Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

Факультет біотехнології і біотехніки

Кафедра екобіотехнології та біоенергетики

Реферат

з дисципліни "Біофізика"

на тему "Дія поверхнево активних речовин на живі організми"

Виконав:

студент ІІ курсу,

Сироїд О. О.

Перевірила:

асистент Щурська К.О.

Київ 2014



Зміст

• Вступ
• 1. Загальна характеристика поверхнево активних речовин
• 2. Класифікація
• 3. Молекулярна будова та добування
• 4. Поверхнево активні речовини біологічного походження
• 5. Вплив поверхнево активних речовин на мікроорганізми
• 6. Вплив на організм людини
• 7. Вплив поверхнево активних речовин на живі системи
• Висновки
• Список літератури


Вступ

Мета робот : охарактеризувати основні види поверхнево активних речовин та визначити їх вплив на живі організми.

Об'єкт дослідження : поверхнево активні речовини.

Предмет дослідження: дія поверхнево активних речовин на живі організми. Відомо, що поверхнево-активні речовини (ПАР) внаслідок своїх унікальних фізико-хімічних властивостей знайшли надзвичайно широке використання в широкому колі областей багатьох галузей промисловості, а також виробництв різних форм власності.

Поверхнемво-актимвні речовимни (ПАР, сурфактанти, детергенти) -- хімічні речовини, які знижують поверхневий натяг рідини, полегшуючи розтікання, у тому числі знижуючи поверхневий натяг на межі двох рідин. Це речовини, молекули або йони яких концентруються під дією молекулярних сил (адсорбуються) біля поверхні розділу фаз і знижують поверхневу енергію. Синтетичні поверхнево-активні речовини (ПАР) або детергенти (від латинського слова detergere -- очищати) є основною сировиною для виробництва синтетичних миючих засобів (СМЗ). ПАР одержують з продуктів переробки нафти. На сьогодні ці детергенти стали основними компонентами препаратів побутової хімії, в результаті чого їх проникнення в середовище перебування людини прийняло глобальний характер. Але існує й інша їх група -- це поверхнево-активні речовини біологічного походження, які утворюються в живих об'єктах і приймають участь у різноманітних функціях клітини і всього організму. Це ендогенні біологічні ПАР.

До них слід віднести легеневі сурфактанти, ліпіди, фосфоліпіди, жирні кислоти та їх солі, інші біологічно активні речовини (стероїдні гормони, цереброзіди, кардіоліпін, тощо).

Ендогенні ПАР -- це речовини в більшості неіоногенного походження, які знаходяться в шкірі, слизових оболонках, жовчі та її компонентах, на поверхні легенів.

Через широкий вжиток ПАР у повсякденному житті варто розглянути їхній вплив на живі організми, навколишнє середовище, екологічний стан.



1. Загальна характеристика поверхнево активних речовин

У хімічній, нафтохімічній, харчовій промисловості, при виробництві косметичних препаратів та інших технологічних процесах поверхнево активні речовини (ПАР) застосовують для найрізноманітніших цілей: як миючих агентів, для стабілізації дисперсних систем емульсій, пін, суспензій, для пониження міцності поверхні оброблюваних матеріалів, флотації, для покриття поверхонь з метою гідрофобізації при нафтовидобутку, як компоненти гідроізоляційних і антикорозійних покриттів, і т. д.

Поверхнево-активні речовини - речовини, адсорбуватися на поверхні розділу двох фаз (тіл) і утворюють у ньому шар підвищеної концентрації. Однак в поняття "поверхнево-активні речовини" (ПАР) зазвичай вкладають більш вузький зміст, відносячи його лише до групи органічних сполук, адсорбція яких брало з їх розчинів навіть дуже малій концентрації призводить до різкого зниження поверхневого (міжфазної) натягу на поверхні розділу розчину з газом (парою), іншою рідиною або твердим тілом. [Термін "поверхневий натяг" прийнято вживати стосовно поверхні розділу конденсованої фази з газом, а термін "міжфазну натяг" - по відношенню до поверхні розділу двох фаз.] Накопичення та орієнтація в адсорбційному шарі молекул або іонів ПАР - наслідок їх дифільності (подвійності властивостей). Кожна молекула типових ПАР має олеофільную, або ліпофільних, частина (один або кілька углеводородвих радикалів) і гідрофільну частина (одну або декілька полярних груп). Тобто поверхнева активність ПАР, розчинених у вуглеводневих рідинах, обумовлена гідрофільними групами, а розчинених у воді - олеофільнимі (гідрофобними) радикалами. За способом отримання та застосування поверхнево активні речовини поділяють на синтетичні та біологічного походження.(Додоток 1)[1,4]



2. Класифікація

За типом гідрофільних груп ПАР ділять на іонні, або іоногенні, і неіонні, або неіоногенні.

Іоногенні ПАР дисоціюють у розчині на йони, одні з яких володіють адсорбційною активністю, інші (протийони) - адсорбційною. Це активні. Якщо адсорбованно активні аніони, ПАР зв. аніонними, або аніоноактивними, в протилежному випадку - катіонними, або катіоноактивними.

ПАР містять як кислотні, так і основні групи, а також вони мають амфотерні властивості, Їх зв. амфотерними, або анфолітними, ПАР. Неіоногенні ПАР не дисоціюють при розчиненні на йони; носіями гідрофільності в них зазвичай є гідроксильні групи і різною довжиною полігликолевоголанцюга. Існують також ПАР, в яких разом з неіоногенні гідрофільними атомними групами присутні іоногені. В окремий клас виділяють Фтогвуглеводневі ПАР - з'єднання з повним або частковим заміщенням атомів водню в гідрофобних радикалів на атоми фтору. Крім того, як окрему групу слід розглядати високомолекулярні ПАР - адсорбційно активні водорозчинні полімери йоногенного (поліелектроліти) і нейоногенного типів.

Всі ПАР можна розділити на дві категорії за типом систем, образуених ними при взаємодії з розчинником. До однієї категорії відносяться міцелоутворюючі (напівколоїдні, милоподібні) ПАР, до іншої - не утворюють міцел. ПАР першої категорії в розчині вище критерій (визначеної для кожної речовини) "критичної" концентрації утворюють міцели, тобто молекулярні або іонні асоціати з кількістю молекул (іонів) від декількох десятків до декількох сотень.

Нижче критичної концентрації міцелоутворення (ККМ) речовина знаходиться в істинно розчиненому стані, а вище ККМ - як в істинно розчиненому, так і в міцелярно. Міцели ПАР знаходяться в оборотному термодинамічній рівновазі з молекулами; при розведенні розчину вони розпадаються, а при збільшенні концентрації знову виникають. Зазвичай такі розчини володіють миючої здатністю. ПАР другої категорії не утворюють міцел ні в розчинах, ні в адсорбційних шарах. При будь-якій концентрації вони знаходяться в істинно розчиненому стані.

3. Молекулярна будова та добування

Іоногені ПАР. Аніоноактивні речовини становлять більшу частину світового виробництва ПАР. Промислові ПАР цього типу можна розділити на слід. основні групи: карбонові к-ти і їх солі (мила), алкілсульфати (сульфоефіри), алкілсульфонати і алкіларілсульфонати, інші продукти.

У виробництві мила і багатьох іоно- і неіоногенних милоподібних ПАР використовують карбонові кислоти, одержані гідролізом з рослинних і тваринних жирів, і синтетичні жирні кислоти. Промислове значення мають також смоляні і жирні кислоти талової олії - побічного продукту целюлозного виробництва - смоляні кислоти каніфолі, серед яких переважає абіетинова.

Найбільше значення як ПАР з солей монокарбонових кислот мають мила (натрієві, калієві і амонійні) жирних кислот RСООН, де R - насичений або ненасичений нормальний аліфатичний радикал з числом атомів вуглецю 12-18, і мила (натрієві, рідше калієві) смоляних к-т. Практичне значення мають також дикарбонові к-ти, напр. алкенілянтарние, одержувані в пром-сті конденсацією неграничних вуглеводнів з малеїновим ангідридом. Алкілсульфати синтезують зазвичай сульфоетеріфікаціей вищих жирних спиртів або б - олефінів з наступною нейтралізацією оответственно первинних або вторинних алкілсерних кислот. Алкіларилсульфонати, гл. обр. моно-і диалкілбензолсульфонати, а також моно-і диалкілнафталінсульфонати складають більшу частина синтетичних аніоноактивних ПАР.

Алкілсульфонати зазвичай отримують з насичених вуглеводів С ₁₂ - С₁₈ нормальної будови, кислоти - які сульфохлорують або сульфоокисляють з наступним омиленням або нейтралізацією продукту.

Катіоноактивні IIАВ можна розділити на наступні основні групи: аміни різного ступеня заміщення і четвертинні амонієві підстави, азотвмісні підстави (гуанідину, гідрозіни, гетероциклічні сполучення і т. д.), четвертинні фосфонієві і третинні сильфонові підстави. Сировиною для катіоноактвних ПАР, що мають господарське значення, служать аміни, одержувані з жирних к-т і спиртів, алкгалогенідов, а також алкілфенолів. Четвертинні амонієві солі синтезують з відповідних довголанцюгових галоїдних алкіл реакцією з третинними амінами, з амінів хлоралкілюванням або іншими шляхами з синтетичних спиртів, фенолів і фенольних сумішей.

Більше значення як катіоноактивні ПАР і як вихідні продукти в синтезі неіоногенних ПАР (див. нижче) мають не тільки моно-, а й діаміни, поліаміни та їх похідні.

Амфотерні ПАР м. б. отримані з аніоноактівние введенням в них аміногруп.Катіоноактивні введенням кислотних груп. Такі з'єднання, наприклад RNHCH₂CH ₂COONa отримують взаємодією первинного аміну і метилакрилату з наступним омиленням складноефірний групи лугом. Промисловістю амфотерні ПАР випускаються в невеликій кількості, і їх споживання розширюється повільно.

Неіоногенні ПАР. Це найбільш перспективний клас ПАР. Не менш 80-90% таких ПАР отримують приєднанням окису етилену до спиртів, алкілфенолу, карбоновим к-там, амінів і іншими з'єднанням з реакційноздатними атомами водню. Поліоксіатіленовие ефіри алкілфенолів - найчисленніша і поширена група неіоногенних ПАР, що включає більше сотні торгових назв найбільш відомі препарати ВП-4, ОП-7 і ОП-10. Типове сировина - октіл-, іоніл-і додецілфеноли; кр. того, використовують крезоли, крезоловий к-ту, в-нафтол та ін. Якщо в реакцію узятий індивідуальний алкілфенол, готовий продукт являє собою суміш ПАР загальної ф-ли RC ₆H ₄O (CH ₂ O) _m.

Поліоксіетиленові ефіри жирних к-т RСОО (СН ₂СН ₂О) _m Н прямим оксиетильований кислот або етерифікації кислот попередньо отриманим поліетиленгліколем.

Поліоксіетиленові ефіри спиртів Rо (СН ₂ СН ₂ О) _m Н придбали важливе промислове значення, тому що вони легко піддаються біохімічному розкладанню в природних умовах. Їх отримують з оксиетильований вищих жирних спиртів, реакцією алкілброміда з мононатріевой сіллю поліетиленгліколю та ін шляхами. Поліоксіетиленові ефіри меркаптанів, як і спиртів, отримують зазвичай оксиетилюванням третинних алкілмеркаптанів, а також первинних н-алкілмеркаптанів і деяких алкілбензолмеркаптанів.

Поліоксіетиленові похідні алкіламінів становлять досить різноманітну групу ПАР, багато з яких випускають у промисловості. Ці ПАР, будучи за своєю природою катіоноактивні, зі збільшенням довжини поліоксіетіленовой ланцюга набувають яскраво виражені властивості неіоногенних речовин. Найбільш важливі в практичному відношенні продукти оксиетильований первинних н-алкіламінів, трет-алкіламінів і дегідроабіетіламінов.

Випускають також продукти на основі поліетиленполіамін, наприклад, діетілентріаміну, але вони не мають широкого застосування. У промисловому або напівпромислових масштабах виробляють ПАР з третинним аліфатіч. радикалом RС(СН₃₎₂NН(СН₂СН₂О)_mН, що містить 12-22 атома вуглецю, і т = 1 - 25;

Поліоксіетиленалкіламіди зазвичай отримують з оксиетильований амідів або попередньо отриманих моно жирних к-т (лауринової, пальмітинової, олеїнової).

Ряд неіоногенних ПАР отримують на основі поліатомних спиртів, частково етерифіковані жирними кислотами. Використовують спирти, що містять від 2 до 6 гідроксильних груп, Пентаеритрит, полігліцерина, вуглеводи. При оксиетилюваннні до вільних гідроксильних груп вихідного продукту приєднуються поліоксіетиленового ланцюга різної довжини.

Другий шлях отримання ПАР з поліатомних спиртів - спочатку оксиетильований, а потім етерифікація. Практичне значення окису етилену і окису пропілену як ПАР постійно зростає. Їх отримують ступінчастою полімеризацією, використовуючи як "приманки" з'єднання, що містять реакційноздатні атоми водню.

Монофункціональні вихідні сполуки для синтезу таких ПАР - одноатомні спирти, кислоти, меркаптани, вторинні аміни, N-заміщені аміди й іншою гідрофобною частиною молекули служить залишок вихідної речовини, якщо воно має досить довгий аліфатичний радикал, і поліпропіленоксидний блок.

Крім плюроніков на основі функціонального вихідної сполуки відомі ін ПАР, такі як плюродати. Вихідними речовинами з трьома функціональними групами в синтезі блоксополімерних неіоногенних ПАР можуть бути гліцерин та інші.

Високомолекулярні ПАР - розчинні карбо- або гетроцепние полімери ионогенной або неионогенного типу з мовляв. масою від декількох тисяч до декількох сотень тисяч. Серед них є природні сполуки (білки, альгенати, пектинові речовини і т. д.), продукти хімічної обробки природних полімерів (напр., похідні целюлози) і синтетичні. полімери.

У структурі типових високомолекулярних ПАР повинно бути чітке розмежування гідрофільних і гідрофобних ділянок.

ПАР є сополімери або гомополімери, в яких уздовж довгої гідрофобною основному ланцюзі розташовані через певні інтервали гідрофільні бічні ланцюги або групи. Типові представники аніоноактівние ПАР цієї групи - поліакрилова і поліметакриловая кислоти, їх солі та деякі похідні, а також карбоксиломістячі полімери на основі полівінілового спирту, поліакриламіду, сополімерів малеїнового ангідриду з ін неграничними сполуками. Поверхневою активністю володіють сульфовані і сульфоетеріфіцірованние полімери (полістирол, полівініловий спирт, оксіетілірованний поліконденсатів п- алкілфенол з формальдегідом та ін.)

Катіоноактивні полімерні ПАР отримують хлорметілірованіем, а потім амінування полістиролу, полівінілтолуола та ін вінілових полімерів

Нейоногенні високомолекулярні ПАР можна отримати оксиетилюванням практично з будь-якого полімеру, що містить гідроксильні або ін функціональні групи з реакційноздатними атомами водню. [5,8]

4. Поверхнево активні речовини біологічного походження

Ендогенні ПАР -- це речовини в більшості неіоногенного походження, які знаходяться в шкірі, слизових оболонках, жовчі та її компонентах, на поверхні легенів. До них слід віднести легеневі сульфактанти, ліпіди, фосфоліпіди, жирні кислоти та їх солі, інші біологічно активні речовини (стероїдні гормони, цереброзіди, кардіоліпін, тощо).(Додоток 1)

Для фізіологічних та медико-біологічних досліджень найбільший інтерес представляють поверхнево-активні речовини на межі розділу фаз вода-ліпід, оскільки в організмі існує межа ліпідного біошару клітинних мембран, що відіграє роль бар'єра для водорозчинних молекул, води, плазми крові, тканинної рідини або протоплазми.

Досліди, проведені в Чернівецькому державному університеті [6], виявили схожість між ендогенними ПАР різних біосубстратів, екстрактів органів та тканин. Визначено високий вміст ПАР в екстрактах головного мозку та печінки. ПАР крові утворюють моношари. ПАР шлункового соку утворюють також моношари, для яких характерна закономірна залежність тиску від площі. Властивості моношарів шлункового соку суттєво залежать від способу збудження шлункової секреції. Визначено також моношари ПАР сечі.

У здорових людей ПАР сечі утворюють моношари, для яких характерні підвищення тиску під час стиснення і гістерезис при розширенні. Підвищення тиску та порушення явищ гістерезису виявляють моношари ПАР сечі хворих на нефрити. Особливо різко підвищується рівень тиску моношарів сечі хворих нефритами з надлишком водневих іонів (буферний розчин рН 5,0). Моношари ПАР сечі здорових осіб (рН 5,0-8,0) таких властивостей не виявляють [5].

Досліджені моношари комплексу ПАР жовчі людини . При дослідженні хворих безкам'яними та особливо калькульозними холециститами виявляються менші показники тиску моношарів, менше виразні гістерезис та кут нахилу кривих; особливо значні зміни фіксуються у хворих цирозами печінки.

Ендогенні ПАР містяться в різних тканинах та біологічних рідинах, виявляють при цьому видові відмінності, а також суттєво змінюються при різноманітних станах організму [5, 15]. Ендогенні ПАР синтезуються в клітинах та виконують низку життєво-важливих функцій організму.

Дослідження з виключенням ендогенних ПАР з організму торкаються, головним чином, жовчних кислот. Результати робіт цього напрямку підкреслюють важливу роль холанових кислот не тільки в діяльності шлунково-кишкового тракту, а також для функціонування серцево-судинної, видільної, ендокринної, нервово-м'язової систем. Холанові кислоти відіграють значну роль в регуляції обмінних процесів, активації низки ферментів, обумовлюють стан нервової системи. Все це дозволяє розглядати їх як фізіологічно активні речовини організму . Значні ефекти спостерігаються при додатковому введенні в організм ендогенних ПАР -- жовчних кислот. В дослідженнях на ізольованих органах та in virto встановлено виразний вплив ендогенних ПАР на фізіологічні процеси. В малих концентраціях вони стимулюють мембранний гідроліз крохмалю ?-амілазою тонкої кишки, підвищують резистентність еритроцитів до гемолітичної дії окисленої олейнової кислоти та механічних впливів, підвищують поверхневий дзета-потенціал еритроцитів. Під впливом невеликих концентрацій жовчних кислот підсилюється транспорт води через багатошарові епітеліальні мембрани. Відмічено схожість в дії холанових кислот та синтетичних ПАР [1, 6].

Дослідження на молекулярному рівні прояснили деякі механізми впливу ендогенних ПАР на функції організму, його системи, органи та клітини. Можна констатувати, що в основі фізіологічної дії ендогенних ПАР лежить їх висока здатність до міжмолекулярної взаємодії з ліпідами та білками.

Вивчення модельних трійних, четверних водовмісних систем та жовчних кислот, фосфоліпідів, холестерину показало, що взаємодія їх має міцелярний характер і обумовлена гідрофобними силами . Дані літератури свідчать, що саме міцелярна взаємодія поверхневих активних кислот та фосфоліпідів (головним чином лецитина) з холестерином відіграють основну роль в забезпеченні колоїдного стану жовчі та в попередженні утворення конкрементів. Разом з тим, ендогенні ПАР -- жовчні та жирні кислоти, гліцерини -- також здатні до утворення міцел, які відіграєть важливу роль в процесах транспорту продуктів гідролізу, поживних речовин через мембрани епітеліоцитів та кишкову стінку.

Існує думка , що процес активації ферментів ендогенними поверхнево-активними речовинами здійснюється як через гідрофобні зв'язки, так і шляхом міцелярної взаємодії. В процесі активації жовчними кислотами панкреатичної ліпази має значення адсорбція поверхнево-активних молекул ферменту на гідрофобній поверхні та відповідна орієнтація молекул на межі розподілу фаз. Разом з тим, утворення міцел, що включають жовчні кислоти та моногліцерини, полегшують включення міжфазної поверхні емульсії цих продуктів, здатних пригнічувати ліполіз [17]. Жовчні кислоти, подібно синтетичним детергентам, можуть привести до модифікації білків, в результаті чого ферменти стають більш гідрофобними та краще взаємодіють із субстратом.

Отже, ендогенні ПАР виконують низку життєво важливих функцій. Так, наявність моношару молекул ПАР (сурфактантів) на поверхні альвеоли зменшує сили, що направлені на їх спадіння, і попереджують від ателектазів. ПАР також приймають участь в очищенні альвеолярних поверхней від чужорідних часток та зберіганні загального гомеостазу організму. Суттєву роль ендогенні ПАР відіграють в процесі емульгування жирів, активації перистальтики шлунково-кишкового тракту, регуляції всмоктування поживних речовин [15]. Доведено, що неіоногенні детергенти в малих концентраціях чинять позитивний вплив на ендогенні ПАР шлунково-кишкового тракту у випадках їх дефіциту або порушення синтезу [5, 15].

поверхневий активний ендогенний мікроорганізм

5. Вплив поверхнево активних речовин на мікроорганізми

Багато синтетичних поверхнево-активні речовини мають антимікробні властивості. Крім природної стійкості деяких мікроорганізмів до біоцидних препаратів, мікроорганізми швидко адаптуються до несприятливих факторів, в тому числі і до впливу антимікробних засобів. Цей феномен пояснюється, в першу чергу, виживанням в умовах контакту з біоцидом найбільш стійких (резистентних) штамів бактеріальної популяції. У підсумку, внаслідок мутації, виживають клітини, що мають змінений ген. Описано випадки розмноження потенційно патогенних мікроорганізмів у розчинах, призначених для дезінфекції, адаптації до терапевтичних доз антибіотиків і полірезистентності до десятків антимікробних засобів. Антимікробна дія ПАР залежить, перш за все, від типу з'єднання. Найбільш високу бактерицидну дію виявляють катіонні речовини, неіоногенні - слабке, аніоноактивні займають проміжне положення.

Аніонні ПАР впливають головним чином на грампозитивні бактерії. Антимікробний ефект АПАВ залежить від їх хімічної будови. Чим більше атомів вуглецю, тим сильніше дія з'єднання. Активність аніонних сполук посилюється при зниженні рН середовища .

Неіоногенні речовини характеризуються більш слабким антимікробну дію; деякі з них зовсім не мають активність. Характер впливу на мікроорганізми залежить від хімічної будови НПАВ. , Твіни не тільки не пригноблюють мікроорганізми, але навіть стимулюють їх зростання У присутності неіоногенних ПАР в значних концентраціях не спостерігається спороношення у міцеліальних грибів, хоча і відбувається їх зростання.

Катіонні ПАР активні по відношенню до грампозитивних і грамнегативних мікроорганізмів. По відношенню до грибів катіонні речовини найбільш активні У присутності полісахаридів (агар-агару, крохмалю, целюлози) і білкових речовин (казеїну, сироватки крові, пептона, желатини, альбуміну) знижується антимікробна активність ряду катіонних і амфотерних ПАР. Причому бактеріостатичну дію на грамнегативні бактерії знижується в більшій мірі, ніж на грампозитивні, в той час як бактерицидну дію зменшується однаково.

Для катіонних ПАР мішенями є карбоксильні групи амінокислот і кислих полісахаридів бактерій, а для аніонних ПАР - кетони групи білків, аміногрупи відповідних вуглеводів і ліпідів, а також фосфатні групи тейхоєвих кислот. [7,9]

У природних умовах мікробні клітини мають загальним негативним зарядом, тому найбільш широке практичне застосування знайшли катіонні ПАР, які згубно діють на грампозитивні і грамнегативні бактерії, дріжджові і нитчасті гриби. Але в клітці також є молекули, що несуть позитивні заряди, тому й аніонні ПАР згубно діють на мікроорганізми, але при більш високих концентраціях.

Сильне дестабілізуючий дію на мембрани клітин надають низькомолекулярні катіонні ПАР (цитилпіридинію хлорид, хлоргексидин, алкілді-метил бензил амоній хлорид).

Багато досліджень присвячено вивченню механізму антимікробної дії ПАР. Відомо, що хімічні речовини можуть впливати на мікроорганізми специфічно і неспецифічно. Специфічно - при дуже низьких концентраціях антимікробної сполуки, яка може реагувати з певними компонентами клітини, порушуючи їх нормальне функціонування. Неспецифічне дію на клітину зазвичай проявляється при досить високих концентраціях речовин.

Воно може бути пов'язано з несприятливим для мікроорганізму зміною поверхневого натягу, рН, з встановленням високого осмотичного тиску і т.д. Що стосується ПАР, то до сих пір не існує єдиної думки, як - специфічно або неспецифічно - впливають вони на мікроорганізми.

Більшість дослідників припускають, що ПАР діють на мікроорганізми специфічно. Цю думку підтверджує той факт, що неіоногенні ПАР, які знижують поверхневий натяг, майже не мають антимікробну активність.

Всі роботи, присвячені вивченню механізму антимікробної дії ПАР, проводилися в таких основних напрямах: вивчення адсорбції ПАР та утворення комплексів на поверхні мікробної клітини, вивчення електрохімічних властивостей поверхні клітини в присутності ПАР, спостереження зміни проникності мікробних клітин під впливом цих сполук і визначення їх дії на фізіологічні процеси та ферментативну активність мікроорганізмів .

Адсорбцію ПАР на поверхні мікробної клітини вважають першим етапом взаємодії мікроорганізмів з хімічною сполукою.

Методом мікроелектрофорезу показано, що іонні ПАР, адсорбуються на клітинній поверхні бактерій, змінюють її заряд. При цьому катіонактівние речовини зменшують негативний заряд і навіть можуть змінювати його на позитивний, тоді як аніонні сполуки, як правило збільшують негативний заряд.

ПАР зв'язуються з компонентами ЦПМ і порушують її нормальне функціонування, в тому числі властивість напівпроникливості. Показано, що під впливом цих речовин із клітин в навколишнє середовище виділяються низькомолекулярні метаболіти. Під впливом ПАР може відбуватися втрата плазмід бактеріальними клітинами .

Кінцевим результатом дії ПАР на мікробну клітину є деструктуризація клітинної оболонки. Механізм цієї дії вивчив Цапф , який за допомогою електронної мікроскопії показав, що ПАР проникають всередину клітини, порушуючи діяльність протеаз, що призводить до автолізу клітинного вмісту. Деякі автори спостерігали пригнічення деяких фізіологічних процесів і ферментативної активності мікроорганізмів. У той же час є повідомлення про стимуляцію активності дихання і деяких ферментів у присутності ПАР. Дослідники припускають, що ферментні системи клітин пошкоджуються вдруге, у той час як первинно змінюються поверхневі і внутрішні мембранні структури, з якими пов'язано багато ферментів. Одночасно може спостерігатися нетривала стимуляція активності ферментів, розчинених в рідкій частині цитоплазми. При цьому клітина як би намагається замінити пошкоджену ферментну систему неушкодженою.

Згідно з наявними літературними даними, мікроорганізми можуть придбати резистентність, як до катіонних, так і до аніонним ПАВ.[4,12]

Можна припустити, що деякі з резистентних до ПАР мікроорганізмів у процесі адаптації набувають здатність трансформувати ці сполуки, а потім використовувати їх як джерело енергії та вуглецю. Відомості про механізм антимікробної дії ПАР, і особливо про характер придбання стійкості до цих речовин, можуть пролити світло на проблему вивчення біологічних особливостей мікроорганізмів, що здійснюють у природі трансформацію і деструкцію синтетичних сполук - забруднювачів навколишнього середовища.

6. Вплив на організм людини

На сьогодні детергенти стали основними компонентами препаратів побутової хімії, в результаті чого їх проникнення в середовище перебування людини прийняло глобальний характер. Вони тісно контактують з організмом людини незалежно від статі, віку, професії, стану здоров'я та ін .. Спеціалістами визначено, що 42% ПАР надходить у стічні каналізаційні води, 22% в атмосферне повітря, 12% вивозяться на організовані сміттєзвалища, 7% забруднюють територію населених пунктів, 11% надходять на присадибні ділянки, а 6% залишаються в житлових приміщеннях.

Синтетичні ПАР відносяться, в основному, до 3-го та 4-го класу небезпеки (ГОСТ 12.1.007-76), тобто є помірно- та малотоксичними речовинами та чинять подразнюючу дію на шкіру та слизову оболонку органів дихання та очей [12]. Остання властивість особливо характерна для порошковидних (сипучих) СМЗ, основними компонентами яких є детергенти.

Дані літератури [3, 8, 13] свідчать про можливе пероральне надходження синтетичних ПАР та проникнення їх в організм людини через непошкоджену шкіру. Швидкість надходження детергентів в організм залежить від фізико-хімічних властивостей, концентрації та тривалості контакту з ними. Слід зазначити, що в побутових умовах при використанні синтетичних засобів, засобів особистої гігієни, парфумерно-косметичних речовин організм людини може зазнавати комплексної та комбінованої дії детергентів [4, 12]. Тому на лабораторних тваринах вивчено вплив детергентів при різних шляхах надходження в організм на вміст аніонних ПАР в сироватці крові, печінці та головному мозку.

Екзогенний аніонний детергент сульфонол підвищує рівень ендогенних аніонних ПАР в органах та системах. Неіоногенний детергент сінтамід-5 при перкутанно-пероральному надходженні та за умов комплексно-комбінованої дії одночасно з сульфонолом знижує рівень ендогенних аніонних ПАР в сироватці крові та печінці. Механізм такого впливу авторами не вивчався.

Підвищеним несприятливим фактором виробничого середовища на підприємствах по випуску миючих порошків є пил (аерозоль) сировини та готового продукту, концентрація яких коливається в широких межах -- від 7 до 64 мг/м³ і вище [10].

Більшість авторів [10, 11, 14] прийшли до висновку, що аерозолі детергентів, тривало діючи на слизову оболонку дихальних шляхів, викликають дистрофічні та вазомоторні захворювання. Аерозолі синтетичних ПАР діють на сурфактанти слизової оболонки верхніх дихальних шляхів і викликають у працюючих з невеликим стажем (до 1 року) переважно катаральні прояви, які зі збільшенням стажу переходять в суб- та атрофічні зміни і призводять до розвитку вазомоторних порушень. При цьому утворюються умови для проникнення пилових часток в бронхіальне дерево та розвиток подальшої патології дихальної системи. Подразнююча дія аерозолей детергентів підтверджується різким підсиленням десквамації плоского та циліндричного епітелію.

Аніонні детергенти сульфонол хлорний та первинний алкілсульфат натрію є токсичними сполуками для ендогенних ПАР слизової оболонки верхніх дихальних шляхів, але перший в більшій мірі. Ця різниця обумовлена структурою їх молекул. Якщо сульфонол хлорний в концентраціях 1000 та 500 мг/дм³ після 24-годинної дії збільшує електропровідність слизової оболонки верхніх дихальних шляхів в 2 рази, то первинний алкілсульфат натрію -- в 1,5-1,75 разів. Дія неіоногенних детергентів на електропровідність слизової оболонки верхніх дихальних шляхів лабораторних тварин виражена в меншій мірі, ніж аніонних .

Одержані дані, які свідчать про значні зміни електричних властивостей поверхні еритроцитів під впливом детергентів. Аніонні та неіоногенні детергенти чинять однакову дію -- підвищують поверхневий потенціал мембрани еритроцитів.

На прикладі сурфактантної системи легенів можна розглянути вплив детергентів на виникнення легеневої патології. Незначні (слідові) концентрації детергентів у повітрі знижують в'язкість слизового покрову трахеї та бронхів. Подразнюючі концентрації (від 0,5 до 10 мг/м³) викликають гіперсекрецію бронхіальних залоз, пригнічують синтез сурфактантів. При цьому може спостерігатись порушення функції зовнішнього дихання. Збільшення вмісту аерозолей синтетичних ПАР у повітрі може стати причиною появи локальних некрозів, погіршення еластичності легенів, порушення транспорту кисню через аерогематичний бар'єр. Це може призвести до гемодинамічних зрушень та появи перших ознак гіпоксії. Летальні концентрації (тисячі міліграмів на 1 м³) детергентів призводить до порушення гістоструктури легенів та прискореної появи ознак гіпоксії.

Враховуючи те, що синтетичні ПАР є основними компонентами більшості препаратів побутової хімії, особистої гігієни та косметично-парфумерних засобів, вони потребують проведення санітарно-гігієнічної експертизи та токсиколого-гігієнічної оцінки на безпечність для здоров'я людини перед впровадженням у виробництво та широке використання населенням у побуті.

7. Вплив поверхнево активних речовин на живі системи

Неухильне збільшення кількості хімічних сполук, що використовуються в промисловості, сільському господарстві, медицині та побуті, створює принципово нову за свою небезпеку екологічну ситуацію для людства, стану оточують людину флори і фауни. Детергенти - синтетичні поверхнево-активні речовини (ПАР) є також "дітищем" науково-технічної революції XX століття. Вони широко використовуються для виробництва СМС. Прогнозована необхідність ПАР на найближчі роки для країн СНД складає понад 1,206 млн. т. У порівнянні з 1985 р. застосування детергентів в Україну, наприклад, збільшилося майже в 2 рази. Природно, це може негативно вплинути на якість навколишнього середовища. Основною причиною такого впливу є, з одного боку, недосконалість існуючих методів очищення промислових, побутових стоків та виробничих викидів в атмосферне повітря, з іншого - відсутність у ряді населених пунктів, а також на деяких підприємствах очисних споруд.

Переважна більшість ПАР (понад 95%) належить до 3 му і 4 го класів небезпеки (помірно-і малотоксичні). Порогові концентрації їх біологічної дії, як правило, в 30-50 разів вище встановлених ГДК (0,1-0,5 мг / л), що забезпечує надійний захист людини і навколишнього середовища. Комунальні стоки містять в середньому від 2 до 5 мг / л ПАР (в 4 - 50 разів вище ГДК). У промислових стоках зміст ПАР може сягати від 10 до 100 мг/л.

У разі якщо рівні забруднень ПАР у воді перевищують ГДК в 10-20 разів, це призводить до погіршення, в першу чергу, органолептичних якостей води, не підвищуючи істотно гігієнічної небезпеки за її токсичності для людини, тварин і птахів. Однак при цьому можлива поява на поверхні води піни, в якій концентруються і активно розмножуються корисні і патогенні мікроорганізми. [6,8,10]

Вони поширюються течією і вітром на значні відстані, і тим самим стабільні молекули ПАР створюють загрозу здоров'ю населення. Присутність ПАР підвищує також ступінь небезпеки інших шкідливих речовин, що знаходяться у воді та грунті при наступних їх переміщеннях по харчових ланцюжках .

З огляду на рівень виробництва, поширеність в об'єктах навколишнього середовища, широкомасштабне застосування в різних галузях промисловості та побуті, можна стверджувати, що найбільш значимими є аніонні ПАР. При значному забрудненні грунту важкими металами, нітратами та присутності детергентів останні підвищують рухливість токсикантів по вертикальному профілю грунту і їх переходу з грунту в рослинницьку продукцію. При цьому самі детергенти в присутності в грунті інших забруднювачів, зокрема металів, також мігрують в грунтові води і транслоціруются в сільгоспкультури у великих кількостях, ніж у разі присутності ПАР в грунті в ізольованому вигляді. При значному надходженні детергентів в грунт (понад 15 мг на кг) створюються найкращі умови для розмноження і тривалого виживання мікрофлори, в тому числі і патогенної, що може представляти, особливо в літній період, епідемічну небезпеку і загрозу здоров'ю населення.

Токсичність детергентів за гігієнічними критеріями порівняно невисока, однак наявність цілого ряду специфічних властивостей (піноутворення, емульгування, солюбілізація, вплив на поведінку речовин у навколишньому середовищі та ін) у даних забруднювачів дозволяє віднести їх до розряду шкідливих речовин, які здатні спровокувати конфліктну екологічну ситуацію і мати несприятливий вплив на здоров'я людини.

До складу багатьох СМС крім ПАР входять різноманітні добавки. До числа найбільш шкідливих добавок відносяться фосфати.

Вони представляють собою велику загрозу для навколишнього нас середовища. Потрапляючи після прання разом зі стічними водами у водойми, фосфати приймаються діяти як добрива.

"Урожай" водоростей у водоймах починає рости не по днях, а по годинах. Водорості, розкладаючись, виділяють у величезних кількостях метан, аміак, сірководень, які знищують все живе у воді.

Заростання водойм і засмічення вод з повільною течією призводять до грубих порушень екосистем водойм, погіршення кисневого обміну в гідросфері і створюють труднощі у забезпеченні населення питною водою. Ще і з цієї причини в багатьох країнах законодавчо заборонили використання фосфатних ПАВ.[1,6,8]



Висновки

Останнім часом серед забруднюючих речовин все частіше трапляються поверхнево-активні речовини. Це пов'язано з широким використанням синтетичних миючих засобів Поверхнево-активні речовини (ПАР) - речовини, які використовуються в промисловості і в побуті як миючі засоби, забруднюють навколишнє середовище з відходами комунально-побутової діяльності. До складу ПАР зазвичай входять одна або декілька груп поверхнево-активних агентів та декілька зв'язуючих центрів. Ці групи знижують поверхневий натяг рідини, в якій вони розчиняються, утворюють стабільну емульсію з частинками видаляються речовин, знижують жорсткість води

Світове виробництво ПАР становить 2-3 кг на душу населення в рік. Приблизно 50% вироблених ПАР використовується для побутової хімії, решта в промисловості і сільському господарстві. ПАР знаходять застосування більш ніж у 100 галузях народного господарства.

Незважаючи на широкий спектр застосування, ПАР чинять негативний вплив на екологію і організм людини. Значну частину антропогенного навантаження, що припадає на поверхневі водні об'єкти, складають стічні води, що містять синтетичні поверхнево активні речовини (СПАР), які входять до складу всіх господарсько-побутових і більшості промислових стічних вод. Потрапляючи в водойми, ПАР активно беруть участь в процесах перерозподілу і трансформації інших забруднюючих речовин (таких як хлорофос, анілін, цинк, залізо, бутилакрилатом, канцерогенні речовини, пестициди, нафтопродукти, тяж?лие метали та ін.), активізуючи їх токсичну дію.

З ПАВ пов'язано 6-30% міді, 3-12% свинцю і 4-50% ртуті в колоїдної і розчиненій формі. Незначною концентрації ПАР (0,05-0,10 мг / дм3) у воді достатньо, щоб активізувати токсичні речовини.

Більшість ПАР і продукти їх розпаду токсичні для різних груп гідробіонтів : мікроорганізмів водоростей безхребетних навіть в малих концентраціях, особливо при хронічному впливі. ПАР здатні накопичуватися в організмі і викликати незворотні патологічні зміни.

Враховуючи те, що синтетичні ПАР є основними компонентами більшості препаратів побутової хімії, особистої гігієни та косметично-парфумерних засобів, вони потребують проведення санітарно-гігієнічної експертизи та токсиколого-гігієнічної оцінки на безпечність для здоров'я людини перед впровадженням у виробництво та широке використання населенням у побуті.



Список літератури

1. Березовский В.А., Горчаков В.Ю. Физиологическая роль ПАВ легкого // Физиол.журнал. --1979. --Т. 25, №4. -- 456-465 с.

2. Волощенко О.И., Медяник И.А. Гигиена и токсикология бытовых химических веществ. --К.:Здоров'я, 1983. --144 с.

3. Вятчина О.Ф., Жданова Г.О. Пенообразование в суспензии дрожжей как экспресс тест -- реакция//Материалы VIIмеждународной практической конференции "Научные достижения европейской науки -- 2011". -- София.: "Бел-Град-БГ", 2011. -- 60--64 с.

4. Ганиткевич Я.В. Роль желчи и желчных кислот в физиологии и патологии организма. --К.: Наукова думка, 1983. --180 с.

5. Градова Н.Б., Бабусенко Є.С. Лабораторний практикум з загальної мікробіології. - М.: Делі принт, 2001. - 232 с.

6. Ганиткевич Я.В. Роль желчи и желчных кислот в физиологии и патологии организма. --К.: Наукова думка, 1983. --180 с.

7. Деревицького В.А., Основи хімії високомолекулярних сполук. Деревицького В.А., - К.: Наукова думка, 3 вид., М., 1976.- 145-167 с.

8. Камчатов В.П., Катаева И.А. Санитарно-токсикологическая СМС "Луч" // Гигиена труда. --1974. --№6. --С. 47-48.

9. Корольов В.А. Очищення грунтів від забруднень. - М.: МАЇКИ Наука / / Інтерперіодіку, 2001. - 365 с.

10. Кузьмінський Є.В. Біофізика / Є.В. Кузьмінський, Н.Б. Голуб. - К.: Видавничий дім "Комп'ютерпрес", 2007. - 424с. - ISBN 978-966-8846-14-4.

11. Маркина Ж.В., Айздайчер Н.А. Действие детергента ARIELна рост и физиологическое состояние одноклеточных водорослей Dunaliella salina (Ghlorophyta), иPlagioselmis prolonga(Gryphophyta) // Гидробиологический журнал. -- 2009. -- Т. 45, № 6. -- С. 52--60.

12. Мудрый И.В. Оценка комплексного и комбинированного воздействия сульфонола и синтамида-5 на организм в целях гигиенической регламентации применения СМС в быту. Автореф. дис. … канд.мед.наук. --К., 1985. --22 с.

13. ? Присный А.В., Волынкин Ю.Л., Кампос Н.Н. Механизмы устойчивости инфузорий к химическим повреждениям и их преодоление летальными концентрациями синтетических поверхностно активных веществ (СПАВ)// Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки, 2009. -- Т. 11. -- с. 45--54.

14. Потрохов О.И. Влияние пыли СМС на иммунобиологическую систему работающих // Гигиена и санитария. --1983. --№1. --С. 17-20.

15. . Smith A., Lough A.K. Micellar solubilization of fatty acide in agnosus media contalning bile salts and phospholipids // Brit.J.Nutr. --1996. --V. 35, №1. --P. 77-87.



Додаток 1

Размещено на Allbest.ru