Глава 9. Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы.

На микроорганизмы оказывают влияние факторы внешней среды:

1)физические (температура, высушивание, излучения, ультраз­вук, осмотическое давление);

2)химические (различные вещества);

3)биологические (другие виды микробов и вирусы).

Влияние физических факторов.

Температура. Следует различать: 1)температурные условия, при которых микроорганизмы растут и размножаются и 2)температур-

ные границы, при которых микроорганизмы остаются живыми. Понят­но, что во втором случае диапазон температур шире.

1)В зависимости от температурных условий, которые требуют микроорганизмы для своего роста и размножения, различают три группы: психрофилы, растущие при низкой температуре, мезофилы - при средней, и термофилы - при высокой температуре.

Для психрофилов оптимальная температура для роста 10-15^оС, минимальная 0-5^оС, максимальная 25-30^оС. Большинство из них сво­бодноживущие и паразиты холоднокровных животных, но есть и пато­генные для человека, например, иерсинии, псевдомонады. Они разм­ножаются при температуре бытового холодильника и более вирулент­ны при низких температурах.

Мезофилы размножаются преимущественно в организме теплок­ровных животных и человека. Оптимальная температура для их роста 30-37^оС, максимальная 43-45^оС, минимальная 15-20^оС. Большинство патогенных микроорганизмов относятся к мезофилам. В окружающей среде они обычно не размножаются, но могут сохраняться живыми.

Для термофилов оптимальная температура для роста 50-60^оС, минимальная равна 45^оС, максимальная 90^оС. Термофильные бактерии живут в горячей воде гейзеров. Они не размножаются в организме человека.

2)Температурные зоны гибели микроорганизмов шире, чем тем­пературы, при которых они могут расти.

Микроорганизмы более чувствительны к высоким температурам, при которых наступает их гибель вследствие свертывания белков и повреждения ферментов. Вегетативные формы бактерий погибают при 60-80^оС в течение часа, при 100^оС - через 1 минуту. Споры бакте­рий устойчивы к 100^оС, например, споры палочек столбняка и боту­лизма выдерживают кипячение в течение нескольких часов. Для то­го, чтобы убить споры, создают температуру сухого жара 160-170^оС, пара под давлением 120-134^оС. Высокие температуры применяют при стерилизации - обеспложивании различных материа­лов.

К низким температурам микроорганизмы более устойчивы. Мно­гие из них переносят замораживание. Холерный вибрион, сальмонел­лы, кишечная палочка могут сохраняться во льду. Особенно устой­чивы к низким температурам споры бактерий и вирусы. В то же вре­мя есть виды микробов, не переносящих температуры ниже 20^оС: ме­нингококки, гонококки, возбудители коклюша, сифилиса.

Высушивание. Вода необходима для нормальной жизнедеятель­ности микробов, так как питательные вещества поступают в клетку в растворенном виде. При недостатке воды рост микробов прекраща­ется, хотя некоторые их них остаются живыми в течение какого-то времени. Чувствительны к высушиванию менингококки, гонококки, возбудители сифилиса, коклюша, гриппа, устойчивы стафилококки, возбудитель туберкулеза. Наиболее устойчивы споры бактерий, так как вода в них находится в связанном состояни. Для сохранения живых микроорганизмов применяют метод лиофилизации - высушивание под вакуумом из замороженного состояния. Лиофилизированные живые культуры микроорганизмов, вакцины, биопрепараты в течение ряда лет сохраняются, не изменяя своих свойств.

Действие излучений. Ионизирующая радиация - гамма-излучение радиоактивных веществ и электроны высоких энергий губительно действуют на микроорганизмы, хотя смертельные дозы для них выше, чем для животных и растений. Ионизирующие излучения применяют для стерилизации одноразовых пластиковых шприцев и посуды, пита­тельных сред, лекарственных прпаратов.

Неионизирующие излучения - ультрафиолетовые лучи - повреж­дают микроорганизмы в большей степени, чем животных и растения. УФ-лучи повреждают геном микробных клеток, что приводит их к ги­бели. Для обеззараживания воздуха в лечебных учреждениях и в микробиологических лабораториях применяются бактерицидные лампы ультрафиолетового излучения.

Ультразвук при определенной частоте вызывает разрушение структуры микробных клеток и может применяться как метод обра­ботки пищевых продуктов.

Осмотическое давление, его постоянство, имеет большое зна­чение для жизни микробов. При повышении или понижении осмотичес­кого давления происходит разрыв клеточной мембраны и гибель кле­ток. Повышенные концентрации солей задерживают развитие микроор­ганизмов, особенно гнилостных, что используется для сохранения впрок пищевых продуктов: овощей, грибов, рыбы, мяса. На том же принципе основано применение концентрированных растворов сахара в варенье, сиропах. Концентрированные растворы лекарственных средств растительного происхождения являются более стойкими сравнительно с разведенными растворами.

Высокое атмосферное давление не оказывает значительного действия на микроорганизмы.

Влияние химических факторов

Химические вещества, оказывающие антимикробное действие, применяются для дезинфекции - от des (французской приставки, оз­начающей отрицание) и inficere (лат. - заражать). С помощью де­зинфекции производится уничтожение возбудителей инфекционных бо­лезней на зараженных объектах внешней среды.

Дезинфицирующие вещества являются общетоксическими ядами, в отличие от химиотерапевтических средств и антибиотиков, оказыва­ющих избирательное действие на микроорганизмы. Механизм действия дезинфицирующих веществ в основном заключается в нарушении физи­ко-химической структуры микробной клетки.

Окислители (хлор и его соединения, вещества, содержащие йод, перекись водорода) обладают повышенной способностью окис­лять органические соедиения в микробной клетке, что приводит к ее гибели.

Вещества, свертывающие белок (фенол, крезол, гексахлорофен, лизол, спирты, соли тяжелых металлов, например, сулема), прони­кая в микробную клетку, вступают в соединение с ее белками, де­натурируют их и таким образом нарушают жизненные функции микро­организма.

Детергенты (поверхностно-активные вещества (ПАВ) - вещест­ва, обладающие высокой поверхностной активностью, моющим, а мно­гие из них и антимикробным действием - мыла, моющие средства. Высокой активностью обладают четвертичные аммониевые основания (ЧАС), вызывающие повреждение клеточной стенки бактерий, не про­никая внутрь клетки.

Некоторые металлы в незначительных количествах обладают вы­раженным антимикробным действием (серебро, медь, золото и дру­гие). Объясняется это тем, что они выделяют в воду ионы. Такое явление называют олигодинамическим действием (греч. oligos - ма­лый). Достаточно ничтожного количества ионов в жидкости, чтобы они концентрировались на поверхности микробов и, изменив ее за­ряд с "-" на "+", оказывали антимикробное действие.

Выбор способа дезинфекции зависит от биологических свойств микроба и от той среды, в которой он находится. Например, сулема мало пригодна для дезинфекции белковых субстратов, таких как гной, кровь, мокрота. Под влиянием сулемы происходит свертывание белков, и свернувшийся белок предохраняет микробов от дейсьвия

дезинфектанта. Этиловый спирт используют для обеззараживания

рук, различных предметов, для консервации биологических объек­тов. Наиболее выражено бактерицидное действие 70%-ного спирта, поскольку чистый спирт вызывает свертывание поверхностных белков бактерий и не проникает внутрь клетки.

Значительным бактерицидным действием обладает гексахлоро­фен, причем грамположительные кокки более чувствительны к нему, чем грамотрицательнве палочки. Гексахлорофен применяется для обеззараживания кожи в виде мыла, содержащего 2-5% этого вещест­ва; для санации полости носа в виде мази, содержащей 1%, для са­нации носоглотки путем орошения с целью борьбы со стафилококко­вым носительством - 0,1%-ный раствор.

Влияние биологических факторов.

Микроорганизмы в природе являются составной частью биоцено­за, развиваясь совместно с растениями, животными, другими видами бактерий, грибов, вирусов. Взаимоотношения различных микроорга­низмов между собой могут быть взаимовыгодными, например, при совместном культивировании дрожжей и молочнокислых бактерий они развиваются лучше, чем каждый в отдельности. Возможна стимуляция размножения одного микроорганизма другим. Например, размножение палочки чумы усиливается в присутствии сарцин. Во многих случаях один вид микробов в результате своей жизнедеятельности создает благоприятные условия для развития другого вида. Например, раз­витие анаэробов в почве невозможно без аэробов, которые поглоща­ют кислород почвы.

В процессе эволюции у микробов выработались также антаго­нистические отношения. Молочнокислые бактерии являются антаго­нистами гнилостных микробов, бактерий дизентерии. Некоторые мик­роорганизмы вырабатывают вещества, угнетающие и убивающие микро­бов других видов, так называемые бактериоцины.

Явления антагонизма используются в медицине с целью получе­ния антибиотков и создания препаратов для бактериотерапии.

Асептика, антисептика, дезинфекция, стерилизация.

Асептика - комплекс мероприятий, направленных на предупреж­дение попадания микробов в рану, или в пробирку с питательной

средой, в ампулу с лекарственным средством и т.д.

Антисептика - способ обеззараживания ран, операционного по­ля, рук хирурга, а также воздействие на инфекцию в организме па­циента с помощью химических веществ - антисептиков.

Дезинфекция - уничтожение патогенных микробов в окружающей среде и различных объектах с целью прервать путь передачи и распространения инфекционного заболевания. Для дезинфекции ис­пользуют химические вещества, лучевые и другие воздействия.

Стерилизация - процесс, направленный на полное уничтожение всех микроорганизмов в каком-либо объекте. Для стерилизации ис­пользуют физические, химические методы и их сочетание.

К физическим способам относятся: стерилизация высокой тем­пературой, УФ-облучением, ионизирующим излучением, уьтразвуком, фильтрованием через бактериальные фильтры.

Наиболее часто применяют следующие методы:

Стерилизация высокой температурой.

Прокаливание на огне. Это надежный метод стерилизации, но он имеет ограниченное применение из-за порчи предметов. Таким способом стерилизуются бактериологические петли.

Стерилизация сухим жаром. Проводится в печи Пастера (су-

шильный шкаф) при температуре 160-170^оС в течение 1-го часа.

Этим способом стерилизуют лабораторную стеклянную посуду, пипет­ки, завернутые в бумагу, пробирки, закрытые ватными пробками. При температуре выше 170^оС начинается обугливание бумаги, ваты, марли.

Стерилизация паром под давлением (автоклавирование). Наибо­лее универсальный метод стерилизации. Проводится в автоклаве - водопаровом стерилизаторе. Принцип действия автоклава основан на зависимости температуры кипения воды от давления.

Автоклав представляет собой двустенный металлический котел с герметически закрывающейся крышкой. На дно автоклава наливают воду, в рабочую камеру помещают стерилизуемые предметы, закрыва­ют крышку, сначала не завинчивая ее герметически. Включают наг­ревание и доводят воду до кипения. Образующийся при этом пар вы­тесняет из рабочей камеры воздух, который выходит наружу через открытый выпускной кран. Когда весь воздух будет вытеснен, и из крана пойдет непрерывной струей пар, кран закрывают, крышку зак-

рывают герметически. Доводят пар до нужного давления под контро­лем манометра. Температура пара зависит от давления: при нор­мальном атмосферном давлении стрелка манометра стоит на 0 атм. - температура пара 100^оС, при 0,5 атм. - 112^оС, при 1 атм. -121^оС, при 1,5 атм. - 127^оС, при 2 атм. - 134^оС. По окончании стерили­зации автоклав отключают, ждут, пока давление не снизится, вы­пускают постепенно пар и открывают крышку. Обычно при давлении 1 атм. в течение 20-40 минут стерилизуют простые питательные среды и растворы, не содержащие белков и углеводов, перевязочный мате­риал, белье. Стерилизуемые материалы должны быть проницаемы для пара. При стерилизации материалов в больших объемах (хирургичес­кие материалы) время увеличивают до 2 часов. При давлении 2 атм. производят обеззараживание патологического материала и отрабо­танных культур микробов.

Питательные среды, содержащие сахара, нельзя стерилизовать при 1 атм., так как они карамелизуются, поэтому их подвергают дробной стерилизации текучим паром, или автоклавированию при 0,5 атм.

Для контроля режима стерилизации применяются биологический и физический методы. Биологичесжй метод основан на том, что од­новременно со стерилизуемым материалом помещают споры Bacillus stearothermophilus, которые погибают при 121^оС за 15 минут. Пос­ле проведения стерилизации споры не должны дать рост на пита­тельной среде. Физический метод основан на применении веществ, имеющих определенную точку плавления, например, серу (119^оС), бензойную кислоту (120^оС). Запаянные трубки, содержащие вещество в смеси с сухим красителем (фуксин) помещают в автоклав вместе со стерилизуемым материалом. Если температура в автоклаве доста­точна, вещество расплавится и окрасится в цвет красителя.

Стерилизация текучим паром проводится в аппарате Коха или в автоклаве при незавинченной крышке и открытом выпускном кране. Воду в аппарате нагревают до 100^оС. Образующийся пар проходит через заложенный материал и стерилизует его. Однократная обра­ботка при 100^оС не убивает споры. Поэтому применяют дробный ме­тод стерилизации - 3 дня подряд по 30 минут, в промежутках ос­тавляя на сутки при комнатной температуре. Прогревание при 100^оС вызывает тепловую актвиацию спор, вследствие чего они прорастают до следующего дня в вегететивные формы и погибают при втором и третьем прогревании.

Для материалов, разрушающихся при 100^оС (например, сыворот­ки, питательные среды, содержащие белок) применяют другой вид дробной стерилизации - тиндализацию. Стерилиземый материал прог­ревают на водяной бане при 56-60^оС в течение 5-6 дней подряд - в первый день в течение 2 часов, в остальные дни по 1 часу.

Методы частичного обеспложивания.

Кипячение - применяется для обработки шприцев, игл, инструментов. Стерилизацию проводят в течение 30 минут в специ­альных стерилизаторах для инструментов, в воду для устранения ее жесткости и повышения температуры кипения рекомендуется добавить 1-2% бикарбоната натрия. При кипячении споры бактерий не погиба­ют, поэтому для стерилизации питательных сред этот способ не применяется.

Пастеризация. Метод был предложен Пастером для частичного обеспложивания жидкостей, теряющих свои качества под действием высокой температуры. Применяется для обработки вина, молока, других пищевых продуктов. При нагревании жидкости при 50-60^оС в течение 30 минут, 70-80^оС 5-10 минут и 90^оС 2 минуты погибает большинство бесспоровых микробов. Споры остаются живыми. Поэтому во избежание их прорастания пастеризованный продукт необходимо хранить в холодильнике.

Холодная стерилизация.

Фильтрование - освобождение жидкостей от микробов, применя­ется в тех случаях, когда материал не может быть подвергнут наг­реванию. Фильтры должны быть настолько мелкопористыми, чтобы за­держивать микробы. Бактериальные фильтры изготовляются из мелко­пористых веществ в виде фарфоровых свечей, асбестовых пластинок Зейтца или мембранных фильтров. Фильтрование производят, созда­вая с помощью насоса разрежение в приемнике. Перед употреблением фильтрующее устройство должно быть простерилизовано. Вирусы про­ходят через бактериальные фильтры, поэтому метод фильтрования можно отнести к методам частичного обеспложивания. Этот метод используют не только для стерилизации питательных сред и раство­ров, но и для того, чтобы освободить от микробов токсины, анти­биотики, бактериофаги, вирусы.

Стерилизация облучением.

УФ-лучи. Лампы ультрафиолетового излучения используют для обеззараживания воздуха лечебных учреждений, бактериологических боксов и лабораторий, а также для стерилизации жидкостей с по­мощью особых аппаратов.

Стерилизации ионизирующим излучением подвергаются в меди­цинской и микробиологической промышленности разнообразные объек­ты: лекарственные средства, перевязочные материалы, шелк, хирур­гические перчатки, одноразовые шприцы, пластмассовые трубки для внутривенного введения и многие другие материалы.

Применение ионизирующей радиации имеет ряд преимуществ пе­ред тепловой стерилизацией. При стерилизации с помощью ионизиру­ющего излучения температура стерилизуемого объекта поднимается незначительно, в связи с чем такие методы называют холодной сте­рилизацией. При стерилизации в больших масштабах может быть соз­дан конвейер. Материалы стерилизуют в упакованном виде. Имеется два вида оборудования для облучения - гамма-установки с кобаль­том-60 и ускорители электронов.

Химическая и физико-химическая стерилизация.

Химическую стерилизацию применяют для обработки рук хирур­га, операционного поля пациента, хирургических инструментов и перчаток, анестезирующих масок. Применяют дезинфицирующие средс­тва, хлоргексидин и многие другие вещества.

Газовую стерилизацию проводят с помощью таких веществ, как окись этилена, метилбромид, окись пропилена, формальдегид, глю­таральдегид, бета-пропиолактан, озон и другие. Такие вещества вводят в небольшое замкнутое пространство (автоклав, специальный контейнер), куда предварительно помещают стерилизуемые объекты. Газовая стерилизация - более сложный процесс, чем стерилизация с помощью высокой температуры и требует более строгого контроля.

Для упаковки объектов применяют материал, через который легко проходят газ и влага, но не проходят мелкая пыль и микро­организмы. Лучше всего применять прозрачные полимерные пленки, через которые можно видеть предметы, не нарушая целостности упа­ковки. При проведении биологического контроля газовой стерилиза­ции применяются материалы, содержащие лиофилизированные живые

культуры золотистого стафилококка, кишечной палочки и споры сен­ной палочки.

После стерилизации для удаления газа камеры продувают сте­рильным воздухом, а затем выдерживают стерилизованный материал в течение нескольких суток. Проводится контроль остаточной кон­центрации газа в материале, так как газы токсичны.

Физико-химические методы - это сочетание физических и хими­ческих воздействий на микроорганизмы, например, действие дезин­фицирующего вещества и нагревания.