Глава 9.

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

Находясь во взаимосвязи с различными объектами окружающей среды, микробы постоянно подвергаются ее воздействию.

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) температурные 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°С. ми­нимальная 0-5°С, максимальная 25-30°С. Большинство из них свободноживущие и паразиты холоднокровных животных, по 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°С, максимальная 43-45°С, минимальная 15-20°С. 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°С, ми­нимальная равна 45°С максимальная 90°С. Термофильные бактерии живут в юрячей 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 бактерии погибают при 60-80°С в течение часа, при 100°С - через 1 минуту. Споры бактерий устойчивы к 100°С, например, споры палочек столбняка и ботулизма выдерживают кипячение в течение нескольких часов. Для того, чтобы убить споры, создают температуру сухого жара 160-170°С, пара под давлением 120-134°С. 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°С: 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 состоянии. 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 препаратов.

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 вследствие образования кавитационных по­лостей 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 бо-

лезней на зараженных объектах внешней среды.

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

Окислители (хлор и его соединения, вещества, содержащие йод, пе­рекись водорода) обладают повышенной способностью окислять орга­нические соединения 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 (ЧАО), 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 ноны Такое явление называют олигодинамическим действием (греч. oligos - малый). Доста­точно ничтожною количества ионов в жидкости, чтобы они концент­рировались на поверхности микробов и, изменив ее заряд с "-" на "+", оказывали антимикробное действие.

Выбор способа дезинфекции зависит от биологичсских 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 действия дезин-фектанта. Этиловый спирт используют для обеззараживания рук, различных предметов, для консервации биологических объектом. 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, содержащею 2-5% этого вещества; для са­нации полости носа в виде мази, содержащей 1%, для санации носоглотки путем орошения с целью борьбы со стафилококковым носитель-cibom - 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 к 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, ультразвуком, 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 (сухожа------

ровый шкаф) при температуре 160-170°С в течение 1-го часа. Этим способом стерилизуют лабораторную стеклянную посуду, пипетки, за­вернутые в бумагу, пробирки, закрытые ватными пробками. При тем­пературе выше 170°С начинается обугливание бумаги, ваты, марли.

Стерилизация паром под давлением (автоклавирование). Наиболее универсальный метод стерилизации. Проводится в автоклаве - водо-паровом 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 закрывают 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°С, при 0,5 атм. - 112°С, при 1 атм. -121°С, при 1,5 атм. - 127°С, при 2 атм. - 134°С. 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 автоклавированнию 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°С 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°С), бензойную кислоту (120°С). 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°С. Образующийся пар проходит через заложенный материал и стерилизует его. Однократная обработка при 100°С 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°С вызывает теп­ловую активацию спор, вследствие чего они прорастают до следующе­го дня в вегетативные формы и погибают при втором и третьем про­гревании. Вследствие этого стерилизация текучим паром могут под­вергаться только питательные среды, т.к. для прорастания спор необ­ходимо наличие питательных веществ.

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

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 некоторые 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.

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. Подлежа­щие кипячению инструменты подвергаются обработке специальными мющими растворами для удаления крови и т.п.

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 прогревании жидкости при 50-60°С в те­чение 30 минут, 70-80°С 5-10 минут и 90°С 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 изготавливаются 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.