III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СОСТАВ ПАТОГЕННОЙ И НЕПАТОГЕННОЙ МИКРОФЛОРЫ ВОЗДУХА
Тинаева Р.Ш., Алтухова С.А.
Автор работы награжден дипломом победителя первой степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


ВВЕДЕНИЕ

Актуальность: большое влияние на здоровье и самочувствие человека оказывает качество воздуха. В мегаполисах воздух сильно отличается по своему составу от естественного, в местах большого скопления людей повышается содержание микроорганизмов, пыли и прочих посторонних частиц, что может приводить к заболеваниям у людей. Поэтому важно знать о состоянии воздуха в тех помещениях, где мы находимся большее количество времени.

Цель: провести исследование микрофлоры воздуха в школьных помещениях в течение учебного дня методом осаждения.

Объект: воздушная среда школьных помещений.

Предмет: влияние физических факторов на вредную микрофлору и качество воздуха.

Задачи:

  • изучить научно-литературные источники по теме исследования;

  • взять пробы воздуха для определения его чистоты;

  • провести наблюдение за процессом роста бактериальных колоний, выполнить расчеты по результатам эксперимента;

  • разработать предложения по улучшению состояния воздушной среды в школе.

Практическая значимость: применение различных физических факторов для снижения концентрации патогенной микрофлоры, профилактики заболеваний и улучшения качества воздуха.

Методы: изучение литературы, эксперимент, анализ, синтез.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

  1.  
    1. Микрофлора воздуха

Микрофлора – совокупность микроорганизмов обитающих в какой-либо естественной среде. Различают патогенную и непатогенную микрофлору.

Патогенная микрофлора – естественные обитатели различных биотопов организма человека, вызывающие заболевания.

Непатогенная микрофлора – естественные обитатели различных биотипов организма человека, не вызывающие заболевания.

Видовой состав микрофлоры воздуха определяется местными источниками загрязнения, в первую очередь поступлением пыли с почвы. Основную массу микробов воздуха составляют сапрофитные виды.

Чаще из воздуха выделяют: семейство кишечных бактерий, стафилококки, плесневые грибы.

Семейство кишечных бактерий широко распространено в природе, они обитают в кишечнике человека и животных. Кишечную палочку относят к санитарно-показательным микроорганизмам.

Стафилококки имеют форму круглых шаров диаметром 0,6 – 1 мкм, которые располагаются кучками, напоминающими виноградные гроздья. Стафилококки широко распространены во внешней среде. Они являются нормальными обитателями кожи и слизистых оболочек человека.

Плесневые грибы, находящиеся в воздухе помещений, оказывают разнообразное воздействие на здоровье человека. Плесневые грибы (их споры и фрагменты мицелия) помимо инфекционного и токсического действия на организм человека, могут провоцировать развитие аллергических реакций. Споры и частицы мицелия проникают в дыхательные пути человека, провоцируют развитие аллергических реакций как немедленного, так и замедленного, клеточного типов.

  1.  
    1. Влияние физических факторов на микрофлору воздуха

Влажная уборка, проводимая в кабинете значительно снижает количество микробов в воздухе.

Но многие микроорганизмы, которые способны вызвать различные заболевания (вирусы, микробы, грибки) могут пребывать в воздухе во взвешенном состоянии.

Сегодня кварцевые лампы имеют широкое применение и используются для обеззараживания:

  • воздуха;

  • любых поверхностей помещений: столы, шкафы, подоконники и т.д.;

  • воды;

  • одежды и различных предметов.

Такое широкое применение кварцевая продукция, как средство обеззараживания помещений, приобрела благодаря ультрафиолетовому излучению.

С развитием технологий удалось выяснить, что обеззараживающее действие на самом деле оказывает ультрафиолетовое излучение.

УФ-излучение, воздействуя на патогенную микрофлору, вызывает у нее разрушение молекул ДНК, нарушения в клеточном синтезе и дыхании, что в конечном итоге приводит к ее гибели.

Обеззараживающие действие такого рода светильники оказывают на следующие группы микроорганизмов:

  • вирусы;

  • споры;

  • бактерии;

  • грибки.

Кварцевые лампы, излучающие ультрафиолетовые лучи, способны эффективным образом бороться с развитием патогенных микроорганизмов в любых типах помещений.

На сегодняшний день существуют натуральные эфирные масла, которые обладают антибактериальными и антисептическими свойствами, пользуются большой популярностью, так как они эффективно уничтожают бактерии, препятствуя их размножению.

Существуют различные антибактериальные эфирные масла, каждое из которых эффективно по-своему и обладает множеством дополнительных свойств, помимо антибактериального действия.

С помощью эфирных масел можно противостоять различным инфекциям. Ароматерапия даёт такие результаты, которые невозможно получить с помощью других средств. На некоторые вирусы не может воздействовать даже современная медицина. В этой ситуации выход очень прост, - от вирусов, даже самых зловещих могут спасти эфирные масла.

В последнее время микроорганизмы становятся всё более и более устойчивыми к химическим средствам борьбы с ними, с повышением их сопротивляемости вырос и интерес к антибактериальным компонентам масел.

В пригородном лесу в 1м3 воздуха содержится около 5 патогенных микробов, в квартире – около 20 тыс., а в салоне авто – до 20 млн.

Такое же содержание можно наблюдать и в местах большого скопления людей, общественном транспорте, школах, больницах.

Поэтому распыление эфирных масел позволяет почти полностью уничтожить вредную микрофлору, тем самым достигается лечебно-профилактический эффект.

  1.  
    1. Способы определения патогенности и не патогенности культуры в отобранных пробах из чашек Петри

Во-первых, санитарным показателем является сама обсемененность воздуха в помещении, то есть количество бактерий, проросших на чашке. Посчитав количество бактерий можно сделать вывод о том, насколько интенсивно обсеменен воздух.

Во-вторых, культурально - морфологическим методом, как бактерии растут на чашке, как они видны в мазке.

Так же по внешнему виду, сравнивая с медицинским Атласом, можно визуально сопоставить, то что видно в мазке, определить похоже на патогенную колонию или нет, но даже если похоже, необходимо определить является ли она на самом деле патогенной. Распознать это возможно только идентифицировав наличие у бактериальной культуры факторов патогенности: способность растворять эритроциты, является мощным патогенным фактором, когда в крови какая - то бактерия вызывает распад эритроцитов, это свидетельствует о том, что она патогенная. Один из факторов патогенности микрофлоры является коагуляция плазмы или плазмокоагулаза. Если плазма крови коагулировалась, то культура бактерий является патогенной.

  1.  
    1. Окраска микроорганизмов

1.4.1. Окраска мазков по Граму

Окраска по Граму дает возможность определить форму бактерий, кокки или палочки, а также окрасятся они положительно или отрицательно. Грамположительные бактерии окрашиваются в голубой или фиолето­вый цвет, а грамотрицательные — в красный.

Высушенный на воздухе фиксированный бактериальный мазок погрузить на 30 секунд в красящий раствор генцианвиолета. После образуются ионы ГВ+ и Cl-. Эти ионы проникают через клеточную оболочку и мембрану как грамположительных, так и грамотрицательных клеток. Ионы ГВ+ взаимодействуют с отрицательно заряженными компонентами бактериальных клеток и окрашивают их в фиолетовый цвет.

Мазок промыть слабой струей дистиллированной воды в течении 3 секунд. После чего нанести раствор йода на 1 минуту. Затем аккуратно смыть его дистиллированной водой так же, как до этого смывали краситель. Йод в виде отрицательно заряженных ионов взаимодействует с ионами ГВ+.

После добавить обесцвечивающее вещество и сразу же промыть его. На мазок добавить контрастный краситель (Фуксин) и смыть его водой. После этого окрашивание по Граму завершено.

1.4.2. Окраска по Цилю – Нильсену

Фиксированный мазок покрыть плоской фильтровальной бумагой и налить на нее карболовый фуксин Циля. Мазок подогреть на газовой горелке до появления паров, затем охладить в течении 5 минут. После охлаждения снять фильтровальную бумагу и промыть водой.

При окраске по методу Циля – Нильсена кислотоустойчивые бактерии приобретают интенсивно красный цвет, остальная микрофлора окрашивается в светло-синий.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Исследование влияния физических факторов на состав

микрофлоры воздуха

В учебных аудиториях лицея № 8 «Олимпия» проводился посев колоний микроорганизмов из воздуха. Исследование колоний проходило на базе Волгоградского государственного медицинского университета.

2.1.1. Выращивание колоний микроорганизмов – контроль

В контрольных помещениях были расставлены чашки Петри, наполненные питательной средой – мясо – пептонным агаром, на 10 минут в центре помещения и под вытяжкой. После чего чашки ставились в термостат, для выращивания колоний, при оптимальной температуре 37°C на двое суток.

Через 48 часов производился подсчёт колоний, видимых невооруженным взглядом.

Таблица 1. - Результаты выращивания колоний микроорганизмов в центре помещения (контроль)

Каби

нет

Усло

вие

Форма

Размер

Профиль

Край

Структу

ра

Цвет

Кол-во колон (бак-терий)

Общее микроб

ное число

3-22

t=22°

Круглая с фестончатым краем

d=12 мм

d=2 мм

d=6 мм

d=7 мм

Кратерообразный

Волнис-тый

Волокнис-

тая

Св.корич

невый

4

540

Ризоид

ная

d=5 мм

Бугристый

Волнис-

тый

Струйча-

тая

Св.корич

невый

1

Круглая с валиком по краю

d=4 мм

d=4 мм

d=3 мм

Плоский

Гладкий

Мелкозер-нистая

Св.бежевый

3

Ризоид

ная

d=3 мм

Плоский

Гладкий

Крупнозернистая

Белый

1

Таблица 2. - Результаты выращивания колоний микроорганизмов под вытяжкой (контроль)

Каби

нет

Усло

вие

Форма

Размер

Профиль

Край

Структу

ра

Цвет

Кол-во колон (бак-терий)

Общее микроб

ное число

3-23

t=22°

Круглая с фестончатым краем

d=12 мм

d=2 мм

d=6 мм

d=7 мм

Кратерообразный

Волнис-

тый

Волокнис-

тая

Св.корич

невый

4

960

Ризоид

ная

d=11 мм

d=5 мм

Бугристый

Волнис-

тый

Струйча-

тая

Св.корич

невый

2

Круглая с валиком по краю

d=4 мм

d=4 мм

d=3 мм

Плоский

Гладкий

Мелкозер-нистая

Св.бежевый

3

Ризоид

ная

d=2 мм

Плоский

Волнис-

тый

Крупнозернистая

Желтый

3

Ризоидная

d=6 мм

Каплевид

ный

Зубчатый

Крупнозернистая

Св.беже

вый

1

Круглая

d=5 мм

d=1 мм

d=3 мм

Конусовид

ный

Гладкий

Мелкозер

нистая

Св.желтый

3

2.1.2. Выращивание колоний микроорганизмов после влажной уборки

На следующий день в том же помещении проходила влажная уборка. После в те же самые точки были выставлены чашки Петри с питательной средой и по истечению 10 минут выставлены в термостат при тех же условиях на 48 часов.

Через 48 часов после того, как чашки Петри были выставлены в термостат, проходил подсчет колоний, видимых невооруженным глазом.

Таблица 3. - Результаты выращивания колоний микроорганизмов после влажной уборки в центре помещения

Кабинет

Условие

Форма

Размер

Профиль

Край

Структу

ра

Цвет

Кол-во колон. (бактерий)

Общее микроб

ное число

3-23

t=23°

Ризоидная

d=9 мм

d=7 мм

Бугрис-тый

Лопаст-ной

Струй-чатая

Беже-вый

2

480

Амебо-

видная

d=4 мм

d=4 мм

Плоский

Волнис-тый

Крупнозернистая

Св.бежевый

2

Ризоидная

d=8 мм

d=4мм

d=3мм

Плоский

Волнис-тый

Струй-чатая

Св.бежевый

3

Ризоидная

d=9 мм

Кратеро-образный

Волнис-тый

Струй-чатая

Св.коричневый

1

Таблица 4. - Результаты выращивания колоний микроорганизмов после влажной уборки под вытяжкой

Кабинет

Условие

Форма

Размер

Профиль

Край

Структу

ра

Цвет

Кол-во колон. (бактерий)

Общее микроб

ное число

3-23

t=23°

Ризоидная

d=9 мм

d=9 мм

d=11 мм

Бугрис-тый

Лопаст-ной

Струй-чатая

Беже-вый

3

600

Круглая

d=10 мм

d=9 мм

d=4 мм

d=4 мм

d=4 мм

Плоский

Волнис-тый

Крупнозернистая

Св.бежевый

5

Ризоидная

d=24 мм

d=9 мм

Плоский

Волнис-тый

Струй-чатая

Св.бежевый

2

2.1.3. Выращивание колоний микроорганизмов после кварцевания ультрафиолетовой лампой

В том же помещении проводилось кварцевание ультрафиолетовой лампой. В те же самые точки (в центр помещения и под вытяжкой) были выставлены чашки Петри с питательной средой и по истечении 10 минут выставлены в термостат при тех же условиях на 48 часов.

Через 48 часов после того, как чашки Петри были выставлены в шкаф, проходил подсчет колоний, видимых невооруженным глазом.

Таблица 5. - Результаты выращивания колоний микроорганизмов после кварцевания ультрафиолетовой лампой в центре помещения

Каби-нет

Усло-вие

Форма

Размер

Профиль

Край

Структура

Цвет

Кол-во колон. (бактерий)

Общее микроб

ное число

3-22

t=23°

Круглая

d=1мм

d=3мм

d=3мм

d=2мм

d=1мм

Плоский

Гладкий

Однород-ная

Св.бе-жевый

5

300

Таблица 6. - Результаты выращивания колоний микроорганизмов после кварцевания ультрафиолетовой лампой под вытяжкой

Каби-нет

Усло-вие

Форма

Размер

Профиль

Край

Структура

Цвет

Кол-во колон. (бактерий)

Общее микроб

ное число

3-22

t=23°

Круглая

d=1мм

d=3мм

d=4мм

d=3мм

d=2мм

d=1мм

Кратеро-образный

Гладкий

Однородная

Белый

6

360

2.1.4. Выращивание колоний микроорганизмов после распыления эфирных масел, синтезированных в лаборатории

Таблица 7. - Результаты выращивания колоний после распыления эфирного масла сосны

Кабинет

Усло

вие

Форма

Размер

Профиль

Край

Структура

Цвет

Кол-во колон (бак-терии)

Общее микроб

ное число

3-24

t=22°

Круглая

d= 2мм d= 5мм

d= 3мм

Плоский

Гладкий

Однород

ная

Св.беже

вый

3

480

Круглая с фестончатым краем

d= 9мм

d= 3мм

Выпуклый

Волнис-

тый

Мелкозер

нистая

Св.корич

невый

2

Ризоидная

d= 3мм

d= 4мм

d= 1мм

Конусовид

ный

Волнис

тый

Струйча

тая

Бежевый

3

Таблица 8. - Результаты выращивания колоний после распыления эфирного масла лимона

Кабинет

Усло

вие

Форма

Размер

Профиль

Край

Структура

Цвет

Кол-во колон (бак-терии)

Общее микроб

ное число

3-24

t=22°

Складча

тая

d= 8мм

Бугристый

Волнис

тый

Струйча

тая

Св.беже

вый

2

360

Круглая с фестончатым краем

d= 9мм

Кратеровид

ный

Волнис-

тый

Мелкозер

нистая

Бежевый

1

Нитевид

ная

d= 10 мм

d= 2мм

Бугристый

Нитча

тый

Волокнис

тая

Белый

2

Ризоидная

d= 6мм

Конусовид

ный

Волнис

тый

Струйча

тая

Св.корич

невый

1

Таблица 9. - Результаты выращивания колоний после распыления эфирного

масла гвоздики

Кабинет

Усло

вие

Форма

Размер

Профиль

Край

Структу

ра

Цвет

Кол-во колон (бак-терии)

Общее микроб

ное число

3-24

t=22°

Круглая

d= 1мм

d= 3мм

d= 3мм

Плоский

Гладкий

Однород

ная

Бежевый

3

420

Расчет колоний: всего выросло 63 колонии микроорганизмов. Диаметр колоний колеблется от 1мм до 24мм. Форма колоний чаще всего круглая, встречается ризоидная и круглая с фестончатым краем.

Таблица 10. - Расчёт числа микробов в 1 м3 воздуха по Омелянскому

Диаметр чашки

Площадь чашки

Множитель расчета числа микробов

10 см

78 см2

60

Таблица 11. - Вычисление содержания микробов в 1 м3 воздуха учебных аудиторий МОУ лицея №8 «Олимпии»

Место тестирования

Число выросших колоний

Количество бактерий в 1 м3 воздуха (по Омелянскому)

3-22

Контроль - 9

540

Контроль(вытяжка) - 16

960

Вл. уборка - 8

480

Вл. Уборка(вытяжка) - 10

600

УФ лампа - 5

300

УФ лампа(вытяжка) - 6

360

Сосна – 8

480

Лимон - 6

360

Гвоздика - 7

420

Проанализировав и сравнив полученные данные, были сделаны следующие выводы: после влажной уборки содержание микрофлоры в 1 м3 уменьшилось1,2 раза, под вытяжкой в 1,6 раз; после кварцевания УФ лампой в 1,8 раз, а под вытяжкой почти в 3 раза. После распыления эфирных масел сосны в 1 м3 содержание микрофлоры уменьшилось в 1,2 раза, лимона в 1,5 раза, гвоздики в 1,3 раз.

2.2. Определение патогенности и не патогенности культуры

Один из факторов патогенности микрофлоры является коагуляция плазмы или плазмокоагулаза. Если плазма крови коагулировалась, то культура бактерий является патогенной.

Берется 1 мл плазмы крови кролика. В приготовленную плазму вносится одна петля агаровой культуры. Для контроля ставят пробу с заведомо положительной и коагулазоотрицательной культурами стафилококка.

Все пробирки помещают в термостат при оптимальной температуре 37°С, а через 3, 6, 18 часов учитывается свертывание плазмы.

Реакция считается положительной при наличии даже небольшого сгустка.

После проверки культур бактерий на патогенность были сделаны следующие выводы: шесть культур являются патогенными. Следовательно, они могут вызывать заболевания человека.

2.3. Итоги эксперимента

Таким образом, гипотеза о влиянии физических факторов на состав патогенной и непатогенной микрофлоры подтвердилась. Влажная уборка и ультрафиолетовое облучение очищают воздух от жизнеспособных форм бактерий. Аэрозоли масел значительно снижают количество вредных микроорганизмов, что позволяет снизить риск различных заболеваний в местах повышенного скопления людей.

Среди бактерий было выявлено 12 грамположительных культур бактерий, 7 грамотрицательных. Форма бактерий в основном шаровидная – кокки, а также палочки. 5 культур кислотоустойчивых бактерий. После проверки культур бактерий на патогенность были сделаны следующие выводы: 6 культур являются патогенными. Следовательно, они могут вызывать заболевания человека. Использование ультрафиолетового излучения и распыление эфирных масел поможет значительно уменьшить содержание патогенный микроорганизмов в воздухе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выбранные нами физические факторы могут использоваться для очистки воздуха от различных загрязнений и патогенных микроорганизмов.

Кварцевые лампы, излучающие ультрафиолетовые лучи, а также влажная уборка способны эффективным образом бороться с развитием патогенных микроорганизмов в любых типах помещений.

Эфирные масла улучшают самочувствие людей, повышают иммунитет, помогают при многих болезнях.

Достоинства ароматерапии заключаются в том, что:

  • Данный метод не требует больших затрат и позволяет проводить лечение и профилактику даже на дому.

  • Растительные масла по своему составу и действию близки с эндогенными соединениями, имеющими широкий спектр действий и поддерживающими внутреннюю биорегуляцию организма.

  • Действие натуральных ароматических соединений очень щадящее и не дает побочных эффектов.

Частицы эфирных масел ионизируют воздух, улучшают его качество, повышают концентрацию отрицательных ионов, тем самым влияют на самочувствие людей и помогают обеспечить лучшую работоспособность в условиях замкнутых помещений.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Гродзинский А.М. [Текст] / Фитонциды в эргономике., Наукова Думка - Киев, 1984

  2. Джумаев Х.К., Ткаченко К.Г. [Текст] / Антивирусная активность Salvia sclarea L. Растительные ресурсы, 1998 - Вып.3, С. 444- 445

  3. Макарчук Н.И. [Текст] / Фитонциды – ионизаторы воздуха // II-я Международная конференция по медицинской ботанике, Тезисы докладов, Киев, 1988 - С.231-232

  4. Малахов А.И., Семикин В.В., Быков В.А., Голубев В.П., Калинина Н.Г., Осипова Е.В. [Текст] / Биомедицинские технологии. Вып. 11, Москва, 1999 - С.73-77

  5. Рахимова И.В., Пулатова [Текст] / Т.П. Изучение антимикробных свойств некоторых физических факторов, /Результаты, перспективы и задачи исследований, Киев, 1972 - С. 94-96

  6. Сверчков А.В. Ионизация воздуха, [Текст] / Материалы VIII совещания Фитонциды, Киев, Наукова думка, 1981- С.73-75

Приложение 1

Фотография 1. Выращивание колоний микроорганизмов в центре помещения (контроль)

Приложение 2

Фотография 2. Выращивание колоний микроорганизмов под вытяжкой (контроль)

Приложение 3

Фотография 3. Выращивание колоний микроорганизмов после влажной уборки в центре помещения

Приложение 4

Фотография 4. Выращивание колоний микроорганизмов после влажной уборки под вытяжкой

Приложение 5

Фотография 5. Выращивание колоний микроорганизмов после кварцевания ультрафиолетовой лампой в центре помещения

Приложение 6

Фотография 6. Выращивание колоний микроорганизмов после кварцевания ультрафиолетовой лампой под вытяжкой

Приложение 7

Фотография 7. Выращивание колоний микроорганизмов после распыления эфирного масла сосны, синтезированного в лаборатории

Приложение 8

Фотография 8. Выращивание колоний микроорганизмов после распыления эфирного масла лимона, синтезированного в лаборатории

Приложение 9

Фотография 9. Выращивание колоний микроорганизмов после распыления эфирного масла гвоздики, синтезированного в лаборатории

Приложение 10

Фотография 10. Определение патогенности и не патогенности культуры