О Фонде | Научно-исследовательская деятельность | Издательская деятельность | Мероприятия | СМИ о Фонде | Контакты
12 июня 2019
24 мая 2019
22 мая 2019
18 мая 2019
8 мая 2019
10 октября 2019
10 октября 2019
10 октября 2019
9 октября 2019
9 октября 2019
Материалы и публикации о безопасности
Поиск путей создания индивидуальных средств защиты человека от электромагнитных и ионизирующих излучений
к.в.н., профессор АВН, с.н.с. ИХФ РАН

    В разработанных концептуальных основах национальной системы химической и биологической безопасности РФ с учетом самых разнообразных по степени опасности угроз для населения страны отмечается, что в целях адекватного противодействия этим угрозам необходимо использовать целый комплекс современных и перспективных средств индивидуальной и коллективной защиты. Однако наряду с химически и биологически опасными ситуациями для человека и окружающей среды (ОС) существуют и угрозы электромагнитного и ионизирующего облучения человека (персонала) на многих специализированных объектах промышленного и военного (оборонного) назначения. Поэтому одним из важных направлений в указанном выше комплексе средств защиты человека целесообразно рассматривать создание профильной производственной защитной одежды постоянного ношения от электромагнитных и ионизирующих излучений для персонала целого ряда производств, обслуживания специальной (в том числе и вредоносной) техники и аппаратуры.
   Проблема эта весьма актуальна, поскольку значительное количество высококвалифицированных специалистов (работников) многих отраслей деятельности людей всю свою трудовую (производственную) жизнь проводит в условиях электромагнитного и ионизирующего облучения различной степени интенсивности, что само по себе не является безопасным для организма человека. Даже незначительные (сверхмалые) дозы электромагнитных и ионизирующих излучений, воздействующих в течение длительного времени (годы и десятилетия) могут приводить к патологическим изменениям в организме человека, прежде всего на генетическом уровне, хотя существенные патологии в целом на клеточном уровне могут оставаться малозаметными. В связи с этим мы считаем, что от подобных негативных воздействий на человека необходимо иметь специальные средства защиты, к которым можно относить и некоторые средства информационной защиты, то есть средства контроля ионизирующего и электромагнитного облучения человека.
   В настоящее время в нашей стране и за рубежом разрабатываются специальные информационные средства защиты – молекулярные дозиметры, которые по оценке состояния генетического аппарата биообъектов, в том числе и человека, позволяют определять типы генотоксических воздействий на организм человека. К таким генотоксическим воздействиям относятся также электромагнитные и ионизирующие излучения.
   Основной же задачей данной статьи является поиск путей создания средств защиты кожных покровов человека от электромагнитного и ионизирующего излучений.
   Создание и использование профильной защитной одежды от электромагнитных излучений (ЭМИ) и ионизирующих излучений (ИИ) в первую очередь необходимо использовать для разного рода операторов, управляющих производственными процессами на диспетчерских пунктах с многочисленной электронной аппаратурой, на атомных электростанциях и других объектах, в том числе и на объектах военного назначения (ядерные реакторы, ядерные боеприпасы, испытательные установки, радиоактивные изотопы и т.д.). Использование подобной защитной одежды позволит максимально сократить (минимизировать) вредное воздействие на организм человека ЭМИ и ИИ в течение длительного времени.
  Известно, что источниками электромагнитного излучения являются технические средства и изделия, которые применяются в различных сферах человеческой деятельности, в основе которых используются физические свойства этих излучений: распространение в пространстве и отражение, нагрев материалов, взаимодействие с различными веществами и т.д.
   В целом же непосредственными источниками ЭМИ являются технические средства, способные создавать электромагнитные волны. К электромагнитным факторам относят: освещение, ультрафиолетовое излучение, неионизирующее излучение, электромагнитные поля и т.д.
   Ионизирующее излучение – это радиоактивные излучения или проникающая радиация. ИИ также оказывают значительное вредное влияние на организм человека, в том числе работающего на спецобъектах.
   При воздействии ионизирующих излучений необходимо учитывать различные формы поражения человека радиоактивными веществами: внешнее облучение, внутреннее облучение, контактное облучение. В рассматриваемом нами контексте представляет интерес фактический учет поражения человека только от внешнего облучения, которое создается радиоактивными веществами, находящимися на производственных объектах или в различных элементах окружающей среды.
Основную опасность при внешнем облучении представляет гамма-излучение из-за высокой проникающей способности гамма-фотонов. Гамма-фотоны могут свободно приникать внутрь тела человека и стать причиной развития лучевых поражений. Гамма-излучение слабо поглощается воздухом, поэтому поражение человека возможно на значительном удалении от источника ионизирующего излучения.
   Основными способами защиты человека от внешнего облучения могут быть:
• ограничение времени пребывания людей на загрязненном объекте;
• использование различных радиозащитных средств (радиопротекторов);
• применение медицинских средств, повышающих общую сопротивляемость организма.
   Могут применяться и некоторые другие способы.
   Оценивая изложенное выше, представляется интересным рассмотреть одно из перспективных направлений создания средств защиты человека от ЭМИ и ИИ с помощью различных типов радиопротекторов.
   Однако прежде, чем рассматривать проблему использования радиопротекторов с целью защиты человека от электромагнитных и ионизирующих излучений, в порядке уточнения существующего положения дел по разработке и созданию средств индивидуальной защиты кожи (СИЗК) необходимо коротко ознакомиться с тем, что уже создано к настоящему времени. Сегодня открытое акционерное общество "КазХимНИИ" как головная организация в РФ занимает ведущее положение в стране в области научных исследований по созданию средств индивидуальной защиты кожных покровов человека кратковременного использования от воздействия агрессивных, высокотоксичных и сильнодействующих ядовитых веществ таких, как хлор, аммиак, сильные концентрированные кислоты и многие другие продукты опасного химического производства.
  Для защиты кожных покровов персонала вредных для человека производств ОАО "КазХимНИИ" разработаны костюмы изолирующие КИХ-4М, КИХ-4Т, КИХ-5М, КСО. Кроме этого разработан комплект защитный модульного типа ЗКМТ в виде двух модификаций: "Модуль-1" и "Модуль-2" для кратковременного использования личным составом формирований, участвующих в ликвидации последствий аварий радиационного характера, в том числе и с учетом ионизирующего облучения, для кратковременного пользования. Принцип защиты от опасной составляющей ИИ основан на простейшем физическом взаимодействии прорезиненной ткани костюма ЗКМТ с ионизирующим излучением (поглощение тканью гамма-фотонов). Кроме этого создан защитный костюм "Экран-2Б", предназначенный для кратковременной защиты человека от электромагнитных излучений радиочастотного диапазона. Изделие изготовлено из специальной технической ткани с металлической армированной нитью, которая вырабатывается в соответствии с техническим расчетом с шагом токопроводящей нити по основе и по утку не более 0,80,8 мм (клетка Фарадея). Таким образом, все указанные защитные комплекты от агрессивных высокотоксичных веществ и, частично, от электромагнитных и ионизирующих излучений, являются средством защиты человека, не предназначенным для постоянного ношения.
  Предлагаемый нами научно-технический подход к созданию необходимых средств защиты человека от ЭМИ и ИИ постоянного ношения позволяет вполне реально решить эту задачу на основе применения радиопротекторов, создаваемых на базе использования некоторых классов химических соединений.
   Так, в результате проведенных патентных исследований (патент RU 2028157, патенты США №№ 4968497; 5037640; 4419743, 4522808, 4844884) установлено, что химические соединения на основе биополимеров синтетического или природного происхождения, в частности, на основе меланинов и меланиноподобных соединений, могут быть использованы для преобразования электромагнитных, ионизирующих и ряда других видов излучения в тепловую энергию.
  Указанные исследования однозначно подтверждают, что использование меланинов и их аналогов в качестве преобразователей лучистой энергии в тепловую могут найти достаточно широкое применение для решения многих научно-прикладных задач, требующих осуществления защиты человека от опасных лучевых воздействий.
И эта возможность может быть достигнута благодаря наличию уникальных свойств у меланина и меланиноподобных химических соединений.
   Эти химические соединения, как отмечалось выше, одновременно являются эффективными преобразователями в тепловую энергию ультрафиолетовых и ультразвуковых излучений, а также излучений радиоволнового диапазона.
Ниже представляются некоторые результаты проведенных нами исследований на примере преобразования ультразвуковой энергии в тепловую. Но при этом следует иметь в виду, что эти данные отнюдь не ограничивают возможность использования уникальных свойств меланина и меланиноподобных химических соединений в целом ряде других научно-технических направлений.
   Эксперимент проводился следующим образом.
На очищенную от окисной пленки и жира поверхность медной пластины с заключенной в нее системой термопар наносился методом осаждения суспензии меланина из водной среды тонкий слой исследуемого препарата, затем он высушивался над слоем силикагеля и помещался в адиабатическую камеру, в которую были встроены два излучателя – генератора ультразвуковых колебаний.
   Один из излучателей располагался над пластиной с нанесенным тонким слоем химического соединения (меланина) (1), а второй – над аналогичной пластиной, но без слоя меланина (2).
При включении генераторов ультразвуковых колебаний фиксировалось изменение температуры медных плит.
Результаты эксперимента представлены в таблице.

Таблица

 

 

 

 

Частота

колебаний,

мГц

Время работы

генератора,

мин

Температура, °С

Адиабатическая

камера

Пластина 1

Пластина 2

 

 

 

6

4

19,7±0,1

24,4±0,4

19,7±0,2

21

5

19,7±0,1

27,9±0,3

19,7±0,3

21

8

19,7±0,1

34,4±0,6

19,7±0,3

 

 

 

33

5

21,2±0,1

36,1±0,5

21,2±0,1

33

10

21,8±0,1

44,0±0,8

21,8±0,3

 

   Оценивая имеющиеся данные в целом, мы считаем, что меланин и его аналоги, как преобразователь лучистой энергии в тепловую, может использоваться:
   а) в технике:
   С оздание специальной защитной одежды, значительно снижающей поражающее воздействие на организм человека ЭМИ и ИИ.
   Создание других технических средств.
   б) в медицине:
   Создание противорадиационных препаратов на основе меланина и его аналогов в качестве иммунодепрессантов.
   Создание других средств медицинской защиты.
   В материалах данной статьи нами предпринята попытка показать, что в качестве первоочередной задачи наиболее целесообразно развивать научно-прикладное направление по созданию индивидуальных средств защиты кожи постоянного ношения, защищающих от ЭМИ и ИИ персонал специальных объектов.
   В настоящее время известно достаточно большое количество научной литературы, посвященной непосредственно меланинам и меланиноподобным полимерным соединениям, где подробно описаны способы их получения. Часть этих соединений, как непосредственно сами меланины, исследованы в значительно большей мере.
Меланины и меланиноподобные химические соединения получают методами, основанными на использовании традиционного ферментативного и неферментативного катализа, исходными веществами для которых являются тирозин, адренолитин, серотонин,  5,6-диоксиндол и другие вещества.
   Меланины представляют собой сложный комплекс, образуемый полимерами производных тирозина с белками.
   Меланины – аморфные высокомолекулярные вещества. Они не растворимы в воде, минеральных кислотах, органических растворителях. Хорошо растворяются в щелочах. Химическое разрушение меланинов происходит при нагревании выше 200 С, при сплавлении со щелочами, а также при окислении концентрированными растворами KMnO4 или H2O2.
   Меланины, образующиеся в живых организмах, подразделяются на зумеланины, феомеланины и алломеланины.
   Зумеланины черного цвета, феомеланины могут быть желтого, красного и коричневого цвета. Они чаще всего встречаются в организме животных. Алломеланины, в основном, черного цвета, встречаются в растениях, грибах и бактериях. Многие свойства и биологические функции меланинов определяются их способностью функционировать в организме в виде системы "фенол – семихинон - хинон". В целом же механизм образования меланинов окончательно не выяснен. Предполагается, что первые стадии биосинтеза меланинов являются ферментативными и катализируются о-дифенол:кислород оксидоредукторазами (например, тирозиназой, полифенолоксидазой и т.д.). Последние стадии протекают спонтанно с участием свободных радикалов.
   Предполагаемый механизм синтеза зумеланинов в организме животных происходит под влиянием тирозиназы и состоит в окислении тирозина (формула I), 3,4-дигидрооксифеноламина (ДОФА; формула II) и ДОФА-хинона (формула III) с последующей циклизацией, декарбоксилированием, окислением и полимеризацией по схеме:

   Одновременно необходимо отметить, что к настоящему времени разработано достаточно большое количество простых модификаций искусственного химического синтеза меланина, в отличие от сложнейшей схемы его синтеза в клетках живых организмов.
   В основе искусственного синтеза меланина и меланиноподобных химических соединений положен следующий принцип. Используется исходный субстрат, в качестве которого можно использовать тирозин, диоксифениламин, серотонин,  5,6-диоксиндол, 3-аминотирозин и другие препараты.
Искусственный синтез меланина и его аналогов в лабораторных условиях возможно проводить на основе ферментативного и неферментативного методов.
   Для иллюстрации вышеуказанного в статье предлагается рассмотреть возможность получения меланина на основе искусственного синтеза по одному примеру ферментативного и неферментативного методов.

   Ферментативный метод
1,0 г L-ДОФА и 20 мг тирозина грибов (700 ед/мг) растворяют в 500 мл 1/15-М фосфатного буфера, рН 6,8. Инкубируют в водяной бане при температуре 37С в течение 17 часов при непрерывной аэрации воздухом.
   Образующийся в результате реакции черный осадок отделяют центрифугированием и промывают его дистиллированной водой. Процедуру отмывки проводят 4 раза.
   Выход вещества – около 29 %. Затем ресуспендируют и суспензию меламина хранят при температуре 2÷4С.
При данном методе синтеза меланина сразу после его начала наблюдается потемнение раствора, однако требуется достаточно много времени для преобразования меланина.

   Неферментативный метод
   Субстрат (или 3,4-дигидроксифенилэтиламин – 100 мг, или 3,4-диоксифениламин - 70÷100 мг) растворяют в 5 мл воды и добавляют к 35 мл 0,1 М фосфатному буферу, рН 8,0. Через данный раствор продувают воздух, предварительно пропущенный через концентрированную серную кислоту. Раствор поддерживают при комнатной температуре. Скорость потока воздуха – 5 мл/мин. Синтез проходит в течение 3-х дней. Затем образовавшийся меланин центрифугируют, промывают водой и сушат в вакууме над раствором щелочи (NaOH) и окиси фосфора (P2O5) (можно просушивание меланина проводить в вакууме при температуре 60С в течение 6 часов). Выход меланина - 50÷70%.
   В том случае, если в качестве субстрата используется диоксифениламин (ДОФА), то из раствора меланин осаждают 2N соляной кислотой (HCl).
   Механизм процесса преобразования меланином и его аналогами лучистой энергии в тепловую заключается в активации его молекул (что является сутью поглощения энергии) с выделением тепловой энергии.
В связи с тем, что до настоящего времени меланины и меланиноподобные химические соединения для решения задачи создания индивидуальной защитной одежды от электромагнитных и ионизирующих излучений практически не использовались, по-видимому, необходимо и целесообразно проведение следующих специальных научно-исследовательских работ:
   1) По разработке промышленной технологии получения полимерных радиопротекторов на основе меланина и меланиноподобных химических соединений.
   2) По разработке технологии получения специальной рецептуры на основе меланина, предназначенной для импрегнирования тканых и нетканых материалов с целью создания защитной одежды постоянного ношения для персонала спецобъектов от ЭМИ и ИИ.
    3) Проведение специальных исследований по оптимизации процесса нанесения защитной рецептуры на основе меланина на ткань, а также проведение испытаний импрегнированной ткани с целью определения технических характеристик, обеспечивающих необходимую защиту от ЭМИ и ИИ.
    Таким образом, создание индивидуальных средств защиты человека от электромагнитных и ионизирующих излучений на основе меланина и меланиноподобных соединений может стать новым этапом в развитии одной из важнейших проблем защиты персонала спецобъектов от опасных физических воздействий (ЭМИ и ИИ).
    При этом с достаточно большой долей вероятности можно считать, что по эксплуатационным характеристикам индивидуальная защитная одежда от ЭМИ и ИИ на основе меланина и его аналогов, предназначенная для постоянного ношения персоналом спецобъектов, будет иметь наиболее предпочтительные параметры по сравнению с существующими образцами средств индивидуальной защиты кожных покровов человека.

105064, Москва, а/я 360 Телефон: (495) 662-67-67 / Факс:(495) 662-67-68
E-mail: info@naukaxxi.ru