Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Гигиеническая оценка влияния структурных изменений в воде на ее физико-химические и биологические свойства

На правах рукописи

САВОСТИКОВА Ольга Николаевна

Гигиеническая оценка влияния структурных изменений в воде на ее физико-химические и биологические свойства

14.00.07 - Гигиена

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва - 2008

«11111»111!11|1

003167113

Работа выполнена в лаборатории гигиены питьевого водоснабжения и санитарной охраны водоемов ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А Н Сысина РАМН

Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор

Михайлова Руфина Иринарховна

доктор биологических наук Кирьянова Людмила Федоровна

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук

Егорова Наталия Александровна

(ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им А Н Сысина РАМН)

доктор медицинских наук, профессор Эльпинер Леонид Ицкович (Институт водных проблем РАН)

Ведущая организация ГОУ ВПО Московская медицинская академии

им И М Сеченова Росздрава

Защита состоится 15 мая 2008г в 11 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 001 009 01 в ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им А Н Сысина РАМН по адресу 119992 Москва, ул Погодинская д 11/15, строение 1

Сдиссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им А Н Сысина РАМН

Автореферат разослан ^7/У 2008г

Ученый секретарь

Диссертационного совета,

доктор биологических наук, _

профессор Беляева Наталия Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние годы в гигиене питьевых вод, наряду с дальнейшим развитием работ по гигиеническому регламентированию химического и биологического загрязнения, все большую актуальность приобретают исследования, связанные с проблемой гигиенической оценки физических способов водоподготовки, которые изменяют структурное и энергетическое состояние воды (Авакян Ц M, 1988; Sommer R, 1990; Kraithof J С, 1992, Leuker G., 1995, Элыганер Л И., Рахманин Ю А., 2002,2004,2006)

Согласно современным представлениям биологически значимой компонентой воды является так называемая связанная или структурированная вода (Дерягин Б.В. и соавторы, 1989; Рахманина Ю А и соавторы, 2002; Зенин С В, 2004, Слесарев В.И, 2004 и др), которая способна концентрировать в себе электроны из окружающей среды в процессе ее физической обработки. В исследованиях ряда авторов было показано, что изменение физических параметров воды может приводить к изменению метаболических процессов в организме (Ластков О А., 1979; Бондаренко Н.Н, 1979; Павлов А.Н, 2002; Френкель Я.И, 2004) и искажению структуры белковых молекул (Богданович У Я, 1974; Семинихина Л.П и соав , 2006). Потребление структурированной воды способствует повышению проницаемости клеточных мембран желудочно-кишечного тракта и активности гистоминазы в тканях печени и кишечника (Серебряный ЛР и соав, 1985), а длительное потребление деструкгурированной воды приводит к усилению гипацидного состояния и анафилактических реакций в организме (Ластков О.А, 1983). Однако дозированное потребление вод с измененной структурой оказывает положительное влияние на показатели иммунореактивности организма, состояние липидного и углеводного обмена (Камбурова В С, 1990; Сковронский А Ю, 2004).

Вместе с тем в настоящее время в системе контроля качества и безопасности питьевой воды отсутствует методическая база, позволяющая учитывать структурные и энергетические изменения в воде, полученной с использованием физических методов водообработки, и не определены приоритетные нормативные показатели, оценивающие ее биологическую активность Введение таких показателей выдвигает необходимость решения ряда приборно-методических проблем, связанных с разработкой методов оценки структурных и энергетических параметров воды, прошедшей соответствующую обработку

Учитывая вышеизложенное, целью работы явилась гигиеническая оценка вод с различным содержанием связанной фазы по физико-химическим показателям и биологическому действию Для ее достижения сформулированы следующие задачи:

1 Разработка метода определения содержания связанной (структурной) фазы в воде

2 Гигиеническая оценка качества питьевых вод, полученных с использованием различных физических методов, по физико-химическим,

4 J

органолептическим, микробиологическим, паразитологическим и радиологическим показателям

3. Изучение влияния питьевых вод с различным содержанием структурированной фазы на биотестовые организмы

4. Изучение биологического действия вод с различным содержанием структурированной фазы на организм теплокровных животных в условиях подострого (на модели иммунизации животных белковым агентом) и хронического экспериментов

Научная новизна работы. Показано, что в зависимости от технологии обработки одной и той же по уровню минерализации воды содержание в ней структурированной фазы может изменяться в пределах от 0,074 до 8 % При этом обработка различных по минеральному составу вод с использованием одной технологии также приводит к различным изменениям в содержании структурированной фазы воды Установлено, что в зависимости от минерального состава исходной воды и технологии обработки стабильность содержание структурированной фракции в обработанных водах может иметь разнонаправленную динамику (в сторону повышения или понижения)

Установлено, что повышение (более 0,778%) и понижение (менее 0,553%) содержания связанной фазы в воде приводит к достоверному изменению биологической активности вод по отношению к различным биотестовым организмам

В экспериментальных исследованиях с учетом зависимости «доза -время - эффект» показано, что повышение содержания связанной фазы в воде при длительном ее потреблении теплокровными животными приводит к изменениям морфофункциональных, специфических иммунологических и цитогенетических показателей

Предложена схема механизма влияния структурированной фазы воды на метаболические процессы в клетке, основанная на теоретических представлениях о взаимодействии электромагнитных вихрей в связанных состояниях воды

Практическая значимость работы. Разработан криофизический капиллярный метод оценки содержания связанной (структурированной) фазы в воде с погрешностью определения не превышающей 10% Разработанная методика внедрена в практику в виде методических рекомендаций

Внедрение результатов. Результатов исследований использованы для разработки проекта методических рекомендаций по контролю структурного и энергетического состояния воды при обработке ее различными физическими технологиями

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Криофизический капиллярный метод оценки содержания связанной (структурированной) фазы в воде

2 Степень и характер влияния структурных изменений в воде на ее биологические свойства в исследованиях на биотестовых организмах и теплокровных животных в условиях длительного применения

3 Схема механизма влияния структурированной фазы воды на метаболические процессы клетки

Апробация диссертации. Материалы диссертации апробированы на заседании Межотдельческой комиссии по апробации докторских и кандидатских диссертаций ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им АНСысина РАМН 3 июля 2007г и доложены на VII Международном Конгрессе «Вода экология и технология» (Москва, 2006г), П Международном симпозиуме «Экология человека и медико-биологическая безопасность населения» (Бенидорм, 2006г), IV научно-практической конференции «Питьевые воды Сибири 2007» (Барнаул, 2007г), Международной научно - практической конференции «биотехнология Вода и пищевые продукты» (Москва, 2008)

Личный вклад автора составляет более 80% Работа выполнена в лаборатории гигиены питьевого водоснабжения и санитарной охраны водоемов в соответствии с планом НИР Института, при участии сотрудников лабораторий физико-химических исследований, санитарной микробиологии, цитогистологии, генетического мониторинга, биохимии с группой иммунологии

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе две в изданиях рекомендуемых ВАК

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, 7 глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка литературы, приложений. Текст изложен на 161 страницах машинописи, содержит 39 рисунков, 23 таблиц Библиография включает 172 источников, в том числе 45 иностранных авторов

ОБЪЕКТЫ, ОБЪЕМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования явились воды, обработанные различными физическими технологиями инфракрасное излученйе, электромагнитные поля (ЭМП),фильтрация через алмазный порошок (АП), вихревые электромагнитные поля (ВЭМП), мицеллат кальция, «РБНОРМ» (Россия) В качестве исходных вод использовались- московская водопроводная (MBB) и питьевая артезианская воды (ВА)

Объем, методы и направления исследований представлены на рисунке 1 Гигиеническая оценка исследованных вод проведена по 50 физическим, органолептическим, химическим, радиологическим и микробиологическим показателям в соответствии с общепринятыми тестированными и унифицированными методами анализа, установленными в СанПиН 2 1 4 107401 «Вода питьевая Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения Контроль качества» Основные компоненты солевого состава и тяжелые металлы определяли по

ГОСТ Р 51309 Нормируемые санитарно-показательные микроорганизмы (ОМЧ, ТКБ, ОКБ, клостридии, колифаги) определяли в соответствии с МУК 4 2 1018-01 «Методические указания Методы контроля Биологические и микробиологические факторы Санитарно - микробиологический анализ питьевой воды».

Предварительная оценка возможности изменения биологической активности вод обработанных с использованием указанных технологий была проведена на тест-объектах различных уровней (семена овса, бактерии «Эколюм», инфузории, дафнии) общепринятыми методами в соответствии с МР № ЦОС ПВ Р005-95 по применению методов биотестирования для оценки качества воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения

Рисунок 1 - Схема направлений, методов и объемов проведенных исследований

Экспериментальные исследования по изучению биологического влияния на организм питьевых вод с различным структурным состоянием проведены на 2-х видах животных (белые крысы, линейные белые мыши) в экспериментальных исследованиях продолжительностью до 12 месяцев с поэтапным забоем животных на 1, 3,6 и 12 месяцах Животные (150 крыс и 100 мышей) делились на 7 групп в зависимости от степени структурированности потребляемой питьевой воды

В эксперименте на животных использовано более 40 показателей Оценивали общее состояние организма по динамике массы тела, водопотребления, морфологического состава крови Учитывая современные представления о роли оксидантного равновесия организма, исследовали интенсивность люминол-зависимой хемилюминесценции сыворотки крови (Сидоренко ГИ, Меркурьева Р.В , 1982) и активность каталазы Для оценки возможного повреждающего влияния вод с различной степенью структурированности на организм животных исследовали неспецифические маркеры повреждения активность, ß-N-ацетилглюкозаминидазы, глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы, ацетилэстеразы определяли общепринятыми биохимическими методами (Прохорова M И., 1982).

Состояние внутренних органов (печени, почек) оценивали макроскопически, морфофункционально и морфометрически (Бонашевская Т И., Беляева H Н. и др ,1984)

Оценка возможного влияния на иммунологическую реактивность организма вод с различной степенью структурированности проводилась по способности к синтезу специфических IgG в сыворотке крови иммунизированных белых мышей Уровни содержания иммуноглобулина измеряли методом иммуноферментного анализа по Walsh D, (1994) Количественное определение лизоцима, как одного из факторов неспецифической защиты организма, осуществлялось нефелометрическим методом по Дорофейчук В Г, (1968 - 1974), в модификации Бухарина О В, (1984)

В соответствии с методическими рекомендациями «Оценка мутагенной активности факторов окружающей среды в клетках разных органов млекопитающих микроядерным методом» (М.,2001) изучено возможное мутагенное действие вод с измененной структурой методом оценки частоты эпителиальных клеток преджелудка с микроядрами (микроядерный тест) (Сычева Л П 2001)

Результаты исследований обработаны с использованием программного обеспечения Microsoft Windows, Microsoft Excel 2003 и пакета статистических программ - Statistic Microsoft Windows Всего проведено более 7000 исследований (рисунок 1)

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В соответствии с первой задачей проведена разработка методики криофизического капиллярного определения содержания связанной (структурированной) фазы воды*.

Согласно современным представлениям структурирование - процесс, изменения состояния воды вследствие фазового превращения, связанного с изменением ее зарядового состояния (Deshmarh Milmd M, 2004)

* Методика криофизического капиллярного определения содержания связанной (структурированной) фазы воды разработана в соавторстве с к т н А А Стехиным и к т н Г В Яковлевой

Структурированная фаза воды - метастабильные состояния воды, формируемые полиморфными льдами VI и VII, стабилизированные зарядами и микроскопическими пустотами

Измерение динамически лабильных структурных состояний воды, ответственных за процессы транспорта электронов, сопряжено с рядом приборно-методических трудностей, вызванных необходимостью использования высокочувствительной аппаратуры (например, квантовых интерферометров - СКВИДов (Шмидт ВВ, 2000)) В практическом плане более предпочтителен относительно простой криофизический метод, впервые примененный для определения свободной и связанной фаз воды Foot J, Sacston В. (1916), Bouyoucos J (1917) в биологических жидкостях В дальнейшем метод неоднократно совершенствовался (Фаращук Н.Ф, 2004) Однако все предложенные модификации криофизического метода применимы только для измерения содержания связанной воды в биологических жидкостях и тканях Использование данных методик для оценки структурных изменений в воде приводило к большой погрешности измерения Это связанно с тем, что вода представляет собой открытую и более лабильную систему, чем биологические жидкости и, следовательно, более подверженную воздействию внешних полей (среды). В основу разработанного в работе метода определения содержания структурированной фазы в воде положен известный ранее метод (Foot J, Sacston В, 1916) охлаждения исследуемых образцов воды при низких температурах (криофизический метод) В отличие от аналогичных способов для оценки содержания структурированной фазы использовались свойства структурированного состояния воды распадаться при фазовых превращениях в области низких температур с выделением газовой фракции (до -20°С - ОН ассоциат льда - VI, до -72°С - ¥tn- ассоциат льда - VII (Home R А , 1972) Данный метод оценки состояния воды применим только для измерения в ней доли структурированной воды, несущий отрицательный заряд Это связано с тем, что содержание такой фазы воды на 3 десятичных порядка выше по сравнению с долей ассоциатов с положительным знаком заряда, характеризуемых параметром ассоциации -lC (Рахманин Ю А, Кондратов В К., 2002)

Исходя из этого, в основу, принципа определения доли структурированной фракции воды было положено измерение объема выделившегося газа при распаде льда - VI (ассоциат отрицательной полярности) в процессе замораживания воды

При температуре замораживания ниже -20°С вода претерпевает полную кристаллизацию, в процессе которой ассоциированная вода распадается на лед-I (рыхлые структуры) и воздушные пузырьки, находящиеся внутри льда-1 (области прозрачного льда)

Теоретический расчет показал, что доля образующихся в воде пустот (К„) при ее замораживании составляет 0,21 0,44 для ассоциатов отрицательной полярности (ОН'(,) - ассоциат льда - VI) Микрометрическими измерениями объема воздушной полости установлено, что для одиночного

пузырька значение объема равно 15 мм3, что с учетом изменения плотности воды при ее структурировании и доли пустот в ассоциате отрицательной полярности соответствует массе воздуха в объеме полости, которая составляет 34 - 67 мкг Следовательно, величина объема газа в пустотных пространствах связанной фазы может служить параметром для оценки степени структурированности воды при ее физической обработке Объем выделенного газа пропорционален доле связанной (структурированной) воды в объеме жидкости (лУ/У)

Разница между объемом льда с газовыми включениями и объемом исходной жидкости при плотности льда-1, отнесенная к объему анализируемой пробы в капилляре, составляет относительный объем газа, выделяемого при кристаллизации воды

Отсюда содержание связанной фазы воды в капилляре ддас определяется

. 4 К - К /0 93 ,1Ч

по формуле = 2 ' , (1)

Ч ж Лп

где VI - исходный объем воды в капилляре, см3, У2 - суммарный объем льда с газовыми включениями, см3, Кж - коэффициент сжатия воздуха в структурированной фазе воды

(Кж У газа при 1атл/Угаза при 2000 атм~24,28\

К„~ =0,21 - доля пустот в объеме связанной воды Следует отметить, что объемная доля структурированной фазы воды в макроскопическом объеме и в капилляре имеют существенные отличия, что связано со значительно меньшими значениями констант ассоциации в малых объемах капилляров, зависящих от ионной силы электролита (Дерягин Б В и соав , 1989, Рахманин Ю А, Кондратов В К , 2002)

Установленное соотношение между долей ассоциированной воды в макроскопическом объеме ц°с и капилляре (диаметром 1,23мм) описывается зависимостью (2) с учетом расчетных коэффициентов для квадратичного уравнения - а=267, Ь=0,186, с=0,00012

9>а*Ш~Ъ*я:с+с, (2)

Квадратичный вид зависимости связан с изменением соотношения между долями, обусловленным нелинейным снижением ионной силы воды в капиллярах по отношению объемной фазы при высокой степени структурированности воды Максимальные значения структурированности активированной воды в макроскопическом объеме достигают значения (?")„„ = 8% при электропроводимости, равной 86ц8/см, а минимальное составляет (?;)„„ =0,074% (дистиллированная вода) С увеличением минерализации воды выше 500 мг/дм3 (электропроводимость выше 8бцБ/см) степень структурированности активированной воды снижается

Погрешность определения при использовании разработанной методики составляет ±10%

Гигиеническая оценка питьевых вод с различной степенью структурированности.

Гигиеническая оценка вод, полученных на основе различных физических технологий, проведена в двух направлениях исследование физических характеристик и анализ качества вод по органолептическим, химическим и микробиологическим показателям, выполненной в соответствии с требованиями СанПиН 2 1 4 1074-01 предъявляемым к питьевым водам

Исследования по оценке влияния физических методов кондиционирования воды на структурное и зарядовое состояние проводилось на одиннадцати водах, подвергшихся физической обработке На первом этапе исследовалось влияние различных видов обработок на структурное состояние

Тгтт

10

1 Московская водопроводная вода (МВБ)

2 МВВ с добавлением мицеллата кальция

3 МВВ, обработанная оюиосорбиионной технологией

4 МВВ, обработанная стериометрнческими матрицами

5 МВВ, обработанная электромагнитным полем

6 Вода артезианская (ВА)

7 ВА, обработанная ИК- излучением

8 ВА, обработанная технологией «Реиорм» (Россия)

9 ВА, пропущенная через алмазный порошок

10 ВА, обработанная вихревыми электромагнитными полями

Рисунок 2 - Содержание связанной фазы в московской водопроводной (А) и артезианской (Б) водах при обработке их различными физическими

технологиями

Сравнительный анализ полученных результатов (рисунок 2) показал, что физическое воздействие на воду приводит к изменению ее водородного каркаса, при этом одни технологии обработки способствуют конденсации внешних электронов в воде (повышение содержания структурированной фазы в воде), а другие - работают как акцепторы электронов, что приводит к снижению степени структурированности воды

На втором этапе исследования изучалось влияние технологий водоподготовки на различные по минеральному составу воды (МВВ 280 мг/м3, артезианская вода 500 мг/м3) (рисунок 3).

гЬ

-

О Артезианская вода

□ Московская водопроводная вода

До обработки

Воздействие ИК-излучения

Фильтрация через алмазный порошок

Рисунок 3 - Влияние различных технологий водообработки на структурированность воды в зависимости от ее минерального состава

Анализ данных, приведенных на рисунке 3, показывает, что в зависимости от минерального состава исходные воды имеют различную степень структурированности. При этом с повышением степени минерализации воды содержание структурированной фазы снижается, что связано с уменьшением доли пустот в связанном состоянии воды, а, соответственно, степени ее ассоциирования (Рахманин Ю А, Кондратов В К, 2002) Использование одной и той же технологии для обработки вод с различным показателем общей минерализации приводит к получению вод с различной степенью структурированности Так, при обработке московской водопроводной воды ИК-излучением степень структурированности возрастала ~ в 2 раза, а при обработке алмазным порошком - в 3 раза В то же время обработка артезианской воды ИК-излучением приводила к снижению степени ее структурированности на 35%, а при обработке алмазным порошком структурированность возрастала в 3,5 раза Следовательно, степень структурированности воды после обработки зависит не только от применяемой технологии, но и от ее минерального состава

Рисунок 4 - Изменение параметра структурированности воды во времени в зависимости от технологии водообработки

Вода способна как накапливать в себе энергию, так и релаксировать ее в окружающую среду Оценка стабильности структурированного состояния воды после ее обработки осуществлялась по кинетическим зависимостям изменения степени структурированности в период ее релаксации (рисунок 4)

Показано что, через 3 часа после озоно-сорбционной обработки воды содержание связанной фазы в ней возрастало в 2,4 раза, а уже через сутки этот показатель снижался в 1,2 раза В то же время вода, обработанная электромагнитным полем, наоборот, в начальный период после обработки имела относительно низкую структурированность (содержание связанной фазы воды 0,648 - 0,639%), а в течение семи суток, вследствие накопления в ней электронов из окружающей среды, ее структурная упорядоченность возрастала Это указывает на то, что физическая обработка воды, переводит ее в метастабильное состояние. Подобное изменение свойств воды связано с изменением ее зарядового состояния и соответственно степени структурированности

Исходя из того, что степень структурированности воды определяется ее зарядовым состоянием, проведено исследование изменения электрохимических параметров в зависимости от содержания связанной фазы в воде На рисунках 5, 6 приведены зависимости изменения электрохимических показателей воды от степени ее структурирования

Рисунок 5 - Зависимость величин окислительно-восстановительного потенциала (ЕЬ) и водородного показателя (рН) от степени структурированности воды

У250

й Е150

«л «й ф ф ф ф ^ ^

о? ъ? о" О- с- О- О-

Структурированность, %

Рисунок 6 - Динамика величины электропроводимости воды в зависимости от степени ее структурированности

В результате исследований установлено, что увеличение степени структурированности воды способствует повышению величин водородного показателя и электропроводимости воды (рисунок 5 и 6) при снижении ее окислительно-восстановительного потенциала (рисунок 5). Показано, что изменение степени структурированности воды приводит к дальнодействующим эффектам упорядочения кластеров, что сопровождается увеличением внутреннего давления в жидкости и снижением вязкостных характеристик воды (рисунок 7).

Рисунок 7 - Динамика влияния степени структурированности воды на ее абсолютную вязкость

На основе результатов исследования физико-химического состояния воды после ее обработки определены корреляционные зависимости между степенью структурированности воды и ее электрохимическими показателями и изменением внутреннего давления в воде, которые могут быть использованы, как дополнительные методы при оценке ее степени структурированности

Для проведения дальнейших исследований выбраны шесть вод с различной степенью структурированности приведенные в таблице 1

При оценке степени минерализации установлено, что исследованные воды имели показатель общей минерализации соответственно 500 мг/л (артезианская вода, «Ренорм», ВЭМП и АП) и 280 мг/л (МВБ и ЭМП) Данные воды характеризовались отсутствием биологического загрязнения (условно-патогенных и патогенных бактерий, вирусного и паразитарного загрязнения), низким уровнем содержания токсичных неорганических и органических соединений (ниже ПДК)

Таким образом, анализ полученных результатов показал, что все выбранные для исследования воды соответствуют гигиеническим требованиям СанПиН 2 1 4 1074-01, предъявляемым к питьевой воде

Таблица 1- Перечень вод, выбранных для дальнейших исследований

№ Исходная вода, технология водообработки Среднегодовое значение степени структурированности воды, % Вариационный показатель

Низкая степень структурированности *

1 Вода артезианская, обработанная ИК-излучением 0,480 0,06

2 Вода артезианская 0,553 0,054

3 Вода артезианская, обработанная технологией «Ренорм» (Россия) 0,631 0,037

Средняя степень структурированности

4 Московская водопроводная вода, обработанная озоно-сорбционной технологией (контроль) (MBB) 0,668 0,082

5 Московская водопроводная вода, обработанная электромагнитными полями (ЭМП) 0,701 0,075

Высокая степень структурированности

6 Вода артезианская, пропущенная через алмазный порошок (АП) 0,746 0,099

7 Вода артезианская, обработанная вихревыми электромагнитными полями (ВЭМП) 0,778 0,126

♦Деление вод на группы с низкой, средней и высокой степенью структурированности производилось условно, по отношению к контрольной воде (Московская водопроводная вода, обработанная озоно-сорбционной технологией)

В соответствии с третьей задачей изучено биологическое влияние вод с различным содержанием структурированной фракции на биотестовые культуры и организмы.

Оценка влияния вод с различной степенью структурированности и плотностью распределения связанной фазы на рост и развитие растений проводилось на тест - культуре (овес).

О Длина корней гроростков И Всхожесть семян

Рисунок 8 - Влияние питьевых вод с различной степенью структурированности воды на развитие корневой системы и всхожесть семян

овса

Полученные результаты по 5 сериям исследования (рисунок 8) выявили, корреляционные зависимости между плотностью распределения

-----1

1 * ш V Шг

-g а—

Диагазон структурированности, %

энергетических уровней, всхожестью и ростом культур. Положительное значение коэффициента корреляции для всхожести овса (0,72) наблюдалось только для степени структурированности воды 0,4...0,6%. Для остальных уровней степени структурированности отмечалось отрицательные значения данного показателя. Это указывает на то, что данная степень структурированности воды соответствует резонансному состоянию передачи энергии воды данному виду растений.

При изучении влияния биологической активности вод с различной степенью структурированности использована система тест-организмов различных трофических уровней (бактерии «Эколюм», Tetrahymena pyriformis, Daphnia magna). Полученные результаты сравнивались с контрольной водой (московская водопроводная вода, обработанная озоно-сорбционной технологией) и стандартным контролем, установленным методикой.

14000 12000 юооо 8000 6000 4000 2000 о

■ Бактерии "ЭИ0.1ИУМ " |

1

0,48 0,553 0,631

0,668 0,701 0,746 0,778 с.к К Структурированность воды, %

0,4 8 0,553 0,63 1 0,668 0.70 1 0.74 6 0,778 К

Структурированность воды, %

Рисунок 9 - Результаты биотестирования вод с различной степенью структурированности (С.К - стандартный контроль)

Установлено, что повышение (от 0,746%) и понижение (до 0,632% и ниже) содержание связанной фазы в воде приводит к достоверному изменению биологической активности вод по отношению к различным биотестовым организмам (рисунок 9), в отличие от вод, со средней степенью структурированности (0,668 и 0,701%), к которым относится и МВБ Развитие бактерий «Эколюм» лучше происходило в водах с низкой степенью структурированности (интенсивность свечения в 55 раз выше, чем в контрольной группе) и несколько хуже в водах, имевших высокие параметры структурированности (интенсивность свечения в 45 раз выше контроля) Развитие инфузорий Tetrahymena piriformis изменялось практически одинаково как в высоко-, так и низкоструктурированных водах (в 2 раза больше, чем в контроле) Аналогичные результаты получены и при тестировании исследованных вод на низших ракообразных Daphnia magna

Комплексная оценка исследованных вод показала, что воды с низкой и высокой степенью структурированности, в отличие от вод со средней степенью структурированности, благоприятно действуют на гидробионты различных уровней

Изучение биологического действия вод с измененным структурным состоянием на организм теплокровных животных.

Одним из наиболее важных разделов работы явились экспериментальные исследования по выявлению зависимостей «доза - время -эффект» при длительном воздействии вод с различной степенью структурированности на организм животных в хроническом (12 месячном) эксперименте на 120 нелинейных белых крысах (7 групп) Исследовались показатели- общего состояния организма, морфологического состава крови, биохимические показатели, характеризующие оксидантное равновесие организма (на 1-м, 3-м, б-м и 12-м месяцах потребления животными исследованных вод), морфофункциональные показатели печени и почек, цитогенетические и цитотоксические показатели клеток эпителия преджелудка (на 6-м и 12-м месяцах)

Животные находились на свободном питьевом режиме Первая группа опытных животных получала питьевую воду со степенью структурированности на уровне 0,480 %, вторая - 0,553, третья - 0,631%, пятая - 0,701%, шестая -0,746% и седьмая - 0,778% Животные группы условного контроля получали дехлорированную московскую водопроводную воду, степень структурированности, которой составляла 0,668% (четвертая группа животных)

Оценка динамики массы тела животных от степени структурированности потреблявшихся вод показала, что на двенадцатый месяц эксперимента средняя масса тела в 1-й, 3-ой, 5-ой, 6-ой, и 7-ой групп увеличилась в среднем на 308 грамм и составила 571, 543, 553, 570 и 572г соответственно. Средняя масса в контрольной группе находилась на уровне 478 г Данные отличия являются статистически значимыми (р<0,05) Средняя

масса тела экспериментальных животных во второй группе в данный период составила 506г (рисунок 10).

Fl 1 Fl *

i Г" -

I г 1 J 1

i

— - - f -- —

0.480 0,553 0,631 0,668 (к) 0,701 0,746 0,778 i

Структурированность воды, %

Рисунок 10 - Средний показатель массы тела крыс (в г), потреблявших воду с различной степенью структурированности в условиях 12 месячного хронического эксперимента (* р < 0,05 по сравнению с группой MBB)

Сравнительный анализ динамики стандартизованной величины суточного водопотребления на 100 г. массы животных, на протяжении двенадцати месяцев наблюдения позволило установить, что среднесуточное водопотребление исследуемых вод во всех группах имело сезонную зависимость (рисунок 11).

степенью структурированности животными в хроническом эксперименте (* р < 0,05 по сравнению с группой МВБ)

Водопотребление с низким уровнем структурированности воды (0,553%) было достоверно выше (на 1 и 4-й месяц эксперимента), чем высокоструктурированной (0,746%). Это вероятно, связано с адаптационным периодом привыкания животных к потреблению воды с измененными свойствами.

Изучение морфологических показателей крови животных опытных и контрольных групп (количество эритроцитов, гемоглобина, лейкоцитов, гемотокрита, среднего клеточного объема) не выявило, выраженных различий с физиологическими нормами для лабораторных животных (Трахтенберг М И, 1978). В то же время, при проведении исследований было отмечены транзиторные изменения отдельных показателей (крайние границы физиологической нормы) относительно контрольной группы животных, которые не носили систематического характера и возникали независимо от структурного состава воды

Одним из этапов проведения работы было изучение динамики интенсивности люминол-зависимой хемилюминесценции (ЛЗХЛ) сыворотки крови, служащей интегральным показателем оксидантного равновесия; активности каталазы катализирующего разложение перекиси водорода, образующейся в процессе свободнорадикального окисления Также исследовалась активность ключевого фермента пентозного цикла глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (основной источник НАДФН2), обеспечивающего биосинтетические процессы, и микросомального фермента - ацетилэстеразы (АЭ), относящегося к классу карбоксиэстераз, осуществляющих гидролиз фосфорно-эфирных связей с освобождением ацетата и принимающих участие в острой фазе воспаления Кроме того, определяли активность лизосомального фермента р-И-ацетилглюкозаминидазы, принимающего участие в процессах внутриклеточной защиты на уровне лизосом

Анализ полученных результатов выявил, что изменения показателей не носили, ни монотонного изменения эффектов во времени, ни параллельных изменений по группам Таким образом, исходя из результатов исследования влияния структурно измененной воды на изученные ферментные системы, можно предположить, что их длительное потребление не оказывает влияние на изменение активности сывороточных ферментов являющихся

неспецифическими маркерами повреждения организма и люминол-зависимой хемилюминесценции, как показателя оксидантного равновесия

Исследование динамики морфофункционального состояния печени проводилась по 9 показателям индекс альтерации гепатоцитов (%), число клеток ретикуло - эндотелиальной системы, выраженность гемодинамических сдвигов (балл), выраженность жировой дистрофии (балл), число микронекрозов (на единицу площади среза), доля паренхимы (%), доля стромы (%), доля инфильтратов и пролифератов (%) Морфофункциональный анализ почки крыс выполнялся по показателям индекс альтерации ядер эпителиоцитов почечных канальцев (%), индекс альтерации почечных клубочков (%), число гипертрофированных почечных клубочков (%) Оценка биологического влияния вод с различной степенью структурированности на организм животных по данным морфофункциональных исследований проведена по среднегрупповым значениям исследованных показателей на каждый срок обследования методом ранжирования Результаты оценки

морфофункциональных показателей представлены на рисунке 12 и13

0,553 0.631 0,668 (к) 0,701 Структурированность волы,'

0746

£3 6 месяцев

водопотребления □ 12 месяцев водопотребления

Рисунок 12 - Суммарный ранг исследованных показателей печени животных, потреблявших воду с различной степенью структурированности в хроническом эксперименте (6 и 12 месяцев)

0,553 0,631 0,668 (К) 0,701 0,746

Структурированность воды. %

0,778

■ б месяцев

водопотребления □ 12 месяцев водопотребления

Рисунок 13 - Суммарный ранг исследованных показателей почек животных, потреблявших воду с различной степенью структурированности в хроническом эксперименте (6 и 12 месяцев)

Анализ результатов приведенных на рисунке 12 и 13, показывает, что изменения возникали при потреблении вод в течение 6 месяцев как с низкой степенью (0,480%), так и с высокой степенью структурированности (0,778%). Увеличение времени потребления экспериментальных вод до 12 месяцев выявило, что только воды, имеющие среднюю степень структурированности не оказали влияния на морфофункциональное состояние печени опытных животных. В то время как наиболее выраженные негативные морфофункциональные изменения в исследованных органах наблюдались при годовом потреблении экспериментальных вод с крайними (0,480% и 0,778%) значениями степени структурированности.

Изменение состояния иммунологической реактивности является одним из ранних и чувствительных показателей влияния на организм факторов окружающей среды, в том числе такого фактора малой интенсивности, каким является питьевая вода. В подостром эксперименте проведена сравнительная

оценка способности к синтезу специфических 1§0-антител в сыворотке крови иммунизированных (раствором бычьего сывороточного альбумина - БСА, внутрибрюшинно) лабораторных животных (белые мыши линии Ва1Ь/з), длительно (в течение 8 недель) потреблявших воды с различной степенью структурированности

Структурированность] воды % ,

Одень вдень 21 день Дни от начала нммуниэации

-О 480

-0 553

-0 631

0 668

-0 701

-0 746

-0 778

- интаетные животные

Рисунок 14- Динамика титра специфического в сыворотке крови экспериментальных животных, при иммунизации их белковым агентом, в зависимости от степени структурированности потребляемых вод

Анализ полученных данных (рисунок 14) по изучению влияния вод с различной степенью структурированности на способность к синтезу специфическго позволил установить, что все исследованные образцы воды обладали иммуномодулирующими свойствами По двум точкам активного иммуногенеза (8 и 21 день) можно отметить тенденцию к иммунодепрессивному эффекту у вод с низкой (0,553%) и высокой (0,746 и 0,778%) структурированностью, а воды со структурированностью 0,480, 0,631 и 0,701% обладали незначительным иммунокоррегирующим эффектом (уровень концентрации перед введением БСА был значительно ниже, чем в других исследованных группах) Отмеченное выше свидетельствует о том, что длительное потребление указанных вод неоднозначно влияет на гуморальное звено иммунного ответа

Изучение влияния вод с различной степенью структурированности на неспецифические факторы защиты организма, по активности лизоцима в сыворотке крови Анализ данных активности лизоцима в сыворотке крови крыс (рисунок 15) показал, что наибольшее и достоверное повышение активности наблюдалось при потреблении животными воды с низкой степенью структурированности (0,480, 0,553 и 0,631%), активность данного неспецифического фактора резистентности иммунной системы опытных животных находилось в обратно-пропорциональной зависимости от степени структурированности потребляемой воды

Рисунок 15 - Активность лизоцима в сыворотке крови опытных животных, потреблявших воды с различной степенью структурированности в течение 12 месяцев (* р < 0,05 по сравнению с группой MBB по критерию t)

Возможность цитогенетического и цитотоксического действия вод с различной степенью структурированности изучена по следующим показателям, микроядра и протрузии, атипичная форма ядра, два ядра, кариопикноз, кариорексис, кариолизис эпителиоцитов слизистой оболочки преджелудка нелинейных белых крыс

Как видно из таблицы 2, при длительном (6 месяцев) потреблении воды со степенью структурированности 0,631% наблюдалось достоверное увеличение (в 2 раза) количества клеток с кариопихнозом и снижение (в 2,4 раза) числа клеток с кариорексисом Отмечалась тенденция к понижению суммарного цитогенетического показателя При более длительном (12 месяцев) потреблении воды с данной структурированностью увеличивался показатель «цитогенетические нарушения» У животных, получавших воду с высокой (0,746 и 0,778%) степенью структурированности, на 6-м месяце эксперимента, отаечалось достоверное повышение цитогенетических и цитотоксических показателей (атипичной формы ядра)

Таблица 2 - Показатели состояния ядра эпителиальных клеток в преджелудке белых нелинейных крыс после потребления ими воды с различной степенью структурированности в течение 6 месяцев

Структур эксперимент вод, % Частота клеток с разным состоянием ядра, в %о (М±ш)

Цитогенетические 1 Атипичная нарушения | форма ядра Пикноз ядра Рексис ядра Лизис ядра

б месяцев

0,480 3,4 ±0,71 3,00±1,79 13,40±2,09 2,20±0,58 74,60±18,39

0,553 2,80 ±0,80 8,20 ±1,53* 13,40 ±4,00 2,00 ±0,45 87,80 ±27,37

0,631 1,50 ± 0,65 2,75 ±0,85 28,75 ± 1,18* 1,25 ±0,75 48,50 ±12,17*

0,668 (к) 3,50 ±2,84 2,75 ±0,85 15,75 ±1,93 2,25± 1,03 116,75±24,56

0,701 3,60 ± 1,36 5,20 ±1,32 12,00 ±4,43 2,00 ± 1,30 38,00 ±9,53*

0,746 10,60 ±5,91 11,4 ± 1,57* 17,40± 3,94 10,8 ±3,95 110,20±37,42

0,778 6,00 ± 2,24 9,20 ±2,60* 13,60 ±2,04 1,40 ±0,51 95,00 ± 39,42

12 месяцев

0,480 3,00± 0,52 13,67*5,06 15,67 ±4,43 5,17 ±3,03 432,50 ±134,73

0,553 3,50 ±0,67 10,33 ±1,96 14,83 ±3,46 2,17 ± 1,05 339,50± 98,16

0,631 6,17± 1,25* 11,17 ±3,73 16,33 ±3,42 2,67 ± 0,99 346,83± 112,38

0,668 (к) 2,67 ±1 ДО 9,50*2,50 14,00 ±2,89 733 ± 2,56 160,83± 9,94

0,701 4,00 ±1,10 8,17 ±1,49 19,33 ±7,37 0,50 ±0,22* 111,33± 4,67

0,746 4,00 ±0,63 9,83 ±2,37 17,67 ±5,14 3,00 ± 1,24 525,17± 329,89

0,778 5,67 ±1,31 18,17 ±6,78 11,50 ±2,60 1,33 ±0,95* 262,50± 64,42

* р < 0,05 по сравнению с группой 0,668 (контроль) по критерию Манна - Уитни

Как видно, практически все, исследованные структурно измененные воды в разной степени оказывали определенное действие на цитотоксические показатели эпителиальных клеток преджелудка Наиболее выраженный эффект наблюдался у вод со степенью структурированности, 0,631, 0,701 и 0,746% через 6 месяцев потребления вод.

Полученные данные, указывают на влияние резонансной передачи энергии из водной среды которая оказывает воздействие на отдельные процессы развития клетки, что показано в работах (Кольман ЕВ 2001) по изучению колебательных движений молекулярных водных структур и излучения ими сверхслабых радиоволн на строго определенных, резонансных частотах миллиметровых и дециметровых длин волн Эти волны выполняют в организме коммуникационно-корректирующую функцию и являются одним из глубинных элементов гомеостаза (Петросян В И, Синицын H И, Ёлкин В.А ,2001)

Схема механизма влияния структурированной фазы воды на метаболические процессы в клетке.

На основании теоретических представлений о взаимодействии электромагнитных вихрей в связанных состояниях воды, в работе предложена схема возможного механизма биологического действия активированных вод на клеточный метаболизм, приведенная на рисунке 16.

Рисунок 16 - Схема транспорта электронов из окружающей среды через воду на мембрану

ф, и ф2 - квант магнитного потока, и ^ - переносимый заряд (п-2е")

Согласно данному механизму перенос электронов активированной водой на биообъекты и обратно осуществляется посредством дальнодействующего электромагнитного взаимодействия волновых пакетов

электронов в системе «вода - биообъект» Для осуществления транспорта электронов необходимо наличие в надмолекулярных структурах биосистем парамагнитных центров (мест «посадки» электронов), градиента макроскопического электрического потенциала и резонансного состояния энергетических уровней электронов на доноре и акцепторе, приводящего к снижению потенциального барьера до величины, позволяющей реализовать донорно - акцепторное взаимодействие электронов Перенос электронов от активированной воды на биообъект имеет коллективный («пакетный») характер Конденсация заряда осуществляется в связанных состояниях клеточной жидкости в примембранной области на ее парамагнитных центрах в виде ион-радикалов Последующий транспорт электронов в процессе клеточного метаболизма происходит вследствие их туннельного переноса (рисунок 17) в резонансном состоянии сопряженных структур воды с активными центрами клеточных ферментов, приводя к повышению или снижению их каталитической активности

фаза акцептора (донора), Д|, Дг - энергетические уровни электронов, еУ - энергия внешней поляризации

Рисунок 17 - Схема туннелирования сверхтекучих электронов между сверхроводящими фазами

Предлагаемый механизм коллективного транспорта электронов от активированной воды к клетке может быть использован для описания энергоинформационных взаимодействий при биохимических процессах периодической активации клеточного метаболизма, так как в основе электронного переноса в этих процессах лежит пространственно-временное подобие электромагнитных вихрей

Выводы:

1 Разработанная криофизическая капиллярная методика определения содержания связанной (структурированной) фазы воды в диапазоне 0,012 8 % от общего объема с погрешностью определения, не превышающей 10%, может использоваться в качестве одного из методов анализа при оценке воды

2 Обобщение результатов, полученных с использованием криофизического метода вод, обработанных различными технологиями на основе физических методов, показало, что доля структурированной фракции изменяется в диапазоне от 0,074 до 8% не только в зависимости от используемой технологии, но и от уровня общей минерализации исходной воды

3 Выявлены зависимости изменения структурного и электрохимического состояния вод после обработки их технологиями на основе различных физических методов (электромагнитное излучение, магнитная обработка, инфракрасное излучение, фильтрация через углеродные материалы,

вихревые электромагнитные поля)- увеличение содержания структурной (связанной) фракции в обработанных водах сопровождается повышением водородного показателя и электропроводимости при одновременном снижении окислительно-восстановительного потенциала и вязкости воды, что может быть использовано в качестве дополнительных методов контроля степени структурированности воды

4. Интегральная оценка биологической активности вод с различной степенью структурированности по данным биотестирования на различных тест

- системах, показала, что положительное значение коэффициента корреляции для всхожести овса (0,72) наблюдается для степени Структурированности воды 0,4 0,6%. Воды с высокой и низкой степенью структурированности достоверно (р<0,05) увеличивали интенсивность свечения биосенсоров в течение 96 часов, а также генеративную функцию инфузорий Tetrahymena pyriformis и выживаемость низших ракообразных Daphnia magna (в течение 96 часов) по сравнению с контрольной водой

5. В экспериментальных исследованиях с учетом зависимости «доза-время-эффект» установлено, что длительное потребление теплокровными животными питьевых вод с различной степенью структурированности приводило к изменениям морфофункциональных характеристик (печень, почки) при потреблении вод как с низкой степенью структурированности (0,480% - через 6 и 12-месяцев; 0,553 и 0,631% - только через 12-месяцев), так и с высокой (0,778% - через 6 и 12 месяцев, 0,746% - только через 12 месяцев). Однако наиболее выраженные морфофункциональные изменения в печени наблюдаются при длительном (годовом) потреблении воды с наиболее высокой и низкой степенью структурированности

6. Установлено, что при снижении степени структурированности на цитогенетические и иммунологические показатели оказывает влияние не среднее значение изменения структурного состояния воды, а резонансные изменения в ее энергетическом состоянии. Так, воды со степенью структурированности 0,480 и 0,631% оказывали стимулирующее действие на различные звенья иммунного ответа, а со степенью структурированности 0,553% - иммунодепрессивное В то же время, при потреблении воды со степенью структурированности 0,631% не более 6 месяцев, наблюдалось благоприятное воздействие на суммарный показатель цитогенетических характеристик Аналогичная зависимость установлена для вод с высокой степенью структурированности, которые оказывали определенное влияние на клеточную кинетику, при 12- месячном потреблении и модифицировали иммунный ответ в сторону депрессии (3 и 12 месяцев водопотребления)

7. Сформулирован возможный механизм влияния структурированной фазы воды на метаболические процессы в клетке, учитывающий современные теоретические представления о взаимодействии электромагнитных вихрей в связанных состояниях воды Предложенный механизм коллективного транспорта электронов может быть использован для описания пространственно

- временных особенностей протекания биохимических процессов в клеточных структурах

Список работ опубликованных по теме диссертации

В изданиях рекомендованных ВАК

1 Савостикова О Н.. Стехин А А, Яковлева Г В , Михайлова Р И, Кирьянова Л Ф Оценка содержания структурированной фазы воды криофизическим методом /Гигиена и санитария, 2007 - №6 - С 46-50

2 Савостикова О Н. Стехин А А , Яковлева Г В , Михайлова Р И, Кирьянова ЛФ Определение структурированности воды криофизическим методом Вестник Санкт-Петербуржской ГМА им И И Мечникова № 3 - 2007 - С

В материалах и сборниках конгрессов, симпозиумов и научно -

практических конференций, в том числе международных

3 Хрипач Л В , Князева Т Д, Коганова 3 И, Фадеева И И, Солнцева Н В, Сковронский А Ю , Савостикова О Н. Михайлова Р И Влияние содержания дейтерия в питьевой воде на биохимические показатели \ сыворотки крови крыс в хроническом эксперименте // УП-й Междунар конгресс «Вода Экология и технология»,-Тез докл - Москва, 30 мая-2 июня 2006г - С 1026-1027

4 Савостикова О Н Фаращук Н Ф, Теленкова О Г , Панчеико Е О Влиянием различных физических воздействий на структуру воды // УИ-й Междунар конгресс «Вода- Экология и технология» - Тез докл - Москва, 30 мая-2 июня 2006г.-С 1024-1025

5 Рахманин Ю А, Стехин А А, Яковлева Г В , Савостикова О Н Роль организующей фазы в надмолекулярном строении жидкости // П-й Междунар симпозиум «Экология человека и медико-биологическая безопасность населения» - Тез докл. - Бенидорм, 23-29 октября 2006 года -С. 99-103

6 Савостикова О Н.. Стехин А А , Яковлева Г В Влияния структурирования воды на ее электрохимические и физикохимические показатели // П-й Междунар симпозиум «Экология человека и медико-биологическая безопасность населения» - Тез докл, - Бенидорм, 23-29 октября 2006 года -С. 113-115

7 Стехин А А, Яковлева Г В, Савостикова О Н Состояния электронов в водных средах // П-й Междунар симпозиум «Экология человека и медико-биологическая безопасность населения» - Тез докл - Бенидорм, 23-29 октября 2006 года - С 129-131

8. Стехин А.А., Савостикова О Н. Каменецкая Д Б Физические основы активации воды и пищевых продуктов в вихревых электромагнитных полях // Международная научно - практическая конференция «Биотехнология Вода и пищевые продукты» - Материалы 11-13 марта 2008г, Москва -С

9 Стехин А А, Савостикова О Н, Кречетникова А Н Влияние активированных состояний воды на ферментативный гидролиз клетчатки.// Международная научно - практическая конференция «Биотехнология Вода и пищевые продукты» - Материалы 11-13 марта 2008г, Москва -С 289-290

10 Стехин А А , Савостикова О Н, Кочеткова М Г Влияние высокочастотного (СВЧ) - облучения на биологическую ценность пищевых продуктов // Международная научно - практическая конференция «Биотехнология Вода и пищевые продукты» - Материалы 11-13 марта 2008г, Москва -С 280-281

278-279

Отсчйтпмо в ООО "Фирме Блок" Подписано в печаль 2008 г.

Тираж 100 экземпляров

В последние годы в гигиене питьевых вод, наряду с дальнейшим развитием работ по гигиеническому регламентированию химического и биологического загрязнения, все большую актуальность приобретают исследования, связанные с проблемой гигиенической оценки физических способов водоподготовки, которые изменяют структурное и энергетическое состояние воды [1-8].

Согласно современным представлениям биологически значимой компонентой воды является так называемая связанная или структурированная вода [9, 6, 10], которая способна концентрировать в себе электроны из окружающей среды в процессе ее физической обработки. В исследованиях ряда авторов было показано, что изменение физических параметров воды может приводить к изменению метаболических процессов в организме [11-13] и искажению структуры белковых [14, 15]. Потребление структурированной воды способствует повышению проницаемости клеточных мембран желудочно-кишечного тракта и активности гистоминазы в тканях печени и кишечника [16], а длительное потребление деструктурированной воды приводит к усилению гипацидного состояния и анафилактических реакций в организме [11]. Однако дозированное потребление вод с измененной структурой оказывает положительное влияние на показатели иммунореактивности организма, состояние липидного и углеводного обмена [17, 18].

Вместе с тем в настоящее время в системе контроля качества и безопасности питьевой воды отсутствует методическая база, позволяющая учитывать структурные и энергетические изменения в воде, полученной с использованием физических методов водообработки, и не определены приоритетные нормативные показатели, оценивающие ее биологическую активность. Введение таких показателей выдвигает необходимость решения ряда приборно-методических проблем, связанных с разработкой методов оценки структурных и энергетических параметров воды, прошедшей соответствующую обработку.

Учитывая вышеизложенное, целью работы явилась гигиеническая оценка вод с различным содержанием связанной фазы по физико-химическим показателям и биологическому действию. Для ее достижения сформулированы следующие задачи:

1. Разработка метода определения содержания связанной (структурной) фазы в воде.

2. Гигиеническая оценка качества питьевых вод, полученных с использованием различных физических методов, по физико-химическим, органолептическим, микробиологическим, паразитологическим и радиологическим показателям.

3. Изучение влияния питьевых вод с различным содержанием структурированной фазы на биотестовые организмы.

4. Изучение биологического действия вод с различным содержанием структурированной фазы на организм теплокровных животных в условиях подострого (на модели иммунизации животных белковым агентом) и хронического экспериментов.

Научная новизна работы. Показано, что в зависимости от технологии обработки одной и той же по уровню минерализации воды содержание в ней структурированной фазы может изменяться в пределах от 0,074 до 8 %. При этом обработка различных по минеральному составу вод с использованием одной технологии также приводит к различным изменениям в содержании структурированной фазы воды. Установлено, что в зависимости от минерального состава исходной воды и технологии обработки стабильность содержание структурированной фракции в обработанных водах может иметь разнонаправленную динамику (в сторону повышения или понижения).

Установлено, что повышение (более 0,778%) и понижение (менее 0,553%) содержания связанной фазы в воде приводит к достоверному изменению биологической активности вод по отношению к различным биотестовым организмам.

В экспериментальных исследованиях с учетом зависимости «доза — время - эффект» показано, что повышение содержания связанной фазы в воде при длительном ее потреблении теплокровными животными приводит к изменениям морфофункциональных, специфических иммунологических и цитогенетических показателей.

Предложена схема механизма влияния структурированной фазы воды на метаболические процессы в клетке, основанная на теоретических представлениях о взаимодействии электромагнитных вихрей в связанных состояниях воды.

Практическая значимость работы. Разработан криофизический капиллярный метод оценки содержания связанной (структурированной) фазы в воде с погрешностью определения не превышающей 10%. Разработанная методика внедрена в практику в виде методических рекомендаций.

Внедрение результатов. Результатов исследований приведенные в работе использованы для разработки проекта методических рекомендаций по контролю структурного и энергетического состояния воды при обработке ее различными физическими технологиями.

выводы

1. Разработанная крнофнзическая капиллярная методика определения содержания связанной (структурированной) фазы воды в диапазоне 0,012.8 % от общего объема с погрешностью определения, не превышающей 10%, может использоваться в качестве одного из методов анализа при оценке воды.

2. Обобщение результатов, полученных с использованием криофизического метода вод, обработанных различными технологиями на основе физических методов, показало, что доля структурированной фракции изменяется в диапазоне от 0,074 до 8% не только в зависимости от используемой технологии, но и от уровня общей минерализации исходной воды.

3. Выявлены зависимости изменения структурного и электрохимического состояния вод после обработки их технологиями на основе различных физических методов (электромагнитное излучение, магнитная обработка, инфракрасное излучение, фильтрация через углеродные материалы, вихревые электромагнитные поля): увеличение содержания- структурной (связанной) фракции в обработанных водах сопровождается повышением водородного показателя и электропроводимости при одновременном снижении окислительно-восстановительного потенциала и вязкости воды, что может быть использовано в качестве дополнительных методов контроля степени структурированности воды.

4. Интегральная оценка биологической активности вод с различной степенью структурированности по данным биотестирования на различных тест - системах, показала, что положительное значение коэффициента корреляции для всхожести овса (0,72) наблюдается для степени структурированности воды 0,4.0,6%. Воды, с высокой и низкой степенью структурированности достоверно (р<0,05) увеличивали интенсивность свечения биосенсоров в течение 96 часов, а также генеративную функцию инфузорий Tetrahymena pyriformis и выживаемость низших ракообразных Daphnia magna (в течение 96 часов) по сравнению с контрольной водой.

5. В экспериментальных исследованиях с учетом зависимости «доза-время-эффект» установлено, что длительное потребление теплокровными животными питьевых вод с различной степенью структурированности приводило к изменениям морфофункциональных характеристик (печень, почки) при потреблении вод как с низкой степенью структурированности (0,480% - через 6 и 12-месяцев; 0,553 и 0,631% - только через 12-месяцев), так и с высокой (0,778% - через 6 и 12 месяцев, 0,746% - только через 12 месяцев). Однако наиболее выраженные морфофункциональные изменения в печени наблюдаются при длительном (годовом) потреблении воды с наиболее высокой и низкой степенью структурированности.

6. Установлено, что при снижении степени структурированности на цитогенетические и иммунологические показатели оказывает влияние не среднее значение изменения структурного состояния воды, а резонансные изменения в ее энергетическом состоянии. Так, воды со степенью структурированности 0,480 и 0,631% оказывали стимулирующее действие на различные звенья иммунного ответа, а со степенью структурированности 0,553% - иммунодепрессивное. В то же время, при потреблении воды со степенью структурированности 0,631% не более 6 месяцев, наблюдалось благоприятное воздействие на суммарный показатель цитогенетических характеристик. Аналогичная зависимость установлена для вод с высокой степенью структурированности, которые оказывали определенное влияние на клеточную кинетику, при 12- месячном потреблении и модифицировали иммунный ответ в сторону депрессии (3 и 12 месяцев водопотребления).

7. Сформулирован возможный механизм влияния структурированной фазы воды на метаболические процессы в клетке, учитывающий современные теоретические представления о взаимодействии электромагнитных вихрей в связанных состояниях воды. Предложенный механизм коллективного транспорта электронов может быть использован для описания пространственно - временных особенностей протекания биохимических процессов в клеточных структурах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании литературного анализа установлено, что под воздействием физических методов кондиционирования вода способна изменить свои электрохимические и структурные характеристики. Подобные изменения в состоянии воды отражаются на ее биологической активности, что при ее потреблении приводит к изменению функциональной активности органов и систем организма. Воздействие структурно - измененной воды на организм способствует искажению структурных характеристик белковых молекул и, соответственно, нарушению метаболических процессов [17, 25— 30 и др.].

В- этой связи при гигиенической оценки воды, прошедшей физико-химическую водоподготовку, необходимо учитывать не только химические, радиологические и микробиологические показатели, но и ее структурно-энергетическое состояние. Однако настоящее время в системе контроля качества и безопасности питьевой воды отсутствует методическая база, позволяющая1 учитывать структурные и энергетические изменения в воде, и не определены приоритетные нормативные показатели, оценивающие ее биологическую активность. В то же время введение таких показателей вызывает необходимость создания простых и высокочувствительных методов их оценки.

Существующие в настоящее время методы оценки структурного состояния биологических жидкостей (кровь, плазма и т.д.) оказались непригодными для оценки подобных состояний в воде. В связи с этим нами в ходе выполнения работы была разработана методика оценки структурных изменений в воде, в основу которого положен криофизический метод анализа [130]. В отличии от известных методик в разработанном способе определения содержания структурированной фазы, в воде определяется по объему выделенного газа при фазовых превращениях в области низких температур в процессе замораживания. Методика обеспечивает возможность оценки структурных изменений в воде по средним и вариационным показателям, что позволяет определять не только структурные характеристики воды, но и плотность распределения связанных фаз в объеме жидкости. Точность определения структурных параметров воды разработанным методом составляет 5% по средним значениям и 12% по вариационному показателю.

В качестве объектов исследования изучались воды, обработанные различными физическими методами, с измененным структурным состоянием приготовленные на основе московской водопроводной воды и артезианской воды. Исследование возможности изменения биологических свойств воды с измененным структурным состоянием проводилось на различных биотестовых организмах и лабораторных животных.

Исследованиями зависимости структурных изменений в воде от ее зарядового состояния показано, что повышение водородного показателя (рН) и электропроводимости при снижении ее окислительно - восстановительного потенциала (Eh) способствует увеличению степени ее структурированности и, наоборот при снижение рН и электропроводимости при повышение Eh приводит к реструктуризации водного каркаса. Это указывает на то, что в процессе физической обработке происходит отбор или допирование электронов в воду, что отражается в изменении ее зарядового состояния, а соответственно, степени структурированности воды. Следовательно электрохимические показатели воды служат оценкой ее зарядового состояния.

Проведенная оценка влияния физической обработки воды на степень изменения ее структурированности показал, что помимо технологии обработки на значение параметра структурированности оказывает влияние минеральный состав обрабатываемой воды.

Оценкой динамики стабильности структурного состояния воды установлено, что в зависимости от используемой технологии кондиционирования после обработки вода может как набирать электроны из окружающей среды тем самым повышая свои структурные показатели (акцепторные свойства), так и допировать избыточную энергию в окружающую среду с понижением степени структурированности (донорные свойства).

Гигиеническая оценка качества вод, обработанных различными видами физических воздействий, проведена на шести водах с различной степенью структурированности с учетом требований нормативных документов РФ: СанПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» и показала, что все выбранные для исследования воды относятся к питьевым.

Изучением влияния вод с различной степенью структурированности и плотностью распределения связанной фазы на рост и развитие растений (тест - культуре, овес), проведенном по 5 сериям исследования, выявлено, что низко структурированные воды (0,553, 0,631) и 0,701% стимулировали развитие корневой системы семян (длина корней проростков на 20%^ больше по сравнению с контролем) и всхожесть семян (0,553 и 0,631%). Также получена корреляционная ' зависимость, которая показывает, что' положительное значение коэффициента корреляции для всхожести овса (0,72) наблюдается только для степени структурированности воды 0,4.0,6%, что указывает на резонансный характер в системе «вода - тест-культура».

Исследование биологической активности вод с различной степенью структурированности проводилось также на тест-организмах различных трофических уровней (бактерии «Эколюм», Tetrahymena pyriformis, Daphnia magna). Установлено, что повышение (от 0,746%) и понижение (до 0,632% и ниже) содержание связанной фазы в воде приводит к достоверному изменению биологической активности вод по отношению к различным биотестовым организмам, в отличие от вод со средней степенью структурированности (0,668 и 0,701%), к которым относится и МВВ. Развитие бактерий «Эколюм» лучше происходило в водах с низкой степенью структурированности (интенсивность свечения в 55 раз выше, чем в контрольной группе) и несколько хуже в водах, имевших высокие параметры структурированности (интенсивность свечения в 45 раз выше контроля). Развитие инфузорий Tetrahymena pyriformis изменялось практически одинаково как в высоко-, так и низкоструктурированных водах (в 2 раза больше, чем в контроле). Аналогичные результаты получены и при тестировании исследованных вод на низших ракообразных Daphnia magna.

Одним из наиболее важных разделов работы явились экспериментальные исследования по выявлению зависимостей «доза — время - эффект» в результате длительного воздействия вод с различной степенью структурированности на организм теплокровных животных. В хроническом эксперименте (12 месяцев) на 120 нелинейных белых крысах (7 групп), которые потребляли воду со степенью структурированности от 0,5 - 0,8%, при этом каждая группа животных запаивалась водой с только определенной' структурированности. Животные группы условного контроля пили дехлорированную московскую водопроводную воду. Результатами, оценки установлено, что показатели общего состояния организма, морфологического состава' крови, динамики исследованных ферментов соответствовали физиологическим нормам и варьировали в пределах сезонных колебаний. Были отмечены незначительные транзиторные изменения^ отдельных показателей относительно контрольной группы животных.

Оценка биологического влияния вод с различной степенью структурированности на организм животных по данным морфофункциональных исследований проведена по среднегрупповым значениям исследованных показателей на каждый срок обследования. Анализ результатов показывает, что изменения возникают при потреблении вод в течение 6 месяцев как с низкой степенью структурированности (0,480%), так и с высокой степенью структурированности (0,778%). Увеличение времени потребления- экспериментальных вод до 12 месяцев выявило, что только воды, имеющие среднюю степень структурированности, не оказали влияния на морфофункциональное состояние печени опытных животных. В то время как наиболее выраженные негативные морфофункцио.нальные изменения в исследованных органах наблюдались при годовом потреблении экспериментальных вод с крайними (0,48% и 0,778%) значениями степени структурированности.

Изучение изменение состояния иммунологической реактивности проведена в подостром эксперименте по способности к синтезу специфических IgG-антител в сыворотке крови иммунизированных (раствором бычьего сывороточного альбумина - БСА, внутрибрюшинно) лабораторных животных (белые мыши линии Balb/s), длительно (в течение 8 недель), потреблявших воды с различной степенью структурированности. По двум точкам активного иммуногенеза отмечена тенденция к иммунодепрессивному эффекту у вод с низкой (0,553%) и высокой (0,746 и 0,778%) структурированностью, а воды со структурированностью 0,480, 0,631 и 0,701% обладают незначительным иммунокоррегирующим эффектом.

Оценкой влияния вод с различной степенью структурированности на неспецифические факторы защиты организма по активности лизоцима в сыворотке крови, проведеной в хроническом эксперименте на белых крысах в условиях свободного водопотребления^ установлено, что достоверное повышение активности лизоцима наблюдалось при потреблении животными воды с низкой степенью структурированности (0,480, 0,553 и 0,631%).

Изучением цитогенетического и цитотоксического действия вод с различной степенью структурированности по следующим показателям: микроядра и протрузии, атипичная форма ядра, два ядра, кариопикноз, кариорексис, кариолизис эпителиоцитов слизистой оболочки преджелудка нелинейных белых крыс (через 6 и 12 месяцев) показано, что все исследованные воды в разной степени оказывали неблагоприятное действие на изученные показатели. Наиболее выраженный эффект наблюдался у вод со степенью структурированности, 0,631, 0,701 и 0,746% через 6 месяцев потребления вод.

Полученные данные указывают на влияние резонансной передачи энергии из водной среды, которая оказывает воздействие на отдельные процессы развития клетки, что показано в работах [118, 171] по изучению колебательных движений молекулярных водных структур и излучения ими сверхслабых радиоволн на строго определенных резонансных частотах миллиметровых и дециметровых длин волн. Эти волны выполняют в организме коммуникационно-корректирующую функцию и являются одним из глубинных элементов гомеостаза [127].

На основании^ теоретических представлений о взаимодействии электромагнитных вихрей в связанных состояниях воды в работе предложена1 схема механизма биологического действия активированных вод на клеточный метаболизм: Согласно данному механизму- перенос электронов активированной водой на биообъекты и обратно осуществляется посредством дальнодействующего электромагнитного взаимодействия волновых пакетов, электронов в системе «вода - биообъект». Для осуществления транспорта электронов необходимо* наличие в надмолекулярных' структурах биосистем парамагнитных центров (мест «посадки» электронов), градиента макроскопического электрического потенциала и резонансного состояния энергетических уровней электронов на доноре и акцепторе, приводящего к снижению потенциального барьера до величины, позволяющей реализовать донорно — акцепторное взаимодействие электронов. Перенос электронов от активированной воды, на биообъект имеет коллективный («пакетный») характер. Конденсация заряда осуществляется- в связанных состояниях клеточной жидкости в примембранной области на ее парамагнитных центрах в виде ион-радикалов.