Для получения бумаги используют малярию

Обновлено: 26.04.2024

Откуда в Москве малярия и где в России можно заболеть лихорадкой Западного Нила? Как глобальное потепление влияет на распространение боррелиоза? Ландшафтный эпидемиолог Варвара Миронова рассказывает о природно-очаговых болезнях, вспышках инфекционных заболеваний и связи изменений климата и очагов болезней. Это подкаст Terra Cognita, который делается при поддержке Русского географического общества.

Природно-очаговые болезни

Медицинская география — она же ландшафтная эпидемиология — изучает очаги и распространение инфекционных, паразитарных болезней. Представление о очагах болезней возникло еще в начале XX века, когда эпидемиолог Даниил Заболотный изучал монгольских сусликов и сделал предположение, что чума циркулирует в природных ландшафтах. Потом открыли энцефалит, другие природно-очаговые заболевания, а академик Евгений Павловский сформулировал теорию, что природный очаг — это ландшафт, в котором сосуществуют популяции возбудителя, хозяина (носителя болезни) и переносчика. Может летать сколько угодно малярийных комаров, но если рядом нет человека с малярийным плазмодием в крови, очага не будет.

Сейчас мы знаем, что может быть по-другому, и переносчик нужен не всегда. Например, у геморрагической лихорадки с почечным синдромом есть только носитель. Есть сапронозы — например, столбняк, тоже природно-очаговая болезнь, но резервуар у него — почва. То есть природный очаг это широкое понятие, для каждой болезни это своя экосистема, в которой существует возбудитель болезни.

Есть болезни, которыми можно заразиться только в очаге — например, клещевой энцефалит. Вспышка энцефалита возможна лишь в редких случаях — если сырое молоко от зараженной козы выпьет сразу много людей. Похожая история с трихинеллёзом: если зараженного кабана или медведя ели все гости на свадьбе, то вспышка будет, но обычно это точечные истории. Другие болезни легко выплескиваются за пределы очага. Например, грипп. Его природный очаг расположен в Восточном Китае, но он передается от человека к человеку. После выхода из очага природный носитель больше не нужен, и грипп легко распространяется. Аналогичная история произошла с коронавирусом.

Малярия

Сейчас малярия человека — это не одна болезнь, а четыре: трехдневная, тропическая, овале и четырехдневная. Сейчас еще говорят про пятый вид, обезьянью малярию из юго-восточной Азии, но она очень редко поражает человека — за всю историю может быть несколько сотен случаев, а открыта она почти сто лет назад.

Возбудители малярии это облигатные паразиты, в основном кровепаразиты, и они очень видоспецифичны: у мышей свои, у обезьян свои, у человека свои. У овале ареал разорван — довольно много в Африке, есть в Новой Гвинее, но она редко выходит за пределы очагов, в такие дебри мало кто заезжает. Четырехдневная малярия стала очень редкой, обычно два-три случая в год. Остальные два вида действительно важны для здравоохранения. В мире 240-250 миллионов случаев заражения малярией в год, смертность — 200-300 тысяч в год.

Малярия климатозависима. Для того чтобы в комаре развился паразит, нужна определенная сумма температур, сумма тепла, которую паразит накапливает. Для тропической малярии пороговая температура, ниже которой паразит развиваться в комаре не может — 18 градусов Цельсия, для трехдневной 17. Общая сумма тепла выше порога, которая должна накопиться для тропической малярии, составляет 111 градусов, для трехдневной — 105.

Основной ареал тропической малярии находится в Африке, но есть очаги и в Индии, Индокитае, восточном и юго-восточном Китае, в Южной Америке. Была она и в России: в начале ХХ века она встречалась до юга Архангельской области и была на первом месте среди всех инфекционных болезней (на втором месте был сифилис, на третьем — туберкулез). У нее было много народных названий: лихорадка, лихоманка, трясца и другие. Заразиться ей можно было в центре Москвы. Чудовищная вспышка была в 30-х годах прошлого века на лесоповале Сольвычегодска и окрестностей. Сюда свозили раскулаченных людей с Кубани, с Украины, северного Казахстана. Это продолжалось несколько теплых лет, малярией тогда заразились десятки тысяч переселенцев.

Тропическая малярия из Африки не воспринимается нашими комарами. Поэтому даже когда человек завозит ее сюда, он не может стать причиной заражения других людей. А вот трехдневная малярия прекрасно приспособлена для передачи у нас, поэтому каждый случай завоза потенциально опасен. Серьезная вспышка была в Московском регионе в начале 2000-х годов: малярию завезли иммигранты из Таджикистана, а паразиты созрели в комарах за несколько жарких летних недель в Москве. Это говорит о том, что всегда важно быть наготове.

Избежать заражения малярией и другими тропическими болезнями можно, если во время путешествий использовать репелленты, строго соблюдать правила гигиены. Перед поездкой очень важно прочитать рекомендации эпидемиологов по конкретной стране, узнать, с какими возбудителями вы можете встретиться, какие прививки нужно делать.

Изменения климата и болезни

Глобальные изменения климата неизбежно меняют условия распространения природно-очаговых болезней. Во-первых, рост температур создает все более благоприятные условия для развития паразитов. Это справедливо и для малярии, и для многих других болезней. Например, в России есть природные очаги лихорадки Западного Нила — они испокон веков существовали на Нижней Волге и нижнем Дону, сейчас болезнь пошла на север, описаны случаи передачи даже в Липецкой области.

Второй сюжет, связанный с изменениями климата, это расширение ареалов носителей. Например, сейчас на север продвигаются иксодовые клещи, а мы можем ожидать, что вмести с ними двигаются энцефалит и боррелиоз. Меняются условия зимовок многих резервуарных животных, они более активно размножаются. В Америке есть белоногий хомячок, самый главный резервуар болезни Лайма. Его численность выросла, он далеко продвинулся на север, появился в южной Канаде, вместе с ним двинулись клещи и болезнь.

Третий сюжет связан с выходом некоторых видов за границы своего ареала. Самый яркий пример - азиатский тигровый комар. Он жил в юго-восточной Азии и был вторичным переносчиком лихорадки Денге. Он очень легко размножается, делает это в кружке с водой или брошенной консервной банке. С некоторых пор он приспособился к удобной экологической нише — старым отработанным покрышкам, где собирается вода. Эти покрышки утилизируют далеко не везде, а потому часто перевозят по миру к местам переработки. С ними комар распространился по всему миру, а изменения климата обеспечили ему условия для выживания. Сначала он появился на Гавайях, потом в Европе, добрался до Индонезии, встречается у нас в Краснодарском крае. Оказалось, что в новых местах он легко включается в перенос вирусов, которых на родине не было. В их числе энефаломиелит в Америке, африканские лихорадки Зика и Чикунгунья.

Откуда в Москве малярия и где в России можно заболеть лихорадкой Западного Нила? Как глобальное потепление влияет на распространение боррелиоза? Ландшафтный эпидемиолог Варвара Миронова рассказывает о природно-очаговых болезнях, вспышках инфекционных заболеваний и связи изменений климата и очагов болезней. Это подкаст Terra Cognita, который делается при поддержке Русского географического общества.

Природно-очаговые болезни

Медицинская география — она же ландшафтная эпидемиология — изучает очаги и распространение инфекционных, паразитарных болезней. Представление о очагах болезней возникло еще в начале XX века, когда эпидемиолог Даниил Заболотный изучал монгольских сусликов и сделал предположение, что чума циркулирует в природных ландшафтах. Потом открыли энцефалит, другие природно-очаговые заболевания, а академик Евгений Павловский сформулировал теорию, что природный очаг — это ландшафт, в котором сосуществуют популяции возбудителя, хозяина (носителя болезни) и переносчика. Может летать сколько угодно малярийных комаров, но если рядом нет человека с малярийным плазмодием в крови, очага не будет.

Сейчас мы знаем, что может быть по-другому, и переносчик нужен не всегда. Например, у геморрагической лихорадки с почечным синдромом есть только носитель. Есть сапронозы — например, столбняк, тоже природно-очаговая болезнь, но резервуар у него — почва. То есть природный очаг это широкое понятие, для каждой болезни это своя экосистема, в которой существует возбудитель болезни.

Есть болезни, которыми можно заразиться только в очаге — например, клещевой энцефалит. Вспышка энцефалита возможна лишь в редких случаях — если сырое молоко от зараженной козы выпьет сразу много людей. Похожая история с трихинеллёзом: если зараженного кабана или медведя ели все гости на свадьбе, то вспышка будет, но обычно это точечные истории. Другие болезни легко выплескиваются за пределы очага. Например, грипп. Его природный очаг расположен в Восточном Китае, но он передается от человека к человеку. После выхода из очага природный носитель больше не нужен, и грипп легко распространяется. Аналогичная история произошла с коронавирусом.

Малярия

Сейчас малярия человека — это не одна болезнь, а четыре: трехдневная, тропическая, овале и четырехдневная. Сейчас еще говорят про пятый вид, обезьянью малярию из юго-восточной Азии, но она очень редко поражает человека — за всю историю может быть несколько сотен случаев, а открыта она почти сто лет назад.

Возбудители малярии это облигатные паразиты, в основном кровепаразиты, и они очень видоспецифичны: у мышей свои, у обезьян свои, у человека свои. У овале ареал разорван — довольно много в Африке, есть в Новой Гвинее, но она редко выходит за пределы очагов, в такие дебри мало кто заезжает. Четырехдневная малярия стала очень редкой, обычно два-три случая в год. Остальные два вида действительно важны для здравоохранения. В мире 240-250 миллионов случаев заражения малярией в год, смертность — 200-300 тысяч в год.

Малярия климатозависима. Для того чтобы в комаре развился паразит, нужна определенная сумма температур, сумма тепла, которую паразит накапливает. Для тропической малярии пороговая температура, ниже которой паразит развиваться в комаре не может — 18 градусов Цельсия, для трехдневной 17. Общая сумма тепла выше порога, которая должна накопиться для тропической малярии, составляет 111 градусов, для трехдневной — 105.

Основной ареал тропической малярии находится в Африке, но есть очаги и в Индии, Индокитае, восточном и юго-восточном Китае, в Южной Америке. Была она и в России: в начале ХХ века она встречалась до юга Архангельской области и была на первом месте среди всех инфекционных болезней (на втором месте был сифилис, на третьем — туберкулез). У нее было много народных названий: лихорадка, лихоманка, трясца и другие. Заразиться ей можно было в центре Москвы. Чудовищная вспышка была в 30-х годах прошлого века на лесоповале Сольвычегодска и окрестностей. Сюда свозили раскулаченных людей с Кубани, с Украины, северного Казахстана. Это продолжалось несколько теплых лет, малярией тогда заразились десятки тысяч переселенцев.

Тропическая малярия из Африки не воспринимается нашими комарами. Поэтому даже когда человек завозит ее сюда, он не может стать причиной заражения других людей. А вот трехдневная малярия прекрасно приспособлена для передачи у нас, поэтому каждый случай завоза потенциально опасен. Серьезная вспышка была в Московском регионе в начале 2000-х годов: малярию завезли иммигранты из Таджикистана, а паразиты созрели в комарах за несколько жарких летних недель в Москве. Это говорит о том, что всегда важно быть наготове.

Избежать заражения малярией и другими тропическими болезнями можно, если во время путешествий использовать репелленты, строго соблюдать правила гигиены. Перед поездкой очень важно прочитать рекомендации эпидемиологов по конкретной стране, узнать, с какими возбудителями вы можете встретиться, какие прививки нужно делать.

Изменения климата и болезни

Глобальные изменения климата неизбежно меняют условия распространения природно-очаговых болезней. Во-первых, рост температур создает все более благоприятные условия для развития паразитов. Это справедливо и для малярии, и для многих других болезней. Например, в России есть природные очаги лихорадки Западного Нила — они испокон веков существовали на Нижней Волге и нижнем Дону, сейчас болезнь пошла на север, описаны случаи передачи даже в Липецкой области.

Второй сюжет, связанный с изменениями климата, это расширение ареалов носителей. Например, сейчас на север продвигаются иксодовые клещи, а мы можем ожидать, что вмести с ними двигаются энцефалит и боррелиоз. Меняются условия зимовок многих резервуарных животных, они более активно размножаются. В Америке есть белоногий хомячок, самый главный резервуар болезни Лайма. Его численность выросла, он далеко продвинулся на север, появился в южной Канаде, вместе с ним двинулись клещи и болезнь.

Третий сюжет связан с выходом некоторых видов за границы своего ареала. Самый яркий пример - азиатский тигровый комар. Он жил в юго-восточной Азии и был вторичным переносчиком лихорадки Денге. Он очень легко размножается, делает это в кружке с водой или брошенной консервной банке. С некоторых пор он приспособился к удобной экологической нише — старым отработанным покрышкам, где собирается вода. Эти покрышки утилизируют далеко не везде, а потому часто перевозят по миру к местам переработки. С ними комар распространился по всему миру, а изменения климата обеспечили ему условия для выживания. Сначала он появился на Гавайях, потом в Европе, добрался до Индонезии, встречается у нас в Краснодарском крае. Оказалось, что в новых местах он легко включается в перенос вирусов, которых на родине не было. В их числе энефаломиелит в Америке, африканские лихорадки Зика и Чикунгунья.

Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 2015 года: Уильям Кэмпбелл (William C. Campbell), Сатоси Омура (Satoshi Фmura) и Ту Юю (Youyou Tu)

5 октября были объявлены лауреаты Нобелевской премии в области физиологии и медицины за 2015 год. Половина премии присуждена американцу ирландского происхождения Уильяму Кэмпбеллу и японцу Сатоси Омуре за их исследования в области лечения заболеваний, вызванных паразитическими червями. Вторая половина премии досталась китаянке Ту Юю за открытие новых методов лечения малярии. По традиции, торжественное вручение медалей и сертификатов на денежные премии состоится 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля.

Сатоси Омура, Уильям Кэмпбелл и ивермектин

Когда Уильяму Кэмпбеллу позвонил представитель Нобелевского комитета, чтобы сообщить о присужденной премии, Кэмпбелл не поверил и попросил чем-нибудь подтвердить, что это не розыгрыш. А когда уверился в том, что это не шутка, сказал, что было бы честнее, если бы премию получил не он, а весь его коллектив. Когда же из Нобелевского комитета позвонили Сатоси Омуре, то тот сообщил, что почтительно принимает награду, но опять-таки, в этом заслуга не столько его, сколько всех, кто работал вместе с ним.

Уильям Кэмпбелл и Сатоси Омура номинированы на Нобелевскую премию за изобретение и продвижение в мировую медицинскую практику антигельминтного препарата ивермектина. Химически ивермектин является макроциклическим лактоном, или макролидом. Биография этого препарата, если следовать хронологии, примерно такова.

В середине 70-х годов XX века Сатоси Омура, возглавлявший тогда Группу по исследованию антибиотиков в Институте Китасато в Токио (Antibiotics Research Group at Tokyo’s Kitasato Institute), начал исследования микроорганизмов с антигельминтной активностью. Для этого японские микробиологи использовали новую методику выделения почвенных актиномицетов. Затем они проводили предварительное тестирование in vitro — проверяли действие микроорганизмов на культуры нематод Nematospiroides dubius. Сатоси Омуре удалось организовать исследовательский консорциум государственных и частных научных групп. Туда вошла, в частности, группа Уильяма Кэмпбелла из компании Мерк и Ко. Выделенные в японских лабораториях культуры, показавшие антигельминтный потенциал, отсылали в лабораторию Кэмпбелла. Там из штаммов массово выделялись химические вещества с предположительным антигельминтным действием. Но эти вещества один за другим оказывались токсичными для животных-хозяев.

Тогда в лаборатории Кэмпбелла было принято решение испытывать присланные штаммы сразу на токсичность и антигельминтную активность. Иными словами, вводить штаммы зараженным мышам, затем в течение следующей недели отслеживать состояние мышей и динамику их зараженности. Таким образом, можно сразу оценить и токсичность, и антигельминтную эффективность. За полтора года были опробованы тысячи штаммов. И среди них нашелся один многообещающий штамм — Streptomyces avermitili. Интересно, что этот микроорганизм обнаружен только в одном образце почвы в Японии и больше нигде в мире его найти не удалось. Химики в лаборатории Кэмпбелла выделили из штамма Streptomyces avermitili активный антигельминтный агент, назвав его авермектином. Разведение авермектина в 8 раз не снижало лечебную эффективность, но полностью снимало токсичность.

Именно с этим веществом и начали работать. Сначала вывели с помощью направленного отбора штамм, у которого выработка авермектина была в 500 раз выше первоначальной. С такими характеристиками уже можно было подумать о технологическом производстве препарата. Параллельно шли испытания авермектина на специфичность: с какими паразитами этот препарат срабатывает и для каких хозяев он безвреден. Как выяснилось, авермектин срабатывал для очень широкого круга нематод, насекомых и клещей. По мере изучения химических и антипаразитарных свойств действующих составляющих авермектина, Кэмпбелл с коллегами выявил ключевую структуру, которая обеспечивала его эффективность. Это помогло создать препарат ивермектин — синтетическое производное на основе авермектина, которое обладало повышенной действенностью.

Как показали дальнейшие исследования, действие ивермектина основано отчасти на специфическом блокировании глутамат-зависимых – Cl-ионных каналов (glutamate-gated chloride channels) у нематод и членистоногих. Поскольку этот вид нейромедиаторов широко распространен у членистоногих и нематод, новый препарат оказался востребованным и для лечения паразитарных инфекций у животных, и как инсектицид в растениеводстве. У млекопитающих ивермектин не проходит гемато-энцефалический барьер и, кроме того, имеет слабое сродство с соответствующими малочисленными рецепторами, поэтому для млекопитающих ивермектин безвреден.

Почти сразу, уже в 1981 году, ивермектин был запущен в производство и показал себя как надежное средство для лечения паразитарных заболеваний в ветеринарии и как сильнодействующий инсектицид в сельском хозяйстве. Это был первый препарат, работающий и против эндо- и против эктопаразитов. В частности, в Бразилии, где зараженность скота клещевыми инфекциями достигала 80%, результативность применения ивермектина оказалась исключительно высокой. Продажи ивермектина в первые годы и в течение следующих 20 лет оценивались на уровне 1 миллиарда долларов, а это говорит само за себя.

Следующий этап исследований ивермектина связан с его медицинским применением. В 1978 году Кэмпбелл обратил внимание на одну работу, проведенную в его лаборатории, — действенность ивермектина против нематоды Onchocerca cervicalis, вызывающей онхоцеркоз лошадей. Onchocerca cervicalis — это нематода, близкая по биологии к зловещей Onchocerca volvulus, которая вызывает у людей так называемую речную слепоту. В 70-е годы, по оценкам ВОЗ, примерно 18 миллионов человек в 34 странах Африки, Южной Америки и Аравийского полуострова страдало от этого паразита, и около полумиллиона в результате потеряли зрение. Речная слепота была названа одной из восьми самых массовых и тяжелых тропических болезней. Безопасного лекарства от нее в то время не было: для крупных фармацевтических компаний оказывалось невыгодно вкладывать деньги в разработку лекарственных препаратов для беднейшего населения планеты. В конце 70-х было образовано несколько международных программ для решения этой проблемы. В частности, рассматривалась возможность распыления инсектицидов в местах размножения мух, которые служили переносчиками нематод.

Жизненный цикл нематоды Onchocerca volvulus

Жизненный цикл нематоды Onchocerca volvulus. Рисунок из статьи A. Crump, S. Omura, 2011. Ivermectin, ‘Wonder drug’ from Japan: the human use perspective

Другая часть программ была направлена на адаптацию лабораторных животных для тестирования препаратов против речной слепоты — ведь только человек является конечным хозяином Onchocerca volvulus, а другие животные, например мыши, к этому паразиту не восприимчивы. И такие модельные животные были созданы. Уильям Кэмпбелл, осведомленный о проблеме речной слепоты, на свой страх и риск послал образец ивермектина в Австралию, где содержались такие модельные животные. Ивермектин показал исключительно высокую эффективность. Уильям Кэмпбелл сделал доклад об этом исследовании на заседании совета Мерк и Ко. Руководство компании его одобрило и начало финансирование испытаний препарата для лечения речной слепоты.

Международные программы изначально были не слишком настроены поддерживать эту инициативу, потому что предполагалось, что при хороших результатах Мерк потребует непомерные суммы за свое лекарство. Кроме того, было мало надежды, что ивермектин сработает не только на личинках-микрофиляриях, как это было при лабораторных испытаниях, но и на взрослых нематодах. Поэтому первые две серии испытаний в 1980–1983 годах были проведены исключительно силами Мерк. Затем, однако, оценив перспективы препарата, массовую третью и четвертую серии испытаний препарата вместе с Мерк проводили и различные международные организации. В ходе испытаний было показано, что для излечения пациент должен принимать одну дозу ивермектина ежегодно или два раза в год. Это полностью излечивает заболевшего.

В 1985 году Мерк объявила, что для пациентов с речной слепотой и государственных программ, нацеленных на борьбу с этим злом, ивермектин будет поставляться бесплатно. При лечении населения тропических стран выяснилось, что этот препарат также действенен для лечения других гельминтозных инфекций: слоновой болезни, стронгилоидоза и др. В результате выполнения этих программ большая часть населения уже к началу первого десятилетия XXI века была избавлена от речной слепоты, больные остались только в Сьерра-Леоне, где война прервала выполнение медицинских миссий.

Таким образом, ужасная гельминтозная инфекция, которая еще в середине XX века казалась непобедимой, теперь побеждена. Здесь сыграли решающую роль беспримерное трудолюбие Сатоси Омуры и его коллег в тестировании тысяч и тысяч штаммов с целью найти тот единственно нужный, безукоризненная тщательность, точные, целенаправленные усилия и прозорливость Уильяма Кэмпбелла, а также настойчивость и щедрость фармацевтической компании Мерк.

Ту Юю и артемизинин

Исследования Ту Юю начались в 60-е годы XX века, когда стала очевидна резистентность малярийных плазмодиев к хлорохину — активному препарату, введенному в обиход в 1947 году. Целью Ту Юю, возглавлявшей исследовательскую группу в Институте традиционной медицины в Пекине, было найти растения с антималярийным действием и выделить из них активные вещества. Традиционная медицина полагалась на многовековые традиции, эксплуатирующие природные средства. Было опробованы экстракты 2000 растений, некоторые из них несколько подавляли рост плазмодиев, но всё же степень воздействия была минимальна.

Наконец дело дошло до обычного сорняка — полыни однолетней (Artemisia annua). Некоторые эксперименты с этими растениями казались удачными, другие показывали нулевой эффект. Ту Юю, обратившись к средневековым медицинским трактатам, смогла предположить причину такой нестабильности: лечащее вещество растения разрушалось при нагревании.

Полынь однолетняя

Рисунок полыни однолетней (Artemísia ánnua) из средневекового китайского руководства по медицине 1591 года и ее фотография в естественной среде. Рисунок из статьи Youyou Tu, 2011. The discovery of artemisinin (qinghaosu) and gifts from Chinese medicine

Его первые клинические испытания прошли в провинции Хайнань. Их результаты были противоречивы: большая часть пациентов выздоровела, но на некоторых артемизинин не оказал никакого действия. Ученым потребовались настойчивость и новый упорный поиск: в конце концов выяснилось, что виновато устаревшее оборудование, на котором прессовались таблетки. Артемизинин решено было выпускать в капсулах. И вот тогда-то лекарство продемонстрировало стопроцентную эффективность.

К 1980 году с помощью нового препарата было вылечено несколько тысяч пациентов в Китае. Но мировая общественность смогла узнать об этом новом средстве только в начале 80-х, когда появились первые публикации о нем на английском языке. В следующие годы группа Ту Юю синтезировала дигидроартемизинин — более стабильное и эффективное производное артемизинина. Через 20 лет ВОЗ наконец принял артемизинин в качестве основного средства для лечения малярии.

В комплексе с артемизинином применяются дополнительные препараты. Это необходимо из-за способности малярийных паразитов быстро вырабатывать устойчивость к лекарственным препаратам. Если на паразита воздействуют сразу два вещества с различными механизмами поражения, то вероятность появления резистентности к ним становится гораздо ниже. Программы ВОЗ направлены в первую очередь на то, чтобы запретить лечение малярии чистым артемизинином — иначе и этот препарат, пока действенный, вскоре окажется бесполезным, как это уже произошло в некоторых районах Камбоджи и Лаоса.

Каждый год в нашей школе проводят сбор макулатуры. Её набирается очень много, так как в повседневной жизни мы часто используем бумагу – мы читаем газеты, журналы, учебники, книги, пишем в тетрадях, пользуемся бумагой и картоном на технологии. Бумага сопровождает нас повсюду, без нее сложно представить нашу жизнь. Когда я подумала об этом, у меня появились вопросы:

  1. Как и из чего производят бумагу?
  2. Зачем уже ненужную бумагу собирают и сдают в переработку?
  3. Как перерабатывают макулатуру?

Я выдвинула гипотезы:

  1. Бумагу производят из дерева.
  2. Макулатуру собирают для того, чтобы сделать из неё новую бумагу и снизить объем мусора в городе.
  3. Бумагу отбеливают для того, чтобы её можно было снова использовать.

Цель работы: проведение процесса переработки бумаги в домашних условиях.

Задачи:

  1. Провести процесс переработки макулатуры.
  2. Получить картон и бумагу, пригодные для последующего использования.
  3. Изучить возможности применения полученной бумаги и картона.

Объектом нашего исследования является бумага, предмет исследования – процесс производства и переработки бумаги.

План работы:

  1. Подобрать и изучить литературу по выбранной теме.
  2. Проанализировать полученную информацию.
  3. Проверить гипотезы.
  4. Провести эксперимент по переработке бумаги.
  5. Изучить возможность и провести опыты по получению картону и бумаги разной структуры.
  6. Оформить результаты исследования и сделать выводы.

Методы исследования:

При проведении исследования были изучены: научная литература, электронные ресурсы по теме исследования в сети интернет.

1. Основная часть

1.1. Процесс производства бумаги]

Бумага была изобретена в Китае. В 105 году китаец Цай Лунь представил китайскому императору способ производства бумаги из размолотых волокон древесной коры.


Цай Лунь (50-121г.г.), китайский сановник, которому приписывают изобретение бумаги

Древесную кору измельчали, размачивали, проваривали и затем в эту массу опускали экран с сеткой. На сетке оседали частицы, которые потом просушивали и проглаживали горячими камнями. Несмотря на то, что способ держался в секрете и его разглашение каралось смертной казнью, постепенно секрет производства бумаги проник в соседние страны, а затем и в Европу.

На самом деле, бумага, как материал для письма, была известна еще задолго до этого, ее изготавливали из шелка, крапивы, тряпок. Цай Лунь усовершенствовал способ производства бумаги.


Процесс изготовления бумаги в Древнем Китае.


Современный цех по производству бумаги.

Сейчас для производства бумаги используют древесину, точнее целлюлозу, которую из нее получают. Процесс получения изменился лишь в том, что частицы очищают от примесей, сортируют на мелкие и крупные и варят с применением кислоты. Для повышения прочности и чтобы чернила не растекались на бумаге, в сырье добавляют клей, смолу. После превращения в кашицу сырье попадает в бумагоделательную машину. Эта машина отжимает воду, раскатывает листы. В конце бумажное полотно попадает на пресс, его выравнивают и получают ровную бумажную ленту.

1.2. Виды бумаги и их назначение

Для получения бумаги подходят все виды деревьев. Но из разных деревьев получают бумагу разного качества и для разных целей. Если разглядеть клочок бумаги через микроскоп, можно сказать, из какой древесины он сделан.

Волокна древесины хвойных пород более длинные и прочные, из них производят прочную бумагу, например бумажные мешки.

Из древесины лиственных пород деревьев получается более гладкая и мягкая бумага. Путем сочетания разного вида сырья люди получают различные виды бумаги: печатная, декоративная, упаковочная, промышленно-техническая, светочувствительная, писчая, впитывающая. Добавляя различные красители, можно менять цвет бумаги.

Печатную бумагу используют для производства журналов, газет, книг. Декоративная бумага отличается многообразием форм и цветов: она может быть различной толщины, фактуры, цвета (например: бархатная, гофрированная бумага). Такая бумага служит для украшения чего-либо. Упаковочную и оберточную бумагу мы используем в повседневной жизни для упаковки различных вещей, продуктов. Промышленно-техническая – это самая прочная бумага. Для фотографий, печати чеков, используют светочувствительную бумагу. Писчая – это бумага для письма, черчения, рисования.


Кроме этих видов существует еще множество, всех не перечислишь. Общее между ними то, что для производства бумаги всегда используют древесину.

1.3. Для чего собирают и перерабатывают макулатуру

Бумага сопровождает нас всюду, мы пользуемся бумагой постоянно: пишем, читаем книги, используем салфетки за столом. Но чем больше бумаги нам нужно, тем больше древесины уходит на ее производство, вырубаются целые леса. Все это плохо отражается на экологии нашей планеты, ведь деревья – это легкие нашей планеты, потому после вырубки лес надо постоянно восстанавливать. Но прежде чем дерево вырастет, пройдет несколько лет, процесс восстановления занимает гораздо больше времени, чем процесс вырубки леса. Это привело к тому, что человек стал искать другие варианты решения этой проблемы. Одним из направлений стала переработка бумаги с целью ее повторного использования. Действительно, использованная бумага стала хорошим сырьем для производства новой бумаги.


Такое сырье называют макулатурой. В каждом городе есть пункты приема макулатуры, где ее принимают и затем отправляют на заводы по переработке бумаги. Оказывается, бумагу можно перерабатывать до 5 раз, потом волокна становятся непригодными для изготовления бумаги, при этом 100кг. макулатуры спасают от вырубки целое дерево! Кроме того при переработке макулатуры требуется меньше электричества и воды, чем для переработки 1 дерева в бумагу.

2. Постановка и проведение эксперимента

2.1. Получение бумажного сырья

В качестве сырья для получения бумаги я выбрала использованные листы белой бумаги и газеты. Сначала я разорвала бумагу на мелкие кусочки и поместила их в таз. Эти кусочки я залила водой и оставила на ночь, чтобы они как следует размокли.


Первый этап - замачивание использованной бумаги и газет.
Бумажные кусочки надо хорошо размочить, чтобы потом проще было их измельчать до получения однородной массы.

Затем, когда все кусочки размокли, я поместила их в блендер и перемолола все кусочки. Получилась масса, похожая на кашу. Из газеты получилась совсем серая масса, из бумаги гораздо светлее. Эта кашеобразная масса называется бумажным сырьем.


2.2. Получение из бумажного сырья листов бумаги и картона

Для следующего этапа мне понадобится рама с сеткой и емкость для бумажного сырья, куда можно было бы опускать раму.


В качестве рамы я использовала пластмассовые пяльцы для вышивания, на них удобно натягивать сетку.
Для размещения бумажного сырья хорошо подошел квадратный таз.

Бумажное сырье я перелила в таз и разбавила его водой до получения нужной густоты. Чтобы получить картон, воды я добавила немного. Для получения бумаги воды надо добавить чуть больше. Чем больше воды, тем тоньше получится бумажный лист. Получившийся раствор как следует размешиваем. Затем опускаем раму в таз и ждем, пока частицы осядут на сетке.


Раму я медленно, чтобы не повредить бумажный слой, подняла из таза и положила над кастрюлей, чтобы стекала лишняя вода.

После того как вода стечет, сетку размещаем на полотенце, снимаем пяльцы, накрываем другим полотенцем и проглаживаем утюгом. Внимание! При работе с утюгом необходимо соблюдать правила работы с электроприборами.

После проглаживания сетка легко снимается с бумажного листа.


Получился круглый лист бумаги. Этот лист еще не совсем сухой, его я поместила под пресс для того, чтобы при высыхании лист оставался ровным. В результате я получила лист белой бумаги и лист серого картона (так как сырьем для картона была газета и сырье я при этом не отбеливала перекисью водорода как для бумаги).

2.3. Получение декоративной бумаги и картона

Когда я сцеживала воду с рамки, мне стало интересно, а что получится, если еще на сырую бумагу нанести рисунок, или добавить в сырье еще каких-нибудь элементов?

Вот что у меня получилось:


Цветную бумагу я получила, добавив гуашь прямо в бумажное сырье.


В результате эксперимента я выяснила, что можно получить еще и декоративную бумагу и картон, добавляя в бумажное сырье самые разные декоративные элементы: нитки, конфетти, краски, кусочки фольги.
Я получила из газетной бумаги обычный и декоративный картон, достаточно прочный, его можно использовать для изготовления поделок на технологии. Из использованной офисной бумаги я получила белую и цветную бумагу.

2.4. Применение полученной бумаги и картона

У меня в результате эксперимента получились очень необычные экземпляры бумаги и картона, разной плотности и толщины, интересные цвета и оттенки. Я подумала: где я могу использовать свою бумагу? Сначала я принесла такие листы бумаги в школу на урок технологии. Поделки из такого картона и бумаги получаются особенными, не похожими на другие. Ребята в классе заинтересовались моим экспериментом.

Полученная мною бумага имеет форму круга, и я решила использовать это – я вырезала из бумаги снежинки. За счет того, что бумага получилась пористая и легкая, снежинки было легко приклеить мыльным раствором на окна, и вот у меня готово новогоднее украшение. Из картона я сделала фонарик на елку:


А желтая и зеленая бумага получилась такого красивого оттенка, что мне захотелось сделать из нее что-нибудь для своих подруг. И вот у меня получился весенний желтый цветок и несколько ярких небольших открыток.


В результате эксперимента я открыла еще один способ спасти деревья – я стала использовать меньше бумаги. Конечно, я не смогу отказаться от использования тетрадей и учебников, но теперь для урока технологии я могу сама приготовить себе цветную бумагу и картон, а не покупать их в магазине. Нам кажется, что мы тратим бумаги совсем не много - пара тетрадей, несколько листов бумаги и картона на технологии. На самом деле не так уж мало. Оказывается, что в среднем 4 человека за месяц производят 100 кг. макулатуры.

Из этих 100 кг., если их сдать в переработку, можно произвести 12 000 листов обычной бумаги. При этом мы спасаем 1 дерево. То есть каждый человек может спасти 3 дерева за год! А если при этом еще и меньше тратить бумагу, можно не только спасти деревья, но и получить экономию для бюджета. Так я выяснила, что переработка использованной бумаги в домашних условиях это:

- экономия для бюджета,

- помощь в сохранении деревьев,

- возможность создания уникальных творческих работ.

Заключение

В повседневной жизни мы постоянно пользуемся различными видами бумаги и картона, поэтому производят бумагу в огромных количествах. Для разных целей используются разные виды бумаги. Мы в основном используем бумагу для письма и для творчества. Главным сырьем для производства бумаги является целлюлоза, содержащаяся в древесине, что приводит к вырубке деревьев. Моя первая гипотеза подтвердилась, бумагу производят из мелко перемолотой и обработанной древесины. Конечно, вырубка деревьев плохо влияет на состояние окружающей нас среды. Но мы можем внести свой вклад в спасение деревьев, для этого мы собираем и сдаем макулатуру. Каждые 100 кг. макулатуры, сданной в переработку, спасают одно дерево. А как часто мы видим на улицах города бумажный мусор! Если мы не будем выбрасывать использованную бумагу, а будем собирать и сдавать её в переработку, то мусора точно станет меньше. Это будет еще один плюс для экологии нашего города. Итак, вторая моя гипотеза подтвердилась. Я провела эксперимент по получению бумаги в домашних условиях и изучила этот процесс. Оказывается, бумагу не просто отбеливают, а именно перерабатывают. В процессе переработки бумага проходит через несколько стадий:

  1. Размачивание и измельчение – получение бумажного сырья,
  2. Очистка и отбеливание бумажного сырья,
  3. Введение в сырье красителей и декоративных добавок,
  4. Отжим воды и формирование бумажного листа,
  5. Разглаживание и сушка.

Моя третья гипотеза не подтвердилась.

Мой эксперимент помог мне понять, что даже один человек может помочь сберечь лес, хотя бы одно дерево. А еще я научилась делать декоративную бумагу и картон в домашних условиях. В результате я открыла для себя новые возможности в творчестве, и даже заинтересовала этим своих подруг.

Читайте также: