CC BY
144
УДК 579.26; 574.2
DOI: 10.24411/1728-323X-2020-12096
МЕДИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КОНТАМИНАЦИИ ВОЗДУХА И ПОВЕРХНОСТЕЙ ОФИСОВ И УЧЕБНЫХ АУДИТОРИЙ
И. Н. Лыков, д.б.н, профессор, научный руководитель Института естествознания Калужского государственного университета им. К. Э. Циолковского, linprof47@yandex.ru, О. П. Павлова, бактериолог испытательной лаборатории по качеству пищевых продуктов, продовольственного сырья и экологии, ilkppe@kaluga.ru
Воздух, которым мы дышим в наших домах, в школах и общественных местах, загрязнен пылевыми частицами и микроорганизмами. В общественных местах переносимые по воздуху и находящиеся на поверхностях бактерии могут легко перемещаться между людьми и распространять различные заболевания. Поэтому настоящее исследование посвящено медико-экологической проблеме бактериальной контаминации поверхностей и воздушной среды различных объектов, в том числе офисов и учебных аудиторий. В этом исследовании определены уровни контаминации поверхностей и воздушной среды, выделены различные микроорганизмы, которые могут влиять на качество жизни и здоровье человека. Среди наиболее распространенных бактериальных контаминантов различных поверхностей нами идентифицированы Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Pseudomonas alcaligenes, Pseudomonas aeruginosa. Применение моющих средств позволяет добиться 99,8 % удаления бактерий с различных поверхностей. В воздухе офисов и учебных аудиториях наиболее часто присутствовали Micrococcus sporogenes, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Bacillus subtilis, Cladosporium, Mucor, Alternaria, Penicillium и Aspergillus. Изучение медико-экологических аспектов микробного загрязнения в местах повседневного пребывания человека является важным шагом на пути к профилактике инфекционных заболеваний.
The air we breathe in our homes, schools and public places is polluted with dust particles and microorganisms. In public places, airborne and surfaceborne bacteria can easily move between people and spread various diseases. Therefore, the present study is devoted to the medical and environmental problem of bacterial contamination of surfaces and the air environment of various objects, offices and classrooms. In this study, the levels of contamination of surfaces and the air are determined, various microorganisms that can affect the quality of life and human health are identified. Among the most common bacterial contaminants of various surfaces, we identified Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Staphylococcus epidermidis, Sta-phylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Pseudomonas alcali-genes, Pseudomonas aeruginosa. The use of detergents allows us to achieve 99.8 % removal of bacteria from various surfaces. Micrococcus sporogenes, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Bacillus subtilis, Cladosporium, Mucor, Alternaria, Penicillium and Aspergillus were most often present in the air of offices and classrooms. The study of the medical and environmental aspects of microbial contamination in places of daily human presence is an important step towards the prevention of infectious diseases.
Ключевые слова: поверхности, воздух, микробиологическая оценка, бактерии, плесневые грибы.
Keywords: surfaces, air, microbiological assessment, bacteria, mold fungi.
Введение
Качество воздуха в помещениях является одним из основных факторов, влияющих на здоровье, благополучие и работоспособность человека. Люди проводят от 80 до 90 % своего времени в помещении, пропуская через свои легкие около 15 м3 воздуха в сутки. Длительное пребывание людей на ограниченном пространстве приводит к существенному увеличению содержания в воздухе метаболитов жизнедеятельности человека. В помещения активно заносятся частицы почвы, которые содержат большое количество споровых микроорганизмов, плесневых грибов и вирусов. Поднимаясь в воздух вместе с пылевыми частицами, микроорганизмы распространяются в пределах воздушного объема помещений, оседают на различных поверхностях и на книгах. При благоприятных условиях (оптимальная температура и влажность) микроорганизмы могут размножаться на стенах, деревянных поверхностях и особенно на книгах.
Активность людей, работа различного рода оборудования в помещениях является основным фактором, способствующим накоплению и распространению микробного загрязнения в воздухе. Конкретные действия, такие как разговор, чихание, кашель, ходьба и стирка, могут генерировать переносимые по воздуху биологические частицы. При разговоре, кашле и чихании в воздух выделяется до 60 000 капель бактериального аэрозоля, распространяющегося в радиусе 1 — 1,5 м. Крупные капли аэрозоля диаметром более 100 мкм оседают со скоростью 30—48 см/сек и находятся в воздухе менее 3 секунд. В процессе их испарения образуются ядрышки бактериальных капель размером около 2 мкм, которые распространяются путем диффузии и держатся в воздухе во взвешенном состоянии от нескольких часов до суток и более. Капельно-ядерная инфекция способна проникать в альвеолы легких человека и вызывать заболевания эпидемического характера [1].
Пищевые продукты, домашние растения и цветочные горшки, домашняя пыль, текстиль, ковры и мебель часто являются источниками спор плесневых грибов. Кроме того, такие факторы окружающей среды, как температура, влажность, скорость воздухообмена, движение воздуха, конструкция зданий, система вентиляции, способствуют росту и размножению микроорганизмов в атмосфе-
96
№ 2, 2020
ре помещений [2]. Имеется достаточно данных о связи этих факторов с такими клиническими проявлениями, как аллергия, ринит, астма, конъюнктивит и респираторные инфекции [3].
В последние годы значительно возросло количество синтетических полимерных материалов, применяемых в строительстве, в том числе в интерьере квартир, учебных аудиторий и офисов. В процессе эксплуатации на поверхности этих материалов начинают накапливаться и интенсивно размножаться многочисленные виды микроорганизмов и плесневых грибов. Это связано с тем, что на поверхности полимерных материалов существуют идеальные условия для прикрепления микроорганизмов. В связи с электризуемос-тью материалов на их поверхности накапливаются заряды статического электричества, которые притягивают и способствуют осаждению пылевых частиц из воздуха. В состав пылевых частиц входят как микроорганизмы, так органические соединения. Последние создают на границе раздела фаз питательную среду для жизнедеятельности различных микроорганизмов.
Бактерии и вирусы могут длительное время сохранять контагиозность на различных поверхностях. Например, вирус гриппа А может выживать до 48 часов на сухой поверхности, корона-вирус SARS выживает в течение 96 часов. Споры бактерий и плесневых грибов могут сохраняться на различных поверхностях в течение нескольких месяцев [4, 5].
Загрязненные поверхности являются важным фактором контактного распространения микроорганизмов. Микроорганизмы чаще переносятся на руки с твердых непористых поверхностей, таких как нержавеющая сталь или ламинированные поверхности [6, 7]. Имеются данные о том, что при минимальном времени контакта от ламинированной поверхности к рукам переносится до 40 % бактерий, с сотового телефона — от 38,5 до 41,8 % бактерий, а с ручки водопроводного крана — от 27,6 до 40,0 % бактерий [8, 9]. Поэтому исследование воздуха и поверхностей в помещениях является одним из наиболее важных направлений медико-экологической оценки качества среды обитания и ее опасности для здоровья человека.
Методы исследований
Количественный учет микроорганизмов (колонии, образующие единицы, — КОЕ) на поверхностях и в воздухе проводили в соответствии с Методическими указаниями МУК 4.2.2942—11 [10]. Ключевыми точками для отбора проб были зоны наибольшего риска скопления микроорганизмов. Пробы воздуха отбирали с помощью ас-
Рис. 1. Бактериальная контаминация различных поверхностей компьютерной техники
пиратора ПУ-1Б для автоматического отбора проб биологических аэрозолей. Статистическую обработку результатов исследования проводили с использованием классических методов математической статистики и табличного процессора Microsoft Excel.
Результаты и обсуждение
Результаты исследований показали, что из 75 протестированных компьютерных клавиатур и компьютерных мышей бактериальному загрязнению подвержены 89 и 97 % соответственно. При этом контаминация микроорганизмами различных комплектующих компьютерной техники значительно увеличивалась в процессе эксплуатации (рис. 1). Например, на клавиатуре после извлечения из упаковки количество микроорганизмов составляло 25 КОЕ/см2, а после эксплуатации увеличилось до 310 КОЕ/см2. Наибольшее количество микроорганизмов было обнаружено на поверхности экрана, что связано с его электростатическими свойствами и притягиванием пыли.
Одной из вероятных причин бактериального загрязнения компьютеров является сложность очистки и дезинфекции.
Среди 140 образцов смывов, отобранных с различных предметов, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, наибольшее количество микроорганизмов присутствовало на поверхности поручней в общественном транспорте, на поверхностях туалетных кабинок и унитазов (рис. 2).
Высокий уровень загрязнения туалетных кабинок связан с частотой их использования и несоблюдением правил личной гигиены и санитарии. Загрязнение унитазов может быть также связано с адгезией микроорганизмов к фарфоровой поверхности. Элюирование микроорганизмов после каждого смыва формирует аэрозоль, способству-
И Поручни автотранспорта П Дверные ручки ¡В Туалетные кабинки Ш Бумажные купюры
5 Парта Е9 Раковина умывальника 3 Унитаз Н Шариковая ручка
Рис. 2. Присутствие микроорганизмов на предметах частого пользования
7000
tsäsä Исходное количество ЕШЗ Проточная вода А Моющее средство
Дерево Нержавеющая сталь Пластик Стекло
Рис. 3. Смываемость кишечной палочки с различных поверхностей
300
-- 250
- 200
ющий бактериальной контаминации поверхностей туалета.
Значительно меньшее количество микроорганизмов было обнаружено на дверных ручках, что объясняется регулярным проведением санитарной уборки. При этом не было статистически значимых различий между количеством бактерий на поверхностях входных и выходных дверных ручек. Относительно небольшое количество микроорганизмов на бумажных купюрах может быть связано с их обеззараживанием в банках и перед закладкой в банкоматы.
Среди наиболее распространенных бактериальных контаминантов нами идентифицированы Enterococcus faecalis (34,4 %), за которым следуют Escherichia coli (27,1 %), Staphylococcus epidermidis (16,0 %), Staphylococcus aureus (17,2 %), Streptococcus pyogenes и Pseudomonas alcaligenes (4,4 %), Pseudomonas aeruginosa (0,9 %). Из выделенных микроорганизмов 79,8 % были грамположитель-ными, а 20,2 % — грамотрицательными. Из представителей плесневых грибов наиболее часто идентифицировали представителей родов Aspergillus, Penicillium, Mucor и Cladosporium.
Рис. 4. Микробное загрязнение воздушной среды общественных мест
Установлено, что от 60 до 80 % микроорганизмов смываются с различных поверхностей проточной водой (рис. 3).
Причем лучше всего смываются бактерии с поверхности нержавеющей стали, а хуже всего — со стекла, что, по-видимому, связано с его электростатическими свойствами. Применение моющих средств позволяет добиться 99,8 % удаления бактерий.
Исследования показали, что воздух в аудиториях университета, городских школ и офисов загрязнен бактериями и плесневыми грибами (рис. 4).
Среди бактериальной и грибковой микрофлоры наиболее часто присутствовали Micrococcus sporogenes, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Bacillus subtilis, Cladosporium, Mucor, Alternaria, Penicillium и Aspergillus. Содержание бактерий и грибков в атмосфере университетских аудиторий находилось в диапазоне от 87 КОЕ/м3 в утренние часы до 5700 КОЕ/м3 в вечерние часы.
В школьных классах бактериальная загрязненность воздуха была значительно ниже.
Характерной особенностью микробиологического пейзажа воздушной среды помещения является присутствие большого количества кокковых микроорганизмов, которые отличаются разнообразным родовым и видовым составом. Например, нами были выявлены Staphylococcus roseus, Staphylococcus albus, Staphylococcus flavus, Staphylococcus aureus, Streptococcus flavus, Sarcina cremoris. Многие из выделенных кокковых микроорганизмов способны вызывать различные заболевания органов дыхания и воспалительные процессы на коже и слизистых оболочках.
Выводы. 1. Поверхность компьютерной техники и комплектующих характеризуется почти 10-кратным увеличением уровня бактериального загрязнения в процессе эксплуатации.
2. Наибольшее количество микроорганизмов присутствовало на поверхности поручней в общественном транспорте, на поверхностях туалетных кабинок и унитазов. Микробный пейзаж представлен сапрофитными, условно-патогенными и патогенными микроорганизмами. Загрязненные поверхности являются важным фактором контактного распространения микроорганизмов.
3. Уровни бактериального загрязнения воздуха внутри обследованных помещений превышают допустимые значения. Наряду с сапрофитными микрококками в значительных количествах обнаруживались стрептококки и стафилококки, которые при определенных обстоятельствах м огут вызывать инфекционные заболевания. Выделенные виды плесневых грибов могут быть аллергизиру-ющим фактором.
4. Биологическое загрязнение поверхностей и воздуха в общественных местах может представлять угрозу для здоровья человека.
Библиографический список
1. Лыков И. Н., Шестакова Г. А. Микроорганизмы: Биология и экология. — Калуга. Изд-во «СерНа». 2014. — 451 с.
2. Meadow J. F., Altrichter A. E., Kembel S. W., Kline J., Mhuireach G., Moriyama M. et al. Indoor airborne bacterial communities are influenced by ventilation, occupancy, and outdoor air source // Indoor Air. 2014. V. 24(1). Р. 41—48.
3. Лыков И. Н., Шестакова Г. А. Экологическая токсикология. — Калуга. Изд-во «СерНа». 2013. — 256 с.
4. Duan S. M., Zhao X. S., Wen R. F. et al. Stability of SARS coronavirus inhuman specimens and environment and its sensitivity to heating and UV irradiation // Biomed. Environ. Sci. 2003. V. 16.P. 246—255.
5. Sizun J., Yu M. W., Talbot P. J. Survival of human coronaviruses 229E and OC43 in suspension and after drying on surfaces: a possible source of hospital-acquired infections // J. Hosp. Infect. — 2000. — V. 46. — P. 55—60.
6. Rheinbaben F., Schunemann S., Gross T., Wolff M. H. Transmission of viruses via contact in ahousehold setting: experiments using bacteriophage straight phiX174 as a model virus // J. Hosp. Infect. — 2000. — V. 46(1). — P. 61—66.
7. Rusin P., Maxwell S., Gerba C. Comparative surface-tohand and fingertip-to-mouth transfer efficiency of gram-positive bacteria, gram-negative bacteria, and phage // Journal of Applied Microbiology. — 2002. — V. 93. — P. 585—592.
8. Ansari S. A., Sattar S. A., Springthorpe V. S., Wells G. A. et al. Rotavirus survival on human hands and transfer of infectious virus to animate and non-porous inanimate surfaces // Journal of Clinical Microbiology. — 1988. — V. 26. — P. 1513—1518.
9. Gerhardts A., Hammer T. R., Balluff C. et al. A model of the transmission of micro-organisms in a public setting and its correlation to pathogen infection risks // Journal of Applied Microbiology. — 2012. — V. 112. — P. 614—621. doi: 10.1111/ j.1365-2672.2012.05234.x
10. Методы санитарно-бактериологических исследований объектов окружающей среды, воздуха и контроля стерильности в лечебных организациях. Методические указания МУК 4.2.2942—11.
MEDICAL AND ENVIRONMENTAL ASPECTS OF BACTERIAL CONTAMINATION OF THE AIR AND SURFACES OF OFFICES AND CLASSROOMS
I. N. Lykov, Ph.D. (Biology), Dr. Habil, Professor, Scientific Director of the Institute of Natural Sciences, Tsiolkovsky Kaluga State University, Kaluga, Russia, linprof47@yandex.ru,
O. P. Pavlova, Bacteriologist of the Testing Laboratory for food quality, food raw materials and ecology, ilkppe@kaluga.ru References
1. Lykov I. N., Shestakova G. A. Mikroorganizmy: Biologiya i ekologiya. [Microorganisms: Biology and Ecology]. Kaluga. SerNa Publishing House. 2014. 451 p. [in Russian].
2. Meadow J. F., Altrichter A. E., Kembel S. W., Kline J., Mhuireach G., Moriyama M. et al. Indoor airborne bacterial communities are influenced by ventilation, occupancy, and outdoor air source. Indoor Air. 2014. V. 24(1). P. 41—48.
3. Lykov I. N., Shestakova G. A. Ekologicheskaya toksikologiya. [Environmental toxicology]. — Kaluga. SerNa Publishing House. 2013. 256 p. [in Russian].
4. Duan S. M., Zhao X. S., Wen R. F. et al. Stability of SARS coronavirus in human specimens and environment and its sensitivity to heating and UV irradiation. Biomed. Environ. Sci. 2003. V. 16. P. 246—255.
5. Sizun J., Yu M. W., Talbot P. J. Survival of human coronaviruses 229E and OC43 in suspension and after drying on surfaces: a possible source of hospital-acquired infections. J. Hosp. Infect. 2000. V. 46. P. 55—60.
6. Rheinbaben F., Schunemann S., Gross T., Wolff M. H. Transmission of viruses via contact in a household setting: experiments using bacteriophage straight phiX174 as a model virus. J. Hosp. Infect. 2000. V. 46(1). P. 61—66.
7. Rusin P., Maxwell S., Gerba C. Comparative surface-to-hand and fingertip-to-mouth transfer efficiency of gram-positive bacteria, gram-negative bacteria, and phage. Journal of Applied Microbiology. 2002. V. 93. P. 585—592.
8. Ansari S. A., Sattar S. A., Springthorpe V. S. et al. Rotavirus survival on human hands and transfer of infectious virus to animate and non-porous inanimate surfaces. Journal of Clinical Microbiology. 1988. V. 26. P. 1513—1518.
9. Gerhardts A., Hammer T. R., Balluff C. et al. A model of the transmission of micro-organisms in a public setting and its correlation to pathogen infection risks. Journal of Applied Microbiology. 2012. V. 112. P. 614—621. doi: 10.1111/j.1365-2672.2012.05234.x
10. Metody sanitarno-bakteriologicheskih issledovanij obektov okruzhayushej sredy, vozduha i kontrolya sterilnosti v lechebnyh organizaciyah. Metodicheskie ukazaniya MUK 4.2.2942—11 [Methods of sanitary-bacteriological studies of environmental objects, air and sterility control in medical organizations. Guidelines MUK 4.2.2942—11] [in Russian].
