в котором содержатся споры термофильных актиномицетов, вызывающих гиперчувствительную пневмонию. Основные заболевания, вызываемые различными пылевыми частицами сведены в таблицу приложения (Приложение лист III, таблица 2).
Исследование влияния пыли на экологическую обстановку стандартных жилищных условий и состояние здоровья человека [6]
1.Пыль под микроскопом
Для микроскопических исследований образцов бытовой пыли был использован микроскоп «SEELANG Microscope HD» - комплексный бинокулярный микроскоп (1600X) с 7-дюймовый ЖК-дисплеем и возможностью подключения к персональному компьютеру (HDMI) (Приложение лист III, рис. 6). Конструкция микроскопа, позволяет делать фотографии исследуемых объектов, непосредственно с экрана монитора. В приложении (Лист IV, рис. 7), приведены фотографии бытовой пыли, исследованной под микроскопом. В результате исследований обнаружены основные составляющие бытовой пыли это: биологические и синтетические волокна; глыбовые и кристаллические силикатные частицы; чешуйки различного происхождения. Основные результаты исследования сведены в таблицу и представлены в приложении (Лист IV, таблица 3).
2.Экспериментальные исследования по определению массовых показателей пыленакопления
В качестве объектов для эксперимента с согласия жильцов были выбраны три стандартные трехкомнатные квартиры, расположенные в одном доме. Все эти квартиры имеют одинаковый уровень освещенности и поскольку они расположены в одном доме, с одинаковыми внешними экологическими условиями. Все три квартиры имеют застекленные лоджии, обращенные на юго - запад, расположение комнат во всех трех квартирах одинаковое. С точки зрения экологической обстановки дом, в котором расположены квартиры находится в следующих условиях: недалеко расположена крупная транспортная магистраль города – Проспект Победы; окна квартир выходят во внутренний двор с малоинтенсивным движением транспорта; имеется значительное количество растительных насаждений – фактор задерживания пыли; основное направление розы ветров направлено по касательной к окнам квартир.
Второй объект исследования – социальное учебное заведение. Расположено в глубине микрорайона, крупные транспортные магистрали отсутствуют, имеются растительные насаждения по периметру.
Экспериментальное исследование по изучению содержания пыли в воздухе квартиры проводились по следующей методике. Принципиально, метод заключался в сборе пыли на определенной поверхности и взвешивании ее с целью определения количественных характеристик за определенное время. С этой целью были подготовлены листы бумаги площадью один квадратный дециметр, которые предварительно взвешивались на электронных аналитических весах. Затем эти листы были разложены в квартирах на определенных высотах (два метра, один метр от пола, на полу, а также прикреплены на вертикальной поверхности). Жильцы квартиры были предупреждены о проводимом эксперименте, с целью предотвращения контакта с этими листами. Через неделю (сто шестьдесят восемь часов) листы были аккуратно собраны, свернуты, чтобы исключить высыпание пыли и повторно взвешены на аналитических весах, таким образом удалось получить характеристики накопления пыли на горизонтальных и вертикальных поверхностях, и как следствие провести перерасчет содержания пыли в воздухе и на поверхностях за определенное время. Была рассчитана величина усредненного значения из расчета на один час.
M/168ч=m мг/ч
Результаты исследований приведены в приложении (Лист V таблица 4-5). Результаты исследований были проанализированы и, на основе анализов, были построены график, и диаграмма по средним показателям накопления пыли, и скорости её осаждения на поверхности (Приложение лист V – VI, рис. 8-9). Исходя из анализа таблиц и графиков можно вывести средние показатели массовых характеристик накопления пыли и средней скорости её осаждения соответственно 1,5 – 2,0 мг в сутки на 1 м2 и 0,03 – 0,045 мг/м2 в час.
3.Экспериментальные бактериологические исследования образцов пыли [7-10]
Бактериологические исследования проводились с целью определения видового и количественного состава микрофлоры, находящейся в пылевой среде квартиры. Исследования предполагали: освоение методики обнаружения микроорганизмов на различных предметах, выявление количественного состава и видовой принадлежности микробов, сравнение степени загрязнения при различных условиях в помещениях занятых разными возрастными группами.
Была исследована обсемененность пылевой среды с поверхности предметов. Забор проб из воздуха, содержащего пылевые частицы, был произведен на мясо-пептонный агар, желточно-солевой агар и среду Сабуро (Агар Сабуро с декстрозой). Исследование общей обсемененности воздушной среды было проведено по следующей методике: забор проб на питательную среду, инкубирование посевов при температуре 37 0С в течение 24 часов, выдерживание чашек в течение 24 часов при комнатной температуре, подсчет количества выросших колоний. Исследование микробной обсемененности объектов внешней среды производилось взятием смывов (их проводят стерильными ватными тампонами на палочках, вмонтированных в пробирки). Для увлажнения тампонов в пробирки наливают по 5 мл. 1% пептонной воды. Засеянные пробирки инкубируются при 37°С в течение 20-24 часов, после чего делают высев на желточно-солевой агар. Для выявления бактерий группы кишечных палочек производят высев на среду Эндо (мясопептонный агар, лактоза, фуксин, сульфит натрия (Na2SO3), гидрофосфат натрия, карбонат натрия). Подозрительные колонии на среде Эндо микроскопируют и пересевают на среду Рессель (питательная среда Ресселя-ГРМ с индикатором бромтимоловым синим для первичной идентификации энтеробактерий по признаку ферментации лактозы и глюкозы в исследованиях санитарно-клинической микробиологии. В виде сухого порошка, фасовка 250 г рассчитана на приготовление 6,7 л плотной среды).
В результате проведенных бактериологических исследований было установлено, что общее микробное число составляет 4 колонии, что является нормой. Грибов и золотистого стафилококка не обнаружено. Обнаружены бактерии грам (-) и грам (+) флора. На поверхностях предметов были обнаружены Escherichia Coli. (Приложение лист VI - VII, таблица 6 – 7, рис. 10).
Однако в результате дальнейших исследований выяснилось, что не всё так благополучно. Пробы пыли на микробиологический анализ, результаты исследований которых приведены выше, были взяты в осенний период. Пробы пыли, взятые в летний период, показали совершенно иную картину. В пробах обнаружены кокки, к которым относятся стафилококки, стрептококки, микрококки, диплококки, тетракокки, плесневые грибы, грам (-) и грам (+) палочки. Общее микробное число (ОМЧ) в осенний период составило 150-200, а в летний от 3500 до 4200. Объяснение этому только одно - в летний период при открытых окнах квартир вносится значительное количество дорожной пыли, которая содержит большое количество бактерий и микроорганизмов, содержащихся в почве. Значительное количество почвенных пылевых частиц вносится с обувью, одеждой и животными, проживающими в квартире.
Заключение
Бытовая пыль от общего количества выявленных пылевых загрязнений составляет значительно больший процент по отношению к каким-либо производственным загрязнителям. В ней содержится значительное количество болезнетворных бактерий, что выявлено бактериологическим анализом. Помимо этого, бытовая пыль часто является сильным аллергеном и вызывает серьёзные заболевания, особенно у детского населения. В связи с этим необходимо постоянно поддерживать гигиенический режим в квартире, постоянно проводить влажные уборки и дезинфекцию с помощью современных дезинфицирующих средств.
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
- изучены доступные литературные и интернет – источники по вопросам пылеобразования в условиях промышленного города, качественного состава пыли, условий, способствующих процессам пылеобразования и пыленакопления, воздействия пыли на здоровье человека;
- проведены экспериментальные исследования состава бытовой пыли, содержания в ней промышленных загрязнителей и биологических объектов. Выявлены основные компоненты бытовой пыли и определены их примерные процентные соотношения;
- проведено экспериментальное исследование динамики пыленакопления в жилищных условиях и в условиях социальной среды. Определены массовые показатели пыленакопления и динамические показатели пылеоседания;
- проведены бактериологические исследования пылевидных частиц и воздушной, пылесодержащей среды, с целью выявления микрофлоры способной вызывать инфекционные заболевания. Выявлен видовой состав бактерий, определено их общее микробное число в собранных образцах;
- сделано определённое заключение по экологической обстановке жилищных условий людей в условиях большого промышленного города и обозначены профилактические меры борьбы с пылью.
Список литературы
Баттан, Л. Д. Загрязненное небо [Текст] / Л. Д. Баттан – М.: «Мир», 1967
Беспамятнов, Г. П. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде [Текст] / Г. П. Беспамятнов, К. К. Богушевская – Л.: «Химия», 1975
Лысак, В. В. Важнейшие группы микроорганизмов [Текст] / В. В. Лысак, О. В. Блажевич, – Минск, 2000
Миллер, Т. Жизнь в окружающей среде [Текст] / Т. Миллер – М.: международное издательство «Галактика», 1996
Окружающая среда. Оценка риска для здоровья (мировой опыт). [Текст] / С.Л. Авалини, М.М. Андрианова, Е.В. Печенникова, О.В. Пономарёва – М., 1996.-С.159.
Пономарева, О. Н. Квартира как экосистема. [Текст] / О. Н. Пономарева // Школа и производство, 2003, №4
Пяткин, М. С. Микробиология [Текст] / М. С. Пяткин, – М.: «Мир», 1998
Утевский, Н. Л. Микробиология с техникой микробиологических исследований [Текст] / Н. Л. Утевский – М., 1975 г.
Фробишер, М. Основа микробиологии [Текст] / М. Фробишер – М., 1965
Хата, З. И. Здоровье человека в современной экологической обстановке [Текст] / З. И. Хата – М.: Школа-пресс, 2001
Приложения
Рис. 1. Загрязнители атмосферы.
Рис. 2. Основные загрязнители открытого воздуха и источники их поступления.
Рис 3. Графики качества воздуха в помещении по шести загрязнителям.
Рис.4. Основные загрязнители воздуха в помещении.
Рис. 5. Типы и величина твердых частиц в воздухе (размеры в мкм).
Таблица 1. Виды пыли.
Таблица 2. Заболевания, вызываемые пылью.
Рис. 6. Оборудование для микроскопических исследований «SEELANG Microscope HD».
Рис. 7. Фотографии пыли под микроскопом.
Таблица 3. Микроскопические объекты, обнаруженные в бытовой пыли.
Таблица 4. Массовые показатели накопления пыли в бытовых условиях (в пересчёте на 1 м2).
Таблица 5. Массовые показатели накопления пыли в условиях социального учреждения (в пересчёте на 1 м2).
Рис. 8. Динамика накопления пыли на площади 1м2.
Рис. 9. Скорость осаждения пыли на поверхности мг/м2 в час.
Таблица 6. Бактерии, обнаруженные в пыли в осенний период.
Таблица 7. Бактерии, обнаруженные в пыли в летний период.
Рис. 10. Фотографии колоний бактерий, выращенных из проб пыли.