АЭРОПАЛИНОЛОГИЯ

Задачи аэропалинологии

Методика аэропалинологического анализа

• Сбор пыльцы растений и спор грибов, содержащихся в воздухе
• Подготовка среды для улавливания частиц
• Подсчёт пыльцевых зёрен в препарате
• Расчет концентрации (абсолютного содержания) пыльцевых зерен
• Представление результатов

_________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задачи аэропалинологии

К задачам аэропалинологии относятся: контроль качественного и количественного состава пыльцевого дождя, изучение закономерностей его формирования, особенностей сезонной и суточной динамики пыления отдельных таксонов, роли пыльцевых зёрен в формировании и развитии поллинозов, а также анализ изменения свойств и структуры пыльцевых зёрен под влиянием меняющейся среды.

Решение этих вопросов в той или иной степени связано с проблемой мониторинга аэропалинологического состояния атмосферы, с развитием постоянно действующей сети станций слежения за качественным и количественным составом пыльцевого дождя. Начало создания такой сети станций в Западной Европе было положено в 70-х годах, а в конце 80-х аэропалинологи большинства европейских стран объединились для разработки единой программы исследований, создания международной службы и единого банка аэропалинологических данных. Формирование такого банка данных способствовало разработке карт распространения «волн пыления» и, соответственно, поллинозов в Европе, что послужило основой для составления прогнозов пыления наиболее аллергенных таксонов. В настоящее время единой системой аэропалинологического мониторинга охвачено большинство европейских стран, причем на территории многих из них функционируют несколько десятков станций наблюдения.

В нашей стране подобной аэропалинологической службы до настоящего времени не существует. В 1992 году на базе Московского Государственного Университета по инициативе профессора С. Нильсона была организована первая аэропалинологическая станция, работающая по методике, предложенной Международной ассоциацией аэробиологов (IAA) и входящая в состав единой европейской аэропалинологической сети (EAN) [Палинологическая группа ].

Методика аэропалинологического анализа

Сбор пыльцы растений и спор грибов, содержащихся в воздухе

Аэропалинологические исследованию включают: сбор пыльцы растений и спор грибов, содержащихся в воздухе, их идентификацию, количественное определение при визуальном подсчете в поле зрения микроскопа и разработку календарей пыления.

Для улавливания биологических частиц используются ловушки двух типов:

• гравитационные – взвешенные в воздухе частицы осаждаются под действием силы тяжести на горизонтальную поверхность;
• импакторные – взвешенные в воздухе частицы движутся вместе с потоком воздуха и осаждаются на поверхности различных типов и ориентации. Они, в свою очередь, бывают естественными или искусственно созданными. Большинство импакторных ловушек относится к волюметрическому типу, поток воздуха в них создается принудительно, за счет работы воздушной помпы.

Высота установки пыльцеуловителя имеет первостепенное значение для выявления состава пыльцевого дождя. В большинстве случаев пыльцевые ловушки устанавливаются на высоте 10-20 м над уровнем земли, как правило, на крыше зданий. Состав пыльцевого спектра на уровне земли или на уровне человеческого роста (около 1,5 м) отличается от состава спектра на больших высотах в первую очередь повышенным содержанием пыльцы травянистых растений. Так, концентрация пыльцы полыни на уровне человеческого роста в 11,5 раз превышает содержание пыльцы полыни на высоте 15 м, злаков в 4,4 раза, соответственно. Для пыльцы деревьев столь значимая разница концентраций не отмечается – содержание пыльцы бёрезы, ольхи, тополя, дуба, сосны, ивы на уровне человеческого роста лишь в 1,5, редко в 2 раза превышает концентрацию пыльцы этих таксонов на больших высотах. Мониторинг аэропалинологического состояния атмосферы на высоте человеческого роста дает и более точную информацию о начале пыления травянистых растений. Так, появление отдельных пыльцевых зёрен полыни и злаков регистрируется на уровне земли на 1-2 недели раньше, чем на высоте 15 м [Rantio-Lehtimaki, 1991]. В медицинских целях слежение за составом пыльцевого спектра необходимо проводить на двух уровнях: на высоте 10-20 м – для получения общей региональной динамики пыльцевого дождя и на уровне человеческого роста – для уточнения начала пыления и определения периода, опасного с аллергенной точки зрения.

В стандартных аэропалинологических исследованиях пыльцевые ловушки устанавливают на высоте 10-20 м над уровнем земли на крыше зданий вдали от стен и других укрытий. Следует избегать также близости парков, ботанических садов и крупных промышленных предприятий. Во всех аэропалинологических работах высота установки ловушки должна быть оговорена.

Подготовка среды для улавливания частиц

Улавливающая поверхность в пыльцеуловителе Буркарда (наиболее популярная в Европе модель) представляет собой предметное стекло или прозрачную ленту 14 мм (Melinex tape), поверхность которых покрыта смесью вазелина и воска (18 г вазелина и 2 г воска).

Приготовление смеси для ленты «Melinex tape»: очищенный от пыльцы воск помещают в фильтровальную воронку с бумажным фильтром. Воронку помещают на небольшой термостойкий химический стакан. Стакан с воронкой ставят в муфельный шкаф и греют при температуре 60 С, очищенный воск фильтруется в стакан и скапливается на дне. Далее разогревают 18 г вазелина и добавляют к нему 2 г жидкого воска. Все аккуратно размешивают и остужают при комнатной температуре.

Для того чтобы на барабан пыльцеуловителя прикрепить ленту «Melinex tape» используется любая лента с двухсторонней клейкой поверхностью, которая приклеивается к барабану узкими поперечными полосками в начале каждого суточного деления. Для нанесения смеси на ленту используют кисточку. Барабан пыльцеуловителя и саму смесь слегка разогревают.

После окончания одного цикла работы ловушки и смены барабана вся лента разрезается лезвием на участки, каждый из которых соответствует одним суткам работы ловушки. Если пыльцеуловитель отрегулирован на работу в течение одной недели, то длина такого участка составит 48 мм. Каждый кусочек ленты наклеивается на предметное стекло и этикетируется. На этикетке указывается дата и временной интервал, соответствующий данному участку ленты. Например: 10.04-11.04.1999, 14.00-14.00.

В качестве среды для изготовления препаратов обычно используют следующую смесь: глицерин (70 мл), желатина (10 г), дистиллированная вода (60 мл), фенол (0,1 г), сафранин. Присутствующий в среде сафранин окрашивает все живые пыльцевые зёрна в красный цвет разной интенсивности, тем самым существенно облегчал обнаружение и подсчёт пыльцевых зёрен в препарате. Насыщенность цвета и оттенок его окраски могут служить в некоторых случаях и диагностическими признаками. Среда, используемая для приготовления препарата, обычно употребляется и для наклеивания кусочков ленты на предметное стекло.

Подсчёт пыльцевых зёрен в препарате

Для адекватной оценки содержания пыльцевых зёрен в воздухе необходимо проанализировать не менее 20% от общей площади препарата. Существует несколько способов подсчёта пыльцевых зёрен в образце:

1. отдельными полями зрения, хаотично расположенными по всей площади препарата;
2. непрерывными трансектами, параллельными продольной оси препарата и расположенными регулярно;
3. непрерывными трансектами, перпендикулярно продольной оси препарата и расположенными регулярно.

Последний способ, наряду с анализом суммарного содержания пыльцы в воздухе, дает возможность оценить и суточную ритмику пыления отдельных растений. Так, анализируя препарат 12 перпендикулярными трансектами исследователь получает возможность выявить суточную ритмику пыления с интервалом 2 часа. Результаты анализа каждого препарата заносятся в сводную таблицу (рис. 62).

Рис. 62. Бланк регистрации пыльцевых зёрен и спор

Расчет концентрации (абсолютного содержания) пыльцевых зерен

При подсчете пыльцевых зёрен в образце исследователь имеет дело с их относительным содержанием, а именно с числом пыльцевых зёрен, зарегистрированных на определенной площади препарата. Во всех дальнейших расчетах используется абсолютное содержание пыльцевых зёрен (концентрация), то есть число пыльцевых зёрен в единице объема воздуха. Для вычисления поправочного коэффициента (фактора F) необходимо знать следующие параметры:

1. Общий суточный объем воздуха (14,4 м3) – Vобщ
2. Проанализированный объем воздуха – Vан. Если препарат анализировался 12 перпендикулярными трансектами, то проанализированная площадь препарата составит: Sан = ширина ленты (14 мм) х ширина трансекты (диаметр поля зрения) х число трансект (12).
3. Проанализированную площадь препарата – Sан
4. Проанализированную площадь препарата – Sан

Vан = Sан х Vобщ/Sобщ (1)

Коэффициент пересчета концентрации рассчитывается как величина, обратная проанализированному объему воздуха:

F = 1/Vан (2)

Представление результатов

Основной формой представления результатов аэропалинологических исследований являются календари пыления, составляемые как ежегодно, так и на основе многолетних наблюдений. Основные принципы создания календарей пыления были разработаны и приняты на встрече рабочей группы European Aeroallergen Network (EAN) в Перуджи (Италия) в 1988 году. Единообразие в методике отбора и представления материала позволило в дальнейшем использовать информацию различных национальных станций аэропалинологического мониторинга для создания единого европейского банка данных и разработки общеевропейских прогнозов пыления.

Рекомендации по составлению календаря пыления (Allergy Service Guide in Europe, 1994):

1. Число таксонов, входящих в состав календаря пыления, не должно превышать 15. Выбор этих таксонов обусловлен их аллергенными свойствами и частотой встречаемости.
2. Данные представляются в виде столбчатой диаграммы, выполненной в логарифмическом масштабе. Данные усредняются за декаду.
3. Объединение данных различных станций аэропалинологического мониторинга осуществляется на основе их принадлежности к одной географической, климатической или «аэробиологической» зоне.

Возникло несколько модификаций календаря пыления:

- календарь представлен в виде столбчатой диаграммы, выполненной в логарифмическом масштабе (рис. 63).

Рис. 63. Стандартный календарь пыления (по Мейер-Меликян, 1999)

Для построения стандартного календаря пыления сведения о количественном содержании пыльцы каждого таксона усредняются за декаду, а затем на основании табл. 2 определяется экспоненциальный класс, к которому они относятся, и высота соответствующего столбца диаграммы.

Определение экспоненциального класса и высоты столбца диаграммы

- календарь представлен в виде таблицы, в которой ячейка представляет декаду и закрашивается в соответствии со среднесуточным уровнем пыльцы или спор за декаду – низкий, средний, высокий и очень высокий (рис. 64) (Мейер-Меликян, 1999).

Рис. 64. Календарь пыления для г. Минска за 2004 г.

В настоящее время наблюдается отход от такого построения. Применяется другой метод [Winkler, 2001; Kasprzyk, 2003; Uruska, 2003], когда вся пыльца за сезон пыления принимается за 100% и подсчитывается с нарастанием процент пыления за каждый день. Значения ниже 1 % и выше 99 % отбрасываются, так как связаны со случайным попаданием пыльцы в аэрозоль. Началом пыления считаются дни, когда пыльцы данного таксона составляют более 2,5 %, концом пыления, когда отмечено 97,5 % от всей пыльцы таксона за сезон.

Пик пыления – 50 % пыльцы данного таксона. Данные за декаду не усредняются. Таким образом, весь сезон пыления следует разделить следующим образом:

• 2,5 %-12 % – начало пыления;
• 12 %-25 % – нарастание пыления;
• 25 %-75 % – середина пыления;
• 75 %-95 % – угасание пыления;
• 95 %-97,5 % – конец пыления.

Календарь пыления в данном случае представляет собой таблицу, в которой ячейка декады закрашивается не полностью, а только со дня порогового уровня. Это позволяет более точно отмечать изменение уровней, не усреднять их по всей декаде. Кроме того, сопоставление региональных календарей позволяет территориально прослеживать передвижение пыления. Такой метод построения календаря представляется более рациональным. Он позволяет конкретно отмечать начальные и пиковые периоды пыления и сравнивать различные регионы [Методика аэробиологических исследований...].

Для Европы было предложено осуществлять постоянное наблюдение за следующими таксонами:

• Alnus (A. glutinosa, A. incana, A. viridis)
• Corylaceae (Carpinus, Corylus, Ostrya)
• Cupressaceae (Chamaecyparis, Cupressus, Juniperus, Taxus)
• Oleaceae (Fraxinus, Olea, Jasminum, Syringa)
• Betula (B. pendula, B.pubescens)
• Pinaceae (Abies, Cedrus, Larix, Picea, Pinus)
• Quercus (Q. ilex, Q. cerris, Q. robur, Q. rubra)
• Poaceae
• Rumex (R. acetosa, R. crispus, R. obtusifolius)
• Plantago (P. coronopus, P. lanceolata, P. major, P. media)
• Castanea (C. sativa)
• Urticaceae (Parietaria judaica, P. officinalis, Urtica dioica)
• Chenopodiaceae, включая Amaranthaceae
• Artemisia (A. annua, A. verlatorum, A. vulgaris)
• Ambrosia (A. artemisiifolia, A. elatier)

Помимо перечисленных, в региональные и локальные календари пыления могут быть включены и другие таксоны (Мейер-Меликян, 1999).

Несмотря на относительное постоянство календаря пыления для данного региона, каждый конкретный сезон пыления имеет свои особенности. В значительной степени может измениться пыльцевая продуктивность отдельных таксонов, могут варьироваться сроки и продолжительность пыления. Эти особенности обусловлены, в первую очередь, климатическими и метеорологическими условиями, а также многолетними биологическими ритмами развития растений. Выявление общих сезонных и многолетних закономерностей изменения качественного и количественного состава спорово-пыльцевого спектра лежит в основе разработки календаря пыления, аэропалинологических прогнозов и карт пыления, что позволяет с определенной долей достоверности прогнозировать наступление аллергенной обстановки в городе [Методика аэробиологических исследований...]