CC BY
86
Е.Н. Свентицкий, Е.В. Черняева, Т. С. Егорова, Н.В. Конторина, Ю.Н. Толпаров, В.Л. Искрицкий
ДЕЗИНФЕКЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ АЭРОЗОЛЕЙ ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ
ФГУП Государственный научно-исследовательский институт особо чистых биопрепаратов
ФМБА Росии, г Санкт-Петербург
Е. N. Sventitsky, Е. V. Chernyaeva, Т. S. Egorova, N. V. Kontorina, Y. N. Tolparov, V. L. Iskritsky
DISINFECTION OF ENCLOSED FACILITIES WITH AEROSOL OF ELECTROCHEMICALLY ACTIVATED SOLUTION
FGUP Unitary institution state research of highly pure biopreparations FMBA of Russia,
St Petersburg
Ключевые слова дезинфекция, высокодисперсные аэрозоли, электроактивированныерастворы, экологическая безопасность
Keywords disinfection, fine-dispersed aerosols, electm-chemically activated solutions, environmental safety
Цель Изучение эффективности дезинфекции с помощью высокодисперсных аэрозолей электроактивированного водного раствора хлористого натрия (ЭАР)
Материалы и методы Дезинфицирующий раствор ЭАР получали на установке «СТЭЛ» (НПО «Экран», Москва) Диспергирование дезинфектанта производили с помощью оригинального высокопроизводительного вихревого акустического генератора (ВАГ) Экспериментальные образцы готовили путем нанесения бактериальной или вирусной суспензии на поверхности с различными физическими свойствами Дезинфекцию образцов проводили в аэрозольной камере объемом 2,9м3 или в комнате объемом 80м1 Эффективность деконтаминации оценивали, сравнивая количество жизнеспособных клеток на опытных образцах, обработанных аэрозолем ЭАР и контрольных образцах, которые обрабатывали аэрозолем физиологического раствора в аналогичном режиме Токсичность аэрозоля ЭАР изучали на белых беспородных мышах Дополнительно проводили оценку воздействия аэрозоля ЭАР в процессе дезинфекции на внешний вид интеръерных материалов, работоспособность электронного оборудования и лабораторных приборов Результаты Показано, что аэрозоль ЭАР обладал высокой биоцидной активностью Эффективность дезинфекции зависела от вида микроорганизмов, свойств контаминированных поверхностей и дисперсности аэрозоля Использование высокодисперсного аэрозоля ЭАР обеспечивало инактивацию грам-положительных и грам-отрицательные бактерий, микобактерий туберкулеза, бактериальных спор, вирусов птичьего (A H5N1) и свиного (A H1N1) гриппа, на различных поверхностях с высоким уровнем контаминации (Iх Iff КОЕ/см2 для бактериальных и 7х Iff ЭИД/см2 вируссодержащих образцов) Показано, что для аэрозольной дезинфекции изолированного помещения требовалось от 25 до 100мл ЭАР на 1 м3 Дезинфекционная обработка не оказывала токсического воздействия на экспериментальных животных, а также не повреждала интеръерные материалы и лабораторное оборудование
Выводы: На примере использования аэрозоля ЭАР, показана высокая дезинфицирующая эффективность мелкодисперсных аэрозолей, образуемых вихревым акустическим генератором ВАГ. Малый расход дезинфектанта и отсутствие отрицательного воздействия на окружающую среду позволяет рекомендовать предложенный метод дезинфекции для практического внедрения.
The objective: Evaluate the decontamination effectiveness of a fine-dispersed aerosol prepared from the electro-chemically activated solution (EAS) of NaCl.
Material and Methods: EAS was produced with a STEL device (NPO "Ekran ", Moscow). Aerosol was generated from EAS with a proprietary high-capacity Vortex Aerosol Generator (VAG). Test coupons were prepared by applying bacterial or viral suspension on different surfaces. The experiments were conducted in an isolated stainless steel chamber of ~2.9 m1 or in a room -sized facility of 80 m \ Decontamination effectiveness of the aerosol was assessed by comparing the number of viable cells remained on test coupons subjected to the aerosol and that remained on control coupons, subjected to aerosol of phys solution, according to the same protocol. Experiments with outbreed white mice were carried out to study general toxicity of the EAS aerosol. In addition the EAS aerosol effects on sensitive devices and interior materials were evaluated.
Results: High biocidal activity of EAS aerosol was demonstrated. It was revealed that a bio-agent type, physical properties of a contaminated surface and size of the aerosol droplets were the key factors dictating decontamination effectiveness. EAS aerosol was shown highly effective to inactivate Gram-positive and Gram-negative vegetative cells, mycobacteria, bacterial spores and influenza A virus subtypes H5N1 and H1N1 on high-contaminated surfaces. Initial surface contamination was ~/x HI' CFU/cm2for microbial cells and spores and ~l* 1(P EID -,/cm2for the viruses. Spores adsorbed on a porous materials and cotton cloth were most hard to kill with the aerosol. The EAS volume of 25 to 100 mL per lm3 was shown to be effective for disinfection of a room -size facility. As a result of the study no serious negative effect of EAS aerosol towards experimental animals was revealed. Experimental data indicate that EAS aerosol produced no negative effect on sensitive equipment and did not destroy the surface of interior materials.
Conclusion: High decontamination effectiveness of fine-dispersed aerosols generated by a Vortex Aerosol Generator from electro-chemically activated solution of NaCl was demonstrated. The EAS-based method effectiveness and environmental safety makes it applicable for "real world conditions ''disinfection.
Введение
Роль дезинфекционных мероприятий, направленных на уничтожение возбудителей инфекционных заболеваний во внешней среде, возрастает в связи с ухудшающейся во всем мире экологической и эпидемиологической обстановкой. Возможность появления в среде высокопатогенных штаммов микроорганизмов, вызывающих пандемические инфекции, является причиной разработки новых дезинфицирующих средств и методов их применения. Однако, в большинстве случаев, новые препараты являются комбинацией известных и использовавшихся ранее химических соединений [4], к которым микроорганизмы успели выработать высокий уровень резистентности. Изменение содер
жания того или иного ингредиента или увеличение количества используемого дезин-фектанта с целью преодоления резистентности дает положительный результат лишь на некоторое время, необходимое для адаптации микроорганизмов к новым условиям, и приводит к возрастанию антропогенной нагрузки. В последние годы в литературе, посвященной проблемам дезинфекции, обсуждаются преимущества электроактивированных водных растворов хлористого натрия, которые обладают высокой антимикробной активностью [1,2,7,8,9]. Такими преимуществами, наряду с дезинфицирующими свойствами, являются безвредность ЭАР для теплокровных, отсутствие развития резистентности микроорганизмов, простота получения дезинфици
рующих препаратов и их низкая стоимость [1,2]. Указанные положительные качества ЭАР объясняются присутствием в их составе «метастабильной смеси оксидантов» [2,7], подавляющих жизнеспособность ми-
кроорганизмов и не влияющих на высшие многоклеточные организмы благодаря наличию у них антиоксидантной защиты. ЭАР, получаемый в анодной камере электроустановки, имеет высокий окислительный потенциал и выраженные биоцидные свойства [1,7,9]. Известны различные типы оборудования для получения ЭАР [1,10]. Отличием установок СТЭЛ (НПО «Экран», г.Москва) является возможность получения растворов с нейтральными значениями pH, что обеспечивает пониженную коррозионную активность ЭАР [1]. Использование нейтрального ЭАР рекомендовано официальными органами Госсанэпиднадзора РФ для практического применения при проведении дезинфекции [3].
В настоящей работе представлены результаты исследования дезинфицирующего действия высокодисперсных аэрозолей нейтрального ЭАР при использовании оригинального генератора ВАГ, разработанного в ФГУП Гос. НИИ особо чистых биопрепаратов ФМБА России [5]. Лабораторные исследования, а также модельные эксперименты в изолированном помещении, продемонстрировали высокую эффективность и экологическую безопасность метода при инактивации широкого круга микроорганизмов [6].
Материалы и методы
Получение дезинфектанта
ЭАР получали с помощью установки типа СТЭЛ-ЮН-120-01 (НПО «Экран», г. Москва), с производительностью 80 л/час, при подаче воды от внешнего источника. Для получения ЭАР с различным содержанием оксидантов,
электрообработке подвергали 2% водные растворы №01. Содержание оксидантов (С1*) в ЭАР определяли йодомерическим методом. В работе ис
пользовали ЭАР с рН=7,1 ±0,1, и содержанием С1* 0,2% и 0,3%. Эксперименты по дезинфекции проводили через 1 час после приготовления ЭАР. Приготовление микробиологических образцов.
В работе были использованы штаммы бактерий E.coli М-17 (из коллекции Гос. НИИ особо чистых биопрепаратов); Staphylococcus aureus шт. 25923 (из коллекции ГИСК им. Тарасевича), Bacillus cereus шт. № 619 (из коллекции ГНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии), Mycobacterium tuberculosis (из коллекции ФГУ НИИ фтизи- опульмонологии) и вирусы гриппа AH1N1 и AH5N1 (из коллекции НИИ гриппа РАМН). При приготовлении экспериментальных образцов на поверхность материалов с различными физическими свойствами (гладкое стекло, пористая черепица, неокрашенное дерево, хлопчатобумажная ткань) наносили бактериальную суспензию или вируссодержащую аллантоисную жидкость. Расчетная обсемененность образцов составляла 1х10б КОЕ/ см2 и 1х106 ЭИД50/см2 для бактерий и вирусов соответственно. Образцы, подсушенные в течение 30 минут при температуре 22± ГС и относительной влажности 50—60%, размещали в аэрозольной камере (2,9 м3) или комнате (80 м3), где проводили распыление ЭАР. Исследование дезинфицирующей активности ЭАР
Диспергирование дезинфектанта проводили с помощью оригинального вихревого аэрозольного генератора ВАГ [5], который размещали в центре обрабатываемых помещений на высоте 0,5 метра. Отличительными особенностями ВАГ являются высокая производительность (до 100 мл/ мин), мелкодисперсное распыление (массовый медианный диаметр капель dmmd = 3,6 мкм) и надежность в работе при использовании жидкостей с различными физикохимическими свойствами, включая растворы, эмульсии, суспензии с широким диапазоном вязкости. ВАГ состоит из резервуара, объемом 4 литра, в который заливают рас
пыляемый дезинфектант, и 4-х пневматических форсунок, осуществляющих акустическое диспергирование. В качестве источника сжатого воздуха использовали электрический компрессор типа СБ4/С (мощность 1,8 кВт, вес 26 кг, производительность 260 л /мин.). Дезинфекционная обработка включала распыление ЭАР и последующую экспозицию образцов в атмосфере аэрозоля. Эффективность деконтаминации оценивали, сравнивая количество жизнеспособных клеток в смывах с опытных и контрольных образцов. В качестве контроля служили образцы, обработанные в аналогичном режиме аэрозолем физиологического раствора.
Исследование токсичности аэрозоля ЭАР
Токсичность аэрозоля ЭАР изучали на белых беспородных мышах, которых помещали в аэрозольную камеру во время проведения дезинфекционной обработки. Контролировали общее состояние животных в течение 14 дней, проводили макроскопические и
микроскопические исследования внутренних органов, клеточный состав и функциональную активность клеток периферической крови и бронхоальвеолярного лаважа, изучали иммунологические показатели. Контрольные эксперименты проводили распыляя дистиллированную воду и 2% водный раствор №01, который не подвергали электрообработке.
Исследование повреждающего воздействия аэрозоля ЭАР на интерьерные материалы и электронное оборудование.
Образцы различных материалов - тканей (хлопчатобумажная, шерстяная, син
тетическая), металлов (железо, алюминий, нержавеющая сталь), дерева, бумажных обоев, пластмасс с размерами 100 см2, а также лабораторные и радиоэлектронные приборы (компьютеры, измерительные приборы, вычислительная техника) без дополнительного укрытия находились в комнате в течение 10 сеансов аэрозольной обработки ЭАР. После каждого сеанса оценивали изменение внешнего вида образцов и работоспособность приборов. При проведении каждого последующего сеанса дезинфекции не проводили очистку поверхностей и оборудования от солевых отложений, осевших в предыдущих экспериментах.
Результаты и обсуждение
Преимущества дезинфекционной обработки при помощи ВАГ, позволяющего получать аэрозоль деконтаминан- та с размером частиц dmmd — 3,6 мкм, были видны при сравнении результатов дезинфекции, проведенных с помощью другого генератора аэрозоля, диспергирующего жидкость с массовым медианным размером капель d , = 21 мкм. Эксперименты
Г
l mma
проводили в аэрозольной камере, в которую помещали стеклянные образцы, кон-таминированные клетками Е. coli. Часть образцов располагали в укрытии, представляющим собой картонную коробку (30x20x20 см) с отверстием (8x4 см). В таблице 1 представлены результаты дезинфекционной обработки контаминирован-ных образцов в зависимости от размера частиц аэрозоля ЭАР. Показано, что мелкодисперсный аэрозоль обладал большей
Таблица 1
Дезинфицирующая активность ЭАР по отношению к клеткам Е. coli, нанесенным на стеклянные купоны, в зависимости от дисперсности аэрозоля и доступности обеззараживаемого объекта
Состав аэрозоля Дисперсность аэрозоля PCJ- мкм КОЕ/см2
Пол Стена Укрытие
ЭАР 21,0 1х102 7,1x10' 2,3х105
3,6 0 0 0
Физиологический раствор 21,0 2,3х107 2,0х107 2,3х107
3,6 2,4х107 2,3х107 2,1х107
Рис 1 Деконтаминационная активность аэрозоля ЭАР по отношению к различным группам микроорганизмов, нанесенным на стеклянные купоны Концентрация аэрозоля ЭАР — 35мл/м3
Рис 2 Изменение инфекционной активности вируса гриппа А/ИШ1, нанесенного на стеклянные купоны, в зависимости от концентрации аэрозоля ЭАР
Рис 3 Деконтаминационная активность АЭАР по отношению к спорам В сегеин, нанесенным на купоны из различных материалов Концентрация аэрозоля ЭАР — 50мл/м3
дезинфицирующей активностью, жизнеспособные микроорганизмы не регистрировали в смывах со всех образцов, включая образцы, находящиеся в укрытии. При использовании аэрозоля с массовым медианным размером капель dmmd = 21 мкм остаточная обсемененность образцов в укрытии не превышала 2 порядков.
На рисунке 1 представлены результаты деконтаминационной активности аэрозоля ЭАР с содержанием С1*= 0,2% по отношению к различным группам микроорганизмов, нанесенных на стеклянную поверхность. Концентрация аэрозоля ЭАР в
камере составляла 35 мл/м3. Экспозиция образцов в атмосфере аэрозоля — 120 мин. Показано, что в этих условиях в смывах с купонов не было зарегистрировано жизнеспособных клеток всех исследуемых микроорганизмов, а также вирусов гриппа А НШ1 (Рис. 2), кроме бактериальных спор. Наибольшая резистентность спор В. сегет к воздействию аэрозоля ЭАР связана с особенностями строения их оболочечного комплекса. Таким образом, режим декон-таминации, при котором происходит инактивация спор, обеспечивает уничтожение и других форм микроорганизмов.
На рисунке 3 показана зависимость степени инактивации спор от свойств конта-минированной поверхности. Если на гладких поверхностях споры были уничтожены, то на ткани и пористой черепице, имеющих сложную структуру поверхности, их количество было снижено на ~ 99,9%. Такая структура создает трудности при проведении дезинфекционной обработки. Увеличение концентрации
диспергируемого ЭАР до 100 мл/м3 привело к эффективному обеззараживанию и этих более сложных поверхностей.
Для оценки практической значимости полученных результатов, были проведены эксперименты по дизенфекционной обработке комнаты, объемом 80 м3. Распыление 4 л ЭАР с содержанием С1*, равным 0,2% (концентрация аэрозоля ЭАР — 50 мл/м3) или 2 л ЭАР с содержанием С1*, равным 0,3% (концентрация аэрозоля ЭАР - 25 мл/м3) и последующей 20 часовой экспозицией позволило инактивировать споры В. сегет на стеклянных купонах в изолированном помещении.
При исследовании повреждающего воздействия аэрозоля ЭАР в результате по -вторного распыления на гладких черных по -верхностях регистрировали пылевидные отложения №01, которые легко удаляли протирая поверхность тканью. После четвертого сеанса наблюдали незначительные изменения яркости рисунка хлопчатобумажной и шерстяной тканей, а также окисные пят
на на железе и алюминии. Изменение внешнего вида других образцов после окончания десяти сеансов не обнаружили. Работоспособность оборудования и приборов, находящихся в комнате, не нарушалась.
Токсикологические исследования показали, что аэрозоль ЭАР не влиял на общее состояние животных, не вызывал изменений внутренних органов, состава и функциональной активности клеток периферической крови и бронохоальвеоляр- ного лаважа, а также не оказывал токсического воздействия на иммунную систему. Незначительное усиление пролиферации клеток селезенки мышей и продукции ин -терлейкина ИЛ-2 было таким же, как и в случае распыления водных растворов, содержащих 2 % ЫаС1, не подвергавшихся электрообработки.
Выводы
Продемонстрирована высокая дезинфицирующая активность ЭАР при его применении в виде высокодисперсного аэрозоля, получаемого с помощью генератора ВАГ. Малый расход дезинфектанта при обработке реального помещения, отсутствие токсического влияния на животных и повреждения чувствительной аппаратуры, а также простота получения и способа аэрозольного применения ЭАР свидетельствует об эффективности предлагаемой технологии и возможности ее практического применения.
Литература
1. Бахир В.М., Задорожный Ю.Г.,Леонов Б.П., Паничева С.А., Прилуцкий В.М. Электрохимическая активация: очистка воды и получение полезных растворов. - М.: ВНИИИМТ, 2001. - 176 с.
2. Бахир В.М., Леонов Б.П., Паничева С.А., Прилуцкий В.П., Шомовская
Н.Ю. Хлорсодержащие дезинфицирующие растворы: опасности мнимые и действительные //Вестник новых медицинских технологий. — 2003. - №4. — С.80-83.
3. Дезинфекция, пред стерилизационная очистка, стерилизация: Методические указания МУ-11-3/206-09 от 17.06.2002г.; Регистрационное удостоверение М3 РФ дезинфекционного средства «Нейтральный анолит АНК» № 0542-59/30-2002.
4. Дезинфицирующие средства. Справочник — М.: Бинго Гранд, 2006. — 408 с.
5. СвентицкийЕ.Н., Глущенко В.М. Долларов Ю.Н. Установка для аэрозоли- рования. Патент PCT/RU 2008/000782, Публикация WO 2009/157803 А1 от 30.12.2009 г. Приоритет от 25.06.2008 г.
6. Свентицкий Е.Н., Глущенко В.М., Толпаров Ю.Н. Егорова Т.С., Черняева Е.В., Конторина Н.В., Искрицкий
В.Л., Райнина Е.И. Способ аэрозольной дезинфекции закрытых помещений. Патент RU 2379058 от 20.01.2010 г. Приоритет от 25.06.2008 г.
7. Cloete Т.Е., Thatsha M.S., Maluleke M.R., Kirkpatrick R. The antimicrobial mechanism of electrochemically activated water against Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli as determinated by SDS-PAGE analysis //Journal of Applied Microbiology. - 2009. —V.107. — p.379-382.
8. Hayashibara Т., Kadowaki A., Yuda N.A. Study of the dethinfection/microbicidal effects of electrolyzed oxidizing water // Japanece Journal of Medical technology. — 1994. — V.43. — p.555-561.
9. Hsu S.Y. Effects of flow rate, temperature and salt concentration on chemical and physical properties of electrolyzed oxidizing water // Journal of Food Engineering. -
2005. -V.66.-p. 171-176.
10. Urano H., Ishikawa H, Fukuzaki S. Involvement of radical Species in inactivation of Vibrio parahaemolytiius in saline solutions by direct-current electric treatment //Journal of Bioscience and Bioengineering. — 2006. -V.102.-p. 457-463.
