4.6. Обобщение результатов анализа проблемы стерилизации сложных изделий медицинского назначения и существующих направлений ее решения.
При дезинфекции и стерилизации, проводимой физическими методами (тепловая обработка, ультрафиолетовое облучение, плазменное воздействие), уничтожение микроорганизмов происходит в связи с временным созданием физических условий необратимого разрушения клеток или внутриклеточных структур микроорганизмов. Воздействие такого рода не оставляет токсического последействия, т.е. является экологически чистым.
Использование традиционных биоцидных химических веществ (щелочного глутарового альдегида, солей ди- и трихлоризоциануровой кислот, четвертичных аммониевых оснований, фенольных, крезольных, йодофорных растворов и т.п.), напротив, в большинстве случаев не является экологически чистым, поскольку сопряжено с применением медленно деградирующих во внешней среде химических агентов, одинаково вредных для всех форм белковой жизни - от бактерии до человека. Действие этих веществ оказывает угнетающее влияние вне зависимости от их концентрации в организме.
Существует и другая опасность применения стойких химических биоцидных агентов. После использования по назначению, биоцидные растворы попадают различными путями в окружающую среду. При этом их концентрация, как правило, значительно снижается в результате мероприятий по очистке и нейтрализации. Однако в процессах дальнейшей длительной естественной биодеградации и рассеивания эти химические вещества вступают в контакт с огромным числом микроорганизмов, изменяя их приспособительные реакции и усиливая механизмы адаптации к внешним неблагоприятным воздействиям. Учитывая скорость размножения микроорганизмов и их способность видоизменяться под влиянием неблагоприятных факторов внешней среды, не является удивительным появление все новых видов, обладающих повышенным сопротивлением к воздействию биоцидными растворами.
В применении к рассматриваемым объектам, в табл. 4.8 показаны наиболее типичные пути передачи различных видов микроорганизмов при эндоскопировании.
На рис. 4.9 приведена схема, иллюстрирующая в обобщенном виде различные механизмы воздействия биоцидных агентов на микроорганизмы, в зависимости от их клеточного и внутриклеточного строения. На рис. 4.10 показаны механизмы инактивации микроорганизмов под влиянием биоцидных агентов и способы защиты микроорганизмов от вредных для них внешних воздействий.
На клеточном и субклеточном уровне большинство антимикробных препаратов действуют одним из 4 основных способов:
а) торможение синтеза клеточной стенки;
б) нарушение проницаемости клеточной мембраны;
в) торможение синтеза белка (а именно, ингибирование трансляции или транскрипции генетического материала);
г) торможение синтеза нуклеиновой кислоты.
Клеточная стенка микроорганизмов обычно содержит химически определенный комплекс полимерного мукопротеида, состоящий из полисахаридов и многократно перекрестносшитого полипептида. Полисахариды, как правило, содержат аминосахара N-ацетилглюкозамин и ацетилмураминовую кислоту; последнюю обнаруживают только у бактерий.
Сильные окислители инактивируют клетки окислением свободных сульфгидрильных групп. Фенолы денатурируют белок при концентрации 1-2%. Алкоголь также денатурирует белок. Ионы тяжелых металлов обычно используются в низких концентрациях, при которых условием их действия является комбинация с сульфгидрильными группами (СГ).
Многие из основных ферментов в микробной клетке имеют сульфгидрильные группы (-SH) и могут функционировать, если только они остаются свободными и восстановленными, в то время, как вещества, которые окисляют СГ и соединяются с ними, являются сильными ингибиторами.
Белки ферментов, содержащие цистеин, имеют боковые цепи, оканчивающиеся СГ. В дополнение к этому, по крайней мере один ключевой кофермент (кофермент А, который нужен для транспорта ацильной группы) содержит свободную СГ. Окисляющие агенты интерферируют с метаболитом, связывая соседние сульфгидрильные группы в дисульфидных мостиках:
R-SH + HS - R .... - 2H ......R-S-SR
Рис.4.9. Механизмы воздействия биоцидных агентов на микроорганизмы.
* - высоко активные соединения
???
???
??
Бактериальные
споры
Вегетативные
бактерии
Вирусы
-SH
группы
Нуклеиновые кислоты
Инактивация
(- цидный эффект)
Ингибирование
( стаз)
Рис. 4.10. Инактивация микроорганизмов и их сопротивляемость биоцидным агентам.
Таблица 4.8.
Типы микроорганизмов, передаваемых пациенту экзогенным путём при эндоскопировании.
Типы микроорганизмов
Причины передачи
Грам-отрицательные бактерии
Наиболее часто являются причинами экзогенного инфецирования пациентов при эндоскопировании, т.к. их рост возможен во влажных частях эндоскопов в течение ночи.
Pseudomonas aeruginosa
Инфицирование является следствием нарушения режима обработки эндоскопов, а также загрязнения частей автоматических моющих систем биоплёнками P.aeruginosa.
Klebsiella, Enterobacter,
Передаются через контаминированные гастроинтестинальные эндоскопы
Serratia marcescens
Легочная инфекция передаётся через контаминированный бронхоскоп.
Микобактерии
( M. Tuberculosis)
Являются наиболее резистентными по отношению к дезинфектантам неспоро-образующими бактериями. Источником инфицирования могут быть как бронхоскопы, прошедшую некачественную обработку, так и пациенты с активной положительной реакцией на туберкулёз.
Нетуберкулезные микобактерии
Развиваются в водной среде (в водопроводной воде, во льду) и могут быть причиной распространения внутрибольничной инфекции. Обладают большей резистентностью по отношению к дезинфектантам, чем M. Tuberculosis, в связи с чем требуется большая экспозиция для их уничтожения.
Вирусы (НАV, HBV, HCV, HIV)
Т.к. вирусы не отличаются высокой резистентностью по отношению к дезинфектантам, то причиной инфицирования больных может быть только не соблюдения режима дезинфекции.
В клетке существует много ферментов, содержащих сульфгидрильные группы, поэтому окисляющие вещества и соли тяжелых металлов вызывают обширные повреждения. Истинная причина необходимости свободных СГ не определена, хотя во многих случаях (например, кофермент А) они, возможно, представляют нормальный рецептор для присоединения субстрата.
Ультрафиолетовое облучение способствует образованию перекисей (R-O-O-R), которые действуют как окисляющие агенты.
В связи с вышеизложенным, экологически безопасными следует считать биоцидные растворы с временем жизни, необходимым для осуществления процедуры обеззараживания, самопроизвольно деградирующие без образования токсичных соединений-ксенобиотиков и не требующие нейтрализации после использования. Наиболее близкими к растворам такого типа являются электрохимически активированные растворы, полученные в установках СТЭЛ, оснащенными электрохимическими реакторами с модульными элементами ПЭМ-3. По механизму биоцидного действия электрохимически активированные растворы подобны газовой плазме. Продуктами их деградации являются исходные вещества, т.е. слабоминерализованная вода.
Электрохимически активированные растворы являются не только экологически безопасными и высокоэффективными средствами дезинфекции, предстерилизационной очистки и стерилизации изделий медицинского назначения, но также используются как антисептики для нанесения на поврежденную и неповрежденную кожу, слизистые оболочки, полости и раны в целях лечения и предупреждения развития местных инфекционных поражений и сепсиса, а также как химиотерапевтические препараты для введения во внутреннюю среду организма в целях лечения и предупреждения развития инфекционных заболеваний.
Электрохимически активированные биоцидные растворы-антисептики обладают универсальным спектром действия, т.е. оказывают повреждающее влияние на все крупные систематические группы микробов (бактерии, грибы, вирусы и простейшие), не причиняя вреда клеткам тканей человека и других высших организмов, т.е. соматическим животным клеткам в составе многоклеточной системы. Это обусловлено принципиальными отличиями в строении и условиях жизни клеток этих форм жизни:
Клетки высших организмов в процессе жизнедеятельности, например, в оксигеназных реакциях функционирования цитохрома Р-450, во время фагоцитоза при адгезии и обездвиживании микробных клеток продуцируют и используют целый ряд высокоактивных оксидантов, таких как O2-, O•, 1O2, H2O2, HO2•, HO•, ClO- и др. Эти клетки обладают мощной химической системой антиоксидантной защиты, предотвращающей токсическое воздействие подобных веществ на жизненно важные клеточные структуры. Антиоксидантные свойства соматических клеток связаны с наличием мощной трехслойной липопротеидной оболочки, которая содержит обладающие электрондонорными свойствами диеновые конъюгаты (-С=С-). Микроорганизмы не продуцируют таких веществ в процессе жизнедеятельности и не имеют мощных систем антиоксидантной защиты, поэтому электрохимически активированные биоцидные растворы являются для них высокотоксичными. Биоцидные вещества в электрохимически активированном растворе, обычно применяемом в качестве антисептика или химиотерапевтического препарата, не являются токсичными для соматических клеток человека, поскольку на 50 - 95 % представлены оксидантами, подобными тем, которые продуцируют клетки высших организмов.
Химический потенциал молекул и ионов в электрохимически активированных биоцидных растворах (ЭХА растворах) намного выше, чем в неактивированных. Низкая минерализация ЭХА растворов и их повышенная гидратационная способность, способствующая увеличению проницаемости клеточных стенок и мембран, создают условия для интенсивного осмотического и электроосмотического переноса оксидантов во внутриклеточную среду. Осмотический перенос оксидантов через оболочки и мембраны микробных клеток намного интенсивнее, чем через мембраны соматических клеток, ввиду существенного различия осмотического градиента этих типов клеток. Ускоренному электроосмотическому переносу оксидантов внутрь бактериальных клеток способствуют многочисленные электрически заряженные микропузырьки электролизных газов, создающие в зонах контакта с биополимерами мощные локальные электрические поля с высокой степенью неоднородности.
Все соматические клетки животных организмов являются гетеротрофами: их трофика зависит от наличия во внеклеточной среде питательных компонентов: глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты. Биологическое благополучие соматической клетки зависит от того места, которое она занимает в процессе распределения трофических функций всех элементов многоклеточной системы (клетка поддерживает клетку).
Функции трофики животных клеток подчиняются закону взаимозаменяемости. Если трофика одной отдельной клетки нарушена, то это нарушение может быть скорректировано нейротрофическими регуляциями, эндокринными регуляциями, функцией соседних клеток, нутритивной функцией крови и т.д.
Все микробные клетки являются аутотрофами и их питание зависит от их собственной энергетической активности, т.е. если ферментные процессы внутри микробной клетки подавлены, то компенсировать их нечем. Микробная клетка обеспечивает все свои трофические функции только за счет ферментных реакций. Микробы находятся в такой системе, где взаимодействия между клетками нет. Уязвимое место микробной клетки - это ее автономизм.
Максимальное использование фундаментальных различий живых существ микро- и макробиологического мира является идеологической основой поиска эффективных и экологически чистых материальных субстанций и технологий дезинфекции и стерилизации изделий медицинского назначения.
