Влияние физических факторов на микроорганизмы

Температура является наиболее значимым фактором, оказывающим влияние на жизнедеятельность микробов. Температура, необходимая для роста и размножения бактерий одного и того же вида варьирует в широких пределах. Различают температурный оптимум, минимум и максимум.

Температурный оптимум соответствует физиологической норме данного вида микробов, при которой размножение происходит быстро и интенсивно. Для большинства патогенных и условно-патогенных микробов температурный оптимум соответствует 37⁰С.

Температурный минимум соответствует температуре, при которой данный вид микроба не проявляет жизнедеятельность.

Температурный максимум – температура, при которой рост и размножение прекращается, все процессы метаболизма замедляются, и может наступить гибель.

В зависимости от температуры, оптимальной для жизнедеятельности, различают 3 группы микроорганизмов:

1) психрофильные, холодолюбивые, размножающиеся при температуре ниже 20⁰С (иерсинии, психрофильные варианты клебсиелл, псевдомонады, вызывающие заболевания человека;

2) термофильные, оптимум развития которых лежит в пределах 55⁰С (в организме теплокровных не размножаются и медицинского значения не имеют);

3) мезофильные, активно размножаются при температуре 20-40⁰С, оптимум температуры развития для них 37⁰С (патогенные для человека бактерии).

Микроорганизмы хорошо выдерживают низкие температуры. На этом основано длительное сохранение бактерий в замороженном состоянии. Однако ниже температурного минимума проявляется повреждающее действие низких температур, обусловленное разрывом клеточной мембраны кристаллами льда и приостановкой метаболических процессов.

Низкая температура приостанавливает гнилостные и бродильные процессы. Это лежит в основе консервации субстратов (в частности, пищевых продуктов) холодом.

Губительное действие высокой температуры (выше температурного максимума для каждой группы) используется при стерилизации. Стерилизация (обеспложивание) – это процесс умерщвления на изделиях или удаление из объекта микроорганизмов всех видов, находящихся на всех стадиях развития, включая споры (термические и химические методы и средства). Для гибели вегетативных форм бактерий достаточно действия температуры 60⁰С в течение 20-30 мин; споры погибают при 170⁰С или при температуре пара 120⁰С под давлением (в автоклаве).

Асептика– комплекс мероприятий, направленных против возможности попадания микроорганизмов в рану, ткани, органы, полости тела больного при хирургических операциях, перевязках, инструментальных исследованиях, а также на предотвращение микробного и другого загрязнения при получении стерильной продукции на всех этапах технологического процесса.

Антисептика – комплекс лечебно-профилактических мероприятий, направленных на уничтожение микроорганизмов, способных вызвать инфекционный процесс на поврежденных или интактных участках кожи или слизистых оболочек.

Дезинфекция– обеззараживание объектов окружающей среды: уничтожение патогенных для человека и животных микроорганизмов с помощью химических веществ, обладающих антимикробным действием.

Рост и размножение микробов происходит при наличии воды, необходимой для пассивной диффузии и активного транспорта питательных веществ в цитоплазму клетки. Снижение влажности (высушивание) приводит к переходу клетки в стадию покоя, а затем к гибели. Наименее устойчивыми к высушиванию являются патогенные микроорганизмы – менингококки, гонококки, трепонемы, бактерии коклюша, ортомиксо-, парамиксо- и герпес-вирусы. Микобактерии туберкулеза, вирус натуральной оспы, сальмонеллы, актиномицеты, грибы устойчивы к высушиванию. Особой устойчивостью к высушиванию обладают споры бактерий. Устойчивость к высушиванию повышается, если микробы предварительно замораживают. Для сохранения жизнеспособности и стабильности свойств микроорганизмов в произ­водственных целях используется метод лиофильной сушки - высушивание из замороженного состояния под глубоким вакуумом.

В процессе лиофилизации производят: 1) предварительное замораживание материала при t -40⁰ - -45⁰ С в спиртовых ваннах в течение 30-40 мин; 2) осуществляют сушку из замороженного состояния в вакууме в сублимационных аппаратах в течение 24-28 часов.

Процесс высушивания имеет 2 фазы: сублимация льда при t ниже 0°С и де­сорбцию - удаление части свободной и связанной воды при t выше 0°С.

Лиофилизацию используют для получения сухих препаратов, когда не проис­ходит денатурации белков и не изменяется структура материала (сыворотки, вакцины, сухая бактериальная масса). В лабораторных условиях лиофилизированные культуры микробов сохраняются в течение 10-20 лет, причем культура остает­ся чистой и не подвергается мутациям.

Прокаливание производят в пламени спиртовки или газовой горелки. Этим способом стерилизуют бактериологические петли, препаровальные иглы, пинцеты и некоторые другие инструменты.

Кипячениеприменяют для стерилизации шприцев, мелкого хирургического инструментария, предметных, покровных стекол и т. д. Стерилизацию проводят в стерилизаторах, в которые наливают воду и доводят ее до кипения. Для устранения жесткости и повышения температуры кипения к воде добавляют 1-2% бикарбонат натрия. Инструменты обычно кипятят в течение 30 мин. Данный метод не обеспечивает полной стерилизации, так как споры бактерий при этом не погибают.

Пастеризация- стерилизация при 65-70°С в течение 1 часа для уничтожения бесспоровых микроорганизмов (молоко освобождается от бруцелл, микобактерий туберкулеза, шигелл, сальмонелл, стафилококков). Хранят на холоде.

Тиндализация- дробная стерилизация материалов при 56-58⁰С в течение 1 часа 5-6 дней подряд. Применяется для стерилизации легко разрушающихся при высокой температуре веществ (сыворотка крови, витамины и др.).

Действие лучистой энергиина микроорганизмы. Солнечный свет, особенно его ультрафиолетовый и инфракрасный спектры, губительно действуют на вегета­тивные формы микробов в течение нескольких минут.

Стерилизация инфракрасным излучением происходит за счет теплового воздействия температурой 300⁰С в течение 30 мин. Инфракрасные лучи оказывают воздействие на свободнорадикальные процессы, в результате чего нарушаются химические связи в молекулах микробной клетки.

Для дезинфекции воздуха помещений лечебно-профилактических учрежде­ний и аптек широко используются ртутно-кварцевые и ртутно-увиолевые лампы, являющиеся источником ультрафиолетовых лучей. Ультрафиолетовое бактерицидное излучение в диапазоне 254 нм уничтожает микроорганизмы, споры, грибки и вирусы, что делает его очень эффективным профилактическим санитарно-противоэпидемическим средством для дезинфекции воздуха. Ультрафиолетовый бактерицидный рециркулятор Дезар-5 обеспечивает наивысшую степень дезинфекции (99,9 %) и соответствуют высочайшим требованиям, предъявляемым к состоянию воздуха в операционных, ожоговых и реанимационных палатах, родильных отделениях, т.е. там, где требуется полная стерильность. Также рециркулятор предназначен для использования в помещениях с повышенным риском распространения заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем. Губительное действие УФ излуче­ния вызвано повреждением ДНК микробных клеток, приводящим к мутациям и гибели. Возможна стерилизация белков, витаминов, антибиотиков. УФ-лучи обладают слабой проникающей способностью.

Ионизирующая радиация. В настоящее время используют радиационный метод (гамма-излучение, ускоренные электроны) для стерилизации перевязочного материала, хирургического инструментария, фармацевтических препаратов, сывороток, пищевых продуктов и других предметов.

Гамма- и рентгеновские лучи - волны, обладающие значительной проникающей способностью. Чтобы задержать лучи, необходим защитный слой, например, слой бетона толщиной 60 - 70 см. Наиболее широко используется гамма-излучающий изотоп кобальта-60, реже изотоп цезия-137, в связи с его низким уровнем энергии и излучения.

Стерилизационный эффект ионизирующего излучения является результатом воздействия на обменные процессы клетки, тогда как радиоактивное и инфракрасное излучение, высокочастотные колебания оказывают свое бактерицидное действие с помощью тепла, развиваемого в обрабатываемом предмете.

Любая форма облучения вызывает изменения в белках, нуклеиновых кислотах и других составных элементах клетки, обусловливающих ее жизнедеятельность.

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.

Для стерилизации ионизирующим излучением имеются специальные установки, и работа на них производится в соответствии с определенными инструкциями. При стерилизации в больших масштабах, например, на промышленных предприятиях, может быть создан конвейер. Материалы стерилизуют в упакованном виде. Имеется два вида оборудования для облучения: гамма-установки и ускорители электронов.

Средняя летальная доза одинакова, в случаях, если облучение проводить при низкой интенсивности, но в течение длительного времени, или оно осуществляется при высокой интенсивности, но короткое время. Выдержка зависит также от мощности установки. Например, при мощности установки 10 Вт/кг для получения стерильности материала его следует подвергнуть воздействию ионизирующих лучей в течение примерно 5 ч.

Стерилизующая доза зависит как от материала, подвергающегося стерилизации, так и от количества и радиоустойчивости микроорганизмов, находящихся в облучаемом материале, в связи с чем для облучения сильно обсемененных объектов увеличивают дозу облучения по сравнению с облучением объектов, мало обсемененных микроорганизмами.

Медицинские инструменты, в том числе шприцы, иглы, катетеры, перевязочные материалы, ёмкости для переливаемой крови и другие изделия подвергают стерилизации путем воздействия дозой 2,5 кДж/кг. Стерилизация ионизирующим облучением наиболее широко применяется на промышленных предприятиях, изготовляющих изделия медицинского назначения одноразового использования, например, системы для переливания крови, акушерские комплекты, которые используют при приеме родов в родильных домах. Стерилизуемые ионизирующим облучением предметы упаковываются в герметичные полиэтиленовые пакеты. Срок сохранения стерильности в таких упаковках до нескольких лет. После стерилизации необходимо проводить контроль остаточной радиации.

Действие ультразвука в определенных частотах на микроорганизмы вызывает деполимеризацию органелл клетки, денатурацию входящих в их состав молекул в результате локального нагревания или повышения давления. Стерилизация объек­тов ультразвуком осуществляется на промышленных предприятиях, так как источ­ником УЗ являются мощные генераторы. Стерилизации подвергаются жидкие среды, в которых уничтожаются не только вегетативные формы, но и споры. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (их питательная ценность при этом сохраняется максимально), вакцин, некоторых объектов лабораторного оборудования, которые портятся при действии повышенной температуры и химической стерилизации.

Стерилизация фильтрованием- освобождение от микробов материала, ко­торый не может быть подвергнут нагреванию (сыворотка крови, ряд лекарств). Используются фильтры с очень мелкими порами, не пропускающими микробы: из фарфора (фильтр Шамберлена), каолина, асбестовых пластинок (фильтр Зейтца). Фильтрование происходит под повышенным давлением, жидкость нагнетается через поры фильтра в приемник или создается разрежение воздуха в приемнике и жидкость всасывается в него через фильтр. К фильтрующему прибору присоединя­ется нагнетающий или разрежающий насос. Прибор стерилизуют в автоклаве.

Стерилизацию сухим жаром осуществляют в сухожаровых шкафах (печь Пастера). Сухим жаром стерилизуют лабораторную посуду. Ее неплотно загружают в печь, чтобы был равномерный прогрев материала. Лабораторную посуду перед стерилизацией необходимо тщательно вымыть, высушить, завернуть в бумагу. Чашки заворачивают в бумагу по одной или не­сколько штук. В верхние концы пипеток вставляют ватные тампоны, предупреж­дающие засасывание материала. Градуированные пипетки заворачивают в длин­ные полоски бумаги шириной 5 см. На бумаге отмечают объем завернутой пипет­ки. В пеналах пипетки стерилизуют без дополнительного завертывания в бумагу.

Острые концы пастеровских пипеток запаивают в пламени горелки и завора­чивают в бумагу по 3-5 штук.

Флаконы, колбы, пробирки закрывают ватно-марлевыми пробками. Пробка должна входить в горлышко сосуда на 2/3 длины, не слишком туго, но и не свобод­но. Поверх пробок на сосуд надевают бумажный колпачок. Пробирки связывают по 5-50 штук и обертывают поверх бумагой.

Дверь шкафа плотно закрывают, включают электронагревательный прибор, доводят температуру до 160-165 ⁰С и стерилизуют 1 час. По окончании стерилизации выключают обогрев, но дверцу шкафа не от­крывают, пока печь не остынет (иначе холодный воздух вызовет образование трещин на посуде). Режим стерилизации: 160°С - 60 мин, 180°С - 15 мин, 200° С - 5 мин. Жидкости, питательные среды, предметы из резины и синтетических мате­риалов нельзя стерилизовать сухим жаром.

Стерилизации паром под давлениемподвергают перевязочный материал, операционное белье, хирургические инструменты, питательные среды, лаборатор­ную посуду, инфицированный материал, инъекционные растворы. Материал помещают в ёмкости (биксы). На дно бикса помещают прокладки из ткани, впиты­вающие влагу после стерилизации. Стерильность материала сохраняется 3 суток. Инфицированный материал в чашках и пробирках стерилизуют в металлических бачках с крышкой.

Стерилизацию паром под давлением производят в автоклаве. При однократ­ной обработке погибают как вегетативные, так и споровые формы бактерий. Паром под давлением стерилизуют питательные среды, кроме сред, содержащих нативные белки, жидкости, приборы, имеющие резиновые части.

Простые среды (МПА, МПБ) стерилизуют 20 мин при 120°С (1 атм).

Среды, содержащие нативные белки и углеводы, при этой температуре нельзя стерилизовать, т. к. это легко изменяющиеся от нагревания вещества. Среды с углеводами стерилизуют дробно при 100⁰С или в автоклаве при 112⁰С (0,5 атм.) 10-15 мин.

Различные жидкости, приборы, имеющие резиновые шланги, пробки, бактериальные свечи и фильтры стерилизуют при 120⁰С (1 атм.) в течение 20 мин.

Перевязочный материал, белье стерилизуют при 1 атм. 15-20 мин.

Инфицированный материал (в пробирках, чашках) помещают в специальные металлические ведра или баки с отверстиями для проникновения пара и стерилизуют при 134⁰С (2 атм.) в течение 45 мин. Также стерилизуют инструменты после работы со споровыми бактериями.

Существует 2 режима стерилизации:

1. Текучим паром в автоклаве или в аппарате Коха при не завинченной крышке и открытом выпускном клапане, когда антибактериальное действие пара проявляется в отношении вегетативных форм. Так стерилизуют среды с витаминами и углеводами, мочевиной, молоком, картофелем и желатином. Для полного обеспложивания применяют дробную стерилизацию (при 100⁰С) 20-30 мин 3 дня подряд. Это убивает и споры.
2. Стерилизация паром под давлением – наиболее эффективный метод обеспложивания.