Биологическое загрязнение объектов внешней среды как важная гигиеническая и экологическая проблема

Загрязнения окружающей среды бывают природными, которые вызваны какими-то естественными, причинами и антропогенныеми, возникающими в результате деятельности людей. В свою очередь антропогенные делятся на биологическое загрязнение, механическое загрязнение и химическое загрязнение. Рассмотрим более внимательно самое часто встречаемое из них биологическое загрязнение.

"Термин "биологическое загрязнение" охватывает различные биологические объекты, способные оказывать прямое либо опосредованное (через объекты окружающей среды) неблагоприятное воздействие на здоровье человека путем угнетения их естественных процессов самоочищения".

Основными компонентами биологического загрязнения являются: живые организмы (макро - и микроорганизмы) и продукты их жизнедеятельности, а также некоторые органические вещества естественного происхождения.

Актуальность биологического загрязнения связана с наличием целого ряда медицинских и экологических проблем, а именно:

1. Несмотря на обширную информацию о механизме действия микроорганизмов, их воздействие на состояние здоровья человека все еще полностью не контролируется.
2. Загрязненность воздушной среды микроорганизмами и пылью органического происхождения на предприятиях биотехнологии, текстильной промышленности, на животноводческих и птицеводческих комплексах и ряде других производств является важнейшим фактором, оказывающим негативное воздействие на здоровье работающих.
3. Регистрируется неуклонный рост заболеваний, вызванных условно-патогенными возбудителями, представителями обычной микрофлоры человека.
4. Наблюдается возникновение многочисленных поствакцинальных осложнений в связи с повышенной сенсибилизацией организма человека.
5. Возникают трудности при лечении многих заболеваний вследствие широкого распространения в окружающей среде антибиотикоустойчивых микроорганизмов.
6. Все возрастающие темпы урбанизации создают опасность недостаточного обезвреживания огромного количества сточных вод.
7. Развитие биотехнологий, перевод животноводства и птицеводства на промышленную основу привело к увеличению масштабов микробного загрязнения как воздуха рабочей зоны, так и окружающей среды, а следовательно к ухудшению состояния здоровья людей, работающих на таких предприятиях и проживающих в районах расположения этих производств.

Это, к сожалению, далеко не полный перечень вопросов, связанных с биологическим загрязнением внешней среды.

Когда происходит биологическое заргязнение окружающей среды часто наблюдается усиленный рост вредных для организма человека микроорганизмов. Такой всплеск из активности зачастую приводит к различного рода заболеваниям и даже эпидемиям, не свойственным ранее для данной местности. И именно по этой причине сразу после биологического загрязнения необходимо провести целый спект работ по его ликвидации.

Разнообразие видов работ, связанных с опасностью вредного действия биологических факторов на организм людей, также очень велико. Их можно разделить на 3 группы.

1 группа работ, связанных с вредным воздействием микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. Это:

• работы по производству и контролю биологических препаратов, основой или продуцентами которых являются микроорганизмы, биологические жидкости, ткани и органы, а также культуры клеток и тканей;
• работы по использованию биологических препаратов для профилактики, лечения, диагностики и других целей в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве;
• работы по локализации и ликвидации очагов инфекционных болезней;
• работы по использованию культур микроорганизмов в научно-исследовательских, учебных и практических учреждениях;
• работы, требующие соприкосновения с почвой и водой (местами возможного обитания микроорганизмов);
• работы по лечению и уходу за людьми и животными (больными и носителями);
• работы по исследованию материалов от людей и животных, а также трупного материала в диагностических и научно-исследовательских целях.

II группа работ сопряжена с опасностью вредного воздействия животных (домашних, диких и лабораторных) и продуктов их жизнедеятельности. Это:

• работы по обслуживанию животных в сельском хозяйстве и при производстве биологических препаратов, продуцентами которых они служат;
• работы по обслуживанию животных в вивариях научно-исследовательских и практических учреждений;
• охотничьи и рыболовные промыслы;
• убой животных;
• переработка сырья животного происхождения;
• обслуживание и дрессировка животных в зоологических садах и цирках.

III группа работ, связанная с опасностью вредного воздействия растений (культурных и дикорастущих). Это:

• работы по выращиванию растений в сельском, лесном и городском хозяйствах;
• работы по сбору и переработке растительного сырья;
• лесохозяйственные работы и работы по заготовке леса;
• работы по производству лекарственных препаратов и аллергенов из растений;
• работы по производству кормов.

Все компоненты, входящие в структуру биологического фактора, целесообразно разделить на две основные группы:

I группа — естественно-природная:

• возбудители, переносчики и носители инфекционных заболеваний людей;
• возбудители инфекционных заболеваний животных;
• возбудители инфекционных заболеваний птиц;
• естественные отходы животного мира;
• пыльца при цветении растений;
• сине-зеленые водоросли;
• заплесневелые предметы.

То есть элементы естественных природных процессов, способные при определенных условиях играть роль биологического фактора.

II группа — индустриальная или техногенная. В нее входят гигиенически значимые факторы (микроорганизмы, готовые продукты, пыль растительного происхождения и т. д.), присущие:

• промышленно-животноводческим комплексам;
• производству и использованию микробиологических средств защиты растений;
• производству и использованию антибиотических средств;
• производству и использованию белково-витаминных концентратов;
• производствам по улучшению и использованию стимуляторов роста;
• сооружениям по очистке сточных вод;
• производствам сена, льна, хлопка, зерна;
• производствам вакцин и сывороток;
• биологическое загрязнение производствам физиологически активных препаратов. Безусловно, удельный вес различных компонентов неодинаков. Ведущие места в настоящее время занимают микробиотехнология, а также животноводство, переведенное на промышленную основу.

Современные животноводческие комплексы отличаются высокой концентрацией поголовья скота, новой технологией производства и бесподстилочным содержанием животных. Все это приводит к образованию большого количества (до 3-5 тыс. м /сутки) высококонцентрированных стоков, опасных в санитарно-эпидемиологическом отношении ввиду содержания в них патогенных микроорганизмов, яиц и личинок гельминтов, а также других компонентов: консервантов, антибиотиков, недоокисленных продуктов (альдегидов, кетонов и др.) и комплекса органических веществ.

По степени загрязненности органическими веществами, уровню бактериальной обсемененности (в том числе микроорганизмами, патогенными для человека) и по содержанию гельминтов и простейших отходыживотноводческих комплексов значительно превосходят хозяйственно-бытовые сточные воды и стоки предприятий.

При ферментативных процессах брожения в навозе наряду с окисленными продуктами появляются водород, альдегиды, спирты, сложные эфиры, жирные кислоты и другие соединения. В анаэробных условиях при гниении белковых веществ образуются пептоны, аммиак, сероводород, сернистый аммоний, меркаптаны, фенол, индол, скатол и другие, обладающие неприятными запахами.

Неприятные запахи вызывают, кроме чувства отвращения, головную боль, тошноту и поверхностное дыхание, которое ведет к уменьшению легочной вентиляции, следовательно, к снижению окислительных процессов в организме.

Натурные исследования показали, что животноводческие комплексы являются массивными источниками загрязнения атмосферного воздуха. Так, валовый выброс загрязнений в атмосферный воздух только из организованных источников (системы вентиляции) комплекса крупного рогатого скота на 10 тыс. голов составляет по аммиаку 57 кг/сут., а суммарно по органическом веществам —2148 кг/сут. Кроме того, из системы вентиляции в атмосферный воздух ежесуточно выбрасывается до 1310 млрд. микроорганизмов.

В стоках животноводческих комплексов содержатся сальмонеллы, энтеропатогенные кишечные палочки, протек синегнойная палочка.

Отходы животноводства также могут быть потенциальными носителями возбудителей ряда зоонозных инфекционных заболеваний: бруцеллеза, лептоспироза, туберкулеза, ящура и др. Необеззараженные стоки могут содержать в 1 л от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч жизнеспособных яиц гельминтов и цист простейших. В основном это яйца аскарид и власоглавов и цисты балантидий.

В связи с этим утилизация неочищенных или недостаточно очищенных животноводческих стоков приводит к опасному загрязнению почвы, грунтовых и поверхностных вод. Это усугубляется большей выживаемостью в навоземикроорганизмов-возбудителей инфекционных заболеваний и яиц гельминтов.

Так, в жидком навозе яйца гельминтов сохраняют жизнеспособность более 1 года, сальмонеллы — 160 суток, бруцеллы — 170 суток, микобактерии туберкулеза — 460 суток и т. д.

Таким образом, навоз, попадая в почву и водные объекты, становится чрезвычайно мощным источником распространения инфекций и инвазий для людей и животных. Использование в животноводческих комплексах антибиотиков и кормовых дрожжей может приводить к развитию у работающих людей микозов.

Кроме того, биологические загрязнители животного происхождения (шерсть, перхоть и экскременты животных) являются сильными аллергенами и способны вызывать у животноводов целый ряд аллергозов.

В течение последних двух десятилетий чрезвычайно масштабное развитие получила основная отрасль биотехнологии — микробиотехнология. Это связано с тем, что микроорганизмы обладают заметными преимуществами перед растительными и животными объектами, т. е. имеют в сотни и тысячи раз большую скорость размножения и синтеза биологически активных веществ, быстроту адаптации к изменяющимся условиям среды обитания, максимальную экономию сырья и энергии.

В настоящее время определились сферы приоритетного внедрения микробиотехнологии. Это медицинская, химическая и пищевая промышленность, сельское хозяйство, охрана окружающей среды, коммунальное хозяйство.

В медицинской и фармацевтической промышленности микробиотехнология используется для производства десятков дорогостоящих биологически активных веществ, в том числе антибиотиков, ферментов, аминокислот, витаминов, вакцин, антигенных веществ и пр.

В химической промышленности получают дешевые и в неограниченных количествах органические кислоты, кетоны, спирты.

Само существование пищевой промышленности не мыслимо безиспользования микробиотехнологий для изготовления пекарских дрожжей, кисломолочных продуктов и сыров, хлебобулочных изделий, пищевого белка, ферментации чая, табака, кофе, какао, маслин и т. д.

Для нужд сельского хозяйства производится кормовой белок, микробные инсектициды, осуществляется силосование кормов, мочка льна, джута и пр.

Это далеко не полный перечень важнейших аспектов жизни и практической деятельности человека, в которых применяются биотехнологии.

Вместе с тем наблюдается значительное загрязнение микроорганизмами-продуцентами и продуктами микробиологического синтеза как производственной, так и окружающей среды в районах расположения таких предприятий.

Работами различных авторов показано, что содержание микроорганизмов-продуцентов в воздухе биотехнологических производств составляет от сотен до десятков миллионов микробных тел в 1 м3 воздуха.

Наряду с загрязнением производственной среды на предприятиях биотехнологии наблюдается массивное поступление промышленных микроорганизмов и продуктов микробиологического синтеза в различные объекты окружающей среды. Так, при отсутствии очистки газовоздушных выбросов содержание в них микроорганизмов-продуцентов составило на различных предприятиях от сотен тысяч до миллионов микробных клеток в 1 м

Высокая загрязненность атмосферного воздуха промышленными штаммами регистрируется также при использовании микробиологических средств защиты растений — миллионы микробных тел в 1 м атмосферного воздуха. Наряду с живыми микроорганизмами в газовоздушных выбросах биотехнологических производств очень высоко содержание готового продукта. Так, валовые выбросы пыли белково-витаминных концентратов составляют в среднем 187 кг/час.

Предприятия биотехнологии интенсивно загрязняют и водную среду за счет сброса сточных вод, содержащих сотни миллионов микробных тел в 1 л.Обработка сельскохозяйственных культур бактериальными инсектицидами также способна приводить к значительному обсеменению воды открытых водоемов и составлять в день обработки 106-108 кл/л..

Поступление выбросов биотехнологических предприятий в атмосферу и водную среду сопровождается накоплением микроорганизмов-продуцентов в почве. Так, загрязненность почвы клетками штамма-продуцента дрожжей Сапера на расстоянии от 50 до 150 метров от завода по производству БВК превышала контроль в среднем на 20%. Использование в сельском хозяйстве микробиологических средств защиты растений приводит к загрязнению промышленными микроорганизмами поверхностного слоя почвы — до 10 -10 клеток в 1 г почвы.

Безусловно, применение в сельском хозяйстве микробных инсектицидов загрязняет энтомопатогенными микроорганизмами растительные продукты питания — до 106-109 клеток на 1 г.

Таким образом, многочисленные факты интенсивного биологического загрязнения производственной и окружающей среды не вызывают сомнений.

Непосредственное действие биологических факторов изучено достаточно хорошо. Различные компоненты биологического загрязнения могут приводить к прямому или косвенному негативному влиянию на здоровье людей и попадать в организм: с загрязненным воздухом, водой и растительными пищевыми продуктами (например, после обработки сельскохозяйственных культур микробными инсектицидами). Специфические заболевания связаны с воздействием биологических агентов микробиотехнологических предприятий, проявляются в виде сенсибилизирующего, иммунотоксического и дисбиотического действия на организм человека. Чаще всего показатели заболеваемости определяются такими нозологическими формами как бронхиальная астма, хронические астматические бронхиты, риносинуситы, кандидозы верхних дыхательных путей, конъюнктивиты, дерматиты и кольпиты.

Растительные продукты, загрязненные бактериальными инсектицидами, при определенных условиях могут вызывать пищевые токсикоинфекции.

Детский организм в силу своих физиологических особенностей, как известно, обладает повышенной чувствительностью к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. Поэтому негативное воздействие промышленных микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности, загрязняющих окружающую среду, прежде всего проявляется во влиянии на организм детей. Многие исследователи, изучавшие состояние здоровья детей, проживающих в районах расположения биотехнологических предприятий, отмечают у этих детей рост не только специфических, но и неспецифических заболеваний. Очень тревожные данные получены на основании 3-летних наблюдений за состоянием здоровья подростков-школьников в 4-5-километровой зоне Кировского биохимического завода.

Установлено, что биологическое загрязнение объектов окружающей среды этой территории оказывает влияние на все показатели состояния здоровья подростков. Наблюдается снижение массы тела по сравнению со сверстниками контрольного района; более чем в 2 раза чаще встречается ухудшенное физическое развитие, нарушения опорно-двигательного аппарата и т. д. Выявлено снижение функциональных возможностей сердечно-сосудистой и дыхательной систем, снижение гемоглобина крови. Ведущими патологиями являлись болезни уха, горла, носа и заболевания нервной системы.

Процент подростков, относящихся к 3 и 4 группам здоровья, проживающих в зоне загрязнения биовыбросами, возрастает. В контрольной же группе число здоровых подростков остается стабильным. Таким образом, возможность прямого негативного действия микроорганизмов-продуцентов на организм людей не вызывает сомнений.

Опосредованное неблагоприятное влияние на здоровье человека промышленных микроорганизмов заключается в том, что при массивном загрязнении этими штаммами почвы и водоемов происходит нарушение процессов самоочищения, разбалансировка микробиоценозов и увеличение сроков выживания патогенной микрофлоры. Все это способно привести к снижению плодородия почвы, резкому ухудшению санитарного состояния окружающей среды, нарушению экологического равновесия в природе и возникновению эпидемически опасных ситуаций.