Инактивация яиц гельминтов узкополосным ультрафиолетовым излучением эксиламп Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ММЗШЛвГЙН!Ш1| У? У

sssskm jtiaaai er ?яметта.вв7

Volume 35 Issue 1/2016

ЛЕЧЕНИЕ И ПРОФИЛАКТИКА

Поступила в редакцию 28.08.2015 Принята в печать 14.01.2016

УДК 619:616.995.1 DOI: 10.12737/18370

Для цитирования:

Липатов Е.И., Соснин Э.А., Авдеев С.М. Инактивация яиц гельминтов узкополосным ультрафиолетовым излучением эксиламп //Российский паразитологический журнал. - М., 2016. Т. 35. - Вып. 1. - С. 107-113.

For citation:

Lipatov E.I., Sosnin E.A., Avdeev S.M. The inactivation of helminth eggs with the narrow-bandwidth radiation of excimer lamps. Russian Journal of Parasitology, 2016, V. 35, Iss. 1, pp. 107-113.

ИНАКТИВАЦИЯ ЯИЦ ГЕЛЬМИНТОВ УЗКОПОЛОСНЫМ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ ЭКСИЛАМП

Липатов Е.И., Соснин Э.А., Авдеев С.М.

Институт сильноточной электроники СО РАН, 634055, г. Томск, пр-т Академический, 2/3, e-mail: lipatov@loi.hcei.tsc.ru

Реферат

Цель исследований - изучение влияния узкополосного ультрафиолетового излучения на яйца Opisthorchis felineus и Diphyllobothrium latum.

Материалы и методы. Яйца гельминтов обнаруживались методом мазка по Като. Обнаруженные яйца смывались дистиллированной водой в пластиковый контейнер и подвергались облучению ультрафиолетом. Инактивацию яиц определяли при микроскопии.

Результаты и обсуждение. Установлено, что обеззараживание воды от яиц гельминтов излучением на 222 нм на 40-70 % эффективнее, чем при облучении на 282 нм. При этом поверхностная доза облучения на 222 нм (до 5 мДж/см2) была на порядок меньше, чем при облучении на 282 нм (до 100 мДж/см2). При дозе облучения на поверхности воды до 100 мДж/см2 УФ-излучением на 282 нм обнаружено уничтожение яиц O. felineus до 30 % от изначального числа. При дозе облучения на поверхности воды до 5 мДж/см2 УФ-излучением на 222 нм обнаружено уничтожение яиц O. felineus до 85 % от изначального числа. При аналогичных поверхностных дозах облучения на 222 нм уничтожалось до 56 % яиц D. latum. Более коротковолновое излучение на 222 нм эффективнее разрушает оболочку яиц O. felineus за счет большей энергии фотонов. Меньшая эффективность инактивации яиц D. latum при облучении на 222 нм предположительно связана с особенностями строения оболочки яиц.

Ключевые слова: инактивация, гельминты, яйца, обеззараживание, ультрафиолет, ксилампа.

Введение

На территории Сибири широко распространены описторхоз (возбудитель Opisthorchis felineus) и дифиллоботриоз (возбудитель Diphyllobothrium latum). Возбудители этих болезней имеют трехстадийный жизненный цикл. Попадая в водоёмы, яйца этих гельминтов заражают пресноводных моллюсков или зоопланктон. Возбудителем второй стадии являются личинки - мирацидий и процеркоид, вторым носителем - пресноводные рыбы, которые в мышцах и внутренних органах содержат возбудителей третьей стадии - метацеркарии и плероцеркоиды. Конечным носителем является человек и хищные млекопитающие: кошки,

собаки, лисицы, песцы, волки, а также свиньи. _____________________________ ____________________________

All-Russian Scientific Research Institute of Fundamental and Applied Parasitology of Animals and Plants named after K.I. Skryabin 117218, Russia, Moscow, Bolshaya Cheremushkinskaya str., 28

© Russian Journal of Parasitology 107

рвЕчямге*«* пАгазмтмотчшт ЖУРИЙЯ

asss»» JooasuL я? рдул^ЛВ^Ш

Том 35 Выпуск 1/2016

Перспективна профилактика заражения первой и третьей стадий развития гельминтов, третьей - обеспечивается соответствующей обработкой рыбы, употребляемой в пищу человеком и животными, и соблюдением комплексных гигиенических мер. Необходимо предотвратить заражение водоемов яйцами гельминтов путем обеззараживания промышленных и бытовых стоков. Для дегельминтизации сточных вод в очистных сооружениях применяют отстойники, аэрацию и воздействие окислительными реагентами. Но при этом погибает не более 75 % яиц гельминтов [1], что приводит к возникновению устойчивых очагов гельминтозов.

Обеззараживание ультрафиолетовым (УФ) излучением может служить дополнительным процессом в комплексе мер по дегельминтизации сточных вод. Воздействие УФ-излучения на биологические объекты имеет различный характер в зависимости от длины волны излучения и поглощенной дозы. Излучение в спектральном диапазоне 320-400 нм (УФ-А) присутствует в солнечном свете, поэтому живые организмы имеют предусмотренную эволюцию защиту от такого излучения или используют его, например, в процессе фотосинтеза. Спектральный диапазон 290-320 нм, условно называемый УФ-В диапазоном, присутствует в солнечном свете весной и летом. Умеренные дозы УФ-В излучения оказывают стимулирующие действие на биологические объекты, вызывают пигментацию и синтез полезных веществ. Большие дозы УФ-В излучения действуют негативно на живые организмы, приводят к неконтролируемому делению клеток, повреждают ДНК. К УФ-С диапазону относят излучение в спектральной области 200-290 нм. На поверхности Земли на уровне моря в спектре солнечного света излучение УФ-С диапазона отсутствует в любое время года. Поэтому у живых организмов нет природной защиты от УФ-С излучения, и даже его малые дозы оказывают инактивирующее действие на их развитие и размножение.

Широко применяемые для дезинфекции и стерилизации ртутные лампы низкого давления (РЛНД) имеют линейчатый спектр (рис. 1), вызывающий инактивацию различных биосистем. Однако РЛНД содержат ртуть. При разбивании ртутной лампы, содержащей 80 мг металла, при условии его полного испарения, происходит загрязнение воздуха до уровня ПДК в помещении 300 000 м3 [2]. Поэтому для применения в биологии, медицине и ветеринарии в странах ЕС было принято решение о постепенном выводе из хозяйственного оборота РЛнД.

Развитие новых источников УФ-излучения - эксиламп - вывело их из разряда опытных образцов на уровень промышленного производства [3, 4]. Эксилампы с рабочими молеку-

1 - Поглощение ДНК

2 - KrCI-лампа

3 - Ртутная лампа

4 - Хебг-лампа

Длина волны [нм]

Рис. 1. Спектры поглощения и излучения: 1 - общий спектр поглощения ДНК; 2 - спектр излучения КгС1-эксилампы барьерного разряда с максимумом на 222 нм; 3 - линия ртутной лампы на 253,7 нм; 4 - спектр излучения ХеВг-эксилампы барьерного разряда с максимумом на 282 нм

ММЗШЛвГЙН!Ш1| У? У

sssskm jtiaaai er рдяасзтэнзЕУ

Volume 35 Issue 1/2016

лами KrBr, KrCl, XeBr и XeCl излучают на различных длинах волн, что позволяет проводить комбинированное воздействие в спектральном диапазоне 206-308 нм [5]. При этом доза, необходимая для инактивации типичных вирусов и бактерий, составляет от 5 до 20 мДж/см2.

По сравнению с РЛНД, по ряду позиций эксилампы имеют лучшие параметры, при этом не содержат ртуть, что создает им перспективу для использования в различных бактерицидных установках [5-7].

Целью данной работы было изучение влияния излучения KrCl- и XeBr-эксилампами со спектральными максимумами на 222 и 282 нм соответственно на яйца Opisthorchis felineus и Diphyllobothrium latum в воде с целью их инактивации.

Материалы и методы

Образцы для исследований были подготовлены в Лаборатории паразитологических исследований Центра гигиены и эпидемиологии Томской области. Объект изучения - яйца гельминтов, которые обнаруживали при исследовании образцов кала, поступающих в Лабораторию паразитологических исследований из медицинских учреждений г. Томска.

Образцы готовили методом толстого мазка по Като [8]. Для этого тонкий слой фекалий на предметном стекле покрывали гигроскопическим целлофаном, пропитанным контрастным раствором (смесь глицерина, водного раствора фенола 6 % и бриллиантовой зелени 3 %).

Готовый образец исследовали методом микроскопии (микроскоп медицинский МИК-МЕД-6, снабженный фотокамерой). Число яиц подсчитывали визуально. На рисунке 2 приведены микрофотографии яиц Opisthorchis felineus, сделанные при проведении настоящих исследований с увеличением *10. Количество яиц в образце - от 80 до 950 экз.

Биологический материал, содержащий яйца гельминтов, смывали с предметного стекла дистиллированной водой в индивидуальный для каждого образца пластиковый контейнер. Объем воды в образце - 250-350 см3 при толщине слоя 1-2 см.

Содержимое контейнера через открытую крышку облучали KrCl- или XeBr-эксилампами с поверхностной дозой излучения от 0,3 до 10 мДж/см2 или от 4 до 100 мДж/см2, соответственно. Время облучения - от 15 до 120 с.

Облученную жидкость переносили в центрифужные пробирки и центрифугировали 5 мин при частоте 1000 об./мин. Надосадочную жидкость удаляли.

Рис. 2. Микрофотографии яиц Opisthorchis felineus (увеличение 10)

рвЕчямге*«* пАгазмтмотчшт ЖУРИЙЯ

asss»» JOsasuL ЕТ

Том 35 Выпуск 1/2016

Осадок переносили на предметное стекло и микроскопировали для визуального подсчета числа яиц и анализа их морфологического строения.

Образцы воды, зараженные яйцами O. felineus, подвергали облучению KrCl- или XeBr-эксилампами, образцы воды, зараженные яйцами Diphyllobothrium latum, - только KrCl-эксилампой. Облучение проводили однократно.

Для проведения УФ-облучения образцов использовали KrCl- и XeBr-эксилампы (1KrCl = 222 нм, 1XeBr = 282 нм), разработанные в Институте сильноточной электроники СО РАН [4]. Спектры излучения этих источников УФ-излучения приведены на рисунке 1. Средняя мощность излучения составляла P222 @ 9 мВт/см2 и P282 @ 30 мВт/см2 на поверхности колбы эксилампы.

Результаты и обсуждение

В результате проведенных исследований установлено, что инактивация яиц O. felineus излучением KrCl-эксилампы более эффективна по сравнению с облучением XeBr-эксилампой, поскольку при средней мощности KrCl-эксилампы в 3 раза меньшей, чем у XeBr-эксилампы доля яиц O. felineus, сохранившихся после облучения, на 40-70 % меньше, чем для случая XeBr-эксилампы (рис. 3). Максимум излучения KrCl-эксилампы соответствует энергии фотона 5,6 эВ, что заметно выше, чем энергия фотонов излучения XeBr-эксилампы (1XeBr = 282 нм) - 4,4 эВ. Мы предполагаем, что фотоны с большей энергией эффективнее разрушают оболочку яиц O. felineus. В условиях проведенного эксперимента доля яиц O. felineus, сохранившихся после облучения на 222 нм, составила 15-30 % при поверхностных дозах излучения 5,1-0,3 мДж/см2. При облучении на 282 нм доля сохранившихся яиц O. felineus составила 70-90 % при поверхностных дозах излучения 116-4 мДж/см2.

Для одного из образцов воды, содержащего яйца O. felineus, после воздействия излучением на 222 нм с поверхностной дозой 8,5 мДж/см2, наблюдали полное отсутствие яиц в образце. Линейная аппроксимация зависимости доли яиц O. felineus при облучении на 222 нм (без учета нулевого экспериментального значения при 8,5 мДж/см2) позволяет оценить величину поверхностной дозы, необходимую для полной инактивации - 15,6 мДж/см2.

Облучение образцов воды, содержащих яйца D. latum, показало меньшую эффективность инактивации излучением на 222 нм, чем для образцов, содержащих яйца O. felineus. В условиях проведенного эксперимента доля яиц D. latum, сохранившихся после облучения на 222 нм, составила 44-68 % при поверхностных дозах излучения 5,1-0,5 мДж/см2.

100-,

_ go-

id

s 8070605040 30 20 10

о ю со о. ю о й) 5

о

СИ

сс с; о

0.1

■ 222 нм, Opistorchis felineus о 222 нм, Diphyllobothrium latum а 282 нм, Opistorchis felineus

"т—

10

ТП-

too

Поверхностная доза облучения [мДж/см2]

Рис. 3. Доля яиц Opisthorchis felineus и Diphyllobothrium latum, сохранившихся после облучения в зависимости от дозы облучения KrCl- и XeBr-эксиламп

ММЗШЛвГЙН!Ш1| Ж У

ïïssskm JÎÏE^I tr рдядсяспзгу

Volume 35 Issue 1/2016

Различия в достигнутых уровнях инактивации на l = 222 нм для случая яиц O. felineus и D. latum могут быть связаны с большей стойкостью защитной оболочки яиц D. latum, а также различием условий проведения эксперимента (объем воды, мутность, распределение яиц).

Заключение

В работе приведены первые результаты исследования метода обеззараживания воды, содержащей яйца O. felineus и D. latum, УФ-излучением эксиламп барьерного разряда со спектральными максимумами излучения при 222 и 282 нм (KrCl- и XeBr-эксилампы, соответственно).

Уровень инактивации яиц O. felineus при УФ-облучении на l = 222 нм выше на 40-70 % по сравнению с УФ-облучением на 282 нм. При УФ-облучении на 222 нм воды, зараженной яйцами O. felineus, при поверхностной дозе УФ-излучения 5,1-0,3 мДж/см2 доля сохранившихся яиц составила 15-30 % от изначального числа.

Уровень инактивации яиц D. latum при УФ-облучении на l = 222 нм значительно меньше по сравнению с инактивацией той же эксилампой яиц O. felineus при сравнимых условиях. При поверхностной дозе 5,1-0,5 мДж/см2 УФ-излучения на 222 нм доля сохранившихся яиц D. latum составила 44-68 % от изначального числа. Различие эффективности обеззараживания воды от яиц различных гельминтов излучением на одной длине волны можно объяснить влиянием неконтролируемого распределения яиц в контейнере, неравномерной их засветкой и различной мутностью воды в образцах. Для уверенного измерения зависимости доли яиц после облучения от поверхностной дозы необходимо проведение систематических исследований в одинаковых условиях проведения экспериментов (количество воды, мутность образца, равномерное распределение яиц в воде и т. д.). При этом нельзя исключать, что визуально наблюдаемые методом микроскопии яйца гельминтов после облучения эксилампами потеряли жизнеспособность. Кроме того, защитная оболочка яиц различных гельминтов может содержать пигмент (например, билирубин), что снижает эффективность УФ-воздействия.

Авторы благодарят Администрацию Института сильноточной электроники СО РАН в лице директора член-корр. РАН Н. А. Ратахина и зам. директора по НР к.ф.-м.н. И. Ю. Турчановского за идейную и организационную поддержку работы, а также Лабораторию паразитологических исследований Центра гигиены и эпидемиологии по Томской области в лице заведующей Т. Н. Полторацкой и сотрудника Е. Р. Вежниной за подготовку и исследование образцов.

Литература

1. Шевцов Д.А., Долженко Л.А., Гримайло Л.В. и др. Способ дегельминтизации хозяйственно-бытовых сточных вод. Патент RU 2167825. - Приоритетная дата: 21.12.1999. - Дата публикации: 27.G5.2GG1.

2. Байнева И., Байнев В. От ламп накаливания к энергоэкономичным источникам света: аспекты перехода // Фотоника. - 2G11. - № 6. - C. 3G.

3. Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Эксилампы - перспективный инструмент фотоники // Фотоника. -2G15. - № 1. - С. 6G-69.

4. Бойченко А.М., Ломаев М.И., Панченко А.Н. и др. Ультрафиолетовые и вакуумно-ультрафиоле-товые эксилампы: физика, техника и применения. - Томск: STT, 2G11. - 512 с.

5. Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Жданова О.С., Красножёнов Е.П. Эксилампы - новый инструмент для проведения фотобиологических исследований // Биотехносфера. - 2G12. - №3-4. - С. 52-59.

6. Tarasenko V.F., Sosnin E.A., Zhdanova O.S., Krasnozhenov E.P. Applications of excilamps in microbiological and medical investigations // in Book "Plasma for Bio-Decontamination, Medicine and Food Security" (NATO Science for Peace and Security Series A: Chemistry and Biology) (Eds. By Z. Machala, K. Hensel, Yu. Akishev). Springer, 2G12. - P. 251-263

7. Новые направления в научных исследованиях и применении эксиламп / С.В. Автаева, О.С. Жданова, А.А. Пикулев и др. - Томск: STT, 2G13. - 246 с.

8. МУК 4.2.3145-13. 4.2. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Лабораторная диагностика гельминтозов и протозоозов. Методические указания, утв. Роспотребнадзором 26.11.2G13

тжмгекяя пАгазмтмошчш.т ЖУРИЙЯ

assssus лгавмм, ET рдвдгзтвиээт

Том 35 Выпуск 1/2016

References

1. Avtaeva S.V., Zhdanova O.S., Pikulev A.A. et al. Novye napravleniya v nauchnyh issledovaniyah i primenenii eksilamp. [Recent trends in scientific research and application of excimer lamps]. Tomsk, STT, 2013. 246 p.

2. Bayneva I., Baynev V. From glow lamps to energy efficient light sources: aspects of changeover. Fotonika [Photonics], 2011, no. 6, p. 30.

4. Boychenko A.M., Lomaev M.I., Panchenko A.N. et al. Ul'trafioletovye i vakuumno-ul'trafioletovye eksilampy: fizika, tehnika iprimenenija. [Ultraviolet and vacuum ultraviolet excimer lamps: physics, techniques and usage]. Tomsk, STT, 2011. 512 p.

5. Shevtsov D.A., Dolzhenko L.A., Grimaylo L.V. et al. Sposob degel'mintizacii hozjajstvenno-bytovyh stochnyh vod [The way of dehelmintization of domestic waste water]. Patent RF no. 2167825, 2001.

3. Sosnin Je.A., Tarasenko V.F. Excimer lamps - a perspective photonic instrument Fotonika [Photonics], 2015, no.1, pp. 60-69.

5. Sosnin E.A., Tarasenko V.F., Zhdanova O.S., Krasnozhonov E.P. Excimer lamps - a new instrument for photobiological studies. Biotehnosfera [Biotechnosphere], 2012, no. 3-4, pp. 52-59.

6. Tarasenko V.F., Sosnin E.A., Zhdanova O.S., Krasnozhenov E.P. Applications of excimer lamps in microbiological and medical investigations. Plasma for Bio-Decontamination, Medicine and Food Security (NATO Science for Peace and Security Series A: Chemistry and Biology), Springer, 2012, pp. 251-263.

7. Novye napravlenija v nauchnyh issledovanijah i primenenii jeksilamp / S.V. Avtaeva, O.S. Zhdanova, A.A. Pikulev i dr. - Tomsk: STT, 2013. - 246 s.

8. Metody kontrolya. Biologicheskie i mikrobiologicheskiye faktory. Laboratornaya diagnostika gel'mintozov i protozoozov. Metodicheskie ukazaniya. [Methods of control. Biological and microbiological factors. Laboratory diagnostics of helminthiasis and protozoan diseases. Method. Guidelines approved by Rospotrebnadzor 26.11.2013], 2013.

Russian Journal of Parasitology, 2016, V. 35, Iss. 1

DOI: 10.12737/18370 Received 26.08.2015 Accepted 14.01.2016

THE INACTIVATION OF HELMINTH EGGS WITH THE NARROW-BANDWIDTH RADIATION OF EXCIMER LAMPS

Lipatov E.I., Sosnin E.A., Avdeev S.M.

Institute of High Current Electronics SB RAS, 2/3 Akademichesky prosp., Tomsk, Russia, e-mail: lipatov@loi.hcei.tsc.ru

Abstract

Objective of research: to study the inactivation of eggs of Opisthorchis felineus and Diphyllobothrium latum in the water by the narrowband ultraviolet excimer lamp radiation 222 and 282 nm depending on the surface radiation dose.

Materials and methods: Helminth eggs were detected by the Kato technique. The revealed eggs were flushed into a plastic container with the distilled water and exposed to UV. The inactivation of eggs was confirmed by the method of optical microscopy.

Results and discussion: It was found that the recovery of helminth eggs from water was 4070% more efficient by using UV radiation at 222 nm than at 282 nm.

In addition, the surface radiation dose at 222 nm (up to 5 mJ/cm2) was one order less than at 282 nm (up to 100 mJ/cm2).

Up to 30 % of the initial amount of Opisthorchis felineus eggs were inactivated at 282 nm surface radiation dose (up to 100 mJ/cm2).

Up to 85 % of the initial quantity of Opisthorchis felineus eggs were inactivated at 222 nm radiation on the water surface (up to 5 mJ/cm2).

^rrfW*'* MM3WT^QrHH!QKIII Y? y ssssn;: JBIBSKI tr pjsmctbibet

Volume 35 Issue 1/2016

Up to 56 % of Diphyllobothrium latum eggs were inactivated at the comparable 222 nm surface radiation dose.

Due to the higher photon energy, the more intensive shortwave radiation at 222 nm breaks shells of Opisthorchis felineus eggs more effectively.

We have a reason to suppose that some features of Diphyllobothrium latum egg shells make its inactivation at 222 nm less efficient in comparison with the inactivation of Opisthorchis felineus eggs at the same wavelength of radiation.

Keywords: inactivation, helminth, disinfection, ultraviolet, excimer lamps.

© 2015 The Author(s). Published by All-Russian Scientific Research Institute of Fundamental and Applied Parasitology of Animals and Plants named after K.I. Skryabin. This is an open access article under the Agreement of 02.07.2014 (Russian Science Citation Index (RSCI)http://elibrary.ru/projects/citation/cit_index. asp) and the Agreement of 12.06.2014 (CABI.org / Human Sciences section: http://www.cabi.org/Uploads/ CABI/publishing/fulltext-products/cabi-fulltext-material-from-journals-by-subject-area.pdf)