Автореферат и диссертация по медицине (14.02.01) на тему:Гигиеническое обоснование условий, обеспечивающих стабильность структурного состояния воды

На правах рукописи

Теленкова Олеся Геннадьевна

ГИГИЕНИЧЕСКОБ-ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СТАБИЛЬНОСТЬ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ВОДЫ

14.02.01 - Гигиена

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 6 МАЙ 2011

Москва-2011

4847589

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Смоленская государственная медицинская академия» Минздравсоцразвития России и в лаборатории гигиены питьевого водоснабжения и санитарной охраны водоемов ФГБУ «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н. Сысина» Минздравсоцразвития России.

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор Михайлова Руфина Иринарховна

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Эльпинер Леонид Ицковнч доктор медицинских наук Егорова Наталия Александровна

Ведущее учреждение: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Защита состоится «19» мая 2011г. в «11.00» часов на заседании диссертационного совета Д 208.133.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении «Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации по адресу: 119992 Москва, ул. Погодинская д. 11/15, строение 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения «Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.

Автореферат разослан «_»_20_г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук,

профессор

Беляева Наталия Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из важнейших факторов, влияющих на здоровье населения, является качество питьевой воды. Согласно сложившейся общемировой практике, оценка пригодности воды для питьевого водоснабжения проводится по 4 критериям: эпидемиологическому, органолептическому, санитарно-токсикологическому и радиационному. В последние годы накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что существует еще один, не учитываемый пока критерий - физический, связанный со степенью структурированности питьевой воды. Многие исследователи подчеркивают, что структурированная фаза воды, или жидкокристаллические ассоциаты, играет важную роль в жизнедеятельности живых организмов, а степень структурированности воды во многом определяет ее биологическую активность (Рахманин Ю.А., 1980, Фаращук Н.Ф., 2004, Urquidi J. et al, 1999).

Структурированность воды может меняться под действием различных факторов окружающей среды, в том числе, в бытовых условиях (Зенин C.B., 2007, Рахманин Ю.А., Кондратов В.К., 2002). Так, для хранения питьевой воды используется самая разнообразная тара: стеклянная, хрустальная, керамическая, металлическая, эмалированная и др. В то же время, остается недостаточно изученным влияние материала посуды на степень структурированности контактирующей с ним воды. В технологиях водопод-готовки могут применяться минералы различного происхождения - активированные угли, шунгит, кварцевый песок и др., которые, как известно, влияют на физико-химические свойства воды (Кирьянова Л.Ф., 2006). Однако нет полной ясности в том, насколько изменяется содержание в воде жидкокристаллической фазы при контакте с такими минералами. Поэтому необходима дополнительная количественная оценка их воздействия на степень структурированности воды.

Достаточно большое число работ посвящено влиянию на организм животных и человека воды - кипяченой, талой (Ластков O.A., 1978, Камбурова B.C., 1990, Смирнов А.Н. и др., 2009), дистиллированной (Тюньков И.В., 1968, Sidorenko G.I., Rach-manin Y.А., 1980), обработанной различными физическими методами (разные виды излучения (Авчинников A.B., 2002, Стехин A.A., Яковлева Г.В., 2008)), активированной по методике Й. Грандера вод (Михайлова Р.И., 2004, Савостикова О.Н., 2008), различных видов бутилированных вод. Однако количественному содержанию жидкокристаллических ассоциатов в воде в этих исследованиях внимания, к сожалению, не уделялось, хотя это представляет несомненный интерес, поскольку выявлено неоднозначное, как позитивное, так и негативное действие изученных вод на живые организмы.

Нуждаются в дальнейшем изучении зависимость между структурированностью воды и ее биологической активностью, а также экспериментальные модели - биотесты и функциональные системы организма животных, которые могут использоваться для ее характеристики.

Не полностью решена проблема контроля структурного состояния воды. Значительная часть применяемых для этого методов относится к сложным, длительным и трудоемким. Это определяет значимость оценки возможности экспресс методов каче-

ственных изменений структурного состава воды под действием различных факторов и последующей целесообразности использования в дальнейшем сложных количественных методик.

Поставленные вопросы определили цель данного исследования: обосновать возможность сохранения структурного состояния воды в условии воздействия на нее различных физических факторов в бытовой среде на основе использования дилатометрического метода и зависимость биологической активности от ее структурного состояния. В соответствии с целью исследования в работе решались следующие задачи:

1. Изучить стабильность содержания жидкокристаллических ассоциатов в питьевой воде в процессе хранения ее в зависимости от материала тары и контакта с поверхностью минералов различного происхождения.

2. Исследовать изменение структурного состояния воды в процессах тепловой обработки и воздействия бытовых приборов.

3. Установить зависимость биологической ценности воды от ее структуры на биотестах и отдельных функциональных системах организма.

4. Установить зависимость между кристаллографическим и дилатометрическим методами анализа структурного состояния воды.

Научная новизна. Впервые в экспериментальных исследованиях выявлено, что при контакте воды с материалами посуды, имеющими кристаллическую структуру, содержание в ней жидкокристаллических ассоциатов возрастает, а при хранении в посуде из аморфного материала - снижается. Установлено, что фильтрующие загрузки с наиболее упорядоченной кристаллической структурой (алмаз и сходные с ним минералы) оказывают наибольшее структурирующее действие на воду.

Впервые при помощи дилатометрического метода показано, что увеличение содержания жидкокристаллических ассоциатов находится в прямой зависимости от интенсивности волнового воздействия.

Установлена зависимость изменения содержания ЖКА воды под влиянием температуры и показано, что при воздействии высоких температур их количество снижается, а при воздействии низких температур - возрастает.

Результаты изучения действия воды с различными уровнями структуризации на функциональные системы организма экспериментальных животных позволили определить биологически значимый интервал содержания жидкокристаллических ассоциатов в питьевой воде в отношении общей и сердечной работоспособности животных.

Для экспресс - оценки изменения структурного состояния воды впервые предложен метод кристаллографического исследования.

Практическая ценность работы. Результаты количественной оценки изменения содержания жидкокристаллических ассоциатов при воздействии различных физических факторов, в том числе действующих в быту. На основании результатов экспериментальных исследований на биологических моделях разработан ряд простейших и доступных способов по улучшению качества воды по физическим параметрам, которые приведены ниже.

Предложен метод (заявка на изобретение № 2010145460/05 (065524), от 8.11.2010) кристаллографического рисунка в качестве экспресс - анализа структурного изменения питьевых вод при гигиенической оценке влияния на них различных физических факторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Влияние материала емкости, условий хранения воды и контакта с минералами различного происхождения на содержание жидкокристаллических ассоцнатов в питьевой воде.

2. Зависимость изменения содержания жидкокристаллических ассоциатов в питьевой воде под воздействием различных физических факторов, имеющих место в бытовых услов1их.

3. Влияние питьевых вод, подвергшихся воздействию различных физических факторов, на биотесты и отдельные физиологические системы экспериментальных животных.

4. Применение метода кристаллографического рисунка в качестве экспресс - теста для определения структурного изменения воды.

Апробация работы. Результаты исследования представлены на Международном конгрессе «Вода: экология и технология» - Экватэк (Москва, 2006, 2008), Всероссийском форуме «Здоровье нации - основа процветания России» (Москва, 2007), V Российской научно-практической конференции «Здоровье и здоровый образ жизни: состояние и перспективы. Медико-психологические, социальные, правовые и экологические аспекты» (Смоленск, 2007), Международной научно-практической конференции «Здоровый образ жизни - основополагающий фактор укрепления здоровья профилактики и лечения заболеваний» (Смоленск, 2008), пленуме Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ «Методологические проблемы изучения, оценки и регламентирования физических факторов в гигиене окружающей среды» (2008), конкурсе молодых ученых (Смоленск, 2008), на проблемной комиссии «Медицинские проблемы экологии» ГО У ВПО СГМА Минздравсоцразвития РФ (2005-2009).

Внедрение в практику. Полученные результаты включены в цикл лекций, семинарских и практических занятий при преподавании студентам Смоленской государственной медицинской академии разделов: гигиена воды, физико-химические свойства воды и ее биологическое значение, апробированы и внедрены в практику работы Ассоциации производителей и поставщиков бутшшрованных вод Смоленской области, используются специалистами при организации производственного контроля за качеством продукции на предприятиях Ассоциации.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе две в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов и обсуждения собственных результатов, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, который включает 126 отече-

ственных и 45 иностранных источников. Материалы иллюстрированы на 21 таблице, 27 рисунках.

ОБЪЕКТЫ, ОБЪЕМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основные направления, объекты, объем и методы исследования представлены на рисунке 1.

Объектами исследований явились: вода из централизованной системы хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Смоленска, вода родниковая, дождевая, а также вода бутилированная марок «Источник жизни», «Акваминерале», «Лекор», «Горводо-канал», «БонАква», «Серебряная капель», «БИТА».

Образцы водопроводной воды отбирались следующим образом: вода из водопроводного крана в течение 5 мин выпускалась в раковину, затем набиралась в чистые сухие 200-миллилитровые химические стаканы, отстаивалась в течение 10 мин для удаления пузырьков воздуха.

Примечание: * - количество измерении (3 серии по 5 проб). Рисунок 1 - Схема направлений, методов и объемов проведенных исследований

В качестве экспериментального воздействия использовали влияние рассеянного солнечного света, прямых солнечных лучей, материала посуды для хранения воды

(стекло, хрусталь, керамика глазурованная, керамика неглазурованная, алюминий, нержавеющая сталь, серебро, мельхиор, сталь эмалированная, ПЭТФ), поля радиочастот мобильного телефона, СВЧ - поля, электромагнитное излучение CRT - монитора компьютера, поляризованный свет лампы Биоптрон - компакт, устройства И. Гранде-ра, минералов различного происхождения (порошки синтетического и природного алмазов, эльбора, активированных углей, кристаллы алмаза морфологического типа «борт», шунгита, кварцевого песка), замораживание и нагревание.

Воздействие на исследуемую жидкость лампой Биоптрон - компакт (BIOPTRON COMP АКТ III, производитель Швейцария) проводили в соответствии с методикой, описанной в изобретении Н.Ф. Фаращука (№2262485 от 20.10.05, бюллетень №29).

Обработку воды по методу И. Грандера устройством типа авторучки проводили по методике, описанной в инструкции по применению.

В исследовании использовались три метода обработки воды минералами: проточный, активный, стационарный контактный.

Для изучения влияния низких температур пробы воды замораживались в морозильной камере при температуре -12 градусов Цельсия в течение 12 ч. Оттаивание воды проводили в темноте для исключения влияния рассеянного света. При изучении воздействия высоких температур пробы воды кипятились в эмалированной емкости с закрытой крышкой в течение 5 сек. Затем вода остывала до комнатной температуры в течение 1 ч. Образцы воды во время эксперимента находились в непрозрачной емкости.

Для определения содержания ЖКА в питьевой воде впервые использовался капиллярный дилатометрический метод Н.Ф. Фаращука, предложенный им ранее для определения содержания свободной и связанной воды в биологических жидкостях и растворах, основные конструктивные компоненты которого и дополнительные устройства составили предмет трех изобретений (патент № 2195651 от 2002, авторское св-во №1710000 от 8.10.1991, авторское св-во №1442186 от 8.08.1988).

Процентное содержание ЖКА в исследуемой воде являлся основным показателем, приведенным во всех таблицах, и его следует понимать как единицу измерения. Ряд этих единиц для различных групп подвергался статистической обработке.

Разница содержания ЖКА в исходных образцах воды и образцах, подвергшихся различным воздействиям, выявлялась также и на кристаллографическом рисунке высушенной капли (заявка на изобретение № 2010145460/05 (065524), от 8.11.2010).

Для этого исследовались образцы воды методом, разработанным в лаборатории кафедры общей и медицинской химии Смоленской медицинской академии (патент на изобретение № 2004129172 от 4.10.2004). С помощью микропипетки на предварительно обезжиренные предметные стекла наносилось по 3 капли каждого исследуемого образца воды. Расстояние от носика микропипетки до предметного стекла 1 см. Капли высушивались в течение 48 ч в термостате при температуре 25 градусов Цельсия. После чего кристаллографический рисунок фотографировался при 7x40 увеличении с помощью микроскопа МИКМЕД-2 фирмы ЛОМО с фотографической насадкой фотоаппаратом Nikon COOLPIX 4500 при синем светофильтре, обрабатывался в про-

грамме ACDSee 7.0. Для выявления особенностей кристаллографического рисунка делались и анализировались снимки трех капель каждого исследуемого образца воды.

Предварительная оценка биологической активности образцов воды с разной степенью структурированности была проведена на тест - культуре (овес) и на тест - организмах (Daphnia magna) общепринятыми методами в соответствии с MP № ЦОС ПВ Р005-95 по применению методов биотестирования для оценки качества воды в системе хозяйственно-питьевого' водоснабжения.

Экспериментальные исследования по изучению влияния питьевых вод с различным структурным состоянием проведены на лягушках и белых лабораторных крысах линии Вистар.

В эксперименте на крысах оценивали общее состояние животных по динамике массы тела, водопотребления и физической работоспособности (по тесту плавания до полного утомления).

На лягушках оценивали влияние вод на основные показатели деятельности сердца: частота сердечных сокращений и минутный объем крови.

Результаты исследований обработаны с использованием программного обеспечения Microsoft Windows, Microsoft Excel 2003 и пакета статистических программ -Statistic Microsoft Windows.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В соответствии с первой задачей изучено влияние различных материалов посуды на структурированность воды. Для исключения действия солнечного света емкости из прозрачных материалов заворачивали в темную бумагу.

При изучении влияния стекла и хрусталя на содержание жидкокристаллических ассоциатов в воде установлено, что в темноте величина исследуемого показателя уже через 1 ч достоверно не снижалась, а через 48 ч контакта была значительно ниже исходного уровня. Причем в воде, контактировавшей с хрусталем, процессы разрушения ЖКА проходили более интенсивно, чем в стекле (рисунок 2).

О Стекло (в темноте) ■ Хрусталь( в темноте) 5Т40---

Контроль

0,17

48

Экспозиция, ч

Рисунок 2 - Изменение содержание ЖКА в воде (в %) при ее хранении в стеклянной и

хрустальной посуде

S

В воде, хранившейся в керамике, не покрытой глазурью (рисунок 3), уже через 0,17 ч увеличивается содержание ЖКА от 4,16±0,15% до 4,95±0,14% (р<0,05), и эти изменения нарастают в процессе ее хранения, и к 48 ч показатель ЖКА увеличивается до 6,73±0,16% (р<0,05), что в 1,62 раза больше исходного уровня.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что из перечисленных выше материалов оптимальным для хранения воды в темноте является неглазурован-ная керамика.

Рисунок 3 - Изменение содержания ЖКА в воде (в %) при ее хранении в керамической посуде

В опытах с посудой из металлов (рисунок 4) установлено, что во всех четырёх сериях опытов, в которых изучалось влияние на содержание жидкокристаллических ассоциатов мельхиора, серебра, нержавеющей стали и алюминия, достоверное увеличение их содержания в воде отмечалось уже через 0,17 ч.

Наиболее выраженное структурирующее влияние на воду оказывал мельхиор: содержание ЖКА через 0,17 ч увеличивается от 4,01±0,06% до 6,41±0,12% (р<0,05). а к концу 48 ч - в 1,81раза (р<0,05) и составило 7,22±0,08%.

При воздействии на воду серебра и нержавеющей стали также происходит увеличение содержания в ней исследуемого показателя через 0,17 ч от 4.11=0,09% до 6,92±0,12% (р<0,05) и от 3,97±0,14% до 6,09±0,12% (р<0,05) соответственно, но не столь значительное как после ее контакта с мельхиором. К 48 ч достоверных изменений по отношению к результатам, полученным через 0,17 ч в этих двух сериях опытов, не выявлено.

Алюминий оказывает наименее выраженное из всех металлов воздействие на содержание ассоциатов в воде. Через 0,17 ч содержание жидкокристаллических ассоциатов увеличивается от 3,97±0,14% до 5,36±0.12% (р<0,05), что в 1,35 раза больше по сравнению с контролем , а к 48 ч составляет 5,22±0,13% (р<0,05).

При хранении воды в эмалированной посуде ее структурное состояние изменялась аналогично структурному состоянию воды, хранившейся в стеклянной посуде в темноте. Это можно объяснить тем, что эмаль по своей природе схожа со стеклом.

48

Экспозиция, ч

О Керамика глазурованная И Керамика неглазурованная

Рисунок 4 - Содержание ЖКА в воде (в %) при ее хранении в металлической посуде

Следует отметить, что изменение содержания ЖКА воды идет интенсивнее в серебряном сосуде. В серебряном сосуде содержание ассоциатов через 0,17 ч увеличилось от 4,11±0,09% до 6,92±0,12% (р<0,05), а под влиянием серебряной ложки в стеклянном сосуде в условиях темноты от 4,11±0,09% до 6,21±0,13% (р<0,05).

Таким образом, контакт с металлом вызывает довольно быстрое увеличение содержания ЖКА в воде в течение уже первых 0,17 ч. При дальнейшем хранении воды в таких условиях в ней происходит незначительное повышение содержания исследуемого показателя. Через неделю содержание ЖКА в воде примерно такое же. как и через 48 ч.

При хранении воды в емкостях из ПЭТФ в темноте содержание жидкокристаллических ассоциатов достоверно уменьшалось во всех сосудах (окрашенный и прозрачный), начиная с 0,17 ч хранения (рисунок 5).

Рисунок 5 - Изменение содержания ЖКА в воде (в %) при ее хранении в посуде из ПЭТФ в темноте (* - достоверность различий по отношению к контролю, р<0,05)

Таким образом, наши исследования свидетельствуют о том, что структура материала влияет на содержание ЖКА в воде. Причем контакт с материалом, имеющим кристаллическую структуру (металлы) вызывает довольно быстрое структурирование воды (в течение нескольких минут), а аморфные материалы не поддерживают структурного состояния воды или разрушают его при хранении. Это особенно характерно для пластиковой посуды. Покрытие металла аморфным веществом (эмалью) устраняет его положительное влияние на структуру воды. Это говорит о том, что в этом процессе имеет значение непосредственный контакт воды с поверхностью.

Произведено исследование влияния на содержание жидкокристаллических ассо-циатов в воде минералов различного происхождения: природного и синтетического алмазного порошка, кристаллов алмаза морфологического типа «борт», эльбора, шун-гита. активированных углей, песка из родника.

При анализе полученных данных установлено, что характер происхождения минералов (синтетические или природные) не имеет значения в эффективности обработки воды. И синтетические, и природные атмазы вызывают практически одинаковый и выраженный прирост количества ЖКА в воде (рисунок 6).

Наиболее выраженное увеличение в воде ЖКА отмечалось при контакте с минералами, кристаллическая решетка которых близка к структуре льда: алмаз природный. алмаз синтетический, эльбор - искусственная алмазоподобная форма нитрита бора (рисунок 6).

Аллотропная модификация углерода - шунгит, вызывает значительно менее выраженное, чем порошки алмаза и эльбора увеличение ЖКА в воде (рисунок 6). Различия в действии между алмазными порошками и активированными углями на содержание ЖКА в воде связаны с различиями этих минералов (рисунок 7).

Алмаз Алмаз Эльбор Шунгнт

синтетический природный

□ Контроль В Однократная фильтрация

□ Двукратная фильтрация Н Трехкратная фильтрация

Рисунок 6 - Изменение содержания ЖКА в воде (в %) после фильтрации ее через алмазы. эльбор и шунгит

Химический состав минерала не имеет значения. Эльбор - алмазоподобная форма нитрита бора, которая образуется из графитоподобной при высоких давлениях и температуре выше 1800°С. Превращение гексагонального нитрита бора в эльбор аналогична превращению графита в алмаз. Это вещество получается в виде мелких кристаллов различной окраски, обладает практически одинаковой с алмазом плотностью и твердостью, но сильно превосходит его по термостойкости. Эльбор содержит два элемента - бор и азот, а алмаз состоит из углерода, но влияние обоих минералов на содержание ЖКА в воде равно по величине.

Родниковый песок, состоящий практически из чистого диоксида кремния, имеет кристаллическую решетку, схожую со льдом. Действие его на воду аналогично действию алмаза, однако менее выражено (рисунок 7).

Следует заметить, что в процессе фильтрации воды через минералы различного происхождения имеет значение площадь соприкосновения двух фаз (Гельфман М.И. и др., 2003). Порошки с развитой удельной поверхностью имеют явное преимущество в процессе структурирования воды перед крупными кристаллами.

Уголь Уголь Кварцевый песок

активированный активированный марки СГН-ЗОА медицинский

О Контроль Э Однократная фильтрация

О Двукратная фильтрация □ Трехкратная фильтрация

Рисунок 7 - Содержание ЖКА в воде (в %) после фильтрации ее через угли и кварцевый песок

В соответствии со второй задачей исследовали дилатометрическим методом влияние на содержание ЖКА в воде естественной освещенности.

Выявлено, что естественная освещенность оказывает положительный эффект на структурное состояние воды при хранении в стекле (рисунок 8).

Исследуемый показатель в воде увеличивается через 4 ч хранения ее на рассеянном солнечном свету, максимальный эффект развивается в течение 48 ч. При дальнейшем воздействии рассеянного солнечного света статистически достоверных изменений не происходит. При хранении воды в темноте ЖКА разрушаются, и эти изменения становятся достоверными уже через 4 ч ее хранения в таких условиях при комнатной температуре.

Контроль 0,17 4 24 48

Экспозиция, ч

\ ПВ темноте В На рассеянном свету

Рисунок 8 - Изменение содержания ЖКА в образцах воды, хранившихся в темноте и на рассеянном солнечном свету (в%)

Прямой солнечный свет оказывает более выраженное воздействие на воду, чем рассеянный солнечный свет. Оно практически достигает максимума уже через 0,17 ч воздействия. Содержание ЖКА увеличивается с 3,78+0,13% до 8,34±0,20%.

Для того, чтобы выяснить влияние сочетания воздействия материала посуды и рассеянного солнечного света на структурные особенности воды, провели серию опытов по ее хранению в стеклянной, хрустальной и емкостях из ПЭТФ на рассеянном свету, а также с серебряной чайной ложкой, опущенной в стеклянный химический стакан, находящийся на свету.

Содержание ЖКА после хранения воды в стеклянной емкости (рисунок 9) через 0,17 ч и через 1 ч, относительно контроля, достоверно не изменялось, но имелась тенденция к увеличению первоначального уровня исследуемого показателя. На рассеянном солнечном свету через 2 ч произошло достоверное увеличение содержания ЖКА до 5,7±0,43%, а к 48 ч - до 6,83±0,40% (р<0,05), что значительно превышает исходный уровень.

Содержание жидкокристаллических ассоциатов в воде при хранении в хрустале на рассеянном солнечном свету (рисунок 9) через 0,17 ч и 1 ч достоверно не изменялось относительно исходных значений. Через 2 ч исследуемый показатель возрос от 4,74±0,34% до 5,52+0,21% (р<0,05), через 48 ч - до 6,37±0,33% (р<0.05).

Установлено, что сочетание серебряной ложки и света вызвало большее увеличение ЖКА в воде, чем каждый из этих факторов в отдельности (рисунок 4). Причем этот эффект нарастал со временем. Через 2 суток хранения воды в этих условиях содержание ЖКА увеличилось в 1,83 раза (р<0,05) и составило 7,35±0,14%.

При хранении воды в полимерных материалах на рассеянном свету содержание ЖКА достоверно уменьшалось (рисунок 10) начиная с 0,17 ч хранения: в прозрачном

- от 4,14±0,10% до 3,64±0,15% (р<0,05), в окрашенном - от 4,21*0,11% до 3,48±0,15% (р<0,05). Такая тенденция сохранялась и при дальнейшем хранении. Через 48 ч исходный уровень жидкокристаллических ассоциатов уменьшился в 1,42 раза (2,92±0,08%. р<0,05) и в 1,37 раза (3,07±0,13%, р<0,05), соответственно.

<

| О

"4799

---«8а

4,74

4,95

5,7.5,52

6,83 0 Стекло ~ о,>/- -

(на свету)

Э Хрустать ( на свету)

Контроль

0,17

48

Экспозиция, ч

Рисунок 9 - Содержание ЖКА в воде (в %) после ее хранения в стеклянной и хрустальной посуде на рассеянном солнечном свету

□ ПЭТФ прозрачный ПЭТФ зеленый

Контроль

0,17

48

Экспозиция, ч

Рисунок 10 - Содержание ЖКА в воде (в %) после ее хранения в посуде из полимерных материалов на рассеянном солнечном свету (* - достоверность различий по отношению к контролю, р<0,05)

Следует отметить, что в посуде из прозрачного полимерного материала происходило уменьшение содержания ЖКА, хотя ранее в работе установлено, что на свет}' в стекле их содержание в воде увеличивается. Это может свидетельствовать о том, что солнечный свет, проходя через полимерный материал, теряет свои структурирующие свойства.

В связи с тем, что полимерный материал снижает содержание ЖКА в воде, исследовали качество бутилированной воды и ее способность восстанавливать свою

структурное состояние. Для работы использовали негазированные виды бутилиро-ванных вод, которые выпускаются или продаются в Смоленске.

В большинстве образцов бутилированной воды содержание жидкокристаллических ассоциатов было невысоким. В водах «Лекор» и «Акваминерале» оно примерно соответствовало водопроводной воде. В образцах других марок содержание ЖКА было значительно ниже, чем в водопроводной.

Восстановление структурного состояния воды проводили под влиянием рассеянного солнечного света в стеклянной посуде. В большинстве образцов воды достоверное увеличение содержания жидкокристаллических ассоциатов наблюдалось уже через 4 ч. Наиболее выраженные изменения содержания ЖКА во всех бутилирован-ных водах отмечены через 48 ч: «Источник жизни» от 3,01±0,08% до 5,61±0,09% (р<0,05), «Акваминерале» от 4,43±0,14% до 5,10±0,8% (р<0,05), «Лекор» от 4,90±0.10% до 5,06±0,09% (р<0,05), «Горводоканш» от 3,15±0,23% до 4,27+0,30% (р<0,05), «Бо-нАква» от 2,09±0,10% до 3,94±0,15% (р<0,05), «Серебряная капель» от 3,19±0,23% до 4,27±0,20% (р<0,05), «BiTA» от 2,31±0,10% до 3,41±0,11% (р<0,05). К 48 ч наибольшее увеличение содержания исследуемого показателя после переливания в стеклянную посуду произошло в воде «БонАква» в 2,12 раза (с 2,09±0,10% до 4,43±0,06%, р<0,05). Но следует принять во внимание, что в этой воде было самое низкое исходное содержание ЖКА.

Таким образом, установлено, что рассеянный солнечный свет увеличивает содержание ЖКА во всех образцах бутилированных вод примерно до одного уровня независимо от ее исходного состояния при хранении в стекле.

Представлял также интерес изучение воды, выпадающей в виде атмосферных осадков. Исследования показали, что содержание ЖКА в дождевой воде значительно выше, чем в водопроводной. В процессе хранения в темноте значения показателя в дождевой воде остаются практически неизменными (исходное - 5,28±0,15%, через 48 ч - 5,29±0,11%), а в водопроводной воде уменьшаются (исходное - 4,02±0,63%, через 48 ч - 3,32±0,27%).

Изучено влияние на содержание ЖКА в воде излучения СВЧ - печи, компьютерного монитора, мобильного телефона и лампы Биоптрон - компакт.

Установлено, что непосредственно после 5-минутного воздействия электромагнитного поля мобильного телефона на водопроводную воду отмечалось значительное повышение уровня исследуемого показателя с 4,04±0,22% до 9,51±0,22% (р<0,05); Через 0,33 ч, 2 ч и 5 ч после воздействия на воду телефоном содержание ЖКА оставалось примерно таким же высоким, и только через 48 ч уровень ЖКА достоверно уменьшился до 7,66±0,11% (р<0,05) (рисунок 11).

В исследованиях установлено, что сразу после облучения воды СВЧ - печью происходит достоверное увеличение содержания ЖКА в 1,8 раза (рисунок 11). Через 24 ч количество ЖКА падает в 1,5 раза (р<0,05) по сравнению с первым измерением после воздействия.

Излучение CRT - монитора компьютера достоверно изменяет исследуемый показатель в воде через 0,33 ч с 4,04±0,22% до 5,39±0,14% (р<0,05) (рисунок 12). Содер-

жание ЖКА постепенно увеличивается в течение всего времени воздействия компьютера и составляет через 5 ч 7,63±0,23%, что в 1,9 раза (р<0,05) больше по сравнению с контролем. Через 48 ч после прекращения воздействия излучения компьютера в исследуемом образце воды количество ЖКА уменьшается до 5,47±0,12% (р<0,05) по отношению с этим же показателем через 5 часов воздействия.

□ Мобильный телефон

Контроль 0,017 ч 0,33 ч 2ч 5ч 48 ч

Времы после воздействия прибором

Рисунок 11 - Изменение содержания ЖКА в воде (в %) при воздействии на неё электромагнитного поля мобильного телефона и СВЧ - печи

о4 f

,0

5,39-

-4JT4-

6,66

ш

Контроль

0,33

Экспозиция, ч

Ч\з 48 ч после воздействия

Рисунок 12 - Динамика изменения содержания ЖКА в воде в % в результате воздействия на неё излучения CRT - монитора компьютера

В настоящее время широкое применение в медицинской практике нашла свето-терапия аппаратом Биоптрон (излучает линейно поляризованный некогерентный свет с длиной волны 400-2000 нм). Световые волны прибора находятся в диапазоне от видимого до слегка согревающего инфракрасного света. Спектр излучения не имеет ультрафиолетовой составляющей.

Поляризованный свет лампы Биоптрон - компакт достоверно увеличивает содержание ЖКА в воде уже через 10 сек воздействия. Максимальный эффект регистрировался в результате воздействия светом лампы в течение 30 сек, содержание ЖКА

изменяется с 3,10±0,18% до 6,90±0,23% (р<0,05). Воздействие поляризованного света Биоптрона на воду в течение большего времени (1 и 3 мин) приводило к уменьшению содержания ЖКА. Уровень исследуемого показателя достоверно уменьшается, по сравнению с предыдущим значением: через 1 мин с 6,90±0,23% до 5,30±0,21%, через 3 мин-до 3,90±0,17%.

Таким образом, главным условием эффективного воздействия на воду лампой Биоптрон является соблюдение оптимального времени облучения. В условиях опыта оптимальное время составляло 30 сек. Более длительное облучение приводило к уменьшению содержания образовавшихся ЖКА.

В настоящее время в связи с неблагоприятной санитарно-эпидемиологической обстановкой и частым заражением воды возбудителями инфекций, население часто ее кипятит в целях обеззараживания, а также использует кипячение воды для приготовления напитков (чая, кофе). В связи с этим изучено влияние на изменение содержания в ней ЖКА.

Установлено, что процесс кипячения уменьшает содержание ЖКА в воде, в частности от 3,б8±0,0б% до 2,09±0,06% (р<0,05) (рисунок 13).

Экспозиция, ч

□ Рассеянный свет 0 Замораживание ■ Кварцевый песок

Рисунок 13 - Изменение содержания ЖКА (в %) в кипяченой воде и после воздействия на нее рассеянного света, замораживания и кварцевого песка

Учитывая широкое использование в бытовых условиях кипяченой воды, изучили возможности восстановления ее структурного состояния (рисунок 13). В первую очередь, использовали установленное ранее структурирующее действие рассеянного солнечного света. Уже через 4 ч в таких условиях наблюдалось достоверное увеличение содержания ЖКА в кипяченой воде. Первоначальное количество ассоциатов восстанавливается в течение 24 ч при хранении на рассеянном солнечном свету в стеклянной посуде.

В результате замораживания воды исследуемый показатель увеличивается, содержание ЖКА изменяется от 2,09±0,06% до 6,42±0,10% (р<0,05). Замораживание -

эффективный способ восстановления воды, но этот эффект уменьшается во времени и воду рациональнее использовать вскоре после оттаивания. Контакт воды с песком вызывает более стабильный результат, хотя и не такой быстрый, как при замораживании; наибольшее значение исследуемого показателя достигается к 24 ч.

Воздействие лампы Биоптрон - компакт в том режиме, который, как установлено, является наиболее эффективным способом восстановления содержания жидкокристаллических ассоциатов в воде после кипячения. Содержание исследуемого показателя увеличилось до 7,06±0,06% (р<0,05).

Анализ полученных результатов по исследованию условий, влияющих на содержание ЖКА в питьевой воде (рисунок 14), позволил установить, что среди материалов посуды максимальное действие оказывают материалы, имеющий кристаллическую структуру (металл, керамика), а аморфные материалы (полимеры) не поддерживают структурного состояния воды. Выявлено, что среди минералов наибольшее увеличение содержания ЖКА в воде оказывают минералы, имеющие кристаллическую решетку аналогичную льду - алмаз и эльбор. Кварцевый песок, угли и шунгит несколько уступают им.

факторов на содержание ЖКА в питьевой воде

Экспериментально доказано, что различные волновые воздействия на воду достоверно увеличивают содержание ЖКА. Максимальный эффект на воду оказывает излучение мобильного телефона. Менее выраженное воздействие на воду оказывают рассеянный солнечный свет и линейно поляризованный свет лампа «Биоптрон - компакт» с длиной волны 400-2000 нм при времени воздействия не более 30 сек.

Установлено, что замораживание увеличивает содержание ЖКА, а кипячение воды приводит к снижению изученного показателя.

Таким образом, среди ряда изученных факторов к снижению уровня ЖКА приводят кипячение и контакт воды с полимерным материалом, остальные изученные факторы приводят к увеличению в воде ЖКА в разной степени, из которых максимальное значение достигается при контакте с поверхностью минерала эльбор.

Анализ литературных данных показал, что воздействие физических факторов на воду приводит к изменению ее биологической активности. Поэтому в соответствии с поставленной третьей задачей дана сравнительная оценка биологического действия на биотесты и отдельные функциональные системы организма питьевых вод, подвергшихся воздействию различных физических факторов и условий хранения.

В настоящей работе проведено биотестирование образцов воды с различным содержанием жидкокристаллических ассоциатов на тест - культуре (овес), гидробио-нтах - Daphnia magna, лягушках и на белых лабораторных крысах линии Вистар с целью определения оптимального содержания ЖКА для жизнедеятельности организма.

В опытах с биотестированием исследованных вод на тест - культуре (овес) и на тест - организмах (Daphnia magna) не выявлено прямопропорциональной зависимости биологической активности воды от содержания ЖКА. Установлен определенный интервал значений содержания ЖКА, который является оптимальным условием для жизнедеятельности как растительных, так и низших животных организмов.

Наибольшую биологическую активность по отношению к прорастанию семян овса проявили образцы воды с содержанием ЖКА 7-9%. Вода с низким (около 4%) и высоким (около 12%) содержанием структурных компонентов проявила низкую биологическую активность, и даже угнетающее действие на прорастание семян и развитие колеоптиля и корней.

Опыты с биотестированием на дафниях показали наибольшую биологическую активность образцов воды с содержанием жидкокристаллических ассоциатов 6-8%. Воды с низким (меньше 4%) и высоким (более 9%) содержанием исследуемого показателя проявили низкую биологическую активность в отношении выживаемости дафний, а в некоторых опытах с гидробионтами и губительное действие (к концу третьих суток в образцах воды, обработанных алмазным порошком и эльбором выживаемость дафний составила 0%).

По результатам исследований влияния вод с различным содержанием жидкокристаллических ассоциатов на ЧСС (рисунок 15) и минутный объем сердца лягушки (рисунок 16) установлено, что оптимальный уровень содержания ЖКА в воде нахо-. дится в интервале 5,06±0,09% (бутилированная вода марки «Лекор») - 6,90±0,23% (водопроводная вода, обработанная лампой Биоптрон).

Все другие образцы воды, содержание ЖКА в которых было ниже и выше этого интервала, оказывали выраженное угнетающее действие на работу сердца лягушки.

Проведенный эксперимент по выращиванию крысят с употреблением вод с различным уровнем ЖКА показал, что по водопотреблению и приросту массы тела животных оптимальными были воды «Лекор» и водопроводная, обработанная Биоптро-ном.

Рисунок 15 - Динамика убывания ЧСС лягушки при пропускании раствора Рингер -Локка, приготовленного на различных водах

Рисунок 16 - Динамика убывания минутного объема при пропускании через сердце лягушки раствора Рингер - Локка, приготовленного на различных водах

По физической работоспособности (таблица 1) оптимальные показатели были у животных, употреблявших воду, обработанную лампой Биоптрон - компакт.

Обобщая данные по всем показателям, следует признать оптимальным интервалом содержания ЖКА в воде, определенным в этой серии опытов, от 5,06±0,09% до 6,90+0,23%.

Полученные данные по биотестированию могут быть использованы для рекомендаций при оценке качества питьевой воды, употребляемой человеком. Этот вывод можно сделать также на том основании, что общепризнанная по своей ценности вода природных водоисточников, не загрязненная ни химическими, ни биологическими примесями, по степени своей структурированности вписывается именно в этот биологически оптимальный интервал значений (4,8-6,9%), установленный нами.

С другой стороны, эти опыты позволяют сделать заключение, что при определении биологической активности воды нельзя ограничиваться какой-то одной моделью

биотестирования. Более точные данные всегда могут быть получены при использовании нескольких методов, включающих как растительные, так и животные объекты.

Таблица 1 - Средние показатели времени плавания крыс, потреблявших воды с разной степенью структурированности

№группы Употребляемые воды Время плавания, мин

I Водопроводная 20,08±6,18

2 Бутилированная марки «Декор» 20,60±8,03

3 Водопроводная, хранившаяся в пластике 15,62±3.10*

4 Водопроводная, обработанная Биоптроном 61.80±5.08*

5 Водопроводная, пропущенная через алмаз 13,47±4,40*

Примечание - * - достоверность различий по сравнению с контрольной группой.

В соответствии с поставленной четвертой задачей на примере водопроводной воды и водопроводной воды, обработанной Биоптроном, проведена апробация метода кристаллографического рисунка как возможного экспресс - теста для определения структурного изменения вод.

Как показало исследование, в необработанной водопроводной воде (содержание ЖКА - 3,56±0,21%) (рисунок 17, А) осадок представлен крупнокристаллические неравномерно распределенными образованиями. В воде, обработанной лампой Био-птрон (содержание ЖКА - 6,90±0,23%) (рисунок 17, Б), четко виден мелкокристаллический, равномерно распределенный осадок солей, размер кристаллов по всей капле практически одинаковый.

А Б

Рисунок 17 - Кристаллографический рисунок водопроводной воды (А) и воды, обработанной лампой Биоптрон - компакт (Б)

Полученные результаты показали, что кристаллографический метод можно использовать для выявления качественных изменений, происходящих в воде под действием различных физических факторов, для выявления рациональности использования в

дальнейшем сложных количественных методик. Процесс самоорганизации капли воды при ее высушивании, вероятно, зависит и от содержания ЖКА, и от предварительной обработки.

Таким образом, можно отметить, что вода, как гетерогенная, сложная система, очень чувствительна ко всем факторам окружающей среды. И это относится не только к серьезным, техногенного характера, химическим и физическим воздействиям, но и к обычным бытовым факторам. Бытовые приборы, посуда, освещенность, контакт с различными минералами могут менять ее структуру, а значит и ее биологическую ценность. Учитывать это, в повседневной жизни создавать условия или обращаться с водой таким образом, чтобы она имела оптимальную структуру, это, значит, вносить существенный вклад в сохранение своего здоровья.

Выводы

1. Сравнительная оценка стабильности структурного состояния воды при контакте ее с различными материалами в процессе хранения показала, что материал посуды, имеющий кристаллическую структуру (металл, керамика), оказывает структурирующее действие на воду, а аморфные материалы не поддерживают структурного состояния воды. Сочетание хранения воды в металле при рассеянном свете оказывает наибольших эффект, чем каждый из этих факторов в отдельности. Содержание ЖКА изменяется от 4,02% до 7,12%.

2. Результаты исследований по изучению влияния различных по происхождению фильтрующих материалов показали, что содержание ЖКА при контакте воды с алмазом и эльбором достоверно увеличивается с 5,99 до 12,31% и с 6,09 до 12,04% соответственно. Воздействие на исследуемый показатель активированного угля и диоксида кремния не столь выражено, и содержание ЖКА изменяется с 3,39 до 6,64% и с 3,45 до 6,89% соответственно.

3. Экспериментально доказано, что различные виды волновых воздействий на воду в бытовых условиях достоверно (р<0,05) изменяют содержание ЖКА, однако при прекращении воздействия данного фактора полученный эффект не стабилен во времени. Действие рассеянного и прямого солнечного света в течение 1 часа увеличивает исследуемый показатель с 4,02 до 5,43% и с 3,78 до 8,55% соответственно. Излучения мобильного телефона, СВЧ - печи и CRT - монитора компьютера приводят к увеличению ЖКА в ней с 4,04 до 9,51%, с 3,92 до 7,21% и с 4,04 до 7,63% соответственно. Менее выраженное воздействие на воду оказывает линейно поляризованный свет лампа «Биоптрон - компакт» с длиной волны 400-2000 нм (с 3,10 до 6,90% через 30 сек воздействия).

4. Установлено, что кипячение воды приводит к снижению в ней содержания ЖКА в 1,8 раза, а замораживание увеличивает этот же показатель в 1,5 раза, по сравнению с исходным уровнем.

5. В экспериментальных исследованиях на крысах и лягушках показано, что наибольшую биологическую активность в отношении общей и сердечной работоспособности проявили образцы воды с содержанием ЖКА от 4,9% до 6,9%, а для биотес-

товых организмов различных трофических уровней (растения, гидробионты) выявлен более широкий (6-9%) биологически значимый диапазон содержания ЖКА.

6. Показано, что метод кристаллографического рисунка может использоваться как экспресс - анализ качественного изменения структурного состояния питьевой воды при влиянии на нее различных физических факторов.

Практические рекомендации

1. Для увеличения количества ЖКА водопроводную и кипяченую воды, а также многие виды бутилированных вод необходимо выдержать в металлической, керамической посуде, в стеклянной посуде на рассеянном солнечном свету не менее 24 часов или подвергнуть замораживанию.

2. В качестве фильтрующей загрузки рекомендуется использовать кварцевый песок и активированные угли, как минералы, контакт с которыми приводит к увеличению уровня ЖКА в воде до биологического оптимума.

3. Питьевую воду по возможности необходимо ограждать от излучения бытовых приборов, особенно, таких как мобильный телефон и СВЧ - печь.

Сокращения и условные обозначения, использованные б работе CRT - монитор - (Cathode Ray Tube) монитор с электронно-лучевой трубкой ЖКА - жидкокристаллические ассоциаты ПЭТФ - полиэтилентерефталат

СВЧ - излучение - излучение сверхвысокой частоты (микроволны) ЧСС - частота сердечных сокращений

Список работ, опубликованных по теме диссертации В изданиях рекомендованных ВАК:

1. Теленкова О.Г. Влияние излучения лампы биоптрон - компакт на структурные особенности воды / Фаращук Н.Ф., Михайлова Р.И., Теленкова ОТ.// Гигиена и санитария. - 2008. - №6. - стр.38-42.

2. Теленкова О.Г. Влияние материала посуды на структуру воды при ее хранении / Фаращук Н.Ф., Михайлова Р.И., Теленкова О.Г. // Гигиена и санитария. - 2007. - №4. -С. 29-31.

В материалах и сборниках конгрессов, симпозиумов и научно-практических конференций, в том числе международных:

3. Теленкова О.Г. Влияние рассеянного солнечного света на структуру воды / Михайлова Р.И., Фаращук Н.Ф., Теленкова О.Г., Панченко Е.О.// Сборник докладов 7-, ого Международного конгресса «Вода: экология и технология» Экватэк- 2006.-Москва, 2006. С. 1025-1026.

4. Теленкова О.Г. Влияние различных физических воздействий на структуру воды / Савостикова О.Н., Сковронский А.Ю., Фаращук Н.Ф., Теленкова О.Г., Панченко Е.О.// Сборник докладов 7-ого Международного конгресса «Вода: экология и технология» Экватэк- 2006. - Москва, 2006. С. 1024-1025.

5. Теленкова О.Г. Влияние металлов на структуру воды // Вестник Смоленской медицинской академии. Медико-биологический выпуск. - Смоленск, СГМА. - 2007. -№3. - С.31-32.

6. Теленкова О.Г. Влияние условий хранения воды на ее структурные свойства // Конкурс молодых ученых: Сборник материалов.. - Смоленск: Универсум, 2008. - стр. 174-179.

7. Теленкова О.Г. Новые технологии улучшения качества питьевой воды // Тезисы докладов международной научно-практической конференции «Здоровый образ жизни - основополагающий фактор укрепления здоровья, профилактики и лечения заболеваний». - Смоленск. -10-11 июня 2008г. С.154^155.

8. Теленкова О.Г. Структурирование воды на поверхности активированного угля и родникового песка // Сборник докладов конгресса Экватэк «Вода: экология и технология» [Электронный ресурс]. -М.,2008. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

9. Теленкова О.Г. Влияние излучения бытовых приборов на структуру воды / Теленкова О.Г. Фаращук Н.Ф. // Вестник Смоленской медицинской академии. Медико-биологический выпуск. - Смоленск, СГМА. - 2007. - №3. - С.28-30.

10.' Теленкова О.Г. Структурирование воды кристаллами алмаза «борт» / Фаращук Н.Ф., Бочаров A.M., Теленкова О.Г. //Вестник Смоленской медицинской академии. Медико-биологический выпуск. -Смоленск: Издательство СГМА, 2006.-№3.-С.46-47.

11. Теленкова О.Г. Результаты биотестирования на растительных и животных организмах воды с разным содержанием структурированной фракции /Фаращук Н.Ф., Михайлова Р.И., Теленкова О.Г. // Материалы пленума Научного совета по экологи человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития Российской Федерации «Методологические проблемы изучения, оценки и регламентирования физических факторов в гигиене окружающей среды» 17-18 декабря 2008г. - под ред. Академика РАМН Ю.А. Рахманина, - Москва, - 2008, - стр.241-243.

12. Теленкова О.Г. Способ оценки изменений структурного состояния воды после физического воздействия / Фаращук Н.Ф., Теленкова О.Г. / Заявка на изобретение № 2010145460/05 (065524) от 8.11.2010.

13. Теленкова О.Г. Влияние некоторых факторов в быту на структуру воды при ее хранении / Фаращук Н.Ф., Теленкова О.Г. // Сборник трудов V Российской научно-практической конференции «Здоровье и здоровый образ жизни: состояние и перспективы. Медико-психологические, социальные, правовые и экологические аспекты». -Смоленск. -21-22 сентября. -2007. С. 179-184.

14. Теленкова О.Г. Восстановление структуры воды после кипячения / Фаращук Н.Ф., Теленкова О.Г. // Сборник докладов конгресса Экватэк «Вода: экология и технология» [Электронный ресурс]. - М.,2008. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

15. Теленкова О.Г. Результаты биотестирования воды с различным содержанием структурированных ассоциатов / Фаращук Н.Ф., Теленкова О.Г. // Сборник докладов 7-ого Международного конгресса «Вода: экология и технология» Экватэк- 2006. -Москва, 2006. С.1054-1055.

16. Теленкова О.Г. Структурирование воды на минералах различного происхождения / Фаращук Н.Ф., Теленкова О.Г. // Сборник докладов 7-ого Международного конгресса «Вода: экология и технология» Экватэк- 2006. - Москва, 2006. С.1056-1057.

Формат 60x84/16. Усл. п. л. 1. Тираж 50 экз. Заказ № 2475/1. Подписано в печать 12.04.2011 г.

Отпечатано в ООО «Принт-Экспресс», г. Смоленск, проспект Гагарина, 21, т.: (4812) 32-80-70

Актуальность темы

Одним из важнейших факторов, влияющих на здоровье населения, является качество питьевой воды. Согласно сложившейся общемировой практике, оценка пригодности воды для питьевого водоснабжения проводится по 4 критериям: эпидемиологическому, органолептическому, санитарно-токсикологическому и радиационному. В последние годы накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что существует еще один, не учитываемый пока критерий — физический, связанный со степенью структурированности питьевой воды. Многие исследователи подчеркивают, что структурированная фаза воды, или жидкокристаллические ассоциаты, играет важную роль в жизнедеятельности живых организмов, а степень структурированности воды во многом определяет ее биологическую активность [77, 110, 168].

Структурированность воды может меняться под действием различных факторов окружающей среды, в том числе, в бытовых условиях [76]. Так, для хранения питьевой воды используется самая разнообразная тара: стеклянная, хрустальная, керамическая, металлическая, эмалированная и др. В то же время, остается недостаточно изученным влияние материала тары на степень структурированности контактирующей с ним воды. В технологиях водоподготовки могут применяться минералы различного происхождения - активированные угли, шун-гит, кварцевый песок и др., которые, как известно, влияют на физико-химические свойства воды [81]. Однако нет полной ясности в том, насколько изменяется содержание в воде жидкокристаллической фазы при контакте с такими минералами. Поэтому необходима дополнительная количественная оценка их воздействия на степень структурированности воды.

Достаточно большое число работ посвящено влиянию на организм животных и человека воды - кипяченой, талой [52, 45, 95], дистиллированной [101, 165], обработанной различными физическими методами (разные виды излучения [1, 97]), активированной по методике Й. Грандера вод [76, 80], различных видов бутилированных вод. Однако количественному содержанию жидкокри7 сталлических ассоциатовв воде в этих исследованиях внимания, к сожалению, не уделялось, хотя это представляет несомненный интерес, поскольку выявлено неоднозначное, как позитивное, так и негативное действие изученных вод на живые организмы.

Нуждаются в дальнейшем изучении зависимости между структурированностью воды и ее биологической активностью, а также экспериментальные модели - биотесты и функциональные системы организма животных, которые могут использоваться для их характеристики.

Не полностью решена проблема контроля структурного состояния воды. Значительная часть применяемых для этого методов относится к сложным, длительным и трудоемким. Это определяет значимость оценки возможности экспресс методов качественных изменений структурного состава воды под действием различных факторов и последующей целесообразности использования в дальнейшем сложных количественных методик.

Перечисленный круг нерешенных вопросов определил актуальность и составил цель и задачи настоящей работы.

Цель исследования

Обосновать возможность сохранения структурного состояния воды в условии воздействия на нее различных физических факторов в бытовой среде на основе использования дилатометрического метода и зависимость биологической активности от ее структурного состояния.

В соответствии с целью исследования в работе решались следующие задачи

1. Изучить стабильность содержания жидкокристаллических ассоциатов в питьевой воде в процессе хранения ее в зависимости от материала тары и контакта с поверхностью минералов различного происхождения.

2. Исследовать изменение структурного состояния воды в процессах тепловой обработки и воздействия бытовых приборов.

3. Установить зависимость биологической ценности воды от ее структуры на биотестах и отдельных функциональных системах организма.

4. Установить зависимость между кристаллографическим и дилатометрическим методами анализа структурного состояния воды.

Научная новизна исследования

Впервые в экспериментальных исследованиях выявлено, что при контакте воды с материалами посуды, имеющими кристаллическую структуру, содержание в ней жидкокристаллических ассоциатов возрастает, а при хранении в посуде из аморфного материала - снижается. Установлено, что фильтрующие загрузки с наиболее упорядоченной кристаллической структурой (алмаз и сходные с ним минералы) оказывают наибольшее структурирующее действие на воДУ

Впервые при помощи дилатометрического метода показано, что увеличение содержания жидкокристаллических ассоциатов находится в прямой зависимости от интенсивности волнового воздействия.

Установлена зависимость изменения содержания ЖКА воды под влиянием температуры и показано, что при воздействии высоких температур их количество снижается, а при воздействии низких температур - возрастает.

Результаты изучения действия воды с различными уровнями структуризации на функциональные системы организма экспериментальных животных позволили определить биологически значимый интервал содержания жидкокристаллических ассоциатов в питьевой воде в отношении общей и сердечной работоспособности животных.

Для экспресс - оценки изменения структурного состояния воды впервые предложен метод кристаллографического исследования.

Практическая ценность работы

Результаты количественной оценки изменения содержания жидкокристаллических ассоциатов при воздействии различных физических факторов, в том числе действующих в быту. На основании результатов экспериментальных исследований на биологических моделях разработан ряд простейших и доступных способов по улучшению качества воды по физическим параметрам, которые приведены ниже.

Предложен метод (заявка на изобретение № 2010145460/05 (065524), от 8.11.2010г.) кристаллографического рисунка в качестве экспресс - анализа структурного изменения питьевых вод при гигиенической оценке влияния на них различных физических факторов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Влияние материала емкости, условий хранения воды и контакта с минералами различного происхождения на содержание ЖКА в питьевой воде.

2. Зависимость изменения содержания ЖКА в питьевой воде под воздействием различных физических факторов, имеющих место в бытовых условиях.

3. Влияние питьевых вод, подвергшихся воздействию различных физических факторов, на биотесты и отдельные физиологические системы экспериментальных животных.

4. Применение метода кристаллографического рисунка в качестве экспресс -теста для определения структурного изменения воды.

Внедрение результатов в практику

Полученные результаты включены в цикл лекций, семинарских и практических занятий при преподавании студентам Смоленской государственной медицинской академии разделов: гигиена воды, физико-химические свойства воды и ее биологическое значение (акт №02-01/3 от 22.05.2009), апробированы и внедрены в практику работы Ассоциации производителей и поставщиков бути-лированных вод Смоленской области (акт №1 от 27.05.2009), используются специалистами при организации производственного контроля за качеством продукции на предприятиях Ассоциации (акт №01-01/814 от 26.05.2009, акт №013738 от 22.05.2009).

Апробация работы

Результаты исследования представлены на Международном конгрессе «Вода: экология и технология» - Экватэк (Москва, 2006, 2008), Всероссийском форуме «Здоровье нации - основа процветания России» (Москва, 2007), V Российской научно-практической конференции «Здоровье и здоровый образ жизни: состояние и перспективы. Медико-психологические, социальные, правовые

10 и экологические аспекты» (Смоленск, 2007), Международной научно-практической конференции «Здоровый образ жизни - основополагающий фактор укрепления здоровья профилактики и лечения заболеваний» (Смоленск, 2008), пленуме Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ «Методологические проблемы изучения, оценки и регламентирования физических факторов в гигиене окружающей среды» (Москва, 2008), конкурсе молодых ученых (Смоленск, 2008), на проблемной комиссии «Медицинские проблемы экологии» ГОУ ВПО СГМА Минздравсоцразвития РФ (2005-2009).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе две в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации

Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов и обсуждения собственных результатов, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, который включает 126 отечественных и 45 иностранных источников. Материалы иллюстрированы на 21 таблице, 27 рисунках.

выводы

1. Сравнительная оценка стабильности структурного состояния воды при контакте ее с различными материалами в процессе хранения показала, что материал посуды, имеющий кристаллическую структуру (металл, керамика), оказывает структурирующее действие на воду, а аморфные материалы не поддерживают структурного состояния воды. Сочетание хранения воды в металле при рассеянном свете оказывает наибольших эффект, чем каждый из этих факторов в отдельности. Содержание ЖКА изменяется от 4,02% до 7,12%.

2. Результаты исследований по изучению влияния различных по происхождению фильтрующих материалов показали, что содержание ЖКА при контакте воды с алмазом и эльбором достоверно увеличивается с 5,99 до 12,31% и с 6,09 до 12,04% соответственно. Воздействие на исследуемый показатель активированного угля и диоксида кремния не столь выражено, и содержание ЖКА изменяется с 3,39 до 6,64% и с 3,45 до 6,89% соответственно.

3. Экспериментально доказано, что различные виды волновых воздействий на воду в бытовых условиях достоверно (р<0,05) изменяют содержание ЖКА, однако при прекращении воздействия данного фактора полученный эффект не стабилен во времени. Действие рассеянного и прямого солнечного света в течение 1 часа увеличивает исследуемый показатель с 4,02 до 5,43% и с 3,78 до 8,55% соответственно. Излучения мобильного телефона, СВЧ - печи и CRT -монитора компьютера приводят к увеличению ЖКА в ней с 4,04 до 9,51%, с 3,92 до 7,21% и с 4,04 до 7,63% соответственно. Менее выраженное воздействие на воду оказывает линейно поляризованный свет лампа «Биоптрон - компакт» с длиной волны 400-2000 нм (с 3,10 до 6,90% через 30 сек воздействия).

4. Установлено, что кипячение воды приводит к снижению в ней содержания ЖКА в 1,8 раза, а замораживание увеличивает этот же показатель в 1,5 раза, по сравнению с исходным уровнем.

5. В экспериментальных исследованиях на крысах и лягушках показано, что наибольшую биологическую активность в отношении общей и сердечной работоспособности проявили образцы воды с содержанием ЖКА от 4,9% до

6,9%, а для биотестовых организмов различных трофических уровней (растения, гидробионты) выявлен более широкий (6-9%) биологически значимый диапазон содержания ЖКА.

6. Показано, что метод кристаллографического рисунка может использоваться как экспресс — анализ качественного изменения структурного состояния питьевой воды при влиянии на нее различных физических факторов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для увеличения количества ЖКА водопроводную и кипяченую воды, а также многие виды бутилированных вод необходимо выдержать в металлической, керамической посуде, в стеклянной посуде на рассеянном солнечном свету не менее 24 часов или подвергнуть замораживанию.

2. В качестве фильтрующей загрузки рекомендуется использовать кварцевый песок и активированные угли, как минералы, контакт с которыми приводит к увеличению уровня ЖКА в воде до биологического оптимума.

3. Питьевую воду по возможности необходимо ограждать от излучения бытовых приборов, особенно, таких как мобильный телефон и СВЧ - печь.