CC BY
88
IVh
МЕДИЦИНСКИЙ
АЛЬМАНАХ
УДК 537.535
БАКТЕРИЦИДНОЕ ДЕЙСТВИЕ ПЛАЗМЫ СКОЛЬЗЯШИХ РАЗРЯДОВ В ВОЗДУХЕ
Е.А. Зуймач1, | Г.М. Спиров1,! А.Е. Бочкарёв1, А.Н. Дубинов1, А.В. Лобода1, А.Н. Беспалова2,
1ФГУП «Российский Федеральный Ядерный центр - Всероссийский Научно-исследовательский институт экспериментальной физики», г. Саров, Научно-технический центр физики, 2ЦСГН ФМБА 50, г. Саров
Зуймач Елена Анатольевна - e-mail: [email protected]
С помощью специальной аппаратуры обрабатывали объекты с высокой степенью заражённости устойчивыми штаммами условно-патогенных микроорганизмов. Эталонами бактериологического контроля надежности обеззараживания являлись следующие тест-культуры: неспорообразующие микробы — золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus) - штамм 906 и штамм E. coli 675, полученные в ГНО им. Л.А. Тарасевича. Тест-культуры обладают высокой устойчивостью к дезинфицирующим агентам. На основе указанных штаммов готовились тест-объекты - суспензии и «бязевые» тесты с высокой степенью заражённости, максимальная исходная концентрация микробных клеток до 106 на мл по оптическому стандарту. Объекты подвергались обработке на расстоянии 5, 25 и 50 мм от аверса аппликатора. Все воздействия осуществлялись с максимальной частотой следования импульсов 2 Гц. Методы оценки бактерицидного эффекта: количественная оценка КОЕ методом посева после обработки суспензий; регистрация наличия КОЕ после обработки бязевых тест-объектов методом посева. Выявлена высокая эффективность бактерицидной обработки прибором в отношении как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий. Показана зависимость бактерицидного эффекта от начальной величины заражённости, времени экспозиции, расстояния и режима воздействия, а также типа штамма. Выявлена специфичность эффектов для суспензий и сухих тест-объектов.
Ключевые слова: плазма, скользящие разряды, дезинфекция.
Areas of high-grade contamination with tolerant opportunistic pathogen microbial strains were treated by using special equipment. Standards of bacteriological control for reliability of decontamination were the following test microorganisms: nonspore-forming bacteria Aurococcus (Staphylococcus aureus) - strain 906 and strain E.coli 675 cultured at SRC named after L.A. Tarasevich. Test organisms are high-tolerant to disinfectants. Based on the said strains, test sheets-suspensions and coarse calico-tests were prepared with high-grade contamination, maximal initial microbial cell concentration up to 106 per ml according to optic standard. Test sheets were treated at a distance of 5, 25 and 50 mm from applicator obverse. All exposures were performed at the maximum pulse repetition frequency of 2 MHz. Methods of bactericidal effect assessment were: the quantitative assessment of colony-forming units (CFU) by inoculation method after suspension treatment; the recording of CFU availability after coarse calico test sheets treatment by inoculation method. The high effectiveness of bactericidal treatment by the device was revealed with respect to both gram-positive and gram-negative bacteria. The dependence of such bactericidal effect on the initial contamination, the exposure time, the distance and mode of exposure and the type of strain was shown. The specificity of effects was revealed for suspensions and dry test sheets.
Key words: plasma, slipping discharges, disinfection.
Введение
За последние несколько лет сформировалось новое направление плазменно-медицинских работ, ориентированное на изучение возможностей применения низкотемпературной плазмы разрядов при атмосферном давлении для стерилизации твердых поверхностей. На актуальность этих работ обращается внимание в сборнике «Плазменная дорожная карта 2012» [1], в главе «Плазменная медицина», написанной Gerrit Kroesen. Анализ многочисленной литературы по этому направлению показал, что в большинстве работ по стерилизации применяются капиллярные разряды, диэлектрические барьерные разряды и ВЧ индуктивные разряды в воздухе, а также тонкие плазменные струи, получающиеся при истечении различных газов (чаще всего - Ar) из сопла. Показано, большинство микроорганизмов неустойчивы к обработке плазмой высокочастотного разряда (CAP, англ.), что применимо к таким из наиболее важных потребностей медицины, как нозокомиальные инфекции, вызванные MRSA и Clostridium difficile [2]. Множество проблем связано с загрязнением хирургических инструментов биомолекулами человеческих тка-
ней. Применение неравновесной плазмы САР-разрядов показало значительное снижение прионной инфекции при действии на модели приона, полученной из очищенного белка бычьей сыворотки альбумина (ВБА) [3].
В данной работе исследуется влияние плазмы и УФ-излучения многоканальных воздушных разрядов, скользящих по поверхности диэлектрика, на бактериальные тест-объекты. В скользящий сильноточный разряд гораздо проще вложить электрическую энергию по сравнению с объемным коронным разрядом и тем более с барьерным разрядом. Еще одна особенность данной работы заключается в том, что обработке разрядом подвергались не только жидкие суспензии, но и сухие кон-таминированные тест-объекты на бязи. Выбор тест-объектов позволяет в сравнительных исследованиях сделать некоторые общие выводы о различиях при обработке грамположительных и грамотрицательных бактерий.
Цель исследования - оценить влияние плазмы и УФ-излучения многоканальных воздушных разрядов, скользящих по поверхности диэлектрика, на бактериальные тест-объекты.
Материалы и методы
Обрабатывались объекты с высокой степенью заражённости устойчивыми штаммами условно-патогенных микроорганизмов. Испытание проводилось в ЦГСЭН ФМБА 50 по методике испытания дезинфекционных камер [4]. Эталонами бактериологического контроля надежности обеззараживания являлись следующие тест-культуры: неспорообразующие микробы - золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus) - штамм 906 и штамм E. coli 675, полученные в ГНО им. Л.А. Тарасевича. Тест-культуры обладают высокой устойчивостью к дезинфицирующим агентам. На основе указанных штаммов готовились тест-объекты - суспензии и «бязевые» тесты с высокой степенью заражённости, максимальная исходная концентрация микробных клеток до 106 на мл по оптическому стандарту. Объекты подвергались обработке на расстоянии 5, 25 и 50 мм от аверса аппликатора. Все воздействия осуществлялись с максимальной частотой следования импульсов 2 Гц. Воздействие в режиме #1 осуществлялось следующим образом: между тест-объектом и аверсом аппликатора устанавливалось кварцевое стекло толщиной 2 мм; при этом стекло исключало прямое попадание частиц плазмы на тест-объекты, но пропускало свет видимого оптического и УФ-диапазона. Суммарное воздействие частиц плазмы и излучения осуществлялось без стекла (режим воздействия #2). Объекты с меньшей степенью заражения применялись для определения границы бактерицидного эффекта при коротких длительностях воздействия.
Методы оценки бактерицидного эффекта:
- количественная оценка КОЕ методом посева после обработки суспензий;
- регистрация наличия КОЕ после обработки бязевых тест-объектов методом посева.
Работа с суспензиями проводилась по Методическим указаниям [4].
Производилась фильтрация обработанных суспензий через микробиологические мембранные фильтры, выращивание посевов на дифференциальной питательной среде с лактозой и последующая идентификация колоний по культуральным и биохимическим свойствам. Результат представлен числом колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 мл исследуемой пробы.
Результаты исследования
Эффективность обеззараживания сухих бязевых тест-объектов, предварительно зараженных суспензией St. aureus в концентрации 106 бактерий.
Обработка тест-объектов проводилась на расстоянии 25 мм от аверса аппликатора. Были опробованы следующие варианты обработки: режим #2-5, 10, и 15 мин.; режим #1 -10 и 15 мин. В этом опыте была определена нижняя граница времени бактерицидной обработки при начальной концентрации клеток 106 в режиме #1 на расстоянии 25 мм - 10 мин (без эффекта). Для режима #2 все дозы оказались бактерицидными.
Результаты обработки суспензий St. aureus с начальной концентрацией 104 и 106 бактерий.
В отличие от сухих бязевых тест-объектов в суспензии с начальной концентрацией 106 после 5 минут воздействия в режиме #2 бактерицидный эффект не является 100%-ым, однако снижение числа колоний весьма значительное.
Обработка суспензий St. aureus в течение 10 минут привела практически к одинаковому результату в обоих режимах: после обработки проб с начальной концентрацией 106 наблюдается образование отдельных колоний (от 30 до 58). В итоге произошло снижение концентрации жизнеспособных бактерий на 4 порядка.
Результаты обработки суспензии E. coli при начальной концентрации бактерий 103, 104 и 106.
Наблюдаемый бактерицидный эффект в режиме #1 при малых расстояниях между аверсом аппликатора и тест-объектом был существенно больше, чем в режиме #2. Это объясняется тем, что свой заметный вклад дают частицы плазмы. На расстояниях, существенно больших пробега электронов и ионов в воздухе при атмосферном давлении, это различие исчезает. Однако на практике не всегда можно поднести аппликатор близко к обрабатываемой поверхности. Для обработки таких труднодоступных или удаленных объектов придется довольствоваться режимом #2. Бактерицидный эффект растет и с увеличением времени экспозиции.
Обсуждение
Выявлена высокая эффективность бактерицидной обработки прибором в отношении как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий. Показана зависимость бактерицидного эффекта от начальной величины заражённости, времени экспозиции, расстояния и режима воздействия, а также типа штамма. Выявлена специфичность эффектов для суспензий и сухих тест-объектов.
При действии частиц плазмы достигается гибель 100% бактерий, при такой же экспозиции УФ-излучения сохраняется высокая степень заражённости (до 104 КОЕ). Наличие прочной клеточной стенки E. coli обеспечивает устойчивость клетки, при увеличении экспозиции до 5 мин достигается полный бактерицидный эффект действия плазмы. Клетки St. aureus при действии плазмы разрушаются гораздо быстрее, даже при увеличенном расстоянии от аверса аппликатора до тест-объекта. При малых расстояниях гибель бактерий E. coli наступает также достаточно быстро. Высокая начальная концентрация бактерий значительно снижает бактерицидный эффект УФ-излучения, вероятно, за счёт повышения оптической плотности в суспензиях и плотности их упаковки в сухих тестах, однако это практически не сказывается при обработке частицами плазмы, имеющими большую глубину проникновения.
Выводы
Таким образом, все исследуемые режимы обеззараживания снижали заражённость объектов с высокой эффективностью. В отличие от дезинфекционных камер работа устройства для достижения полного дезинфицирующего эффекта требует гораздо меньших временных (2 мин. в сравнении с 15 мин. для дезкамер) и энергетических затрат. Не происходит термического и химического повреждения материала тестов. Полученные результаты согласуются с данными зарубежных авторов, применяющих импульсные высокоэнергетические факторы. Действие комплекса факторов на высококонтами-нированные объекты значительно эффективнее, чем выделенное УФО. Для оптимизации устройства возможно увеличить зону обработки (размер разрядного устройства). U3
IVh
МЕДИЦИНСКИЙ
АЛЬМАНАХ
ЛИТЕРАТУРА
1. Samukawa S., Hori М., Rauf Sh., Tachibana К., Bruggeman Р., Kroesen G., Whitehead J.C., Murphy А.В., Gutsol A.F., Starikovskaia S., Kortshagen U., Boeuf J.-P. , Sommerer T. J., Kushner M. J., Czarnetzki U., Mason N. The 2012 plasma roadmap. J. Phys. D: Appl. Phys. 45, 253001 (2012).
2. Rampling A., Wiseman S., Davis L., Hyett A.P., Walbridge A.N., Payne G.C. and Cornaby A. J. Evidence that hospital hygiene is important in the control of methicillin-resistant Staphylococcus auleus. J. Hosp. 1011323-30 2001.
3. Lemmer K., Mielke M., Pauli G. and Beekes M. 2004. Decontamination of surgical instruments from prionproteins: in vitro studies on the detachment, destabilization and degradation of PrPSc bound to steel surfacesJ. Gen. Virol. 85 3805-16.
4. Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды: Методические указания РФ: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России. 2001. 42 с.
