Биотехнические основы и математическое моделирование создания качественного аэроионного состава газовой среды обитаемых герметичных объектов

Результаты биохимических показателей крови представлены на рисунке 15. Исследования биохимических показателей функции печени доказывают, что природный минерал «сильвинит» и морская соль «Ахиллес», применяемые в качестве соленого наполнителя, не оказывают отрицательного воздействия на организм человека (рисунок 16).

Результаты исследования энергетического состояния головного мозга методом измерения уровня постоянного потенциала (УПП) представлены в таблице 4.

Таблица 2 Параметры функции внешнего дыхания у пациентов основной группы с хроническим бронхитом (M±m).

Группы пациентов Параметры		ХБ1, n=7		ХБ2, n=6
		абсолют	относит, %	абсолют	относит, %
Форсированная жизненная емкость легких, л	фон	2,73±0,29	88±7	4,40±0,12	83±3
	14 сутки	2,81±0,38	95±2	4,29±0,26	81±4
Максимальная объемная скорость к точке 75, л/с	фон	5,53±0,14	101±5	7,58±1,16	88±13
	14 сутки	5,24±0,22	96±7	7,23±0,76	84±9
Максимальная объемная скорость к точке 50, л/с	фон	3,98±0,46	104±10	6,67±0,98	166±16
	14 сутки	3,48±0,46	90±9	6,32±0,48	110±8
Максимальная объемная скорость к точке 25, л/с	фон	1,65±0,38	106±17	4,85±0,47	176±16
	14 сутки	1,56±0,22	103±12	4,16±0,30	151±10
Индекс Тиффно, %	фон	0,89±0,11	112±13	0,93±0,05	111±5
	14 сутки	0,75±0,08	96±10	0,85±0,04	102±4
Жизненная емкость легких, л	фон	3,04±0,51	94±9	4,21±0,25	77±4
	14 сутки	3,25±0,32	102±5	4,68±0,18	85±3

Таблица 3 Динамика параметров микроциркуляторного русла (M±m).

Группы пациентов Параметры		ХБ1 n=7	ХБ2 n=6	АН1 n=7	АН2 n=6
Линейная скорость Vas, см/с	фон	0,59±0,09	0,40±0,07	0,49±0,06	0,43±0,07
	14 сутки	0,68±0,05	0,83±0,14*	0,49±0,08	0,95±0,11**
Линейная скорость Vam, см/с	фон	0,07±0,02	0,03±0,01	0,04±0,01	0,03±0,01
	14 сутки	0,10±0,01	0,12±0,02**	0,06±0,02	0,02±0,03*
Линейная скорость Vd, см/с	фон	0,98±0,19	1,24±0,12	1,11±0,18	1,21±0,09
	14 сутки	0,66±0,11	0,45±0,04**	0,71±0,16	0,47±0,04**
Объемная скорость Qas, мл/мин	фон	0,27±0,04	0,19±0,03	0,23±0,03	0,20±0,03
	14 сутки	0,34±0,03	0,39±0,07*	0,26±0,04	0,45±0,05**
Объемная скорость Qam, мл/мин	фон	0,03±0,01	0,02±0,01	0,02±0,01	0,01±0,01
	14 сутки	0,05±0,01	0,06±0,01**	0,03±0,01	0,06±0,01*

* р

Рисунок 15 Динамика содержания креатинфосфокиназы.

Рисунок 16 Динамика содержания билирубина.

Таблица 4 Значения уровня постоянного потенциала головного мозга (M±m).

Группы пациентов Значения УПП, мВ		ХБ1 n=7	ХБ2 n=6	АН1 n=7	АН2 n=6
Лобный отдел (Fz)	фон	15,0±5,7	17,9±7,5	9,6±6,4	16,6±8,0
	14 сутки	16,2±9,4	12,4±7,5	16,1±11,0	9,5±5,7
Центральный отдел (Cz)	фон	13,2±5,6	13,5±8,2	12,3±9,1	12,2±7,9
	14 сутки	8,6±7,9	9,9±3,1	8,9±8,6	8,3±3,1
Затылочный отдел (Oz)	фон	15,6±7,6	14,4±8,3	9,5±7,7	14,9±6,9
	14 сутки	14,7±8,6	11,7±7,0	9,8±12,4	10,6±6,1
Правый височный отдел (Td)	фон	12,8±8,4	10,6±7,8	10,9±4,8	10,6±6,0
	14 сутки	8,8±8,5	9,9±5,8	9,3±6,2	9,7±5,8
Левый височный отдел (Ts)	фон	11,4±7,3	11,2±4,5	17,0±9,3	9,2±4,1
	14 сутки	11,1±7,7	9,4±5,2	14,5±8,6	8,2±5,9

По результатам исследования прибор «Галоингалятор» внедрен в практику физиотерапевтического отделения ГВКГ ВВ МВД России

В четвертой главе представлены перспективы дальнейшего использования прибора «Галоингалятор» для улучшения качества воздушной среды гермообъектов, в том числе для использования на борту орбитального пилотируемого космического объекта и при полете на Марс.

Искусственно созданные условия среды обитания пилотируемого космического объекта относятся к экстремальным факторам космического полета и непосредственно связаны с обеспечением безопасности экипажа. Поэтому ключевым элементом для создания комфортных и безопасных условий пребывания членов экипажей в пилотируемом космическом аппарате является повышение качества окружающей среды (среды обитания пилотируемого космического объекта). Комплекс систем обеспечения газового состава позволяет формировать и поддерживать необходимые условия среды обитания на орбитальной станции. Тем не менее, результаты мониторинга среды обитания свидетельствуют о необходимости совершенствования методов и средств улучшения качества воздуха на космическом аппарате.

Согласно критериям, выработанным Всемирной Организацией Здравоохранения, качество среды обитания (совокупность объектов, явлений и факторов окружающей среды) определяет качество жизни человека. Человек как биологический объект зависим от физических факторов среды. Поэтому качество воздушной среды помещений имеет большое значение для здоровья человека.

Качественная среда обитания пилотируемого космического объекта должна обеспечить экологически эффективные и физиологически благоприятные условия для длительного пребывания людей, что позволит снизить экстремальный характер воздействующих на человека факторов космического полета и тем самым минимизировать потенциальную угрозу его здоровью. При этом необходимо использовать методы управления качеством в соответствии со стандартами ИСО (ISO - «International Organization for Standardization» (Международная организация стандартизации)). Управление качеством жизни необходимо рассматривать как системную целостность, включающую в себя управление основными составляющими системы качества (рисунок 17).

Поскольку качество жизни – многофакторное понятие, для его оценки важно учесть все составляющие. В качестве одной из формул, учитывающих все показатели можно привести следующую:

,

где (Qi)max- относительный текущий показатель количественной характеристики первого рода, %;

n - число показателей по характеристикам первого рода;

(Qj)min - относительный текущий показатель количественной характеристики второго рода;

m - число показателей второго рода, %;

(Qk)min - текущая величина относительного отклонения от нормы стандарта показателя качества составляющей количественной характеристики второго рода, %;

L - число показателей качества, ограниченных нормами стандартов.

Рисунок 17 Основополагающие критерии качества жизни космонавта.

Таким образом, при решении комплекса задач по управлению качеством среды обитания человека в гермозамкнутом объеме, (что является важной составляющей при оценке риска для здоровья космонавта) необходимо оценивать все физические факторы, характеризующие состояние искусственной среды обитания.

Следуя концепции качества жизни, включающей в себя качество окружающей среды, для гармоничного развития человека и техносферы необходимо создание и поддержание условий среды обитания аналогичных биопозитивным биосферным условиям.

Анализируя характеристики биологически позитивных природных мест можно сделать вывод, что к таким местам относятся подземные калийно-магниевые пещеры, так как в качестве одного из биопозитивных факторов воздушной среды выступает характеризующая их высокая объемная концентрация легких аэроионов и низкая микробная обсемененность.

На борту орбитальной станции воздух проходя многократные циклы регенерации и очистки, сохраняет свои основные «макроскопические» свойства, но теряет некоторые абсолютно необходимые для поддержания нормальной жизнедеятельности человека микропримеси, к которым, в первую очередь, относятся заряженные частицы - аэроионы.

В управлении качеством воздушной среды особое место занимает требование по обеспечению необходимого ионного состава воздуха гермообъекта. Регулирование ионного состава воздушной среды гермообъекта позволит обеспечить создание воздушной среды высокого качества и, как следствие, создать оптимальные условия работы и жизнедеятельности космонавта.

Для управления ионным составом воздушной среды возможно применение микросолей естественного происхождения KCl, продуцируемых прибором «Галоингалятор», при использовании которых ионизация происходит под воздействием естественного, природного (то есть биосферного) радиоактивного источника. Использование прибора в гермообектах может способствовать, с одной стороны, формированию биопозитивной для человека воздушной среды, содержащей полезные отрицательные аэроионы (что в свою очередь окажет положительное влияние на психологическое состояние космонавта), а с другой стороны будет оказывать подавляющее действие на рост и размножение микроорганизмов.

Таким образом, в экстремальных условиях космического полета, когда нет возможности дышать биологически позитивным для человека воздухом использование прибора «Галоингалятор», способного создавать и поддерживать качественный аэроионный состав газовой среды, позволит улучшить качество окружающей среды, и как следствие, повысить качество жизни космонавта.

Данный прибор может быть использован при разработке перспективных систем обеспечения газовой среды в замкнутых объемах, в качестве аппаратуры для аэроионизации воздуха и контроля концентрации аэроионов в воздушной среде на длительно функционирующих пилотируемых космических объектах, в том числе и для межпланетного полета на Марс.

Специфичными факторами пилотируемого межпланетного полета, и в частности полета на Марс, является автономность существования экипажа и длительность марсианской экспедиции. Поэтому управление качеством окружающей среды при межпланетных полетах играет особо важную роль.

Существует только один путь создания вне биосферы Земли функционального аналога природной среды обитания человека– использование биологических биосферных механизмов в форме замкнутых экологических систем жизнеобеспечения, где человек будет обязательной функциональной частью системы.

Так как целиком воспроизвести биологическую СЖО в условиях полета на Марс не представляется возможным, было предложено в регенерируемую среду гермообъекта добавить ионные составляющие, вырабатываемые на земле и являющиеся безусловным фактором «настоящей» земной атмосферы. А именно, ввести в контур очистки и регенерации воздуха СЖО разработанный прибор «Галоингалятор» коллективного пользования с фильтром из калийно-магниевых солей Верхнекамского месторождения. Применение прибора «Галоингалятор» в тракте очистки и регенерации атмосферного воздуха позволит решить актуальную медико-техническую задачу космических полетов.

Разработанный прибор будет испытан в наземном эксперименте, моделирующем пилотируемый полет на Марс «Марс-500».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования посвящены актуальному вопросу создания аэроионного состава воздушной среды для деконтаминации микроорганизмов в герметичных обитаемых объектах под воздействием микросолей естественного происхождения. Применение прибора «Галоингалятор» в системе обеспечения жизнедеятельности гермообъекта позволит обеспечить необходимый уровень микробиологической чистоты и как результат улучшить качество воздушной среды обитаемых отсеков космических аппаратов

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Результаты исследований:

1. Сравнительный анализ современных методов и средств обеззараживания воздуха показал, что существующие методы имеют ограничения и противопоказания для использования в присутствии людей (озон и окислы азота, повышенная неконтролируемая ионизация, выход УФИ). Дезинфекционные мероприятия, применяемые в ходе предполетной подготовки, не обеспечивают необходимую степень биологической чистоты (для бактерий – 500 КОЕ на 100 см 2 и для грибов – 10 КОЕ на 100 см2), что связано с невозможностью обработки труднодоступных зон и полного ограничения попадания микроорганизмов в объект.
2. Результаты исследования антимикробного действия прибора «Галоингалятор» на тест - культуры бактерий и грибов, выделенных из среды обитания Международной космической станции, показали, что 6-часовая непрерывная работа установки обеспечивает:

• при загрузке природным минералом «сильвинит»- 98,75%- ную гибель бактерий и 100%- ную гибель грибов, при их исходной естественной концентрации в гермопомещении; 99,67%- ную гибель бактерий и 97,85%- ную гибель грибов, при их исходной концентрации, превышающей нормативный показатель;
• при загрузке морской солью «Ахиллес»- 98,5%-ную гибель бактерий и – 95,7%-ную гибель грибов, при их исходной естественной концентрации в гермопомещении; 99,9%- ную гибель бактерий и 98,8%- ную гибель грибов, при их исходной концентрации, превышающей нормативный показатель.

3. Результаты исследования с участием четырех испытателей в герметичном замкнутом объекте объемом 100м3, подтвердили четко выраженное действие прибора «Галоингалятор» по очистке воздуха от бактерий (более 75%) и фрагментов грибов (100%).
4. Результаты, полученные в серии медицинских экспериментов, выявили:

• снижение количества бактерий (на 32±15,8%1 (80,1±6,8%2)) и элиминирование со слизистых оболочек носоглотки условно – патогенных штаммов Staphylococcus aureus;
• рост содержания гемоглобина в крови на 35±1%1 (26±1%2);
• улучшение микроциркуляции кровотока (увеличение линейной скорости на 1316±4%1 (в 2,1 раза2), объемной скорости на 1227±5%1 (в 2,3 раза2);

• тенденцию к улучшению показателей функции внешнего дыхания (увеличение абсолютных и относительных значений ЖЕЛ на 8±5%1 (8±3%2), ФЖЕЛ на 7±3%1, улучшении относительных значений ИТ на 8±4%1 (9±4%2));
• уменьшение интенсивности хронического воспаления в организме у больных хроническим бронхитом (снижение количества лейкоцитов на 513±1%1, палочкоядерных нейтрофилов на 15±3%1);
• нормализацию исходно повышенных биохимических показателей крови (для КФК- 4564±5%1 (4265±10%2); для билирубина- 4648±10%1 (4445±10%2));

что доказывает стимулирующее воздействие воздушной среды, продуцируемой «Галоингалятором», на резистентность организма. Показано, что природный минерал «сильвинит» и морская соль «Ахиллес», применяемые в качестве соленого наполнителя, не оказывают отрицательного воздействия на организм человека.

5. Прибор «Галоингалятор» внедрен в практику лечения и профилактики пациентов физиотерапевтического отделения ГВКГ ВВ МВД России.

Выводы: