научно-исследовательская работа «ВЛИЯНИЕ МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА НА СРЕДУ ОБИТАНИЯ ПИЛОТИРУЕМЫХ ОРБИТАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ»

Федеральное государственное казённое общеобразовательное учреждение

«Омский кадетский военный корпус МО РФ»

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ

РАБОТА

на тему:

«ВЛИЯНИЕ МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА НА СРЕДУ ОБИТАНИЯ ПИЛОТИРУЕМЫХ ОРБИТАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ»

                                                     Выполнили: кадет  4 взвода 1 роты

                                                                                                  Ружков Н.

Научные руководители: преподаватель

географии ОКВК

Эйсмонт Т.А.

ОМСК – 2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ

«Мир» (также имел собственное название "Заря") — седьмая долговременная орбитальная станция[1]. В составе орбитального комплекса была предназначена для обеспечения условий для работы и отдыха экипажа (до шести человек), управления работой бортовых систем, снабжения электроэнергией, обеспечения радиосвязи, передачи телеметрической информации, телеизображений, приёма командной информации, управления ориентацией и коррекции орбиты, обеспечения сближения и стыковки целевых модулей и транспортных кораблей, поддержания заданного температурно-влажностного режима жилого объема, элементов конструкции и оборудования, обеспечения условий для выхода космонавтов в открытое космическое пространство, проведения научных и прикладных исследований и экспериментов с использованием доставляемой целевой аппаратуры[2].

Конструкция станции включала три герметичных отсека (переходный, рабочий и переходную камеру) и негерметичный агрегатный отсек.

ВВЕДЕНИЕ

         Российский опыт эксплуатации длительно действующих космических объектов свидетельствует о том, что по мере увеличения продолжительности полета все большее значение приобретают экологические проблемы замкнутых объемов , связанные как с опасностью экипажа, так и с надежностью космической техники. Среди них важнейшее значение принадлежит микробному фактору. Стремясь создавать и поддерживать в космическом объекте адекватную своим потребностям среду обитания, человек неминуемо обеспечивает благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, надежно контролировать развитие которых имеющимися на боргу техническими средствами практически невозможно. Как известно, микроорганизмы представляют собой исключительно своеобразную форму организации живой материи. Их отличает   многочисленность и разнообразие видов, исключительная жизнеспособность ,  повсеместность распространения, обширность сфер взаимодействия с абиогенными  компонентами среды обитания .  Поразительна жизнеспособность микроорганизмов и их устойчивость к воздействию  экстремальных факторов окружающей среды. Жизнеспособные микробы были обнаружены в атмосфере на высоте более 80 км, в океане на глубине до 11 км, в недрах, доставленных из-под земли с глубин до 4 км, в условиях  Антарктики.  Установлена способность некоторых микроорганизмов к росту при температурах от -10°С до +91°С .Споры бактерий сохраняют жизнеспособность в течение 3000-10000 лет и демонстрируют выживаемость в течение 30 минут при температурах до +160°С .Микроорганизмы способны вступать с организмом человека в разнообразное взаимодействие - от таких форм симбиоза, как мутуализм, до таких проявлений паразитизма . Знаменательно, что микроорганизмы ведут себя так, как будто у них есть определенная цель. Нетрудно себе представить, какие серьезные проблемы может вызвать неконтролируемая жизнедеятельность микроорганизмов в обитаемых отсеках длительно действующего космического объекта.

 Еще в 60-х годах прошлого столетия ученые России и США высказывали предположение о том, что в длительном космическом полете будут иметь место такие процессы, как упрощение (обеднение) видового состава микрофлоры, "микробное наводнение" за счет сохранившихся видов, а по завершении полета на Земле космонавты испытают "микробный шок» .В дальнейшем, в ходе выполнения программ "Аполлон", "Союз-Аполлон" и в полетах российских и американских орбитальных станций "Салют" и "Скайлэб" были получены первые   данные, характеризующие состояние микрофлоры на борту космического объекта . В последующие годы практика многолетней эксплуатации орбитального комплекса   «Мир», а также результаты проведенных исследований  позволили в значительной мере откорректировать эти представления, сохранив, тем не менее, основную предпосылку об актуальности вопросов противомикробной защиты. Наряду с этим, многолетний опыт эксплуатации орбитальной станции «Мир» позволил  выявить ряд приоритетных гигиенических проблем, от своевременного решения которых будут в значительной степени зависеть такие характеристики функционирования пилотируемых космических аппаратов (ПКА), как безопасность и надежность  оснащения и оборудования обитаемых отсеков, которые протекают с высокой интенсивностью в условиях непрерывной работы сменяющихся экипажей на борту орбитальных комплексов, при осуществлении грузопотока (доставки с Земли заменяемого оборудования, расходуемых материалов и т.п.), использовании ряда систем, обеспечивающих регенерацию продуктов жизнедеятельности человека.

 При этом, учитывая многолетние сроки эксплуатации космической техники, создаются необходимые предпосылки для реализации механизмов отбора и адаптации, а также проявления изменчивости со стороны микроорганизмов, развития процессов  заселения среды космического комплекса различными группами микроорганизмов в качестве своеобразной экологической ниши. Очевидно, что эти процессы могут приобретать опасный и необратимый характер в силу участия в них патогенных для человека агентов   микробов , способных вызывать биоповреждения конструкционных материалов, отказы и нарушения в работе различного оборудования и практической невозможности осуществления в условиях полета процедур тотальной стерилизации.

 Актуальность работы состоит в особенностях  формирования и поведения микрофлоры в пилотируемом космическом объекте с оценкой рисков, сопутствующих жизнедеятельности микроорганизмов в среде обитания.  Изучение таких данных является необходимым условием для создания научно-обоснованной системы экологического мониторинга и противомикробной защиты применительно к будущим космическим полетам.

Цель и задачи работы.

 Целью работы являлась изучение научно - методической основы и определение требований к системе обеспечения микробиологической безопасности среды обитания при длительных космических полетах.

    Задачи: -

1. изучение характера формирования микробного сообщества в обитаемых отсеках пилотируемых космических объектов; -
2. исследование особенностей эволюции микрофлоры в среде космического объекта в условиях многолетней эксплуатации; -  
3.  обоснование   системы предупредительных мероприятий, методов, средств и технологий для контроля и управления состоянием микробиологической обстановки в обитаемых космических объектах.

Предмет исследования:

Объект исследования:

Научная новизна. Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в том, что впервые при длительной эксплуатации орбитальньх  космических станций изучены основные закономерности формирования микроорганизмов в среде обитания, а также особенности эволюции микрофлоры в этих условиях и факторы, влияющие на эти процессы.

 Показано, что специфически измененная среда обитания длительно действующего космического объекта может рассматриваться в качестве своеобразной экологической ниши для жизнедеятельности определенных групп микроорганизмов. В этих условиях в результате отбора и адаптации отдельные виды бактерий и грибов могут приобретать способность к постоянному заселению элементов среды, формированию резервуаров накопления и репродукции патогенных микроорганизмов, способных   вызывать повреждения конструкционных материалов, нарушения в работе приборов и оборудования.

Основные положения работы

 1. При многолетней эксплуатации среда обитания космического объекта может служить своеобразной экологической нишей для развития и репродукции определенных групп микроорганизмов.

2. Микрофлора среды орбитальной станции в ходе многолетней эксплуатации подвергается специфической эволюции, при этом динамика микробной нагрузки не носит линейно-прогрессирующего характера, а является волнообразным циклическим процессом смены фаз активизации биоценозов, характерным для поведения экосистем, и контролируется как внутренними биологическими механизмами, так и внешними, в том числе космофизическими факторами.

3. Эволюция микрофлоры в этих условиях сопровождается возникновением медицинских и технологических рисков, среди которых ведущее место принадлежит  коррозии металлов,   отказов в работе оснащения и оборудования, вовлечению в процессы колонизации и биоповреждений материалов потенциально патогенных микроорганизмов, возбудителей аллергий и интоксикаций.

4. В основе мероприятий по обеспечению микробиологической безопасности среды обитания пилотируемых орбитальных станций должен лежать системный комплексный подход, охватывающий все этапы подготовки и эксплуатации космических объектов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Раздел 1  МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИСЛЕДОВАНИЙ

Глава 1.1.Методы исследований микроорганизмов среды обитания пилотируемых  космических объектов

В течение многолетней непрерывной эксплуатации орбитальных станций "Салют-6", "Салют-7" и орбитального комплекса «Мир» регулярно проводились исследования, направленные на изучение состояния микрофлоры замкнутого объема космическогоаппарата. Наиболее полные и интересные данные были получены в период эксплуатации орбитального комплекса «Мир» (рис.1). Всего в период работы на орбитальном комплексе 28-ми основных экспедиций было проведено 140 экспериментов, включающих отбор, доставку на Землю и исследование 486 проб аэрозольной фазы для исследования бактерий, 514 - для исследования грибов,

 664 пробы, отобранные с поверхностей декоративно-отделочных и конструкционных материалов интерьера, оснащения и оборудования станции, а также пробы воды из систем регенерации.

Все проведенные исследования включали следующие этапы: - отбор проб на борту орбитальной станции; -

посев проб на питательные среды и выращивание посевов (частично проводились на борту орбитального комплекса членами экипажа в целях оперативного контроля с передачей данных на Землю, частично - после доставки проб на Землю для исследования в лабораторных условиях);

выделение и идентификации "чистых" культур микроорганизмов.

Изучение аэрозольной фазы обитаемых отсеков орбитальной станции «Мир» гроводилось в рамках бортового штатного эксперимента "МК-35" (комплект "Экосфера"). При осуществлении совместных российско-американских программ  «Мир-Шаттл» и (Мир-НАСА)» проводились заборы проб воздуха  американским воздушным робоотборником системы MAS.

 Отбор микрофлоры воздуха проводился ежемесячно Российским комплектом "Экосфера".  Для оценки санитарно-микробиологического состояния внутренних поверхностей ЭК «Мир» в процессе полета, а в частности  для отбора проб с конструкционных и декоративно-отделочных материалов в рамках совместных российско-американских программ «Мир-Шаттл» и «Мир-НАСА» было  использовано американское оборудование - укладка "Поверхность", включающая контактные пластины с питательными средами для выращивания бактерий и грибов.

 Отбор проб производился методом отпечатков на поверхности питательных сред с последующим инкубированием посевов и учетом выросших колоний непосредственно на борту. Затем контактные пластины с посевами микрофлоры доставлялись при возвращении экипажей на Землю для дальнейших исследований.

Для идентификации выращенных штаммов микробов использовали отечественные и зарубежные определители грибов; идентификацию бактерий, дрожжей и дрожжеподобных грибов проводили с помощью автоматизированного микробиологического анализатора Vitek.

        Для осуществления оценки качества воды по микробиологическим показателям отбирались пробы регенерированной воды на бору. Пробы отбирались в пластиковые пакеты, которые через специальные интерфейсы могли присоединяться к кранам горячей и холодной воды. Затем пробы доставлялись на Землю в лабораторию для анализа.

По результатам анализа  создана база данных, характеризующей состояние микрофлоры среды обитания пилотируемых космических объектов. Получение большого числа данных, характеризующих микробиологическую обстановку в процессе эксплуатации российских орбитальных станций, привело к необходимости создания информационно-поисковой системы для ввода, хранения и обработки информации по данной предметной области. Соответствующая информационно-поисковая система была разработана на основе стандартной системы управления базами данных FoxPro и введена в эксплуатацию на персональном компьютере . База данных, поддерживаемая этой системой, охватывает период  исследований с 1977 года по настоящее время содержит 5810 записей и занимает 662 726 Кб.

Раздел 2.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫИЗУЧЕННЫХ  ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ СОДЕРЖАНИЕ

Глава 2.1.Общая характеристика микробного сообщества, формирующегося в обитаемых отсеках пилотируемых космических объектов

   В процессе многолетней эксплуатации российских орбитальных комплексов "Салют-б", "Салют-7", "Мир" регулярно проводились исследования количественного содержания и видового состава микроорганизмов, в среде космических объектов.

 Всего в среде обитания орбитальных комплексов "Салют" и "Мир" было обнаружено 243 вида микроорганизмов, из них 110 видов бактерий и 133 вида грибов. В составе бактериальной флоры доминировали постоянные обитатели слизистых оболочек и кожных покровов человека - представители родов Staphylococcus, Corynebacterium, Micrococcus. Источниками заселения среды обитания этими микроорганизмами являлись сменяющиеся члены экипажей. Помимо типичных представителей аутомикрофлоры человека в среде обитания орбитальных комплексов "Салют" и "Мир" часто обнаруживали спорообразующие бактерии - обитателей природных резервуаров. Эти микроорганизмы, обладающие способностью к сапрофитному существованию во внешней среде, включая  19 видов. Состав грибного компонента отличался значительным разнообразием. Наиболее широко в среде обитания орбитальных комплексов были представлены микромицеты родов Penicillium, Aspergillus и Cladosporium. Эти микроорганизмы - гетеротрофы, способные активно развиваться на полимерных материалах природного и искусственного происхождения, вызывая их повреждения, заслуживают самого серьезного внимания в отношении возможности экологической опасности в  длительно действующем космическом объекте. Наиболее полные исследования характера формирования микробного сообщества в среде космического объекта были проведены в процессе развертывания и многолетнего функционирования многомодульного орбитального комплекса "Мир".

 Всего в среде орбитальной станции "Мир" было обнаружено 234 вида бактерий и микроскопических грибов. Бактериальная флора включала представителей 108 видов, а грибная флора - 126 видов.   Наиболее обширная по видовому разнообразию (64 вида) группа микроорганизмов была представлена так называемыми грибами-технофилами, возбудителями разрушения полимерных материалов и коррозии металлов. Характеристика бактерий, обнаруженных в среде обитания ОК «Мир», для систематизации бактерий, выделенных из среды обитания ОК «Мир», использовали классификацию, изложенную в определителях бактерий . В среде обитания OK «Мир» было обнаружено 108 видов бактерий относящихся к 40 родам и 6 группам. Видовой состав бактерий отличался значительным разнообразием. В основном, это были аэробные палочки (41 вид), на втором месте -  кокки (25 видов), на - третьем спорообразующие палочки (19 видов).

Наибольшее число видов бактерий было изолировано с поверхностей интерьера и оборудования - 81 вид (75,0 % от общего количества обнаруженных видов бактерий), тогда как в воздухе выявлено 46 видов (42,6 %),а в воде - 28 видов (26,0 %). Все виды бактерий чаще были найдены на поверхностях интерьера, чем в воздухе, и только представителей рода Streptococcus (стрептококки) в воздухе . Из 1150 проб, взятых из среды обитания для изучения бактериальной флоры (поверхности, воздух), бактерии были обнаружены в 949 пробах, что составило 82,5% от общего числа проб. Бактерии рода Staphylococcus (стафилококки) доминировали по частоте обнаружения как в пробах, взятых с поверхностей интерьера и оборудования (55,5%), так и в пробах воздуха (53,2%).

На втором месте по частоте встречаемости на поверхностях интерьера были бактерии рода Corynebacterium (36,0%), на третьем - Bacillus (27,5%), на четвертом Micrococcus (24,4%), на пятом месте были бактерии родов Acinetobacter и Streptococcus (5,2% и 5,0%). В большинстве случаев частота обнаружения отдельных бактерий на поверхностях интерьера и оборудования была выше, чем в воздухе, однако некоторые бактерии, например, рода Bacillus, чаще встречались в воздухе (34,0%), чем на поверхностях (27,5%). В воде наиболее часто обнаруживали непатогенные грамотрицательные бактерии - Flavobacterium (25,0%), Xanthomonas (21,0%) и Pseudomonas (20,8%).

Частота обнаружения доминирующих в среде обитания видов бактерий представлена в диаграмме.

 Из этих данных следует, что наиболее часто встречаемым видом был Staphylococcus epidermidis. Частота его обнаружения на поверхностях интерьера и оборудования составляла 30,0%, а в воздухе - 17,0%.   9,6%). Наиболее распространенными на различных участках внутренних поверхностей ОК «Мир» были микроорганизмы вида Staphylococcus epidermidis, которые обнаруживали на 59,2 % исследованных зон, затем - Corynebacterium sp. (56,6%), Micrococcus sp. (43,4%) .  Среди представителей бактериальной флоры, выделенных из среды обитания космической станции, значительный удельный вес занимали виды, относящиеся к условно патогенным, способным при иммунодефицитном состоянии макроорганизма вызьшать различные заболевания.  

Из 108 видов бактерий, выделенных из среды обитания станции, 37 видов описаны в литературе как потенциальные возбудители тех или иных инфекционных осложнений

 . Большинство из них относились к 4 группе патогенности. Практически все они являются потенциальными возбудителями воспалительных и гнойных процессов    Кроме того, указанные микроорганизмы при определенных условиях могут быть возбудителями инфекционных заболеваний органов дыхания   и желудочно-кишечного тракта . Среди бактерий, выделенных из среды обитания ОК «Мир», встречались микроорганизмы. Из идентифицированных 40 родов бактерий не менее 4-х родов (10,0%) относились к микроорганизмам, потенциально способным повреждать полимерные материалы, и не менее 9-ти родов (22,5%), способных инициировать биокоррозию металлов . Указанные микроорганизмы обнаруживались практически во всех экспедициях. Чаще других инициаторами повреждения полимерных материалов могут быть представители родов Bacillus, Pseudomonas, KJebsiella и Actinomyces. Многие виды микроорганизмов могут прямо или косвенно (Acinetobacter, Alcaligenes, Flavobacterium, Hydrogenophaga, Pseudomonas и другие) способствовать коррозии металлов. Характеристика грибов, обнаруженных в среде обитания ОК «Мир» .

Грибной комплекс космической станции формировали представители 3 таксонов грибов: Ascomycota, Zygomycota и Mitosporic fungi. Среди грибов, выявленных в среде обитания ОК «Мир», наибольшим родовым разнообразием характеризовались представители несовершенных грибов. Наибольшее число видов грибов было изолировано с поверхностей интерьера и оборудования станции - 116 видов, тогда как в воздухе выявлено лишь 62 вида, соответственно 92% и 48% от общего количества видов грибов, обнаруженных в среде обитания. Как в воздухе, так и на поверхностях конструкционных материалов были найдены дрожжи - Saccaharomyces, Lipomyces,  

Таким образом, в среде обитания OK «Мир» было обнаружено 126 видов грибов, относящихся к 3 таксонам и 25 родам.     Наряду с пенициляими, аспергиллами и кладоспориумами, частота встречаемости различных видов которых превышала 10%, в среде комплекса выявлена значительная частота обнаружения Yarrowia lipolytica- 5,1%, Acremonium strictum - 2,4%, Paecilomyces lilacinus - 2,0%, Saccharomyces cerevisiae - 2,0% , Scopulariopsis brevicaulis - 2,0%.

В OK «Мир» максимальной распространенностью в различных зонах отмечался вид Penicillium chrysogenum, который вьщеляли с 42,5% исследованных поверхностей как в базовом блоке, так и в модулях "Квант" и "Кристалл". Данный вид определялся на различных участках бортовой кабельной сети, блоков и узлов систем жизнеобеспечения, резиновых наполнителях переходных люков, обшивке кают экипажа, спортивных тренажерах, элементах осевого стыковочного узла, а также с поверхности иллюминатора, обеденного стола .

20 распространены также и отдельные виды аспергиллов, которые встречались на большинстве исследуемых поверхностей и в воздухе. Среди грибов, выделенных из среды обитания ОК «Мир», встречались виды микромицетов, относящиеся к условно патогенным,   способным при определенных условиях вызывать патологические процессы у человека. У 126 наименований грибов, обнаруженных в среде обитания станции, согласно литературным данным, к условно патогенным относилось 46 видов, что составляло 36,5% от общего числа обнаруженньк видов, из которых: 26 видов грибов потенциальные возбудители микозов ; 22 вида кроме того возбудители аллергических процессов); 22 вида - активные токсинообразователи . Среди микромицетов, выделенных из среды ОК «Мир», встречались плесневые грибы известные, по литературным данным , как активные биодеструкторы материалов различного химического строением. Из 126 наименований грибов, обнаруженных в ОК «Мир», 64 вида (50,8%) относятся к микроорганизмам, способным повреждать различные полимерные материалы, из которых 19 видов, наряду с этой способностью, являются представителями микроскопических грибов, выделяющими в процессе роста "агрессивные" продукты жизнедеятельности, за счет которых на поверхности металлов создаются коррозионно-агрессивные среды. Грибы, способные вызывать биоповреждения полимерных материалов и биокоррозию металлов, обнаруживали в каждой экспедиции. К представителям этой группы плесневых грибов относятся 81,0% видов пенициллов и 42Д% видов аспергиллов, выделенных с поверхностей интерьера и оборудования ОК «Мир».

Таким образом, большинство видов грибов, обнаруженных на поверхностях орбитального комплекса, относятся к потенциальным биодеструкторам полимерных материалов и к микромицетам, способным вызывать биокоррозию металлов.

Глава 2.2. Микрофлора воздуха ОК «Мир».

На российской орбитальной станции «Мир» выполнен значительный объем исследований по оценке количественного содержания и видового состава микроорганизмов воздушной среды. Исследование количественных показателей и видового состава микроорганизмов осуществлялось во время работ основных экипажей ЭО-2 - ЭО-28 В процессе эксплуатации ОК «Мир» было отобрано 486 проб воздуха для исследования бактерий и 514 проб для исследования грибов. Бактерии были обнаружены в 385 (79,2%), а грибы - в 345 (67,1%) отобранных пробах воздушной среды. Бактериальная флора воздуха была представлена 19 родами и включала 46 видов. Видовая структура бактерий во все сроки исследований преимущественно состояла из  стафилококков, микрококков и коринебактерий. Эпизодически обнаруживали стрептококки и энтерококки. Наряду с этим, в пробах воздуха периодически определяли обитателей природных резервуаров . Значительное число бактерий, выделенных из воздушной среды, микроорганизмов, относилось к группе условно патогенных . Большим разнообразием в пробах воздуха отличались микромицеты. Грибы были представлены 62 видами и 13 родами. В составе аэропланктона доминировали пенициллы, значительный удельный вес занимали аспергиллы.  В соответствии с установленными для российских пилотируемых космических аппаратов нормативами предельный уровень обсемененности воздуха бактериями составляет 500 колониеобразующих единиц (КОЕ)  на 1 кв. м. Для жизнеспособных фрагментов грибов этот показатель лимитирован величиной 100 КОЕ в 1 м . В период эксплуатации ОК «Мир» бактериальная обсемененность воздушной среды оставалась относительно стабильной и в 95% отобранных проб не превышала рекомендуемый нормативный показатель .Относительно более высокие уровни

бактериальной обсемененности воздуха отмечались в зонах расположения тренажеров в базовом блоке, в модулях "Квант-2" и "Кристалл  Поскольку человек не является источником поступления плесневых грибов в воздушную среду, а развитие их в аэрозольной фазе, по-видимому, невозможно, следует считать, что резервуаром накопления этих микроорганизмов являются отдельные участки интерьера и оборудования обитаемых отсеков комплекса. Важно также отметить, что на уровни микробной обсемененности воздушной среды значительное влияш1е оказало

23

включение в январе 1998 года, в завершающий период работы на ОК «Мир» членов экипажа 24-ой экспедиции, установки «Поток 150МК», предназначенной для очистки воздуха от аэрозольных частиц и микроорганизмов. С этого периода отмечалось снижение величин обсемененности воздушной среды микромицетами.

Плесневые грибы были широко распространены на декоративно-отделочных и конструкционных материалах ОК «Мир». В разные периоды эксплуатации комплекса от 18,0% до 95,0% отобранных с поверхностей проб содержали микромицеты.    

Очевидно, что наиболее опасная, не совместимая с осуществлением или дальнейшим продолжением полета чрезвычайная ситуация может возникнуть в случае заноса возбудителей особо опасных инфекций в кабину космического объекта на этапах предполетной подготовки, строительства и эксплуатации космического комплекса на околоземной орбите. Такие ситуации гипотетически возможны в случаях неадекватности или недостаточной эффективности методов предполетного клинико-физиологического, микробиологического и иммунологического обследования членов экипажей; ограничительно-обсервационных и карантинных мероприятий, осуществляемых в отношении экипажей; контроля за качеством бортовых рационов питания и запасов воды;, санитарно-гигиенических регламентов предполетной подготовки систем жизнеобеспечения, терморегуляции и т.п. В соответствии с результатами клинико-физиологических обследований космонавтов, к постоянно действующим медицинским рискам, обусловленным особенностями состояния их аутомикрофлоры в условиях космического полета, относятся: - дисбактериозы кишечника  

   появление в результате язв на слизистых оболочках полости носа, полости рта, зева, а также на кожных покровах  . Жизнедеятельность микроорганизмов в среде космического объекта сопровождается возникновением как медицинских, так и весьма серьезных технических (технологических) рисков, в основе которых лежит  заселение декоративно-отделочных и конструкционных материалов интерьера и оборудования бактериально-грибными ассоциациям.  

Особо важную роль в возникновении технических рисков играют так называемые бактерии- и грибы- технофилы. Эти микроорганизмы в результате своей жизнедеятельности способны вызывать биопомехи в работе различной аппаратуры, повреждать различные конструкционные материалы, в том числе синтетические полимеры, вызывать или провоцировать коррозию металлов. В процессе производства, хранения и транспортировки, а также в условиях эксплуатации материалы, изделия и приборы легко заражаются микроорганизмами. Попадая на различные материалы (например, полимеры), отдельные виды микроорганизмов, чаще всего бактериальногрибные ассоциации, быстро приспосабливаются к ним и начинают свою жизнедеятельность. В результате этого может изменяться цвет материалов, снижаться механическая прочность, диэлектрические и другие характеристики. Первые сообщения об обнаружении видимого роста микроорганизмов на поверхности отдельных участков интерьера были получены в период эксплуатации орбитальной станции "Салют-б" и "Салют-7".  . Особый интерес представляет ситуация, связанная с навигационным иллюминaтopoм одного из транспортных кораблей "Союз", который в течение полугода эксплуатировался в составе комплекса «Мир». В ходе работы члены экипажа ЭО-3 отмечали прогрессирующее ухудшение оптических характеристик иллюминатора. После возвращении транспортного корабля на Землю на предприятии-изготовителе были проведены исследования, которые выявили следующую картину. На центральном окне и большинстве периферических окон иллюминатора, выполненных из сверхпрочного кварцевого стекла, а также на эмалевом покрытии титановой оправы отмечалось наличие мицелия плесневых грибов . Визуально создавалось впечатление, что источником обрастания служила паронитовая (резиновая) прокладка, с помощью которой стекло фиксировалось в титановой оправе. Важным является то обстоятельство, что выделенные культуры грибов имели определенные морфологические отличия в строении органов спороношения по сравнению с эталонными штаммами аналогичной видовой принадлежности.

В дальнейшем операторы большинства экспедиций выявляли зоны видимого роста плесневых грибов на различных элементах интерьера и оборудования. В результате

29 развития плесневых грибов отмечались случаи разрушения фактуры материалов и признаки коррозии металлов. И, наконец, наиболее наглядным примером микробиологического повреждения оборудования является ситуация с выходом из строя блока управления прибора связи, доставленного на Землю при возвращении членов 24-й экспедиции . При его визуальном осмотре были обнаружены множественные дефекты: видимый рост плесневых грибов на металлическом корпусе с внутренней и внешней стороны, на изоляции проводов, многочисленные наросты синего цвета (предположительно окислы меди) в местах повреждения изоляции.

Рис.5.Рост плесневых грибов на изоляции проводов прибора связи.

    Таким образом, приведенные данные убедительно свидетельствуют о возможности возникновения микробиологических рисков .в процессе эксплуатации обитаемых космических объектов. Особенности эволюции микрофлоры, связанные с условиями космоса. Формирование микробного сообщества в обитаемых отсеках космического объекта протекает в условиях специфической среды обитания. Помимо основных параметров среды - температуры, влажности, давления-на биообъекты, находящиеся в космическом корабле, действуют различные виды излучений   Особо следует отметить ионизирующее излучение, значительно более высокое по сравнению с земными условиями. Воздействие космического ионизирующего излучения, обладающего наиболее выраженным модифицирующим   действием, носит постоянный (хронический) характер.   Микрофлора среды в ходе многолетнего функционирования ОК «Мир» подвергается специфической эволюции, имеющей определенные особенности, связанные с условиями космического полета. Так, количественная динамика микробной обсемененности среды обитания космического объекта в условиях длительной  эксплуатации не носит линейного характера, а является волнообразньм процессом смены фаз активации и стагнации микрофлоры (рис.3). Это характерно как для поведения бактериальной флоры, так н для грибной флоры. Причем, в отношении грибного компонента этот процесс имеет более отчетливую выраженность, и по мере увеличения сроков космического полета фазы активации микрофлоры приобретают более высокую амплитуду и принимают затяжной, латентный характер. Изменения количественных показателей микрофлоры свидетельствует об экологической экспансии - развитии процессов колонизации микроскопическими грибами интерьера и оборудования обитаемых отсеков в ходе многолетней эксплуатации ОК «Мир».   фактор времени - многолетние сроки функционирования современных орбитальных станций - дает основание рассматривать эти вопросы не только и не столько в аспекте контаминации ( пассивного загрязнения кабины микроорганизмами), но и как серьезную экологическую проблему изменчивости своеобразного космического микробиоценоза, проявления существования и

жизнедеятельности которого могут оказать исключительно негативное влияние на надежность космической техники.

 Глава 2.3 Система мероприятий по обеспечению микробиологической безопасности, реализованная в процессе многолетней эксплуатации ОК «Мир».

 Исходя из взглядов на происхождение, взаимосвязи и трансформацию рисков микробной природы, характерных, по нашему мнению, для условий многолетней эксплуатации орбитальных комплексов, определение безопасности среды обитания указанных объектов может быть сформулировано следующим образом. Микробиологическая безопасность - это такое состояние среды обитания, при котором : - присутствие микроорганизмов - облигатных возбудителей инфекционных заболеваний человека в атмосфере, на конструкционных материалах и других элементах среды не допускается; - "микробная нагрузка", сформированная потенциально - (условно - ) патогенными лшкроорганизмами не достигает дозы, способной инициировать патологические процессы у человека; - "микробная нагрузка", сформированная бактериями и грибами - "технофилами", поддерживается на уровне, препятствующем переходу биоповреждающих ситуаций в биоповреждающий процесс. Очевидно, что данное определение приобретёт практическую направленность

 только в том случае, когда содержащиеся в нем требования будут иметь конкретное критериальное и количественное выражение. В 1995 году был принят и введен в действие ГОСТ Российской Федерации  "Среда обитания космонавта в пилотируемом космическом аппарате", включающий нормативные требования и регламенты контроля микробиологической обстановки на этапах предполетной подготовки и в процессе полета. Согласно этому документу, который узаконил ранее разработанные проектные требования и  -мегодическую документацию, микробиологическая безопасность газовой среды в обитаемых отсеках космических объектов должна обеспечиваться поддержанием уровня ее микробной обсемененности не выше допустимых показателей: для бактерий - 500 колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 м^; для грибов - 100 КОЕ в 1 м^ при отсутствии в составе микрофлоры патогенных микроорганизмов. Нормативный уровень микробной обсемененности газовой среды в полете должен поддерживаться за счет работы штатных средств очистки и кондиционирования. Отсутствие в составе микрофлоры патогенных бактерий и грибов должно обеспечиваться путем проведения на этапах подготовки экипажей и космических объектов (включая транспортные орбитальные средства, обеспечивающие доставку космонавтов и грузопотоки на орбитальную станцию) ограничительных и противоэпидемических мероприятий, включающих: углубленное микробиологическое и иммунологическое обследование космонавтов; медицинский контроль за состоянием здоровья и обследование персонала, выполняющего монтажные работы в орбитальных отсеках, на носительство возбудителей инфекционных заболеваний; соблюдение санитарно-гигиенического регламента; проведение текущей и заключительной дезинфекционной обработки при выполнении монтажных и испытательных работ в обитаемых отсеках космических объектов на этапах сборки, комплектации, предстартовой подготовки и т.п. При эксплуатации длительно функционирующих орбитальных комплексов и космических станций должен проводиться контроль уровня микробной обсемененности газовой среды обитаемых отсеков в полете с периодичностью не менее одного раза в месяц. Контроль проводится методом отбора проб микрофлоры из газовой среды и поатедующей их оценки на борту или в наземных лабораторных условиях. Санитарно-бытовые мероприятия должны обеспечивать микробиологическую безопасность декоративно-отделочных и конструкционных материалов интерьера и оборудования обитаемого отсека .. Для соблюдения вышеперечисленных требований на этапе проектирования, подготовки и эксплуатации космических объектов должны быть вьполнены следующие мероприятия:

 а) декоративно-отделочные и конструкционные материалы, предназначенные для использования в составе интерьера и оборудования обитаемых отсеков, должны быть подвергнуты испытаниям на проверку показателей их микробиологической безопасности. В процессе испытаний должны проводиться: оценка подверженности материалов заселению условно патогенньши микроорганизмами; оценка стойкости материалов к воздействию бактерий и грибов - биодеструкторов с учетом влияния факторов старения в условиях многолетней эксплуатации; определение безопасного в отношении микробного фактора гигиенического режима и условий эксплуатации материала (по температуре, влажности, типу и характеру санитарной и антимикробной обработки);

 б) при выборе конструкционных и декоративно-отделочных материалов должна проводиться оценка их стойкости к многократной (в течение всего срока подготовки и эксплуатации) обработке дезинфицирующими средствами и биоцидными композициями, допущенными к применению в обитаемых отсеках космических объектов;

 в) при разработке технического решения по установке декоративно-отделочных материалов должна предусматриваться возможность их съема для санитарной обработки запанельного пространства;

г) в условиях эксплуатации длительно действующих орбитальных комплексов должен осуществляться контроль уровня .микробной обсемененности поверхностей конструкционньк и декоративно-отделочных материалов интерьера и оборудования обитаемых отсеков с периодичностью 1 раз в 60 суток. Контроль должен проводиться путем отбора проб микрофлоры с поверхностей на борту и последующей оценки ее в наземных условиях по количественному и видовому составу;

 д) для периодической санитарной и антимикробной обработки поверхностей декоративно-отделочных и конструкционных материалов должно предусматриваться комплектование космического объекта специальными средствами (типа "Салфетки санитарные для поверхностей", комплект "Фунгистат"). Должно предусматриваться использование этих средств в соответствии со штатным регламентом или при наличии дополнительных показаний по результатам микробиологического контроля.

Опыт 15-ти летней непрерывной эксплуатации ОК «Мир», а также результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что в отношении ряда поставленных задач используемая система обеспечения микробиологической безопасности оказалась достаточно эффективной, а именно: - за весь период эксплуатации не зарегистрировано случаев заноса в орбитальный комплекс   возбудителей острозаразных инфекций; - у членов 28-ми основных экипажей орбитальной станции не отмечено случаев возникновения острых инфекционных заболеваний за исключением локализованных воспалительных процессов (несколько случаев) в результате микротравм кожных покровов; - микробная обсемененность газовой среды орбитального комплекса и питьевой воды в большинстве случаев поддерживалась в пределах установленных нормативых показателей.  Вместе с тем, реализованная система оказалась недостаточно эффективной в отношении рисков, обусловленных жизнедеятельностью микроорганизмов на поверхностях конструкционных материалов интерьера и оборудования орбитального комплекса. Для купирования развития микрофлоры в обитаемых отсеках станции в процессе полета один раз в две недели на борту проводилась генеральная санитарная уборка с использованием пылесоса и специальных салфеток . Для очистки газовой среды от аэрозольных частиц и микроорганизмов на борту периодически включалась установка "Поток 150 МК", обеспечивающая фильтрацию воздуха.

 Для предотвращения микробиологических повреждений конструкционных материалов и оборудования космонавты периодически проводили ревизию поверхностей интерьера и оборудования ОК «Мир», включая запанельное пространство. При обнаружении зон, подозрительных на наличие микромицетов, отбирались контрольные пробы и проводилась обработка выявленных зон с помощью специально разработанного для этих целей комплекта "Фунгистат". Использование комплекта "Фунгистат" для обработки поверхностей также проводилось по рекомендациям специалистов на основании анализов контрольных проб на Земле.  

РАЗДЕЛ 3

Глава 3.1. Заключение

 Многолетние сроки эксплуатации орбитальных станций вьдвинули на первый план экологические проблемы, среди которых ведущее место принадлежит микробиологическому фактору. Об этом убедительно свидетельствуют опыт 15-летней эксплуатации орбитального комплекса «Мир» и результаты вьполненных на нем микробиологических исследований. В соответствии с накопленными данными, микроэкосфера модулей ОК «Мир» включала 234 вида бактерий и микроскопических грибов. Среди бактерий (40 родов и 108 видов) выявлялись условно-патогенные представители - Staphylococcus, Streptococcus, Proteus, Serratia, Enterobacter, Haemophilis, Pseudomonas и др. Грибной компонент микробного сообщества станции объединял представителей 25 родов и 126 видов микромицетов, среди которых встречались возбудители микозов, микоаллергий и микоинтоксикации. Значительная часть видов (64) обнаруженных грибов широко известна в качестве биодеструкторов полимерных материалов и инициаторов коррозии металлов. В составе формирующихся в объемах станции микоценозов выявлялись хорошо адаптированные к условиям среды космического объекта штаммы, характеризующиеся высокой агрессивностью и способные резидентно заселять ее интерьер и оборудование. Как показали результаты исследований, развитие грибного компонента в пределах станции сопровождалось возникновением биоповреждений конструкционных материалов, вызывало в ряде случаев нарушения и отказы в работе оснащения и оборудования. Полученные данные дают основание рассматривать среду длительно действующего космического объекта в качестве своеобразной экологической ниши для разнообразной микрофлоры, жизнедеятельность которой может негативно отразиться на характеристиках

40 надежности космической техники и представлять угрозу для состояния здоровья экипажей.   С учетом опыта, накопленного в ходе многолетней эксплуатации российских орбитальных станций, разработана концепция обеспечения микробиологической безопасности, основанная на реализации предупредительных мероприятий, средств, методов и технологий управления состоянием микробиологической обстановки ПКА. Основные блоки и элементы системы обеспечения микробиологической безопасности, реализованные в процессе эксплуатации орбитального комплекса «Мир»:

Глава 3.2 Мероприятия в отношении экипажей

Углубленное микробиологическое и иммунологическое обследование

Введение ограничительнообсервационного режима на заключительном этапе предполетной подготовки

Использование пробиотиков для коррекции С0СТОЯ1ШЯ микробиоценоза кишечника

Использование средств личной гигиены для нормализации микрофлоры кожных покровов и полости рта

Комплектация бортаптечки и укладки антимикробными и противовоспалительными средствами

Мероприятия в отношении модулей станции и комплекса СО X Этапы проектирования, создания и предполетной подготовки'

Установление нормативных микробиологических требований к качеству воды, рационов питшшя, состоянию газовой среды и внутренних поверхностей обитаемых модулей и транспортных кораблей  

Испытания используемых декоративноотделочных и конструкционных материалов на микробиологическую стойкость

Экспертиза проектно-конструкторской документации на соответствие требованиям микробиологической безопасности

Обеспечение требований биологической чистоты на этапах сборки, комплектации и предполетной подготовки модулей пилотируемых и грузовых транспортных кораблей, а также в отдел доставляемых грузов

Проведение заключительной дезинфекционной обработки модулей и транспортных кораблей, отбор и анализ контрольных микробиологических проб.

Вся система предполетной подготовки охватывает все этапы, начиная с этапов проектирования и конструкторской разработки космических объектов, до условий автономной деятельности экипажей на околоземной орбите.

 В процессе строительства орбитального комплекса и его многолетнего функционирования система подвергалась модернизации и коррекции по мере получения новых сведений о состоянии микробного сообщества в условиях полета, а также совершенствования технологий противомикробной защиты.

В заключение следует подчеркнуть, что практика многолетней эксплуатации орбитального комплекса «Мир» свидетельствует о том, что реализованные мероприятия по контролю за микробным фактором и обеспечению микробиологической чистоты космических объектов нуждаются в дальнейшем развитии, особенно с учетом межпланетных экспедиций.

РАЗДЕЛ 4.  ВЫВОДЫ

В процессе 15-летней эксплуатации в среде обитания ОК «Мир» обнаружено 234 вида микроорганизмов - 108 видов бактерий и 126 видов грибов, представленных в основном комменсалами покровных тканей и слизистых оболочек человека и обитателями природных резервуаров, включающих как условно патогенные формы, так и микробы - технофилы, способные вызывать биоповреждения различных материалов.

 2. Основным местообитанием бактериально-грибных ассоциаций в этих условиях являются декоративно-отделочные и конструкционные материалы интерьера и оборудования, на поверхности которых накапливается достаточное количество антропогенной органики и конденсата атмосферной влаги для реализации полного цикла развития и воспроизводства значительного числа гетеротрофных микроорганизмов.

 3. Количественная и структурная динамика микрофлоры среды обитания в ходе многолетней эксплуатации орбитальных станций не носит линейного характера, а является волнообразным процессом чередования фаз активации и стагнации микроорганизмов, па фоне которых происходит смена доминирующих по численности и распространенности видов.

 4. Отдельные представители микрофлоры обладают способностью к резидентному заселению среды обитания космического объекта.

 5. Микрофлора среды обитания орбитального комплекса в ходе многолетней эксплуатации подвергается специфической эволюции, которая может быть инициирована космофизическими факторами и находиться в прямой или опосредованной зависимости от годовых и многолетних циклов солнечной активности.

 6. Эволюция микробного сообщества в этих условиях сопровождается возникновением медицинских и технологических рисков, способных оказывать влияние на условия обитания людей и на характеристики безопасности и надежности космической техники.

 7. Технологические риски определяются развитием процессов биоповреждепий и биокоррозии конструкционных материалов интерьера и оборудования, появлением отказов и нарушений в работе отдельных звеньев регенеративных систем жизнеобеспечения. Эти явления детерминируются формированием высокоактивных штаммов - биоагрессоров,

8. На основании опыта функционирования российских орбитальных станций разработана концепция обеспечения микробиологической безопасности, охватывающая все этапы подготовки и эксплуатации космических объектов и основанная на совершенствовании системы предупредительных мероприятий, средств, методов и технологий, обеспечивающих контроль и управление состоянием микробиологической обстановки.  

ЛИТЕРАТУРА

 1. Санитарно - микробиологические аспекты проблемы биостойкости полимерных материалов, используемых в кабинах космических объектов. В кн.: Биологические повреждения материалов, Вильнюс, 1979, с. 134-138 (  С.Н.Залогуевым, Ю.Г. Нефедовым).

2.  Санитарно-микробиологические и эпидемиологические аспекты обитаемости. В кн.: Проблемы космической биологии, т. 42, М., Наука, 1980, с. 80-140 (  С.Н. Залогуевым и А.Н. Викторовым).   Космическая биология и авиакосмическая медицина, 1985, № 4, с, 74-76 (в соавт. с С.Н. Залогуевым ).

3.Особенности формирования микрофлоры на конструкционных материалах, используемых в обитаемых герметично-замкнутых помещениях. Космическая биология и авиакосмическая медицина, 1985, Х22, с.66-69 (в соавт. с А.Н. Викторовым)

4. Космическая биология и авиакосмическая медицина, 1988, №3, с.67-71 ( в соавт. с Ю.Г. Нефедовьм и И.Н. Суровежиным

5. Характеристика состава микрофлоры помещений в условиях длительных наблюдений, Сборник научных трудов НИЛ биол.струк., 1990, инв.№633, с.27-36 (в соавт.с А.Н. Викторовым, В.П. Каменных, В.Л. Козельцевым).

 6. К вопросу об эффективности санитарно - гигиенических мероприятий, проводимых в помещениях и объемах, используемых для работ с основным объектом. Сборник научных трудов НИЛ биол.струк., 1991, инв,Х2б52,с.85-91 (в соавт.с В.П. Каменных, В.Л.Козельцевым).   7. Микрофлора кабин пилотируемых космических объектов и проблема биоповреждений используемых в них конструктивных материалов. Авиакосмическая и экологическая медицина, 1992, №3, с. 41-48 (в соавт. с А.Н. Викторовым и Е.А. Дешевой

8. Резидентное заселение среды на орбитальном комплексе «Мир» Penicillium chrysogenmn и проблема экологической безопасности в длительном космическом полете. Авиакосмическая и экологическая медицина, 1998Д2 5 с.57-62 (в соавт. с А.Н.Викторовым, Е.А.Дешевой, М.П. Братиной и др.).  

  9. Е.А. Дешевой, СВ. Поддубко, Н.А. Поликарповым. «Характеристика микробного сообщества, формирующегося в обитаемых отсеках пилотируемьк космических объектов. В материалах российской конференции «Организм и окружающая среда; жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях»,  

10. Микробиологические аспекты формирования среды обитания пилотируемых космических объектов. В материалах Всерос. конференции «Научные аспекты экологических проблем России», Москва, 13-16 июня 20О1, с. 125(в соавт. с СВ.Поддубко, Е.А. Дешевой, Н.А. Поликарповым и др.).

       11.  Результаты исследований влияния радиационных условий на среду обитания орбитальных         станций и перспективы использования их для решения земных экологических проблем. В материалах научных чтений, посвященных 40-летию первого полета человека в Космос «Космические технологии - человеку на Земле»

     12. Основные закономерности формирования среды обитания орбитального комплекса "Мир" . Авиакосмическая и экологическая медицина, 2001, №4, с