«Саратовский государственный технический университет ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГОРОДОВ Сборник научных трудов Под редакцией профессора Т.И. Губиной Саратов 2007 УДК 520 Э ...»
Нами изучено влияние никотина в концентрации 10-15-10-4 М на общую АТФ-азную активность эритроцитов. Показано, что во всем интервале концентраций никотин увеличивает активность АТФ-азы по сравнению с контролем. Фермент не обладает сродством к алкалоиду, эффекторное действие вещества может быть обусловлено его неспецифическим связыванием с мембранами, а также изменением подвижности и структуры приповерхностной воды, влияющей на конформацию белка.
проинкубированных в растворах никотина различных концентраций (10-15 М). Зафиксировано немонотонное изменение скорости и процента гемолиза во всем диапазоне концентраций никотина. Значимое увеличение параметров установлено для концентраций никотина 10-12, 10-9, 10-6 М.
Дестабилизирующее воздействие никотина в низких концентрациях на структурно-функциональное состояние мембран эритроцитов может быть связано с изменением структуры и подвижности воды в примембранной области, индуцированное алкалоидом.
Для подтверждения гипотезы о воздействии никотина на примембранную воду, гидратный слой на поверхности мембран имитировали с помощью гидрозолей ультрадисперсных алмазов (УДА).
Известно, что способность УДА к агрегации зависит от подвижности воды у их поверхности [5]. Установлено, что инкубация наночастиц в растворах никотина приводит к уменьшению их агрегационной способности, значимый эффект наблюдался для концентраций никотина 10-9;
10-5М.
Такой характер воздействия вещества мы связываем с увеличением подвижности приповерхностной воды в присутствии алкалоида.
Изучено комбинированное действие алкалоида и ЭМИ КВЧ низкой интенсивности на мембраны эритроцитов. Поскольку ЭМИ КВЧ на резонансных частотах значительно изменяет структуру воды, предположили, что эффект никотина в сочетании с излучением на резонансной частоте 65 ГГц должен значительно отличаться от изолированного действия этих факторов.
Показано увеличение скорости гемолиза эритроцитов после изолированного и комбинированного воздействия никотина в концентрациях 10-12, 10-9, 10-6, 10-5 М и ЭМИ по сравнению с контролем.
Достоверно значимое отличие комбинированного эффекта зафиксировано только для концентрации вещества 10-5 М (рис. 1). Полученные результаты свидетельствуют об увеличении отрицательного (дестабилизирующего мембраны) воздействия никотина в концентрации, соответствующей его содержанию в крови активного курильщика, на организм при сочетании с излучением на резонансной частоте 65 ГГц.
относительная оптическая Рис. 1. Кривые гемолиза эритроцитов детергентом ДСН после изолированного и комбинированного воздействия на суспензии клеток ЭМИ (65 ГГц) С помощью модельной системы – гидрозоля УДА – удалось зафиксировать различное воздействие никотина и ЭМИ на структуру приповерхностной воды. Через двое суток инкубации гидрозолей размеры агрегатов в облученных и необлученных пробах с никотином были значительно меньше (~ на 63 %) контрольных значений. Размеры агрегатов в облученных пробах приблизительно на 20 % меньше, чем в контрольных (рис. 2). Уменьшение размеров агрегатов свидетельствует об их разрушении и увеличении подвижности приповерхностной воды вблизи наночастиц.
Рис. 2. Зависимость размеров агрегатов наночастиц под действием ЭМИ и 10-12 М Полученные результаты подтверждают выдвинутое нами предположение о том, что никотин в низких концентрациях изменяет структуру сетки водородных связей воды вблизи поверхностей биологических объектов, что может определять его неспецифическое воздействие на клеточные мембраны.
1. Радбиль О.С. Курение / О.С. Радбиль, Ю.М. Комаров. М.: Медицина, 1988. с.
2. Вредные вещества в промышленности: справочник для химиков, инженеров и врачей. -Л.: Химия, 1976. -Т. 2.
3. Якушева И.А. Метод определения активности аденозинтрифосфатаз в гемолизатах эритроцитов крови человека / И.А. Якушева, Л.И. Орлова // Лабораторное дело. -1970. - № 8. - С. 497-501.
4. Черницкий Е.А. Гемолиз эритроцитов детергентами / Е.А. Черницкий, О.А.
Сенькович // Биологические мембраны. - 1997. - Т.14, № 4. - С. 385–393.
5. Чиганова Г.А. Агрегирование частиц в гидрозолях ультрадисперсных алмазов / Г.А. Чиганова // Коллоидный журнал. -2000. -Т. 62, № 2. -С. 272-277.
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВОДЫ ВОТКИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
В РАЙОНЕ Г.ПЕРМИ С ПОЗИЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА
Водоснабжение г. Перми осуществляется с помощью трех водозаборов, два из которых – Большекамский и Кировский – расположены в районе Воткинского водохранилища (рисунок).Большекамский водозабор располагается ниже плотины Камской ГЭС, и основной объем забираемой воды составляют воды Камского водохранилища, которые, проходя через турбины КамГЭС, значительно перемешиваются и принимают однородный химический облик. Кировский водозабор обеспечивает водой правобережную часть Перми, забор воды происходит в низовье левого берега города. На химический состав водозаборов, кроме естественных факторов (вода вышерасположенного водохранилища) влияние оказывают работа промышленности и жизнедеятельность населения.
Гидрохимический режим водохранилища в районах исследуемых водозаборов рассмотрен по материалам 2003 – 2006 гг.
Кировский водозабор Воды Большекамского и Кировского водозаборов отличаются по минерализации и содержанию главных ионов:
1) Сухой остаток характеризуется более высокими значениями на Кировском водозаборе в течение всего года: 93-143 мг/дм3 в весенний, 135-349 мг/дм3 в летний и 322-919 мг/дм3 в зимний периоды относительно Большекамского (93-116, 135-349 и 325-526 соответственно). Превышений характеристик ПДК не отмечается, но для периода сработки характерно снижение объемов воды в водоеме, что приводит к увеличению сухого остатка до 0,5 ПДК для Большекамского и до 0,9 для Кировского водозаборов.
2) Содержание гидрокарбонатов изменяется по периодам водности, а также водозаборам. Концентрация HCO3- определяется природными факторами. В отличие от других характеристик, содержание HCO3снижается к Кировскому водозабору на 2-25 мг/дм3. Максимальное значение гидрокарбонатов (61-140 мг/дм3) характерно для зимнего периода, когда основной источник питания – грунтовые воды. Для летнеосенней стабилизации уровня воды содержание элемента снижается до 20мг/дм3, а весной составляет 12-36 мг/дм3.
3) Количество сульфатов увеличивается вниз по течению.
Минимальное содержание SO42- отмечается весной – 18-32 мг/дм3 на Большекамском и 13-46 мг/дм3 на Кировском водозаборах. В летнеосенний и зимний периоды содержание возрастает до 4-114 и 40- мг/дм3 соответственно. Превышение ПДК сульфатов отмечается в летнеосенний и зимний периоды: 1,02 доли ПДК на Большекамском и 1,29 доли на Кировском водозаборах в период стабилизации уровня воды, 1,14 доли на Большекамском в период сработки.
4) Основным источником поступления хлоридов являются воды Камского водохранилища и промышленные стоки предприятий Перми.
Максимум хлоридов повсеместно отмечается в придонном слое водоема.
Хлориды являются главным компонентом химического состава вод водохранилища в зимнее время. В весенний период содержание Clневелико и составляет 5-17 мг/дм3, в летне-осенний период оно повышается до 15-72 мг/дм3. Максимальное содержание ионов хлора отмечается в зимнее время – 50-160 мг/дм3. Динамика хлоридов определяется изменением гидрометеорологических условий и динамикой и объемом поступления хлоридов из верхнего бьефа Камской ГЭС, а также с промышленных предприятий Перми, поэтому значения одинаковы в воде обоих водозаборов. Превышение ПДК не отмечается.
5) Содержание кальция в воды водохранилища не превышает установленное ПДК. Значение Ca2+ изменяется от 13-68 мг/дм3 весной, до 20-58 летом и 50-90 мг/дм3 зимой. По длине водохранилища колебания элемента незначительны и не превышают ПДК.
Содержание биогенных веществ в водах района водозаборов изменяется в довольно больших пределах:
1) Значение аммонийного азота в различные сезоны колеблется от 0,1 до 3,6 ПДК. Для Большекамского водозабора максимальное его количество отмечается в период весеннего наполнения (2,4 доли ПДК или 1,20 мг/дм3) и зимней сработки (2,2 доли или 1,10 мг/дм3). В это время объем воды в водохранилище становится минимальным и не обеспечивается хорошее разбавление поступающих веществ. Для летнего периода также возможна неблагоприятная обстановка – 1,02 доли ПДК.
Значение доли ПДК NH4+ на Кировском водозаборе составляет 1,5-3,6 в период наполнения, 0,4-1,2 в период стабилизации и 0,4-2,9 в период зимней сработки. На водные массы Воткинского водохранилища в пределах г. Перми сильное влияние оказывает промышленное загрязнение, что вызывает неблагоприятную обстановку.
2) Содержание остальных биогенных веществ – NO2-, NO3-, P – колеблется от 0,0 до 0,3 ПДК. Наибольшие концентрации биогенных веществ обычно отмечаются в придонных слоях. Максимальное содержание приурочено к зимнему периоду, минимальное – к летнему. В изменении биогенных веществ по длине рассматриваемых частей водохранилищ можно отметить следующие основные черты: во все периоды года повышенное их количество наблюдается в районе расположения промышленных комплексов.
Среди микроэлементов в воде водозаборов города Перми рассмотрены железо, медь, марганец, свинец и цинк. Практически все эти элементы формируют гидрологический риск для водопотребителей.
1) Содержание Fe изменяется от 0 до 8 ПДК. В период наполнения водоемов значение элемента возрастает с 6,0 долей ПДК (0,6 мг/дм3) у Большекамского водозабора до 7,0 – у Кировского. Аналогичная картина прослеживается и в период стабилизации – рост от 3,0 до 5,0 ПДК.
Наибольшее содержание Fe характерно для зимнего периода, и отмечается снижение с 8,0 долей ПДК у Большекамского водозабора до 7,0 – у Кировского. Высокое содержание элемента обусловлено естественным фактором – большое количество в воде реки Чусовая.
2) Содержание меди также значительно превышает допустимые нормы. В период наполнения водохранилища максимум Cu возрастает с 16,1 доли (0,016 мг/дм3) у Большекамского до 23,7 у Кировского водозаборов, для летне-осеннего периода значение меди максимально в районе Большекамского водозабора (26,1 доли ПДК) при 11,2 у другого.
Для зимней сработки водоема максимум элемента отмечается также у Большекамского – 27,3 доли, при 25,0 доли у Кировского.
3) Значение марганца возрастает по ходу расположения водозаборов:
от 1-12 долей (0,01-0,12 мг/дм3) у Большекамского до 2-13 у Кировского в период весеннего наполнения. Для летнего периода эта характеристика составляет 1-9 и 1-18 соответственно. В период низкого стояния уровня воды отмечаются сильные колебания Mn, а именно – 12-33 у первого водозабора и 2-37 у второго. Содержание этого элемента зависит от работы промышленных предприятий. Его максимальное содержание в воде водоемов отмечается в период зимней сработки, когда процесс разбавления вод существенно замедляется.
4) Свинец относится к тяжелым микроэлементам и отрицательно влияет на живые организмы. Наблюдения показали его низкое содержание, не превышающее допустимых норм (до 0,1 ПДК). Исключение составляет его высокая концентрация в районе Большекамского водозабора в период навигации, что связано с работой транспорта (до 0,5 доли ПДК весной и до 1,0 доли ПДК летом).
5) Основное происхождение цинка – антропогенное. Значение элемента варьирует в очень широких пределах: от 0-5 долей ПДК у первого до 0-4 у второго водозаборов. Максимальные в году величины содержания Zn отмечаются во время зимней сработки водоемов, хотя превышения ПДК возможны во все сезоны года.
Газовый режим является, как правило, определяющим при оценке существования биоты в водоемах. Формирование кислородного режима происходит под влиянием целого комплекса положительных (ветроволновое перемешивание, проточность и др.) и отрицательных (наличие промзагрязнения, цветение воды и др.) факторов. Их взаимодействие определяет благоприятное насыщение воды кислородом в период открытого русла (8-10 мг/л – весной, 9-12 мг/л – летом и осенью) и значительный его дефицит во время ледостава (4-7 мг/л). Наиболее худшие условия отмечаются в районе промзагрязнения. Для Большекамского водозабора содержание кислорода колеблется от 4,6 до 12,4 мг/дм3: в период весеннего наполнения происходит интенсивное перемешивание с водами Камского водохранилища и содержание О составляет 7,6-10,9 мг/дм3;
в летний период эта величина колеблется от 5, до 11,3 мг/дм3 (1,2 доли ПДК), что вызвано активной жизнедеятельностью водорослей и бактерий;
минимум кислорода отмечается зимой, особенно перед вскрытием ледового покрова – 4,6 мг/дм3 (1,3 доли ПДК). В районе Кировского водозабора содержание О2 составляет 5,7-11,8 мг/дм3, с минимумом также в период зимней сработки (до 1,05 доли ПДК).
Другими показателями гидрохимического режима являются биохимическое (БПК) и химическое (ХПК) потребление кислорода. Обе характеристики являются показателями процесса переработки поступающих в водоемы элементов, особенно биогенных. Значения БПК и ХПК значительно варьируют по длине района расположения водозаборов и в различные сезоны года. Максимальное значение БПК в весенний период характерно для Большекамского водозабора – до 1,9 доли ПДК (5, мг/дм3), при 0,7 доли на Кировском. Доля ХПК от ПДК также максимальна весной и снижается с 2,4 (36 мг/дм3) доли до 2,2 доли по длине расположения городских водозаборов. Для периода стабилизации уровня воды характерна также картина снижения содержания БПК от Большекамского до Кировского водозаборов - с 1,1 до 0,6 доли ПДК. ХПК ведет себя аналогично – 2,4 и 2,1 соответственно. В период зимней стабилизации уровня воды на водохранилище БПК колеблется в пределах 0,3 – 0,5 доли ПДК для обоих водозаборов. Химическое потребление кислорода имеет существенные значения зимой – 0,4-3,1 доли ПДК на первом и 0,9-2,5 доли на втором.
водохранилище, характерно:
1) Высокое содержание химических элементов в воде при уровне воды, близком к УМО. Эта картина наблюдается в конце зимнего периода (непосредственно перед вскрытием) и в начале наполнения водохранилища в весенний период. Так, электропроводность с 770 мкСм/см зимой снижается до 500 летом и 150 весной, содержание гидрокарбонатов изменяется с 140 до 90 и 30 мг/дм3 соответственно. Эта же картина наблюдается и по сухому остатку – 0,9 доли ПДК в период зимней сработки при 0,3 и 0,1 доли в период стабилизации и наполнения. Среди показателей минерализации превышения ПДК встречались у сульфатов на обоих водозаборах в летний и зимний периоды – до 1,29 и 1,14 долей соответственно.
2) Для биогенных элементов превышения ПДК характерны для NH4+ во все фазы водного режима, особенно в весенний (до 3,6 доли) и зимний (2,9 доли). Такая ситуация обусловлена двумя причинами: а) малый объем водной массы в водохранилище, б) неспособность водоема произвести разбавление всех поступающих стоков, что и приводит к их высокой концентрации.
3) Содержание всех микроэлементов значительно превышает предельно допустимые нормы, особенно в период зимней сработки водоема: Fe достигает 8 и 7 долей в конце зимнего и начале весеннего периодов соответственно, для Cu это значение составляет 27 и 23 долей, а для Mn – 37 и 13 доли. Такие значения элементов обусловлены высоким естественным содержанием в воде притоков, а также работой промышленности. Так, величина Zn и Pb достигает 5 и 1 доли ПДК соответственно.
4) Количество растворенного кислорода в воде водохранилища также остается незначительным в зимний (ледостав) и летний периоды (во время цветения водорослей) – 4,6 и 5,0 мг/дм3, что составляет 1,3 и 1, доли ПДК. Такая ситуация создает неблагоприятную среду для биоты водоема и здоровья людей. Кроме этого, отмечается значительное биохимическое и химическое потребление кислорода – до 1,9 и 3,1 доли ПДК соответственно.
Л.А.Сафронова, В.И. Лабунская, Т.И. Губина Саратовский государственный технический университет
