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 °C максимальная 90 °C. 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 °C — через 1 минуту. Споры бактерий устойчивы к 100 °C, 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 болезней 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 (сухожаровый 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 °C 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 °C, при 0,5 атм. — 112 °C, при 1 атм. -121°С, при 1,5 атм. — 127 °C, при 2 атм. — 134 °C. 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 °C 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 °C. Образующийся пар проходит через заложенный материал и стерилизует его. Однократная обработка при 100 °C 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 °C 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 °C (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 °C 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.