CC BY
5
>
удк бм.^а
С. П. Буртовой, Т. В. Чикишева, В. Д. Болотов
МЕТОД КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ОТМИРАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ДЕЗИНФЕКТАНТОВ
Задача количественной оценки дезинфекционных процессов остается актуальной. Конечной целью этой оценки является, как правило, математическое описание процессов, позволяющее сопоставлять устойчивость микроорганизмов к дезинфек-тантам и различные методические приемы, учитывать влияние условий эксперимента на ход процесса и т. д.
Существенным препятствием на пути широкого внедрения математического аппарата в дезинфекционные исследования является многообразие кривых отмирания микроорганизмов; встречаются как линейные, так и нелинейные (выпуклые, вогну-^ тые и др.) зависимости. Наиболее часто (особенно в зарубежных исследованиях) для аналитического описания линейных зависимостей используется метод наименьших квадратов 151. Попытки разработки нелинейных моделей инактивации микроорганизмов приводили к созданию сложных математических выражений, мало пригодных для практического использования [41. В итоге пока еще не разработаны приемлемые методы аналитического описания дезинфекционных процессов.
По нашему мнению, в рассматриваемых условиях необходим единый, пусть в определенной мере и формальный (т. е. приближенный), количественный подход к оценке интенсивности процессов отмирания микроорганизмов. В настоящей работе предпринята попытка обоснования и экспериментальной проверки подобного подхода.
^ Опыт исследований показывает, что наиболее общими и доступными характеристиками процессов отмирания микробов при дезинфекции являются исходное количество микроорганизмов, промежуток времени (экспозиция), в течение которого велись наблюдения, и остаточная бактериальная обсемененность изучаемого объекта. Это присуще любому дезинфекционному процессу, как бы внешне сложно он ни протекал. По-видимому, было бы целесообразно использовать указанные характеристики для решения поставленной задачи.
Основным показателем интенсивности инактивации микробов, определяемым непосредственно по экспериментальным данным, может служить средняя скорость их отмирания.
Средняя скорость любого материального процесса, в том числе сложного биохимического, каким следует считать дезинфекционный, может быть рассчитана исходя из знания его начального и конечного состояния и промежутка времени, за который произошли соответствующие изменения [2]. На математическом языке это общее положение ^ может быть записано следующим образом:
_ м0-мх к-- ^
где К— средняя скорость процессов; М„ — исходное состояние материальной системы; Мх — состояние материальной системы ко времени т; т — время, в течение которого произошел переход системы из М „ в МТ.
Очевидно, что если вместо М0 и Мх использовать соответственно исходное и остаточное количество микроорганизмов, представленное в любом удобном виде, то уравнение, аналогичное выражению (1), будет характеризовать среднюю скорость процесса отмирания микроорганизмов. Отсюда, применив полулогарифмическую систему координат, можно записать:
к=—Ч-
(2)
где К — средняя скорость процесса отмирания микроорганизмов; и ^Л^5 — десятичные логарифмы исходной и остаточной концентраций микроорганизмов, установленных экспериментально; т — время наблюдения (экспозиция).
Следовательно, независимо от формы кривой отмирания микроорганизмов скорость отмирания микроорганизмов может быть в принципе рассчитана по уравнению (2). Тем самым обеспечивается возможность сопоставления различных типов процессов с помощью показателя, имеющего одинаковую размерность — время-1.
На основе знания величины К может быть составлена формальная линейная модель процесса отмирания микроорганизмов под воздействием де-зинфектантов:
18Л? = 18^-/Сх, (3)
где N — расчетное количество микроорганизмов для интервала времени от 0 до т.
Формальность аналитической модели (3) в том, что она, отражая среднее направление процесса, не учитывает конкретной формы кривой инактивации микроорганизмов. Вместе с тем учет данного фактора представляет практическую ценность. Действительно, если процесс отмирания графически имеет, например, вогнутую форму, то это свидетельствует о постепенном снижении скорости этого процесса в результате потери активности де-зинфектанта или наличия устойчивых микроорганизмов. При выпуклой кривой можно говорить о некоторой фазе задержки в отмирании микроорганизмов и последующем «ускорении» их гибели, причиной чего могут быть особенности системы
2 Гигиена н санитария № И
— 33 —
микробная популяция — дезинфектант. При зависимости же, близкой к линейной, есть основания считать скорость исследуемого процесса практически постоянной.
По существу предложенная формальная модель наиболее полно отражает лишь последний вариант протекания процессов отмирания микроорганизмов, который не без основания можно считать идеальным с практической точки зрения.
Очевидно, что с помощью уравнения (3) оценить описанные особенности нелинейных экспериментальных зависимостей невозможно. К тому же расчетные величины /V, получаемые из этого уравнения, будут заметно отличаться от экспериментальных.
Отмеченные недостатки предложенной аналитической модели могли бы в определенной мере быть сглажены с помощью некоторого параметра, который, с одной стороны, позволил бы количественно оценить графическую форму экспериментального процесса, а с другой — дополнить его аналитическую модель (3) и скорректировать расчетные значения N в интервале времени от 0 до т.
Для этой цели нами предлагается безразмерный параметр полученный путем сопоставления линейной модели процесса и экспериментальных данных.
Расчет Ь ведется по формуле:
L =
2 OgAP-lg N)
i= I_
lg Nj>-m) '
где п — число временных интервалов при исследовании конкретного процесса отмирания микроорганизмов; т — число временных интервалов, для которых разность (^М9—^УУ) равна нулю.
Как видно из уравнения (4), параметр Ь представляет собой усредненное отклонение экспериментальных данных от расчетных, полученных из формулы (3). Поскольку указанное отклонение отнесено к начальной точке процесса, оно может быть использовано для сопоставления зависимостей с несовпадающими Л^.
Характерно, что для процессов, описываемых выпуклыми кривыми, Ь будет всегда больше нуля, а для вогнутых — меньше нуля. Абсолютное значение параметра при этом отражает меру криво-линейности изучаемой зависимости. В случае линейных процессов параметр Ь будет ближе к нулю. Следовательно, позволяет оценить форму кривой отмирания без каких-либо дополнительных графических построений.
При проведении ориентировочных расчетов концентрации микроорганизмов в интервале времени от 0 до т параметр £ в виде может быть ис-
пользован в качестве поправки к значениям Знак параметра (плюс или минус) при этом сохраняется.
Изложенный выше порядок аналитического описания процессов отмирания микроорганизмов назван методом средней скорости (МСС).
Экспериментальную проверку адекватности МСС провели на примере данных, полученных при изучении бактерицидной активности препарата дезама в отношении St. aureus (штамм № 906).
Для сравнения представленные ниже результаты экспериментов были обсчитаны с помощью метода наименьших квадратов (МНК). Коэффициенты аналитической модели типа уравнения (3) по МНК рассчитывают следующим образом:
п 2 c*-lв*») - 2 г 2 lg"9
i = i '— I i = 1
— п / п \ 2
п Т*-| V X
[ ¿J 1
\<=1 /
lg*o =
V |g Л/3— К V т
/ о I 1=1
(5)
(6)
(4)
где К и ^о — расчетные значения скорости процесса отмирания микроорганизмов.
Сопоставление адекватности аналитических моделей, полученных с помощью МСС и МНК, проводили с использованием критерия согласия г213], характеризующего меру совпадения расчетных и экспериментальных данных. Близость г2 к единице означает хорошее совпадение изучаемой аналитической модели с экспериментальной зависимостью. Соответственно абсолютное значение г2 рассматривается в качестве меры адекватности используемых методов расчета.
Критерий г2 определяли по формуле:
v |gVs. V lg N
¿(leW-le*)-—--
IfH'
v |Kyv i = l
(7)
V (1ед/)*
I = I
где Ы3 — количество микроорганизмов, установленное экспериментально; N — соответствующие (т. е. полученные для тех же экспозиций) расчетные значения числа микроорганизмов, вычисленные с использованием той или иной аналитической модели; п — число временных интервалов при изучении процесса отмирания микроорганизмов.
Методика экспериментов. Изучена бактерицидная активность препарата дезама в отношении золотистого стафилококка в суспензии и на батистовых тест-объектах при 20±1 °С (П. Использован раствор дезинфекганта л
Бактерицидная активность раствора дезама (0,001% активного хлора) в отношении St. aureus (штамм № 906) на батистовых тест-объектах (а) и в суспензии (б).
с содержанием активного хлора 0,001 %. Исходное количество микроорганизмов задавали на 0 уровне ЫО8 клеток в мл суспензии или на 1 см2 поверхности тест-объекта.
Результаты экспериментов, обработанные статистически с доверительным интервалом для уровня вероятности 95 %, представлены в полулогарифмических координатах на рисунке.
Предварительная визуальная оценка приведенных графических данных, называемая иногда интуитивным уровнем обобщения [21, показывает, что процесс отмирания стафилококка на батистовых тест-объектах характеризуется зависимостью, близкой к линейной, а в суспензии — нелинейной, имеющей вогнутость.
Для аналитического описания полученных данных применили МСС и МНК (основанием для использования последнего служили достаточно высокие коэффициенты корреляции: 0,98 для кривой а и 0,91 для кривой б). При этом с помощью МСС определяли среднюю скорость К и параметр L, который в виде LAgNl использовали в качестве поправки к расчетным значениям IgyV (кроме исходной и конечной точек, т. е. для т=0 и т= = 10 мин) на этапе оценки адекватности метода. По МНК рассчитывали К и IgN0.
Результаты расчета коэффициентов аналитических моделей, полученных двумя указанными методами, и оценки их адекватности представлены в таблице (доверительные интервалы установлены для уровня вероятности 95%).
Как видно из данных таблицы, применительно к процессу на тест-объектах оба метода дают одинаковые значения г2, отсюда хорошо согласуются и расчетные коэффициенты ^Л^о и К■ Полученная с применением МСС величина вогнутости не выходит за пределы доверительных интервалов экспериментальных точек, поэтому данный процесс можно признать линейным. Из этого следует, что точность описания зависимостей, близких к линейным, практически одинакова для обоих методов. Но МСС имеет преимущество по сравнению с МНК ввиду простоты расчета соответствующих коэффициентов.
Для процесса отмирания микроба в суспензии аналитическая модель метода средней скорости характеризуется достоверно большим критерием г2. Следовательно, корректность описания нелинейных экспериментальных зависимостей с помощью предложенного метода существенно выше, чем по МНК. Кроме того, МСС позволил количественно оценить вогнутость кривой отмирания золотистого стафилококка в суспензии.
На основании проведенной количественной оценки экспериментальных данных можно предложить следующие аналитические выражения для описания конкретных процессов отмирания золотистого стафилококка в растворе дезама, содержащем 0,001% активного хлора; на батистовых тест-объектах \gN=8,2—0,28 т, (¿=0), в суспензии ^#=8,2—0,82т, (¿. ^0=— 2,4).
Из сопоставления представленных зависимостей следует, что скорость инактивации золотистого стафилококка в суспензии примерно в Зраза выше, чем на батистовых тест-объектах. Близость параметра /- к нулю в последнем случае свидетельствует о практически постоянной скорости инактивации микроорганизмов. Наличие вогнутости, равной — 2,4 логарифма в случае суспензионного процесса, указывает на снижение скорости гибели клеток.
Выводы. 1. Предложен простой метод количественной оценки интенсивности отмирания микроорганизмов под воздействием дезинфектан-тов, заключающийся в расчете средней скорости процесса гибели микроорганизмов, составлении линейной аналитической модели и количественной оценке отклонений экспериментальных данных от расчетных с помощью безразмерного параметра.
2. Экспериментально доказана применимость метода на примере данных, полученных при изу-
Количественные характеристики и адекватность аналитических моделей (М±т)
Коэффициенты аналитической модели (3)
Метод изучения бактерицидной активности Метод расчета 18 ЛГ. L-1* Л^ г»
К. мин
На батистовых тест-объек- МСС 8.2±0,2 0,28±0,03 —0,05±0,01 0,95±0,05
тах МНК 8,1 ±0,1 0,27±0,03 — 0,95±0.03
Суспензионный МСС 8,2±0,2 0,82±0,04 —2,4±0.4 0.98±0.04
МНК 6,3±0.3 0,76±0,02 — 0.82 ±0.04
чении бактерицидного действия препарата де-зама на St. aureus (штамм № 906).
3. Показана большая адекватность и информативность метода по сравнению с методом наименьших квадратов применительно к конкретным экспериментальным данным.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пашков В. И. Руководство по дезинфекции, дезинсекции и дератизации. М., 1966.
2. Соловьев В. Н., Фирсов А. А., Филов В. А. Фармако-кинетика. М., 1980.
3. Гильде В., Альтрихтер 3. С микрокалькулятором в руках. М., 1980.
4. Prokop A., Humphrey А. Е. — In: Disinfection./Ed. by M. A. Benardc. New York, 1970, p. 61—83.
5. Tsuchido Т., Shibasaki /. — Biotechnol. and. Bioeng., 1980, v. 22, p. 107—118.
Поступила 08.05.84
Summary. A simple quantitative method for assessing disintegration rate of microorganisms treated with disinfectants is suggested. The application of the method both for linear and non-linear relationships obtained in research studies was demonstrated experimentally. The method was shown to be more suitable and informative than the method of least squares, as far as the particular experimental data are concerned.
УДК 613.644-07:1612.13/17+ «12.8].014.4S
Л. В. Почобут
ВЛИЯНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОГО ПОСТОЯННОГО ШУМА НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ НЕКОТОРЫХ СИСТЕМ ОРГАНИЗМА ЖИВОТНЫХ
Ленинградский санитарно-гигиенический медицинский институт
Вопрос о механизмах развития патологического процесса при действии шума изучен недостаточно. Это обусловлено тем, что опыты, проводимые многими исследователями, отличались различной длительностью шумового воздействия, его уровнем и спектральным составом. Неодинаковый методический подход не дает возможности сравнивать полученные результаты и познать механизм развития шумовой патологии.
Целью настоящей работы являлось выяснение характера ответных реакций организма на однократное действие широкополосного постоянного шума в течение 3 ч при уровне 85 дБ А.
Исследования проведены на 12 кроликах-сам-цах массой 2100—2600 г. У животных изучали функциональное состояние центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, а также отдельные показатели обмена веществ.
В опытной группе (6 кроликов) показатели регистрировали до начала воздействия шума, сразу после его прекращения, и на протяжении 1 ч после воздействия раздражителя велось мониторное наблюдение за восстановлением измененных функций.
Состояние ЦНС изучали по биоэлектрической активности мозга. Для отведения биопотенциалов мозга использовали внутрикостные электроды, которые по одному помещали в симметричные точки каждого полушария, в области, соответствующие сенсомоторной, слуховой и зрительной зонам коры. Операцию вживления электродов выполняли по общепринятой методике [7, 121. Для точного введения электродов использовали стереотаксический атлас [151. Во всех опытах осуществляли монополярное отведение биоэлектрических потенциалов. Регистрацию электроэнцефалограмм и их обработку проводили на восьми-канальном энцефалографе «Орион» с анализатором
фирмы «Медикор», АВМ типа МН-10. Интенсивность биоэлектрической активности изучали в диапазоне a-, v- и Р-ритмов.
О функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы судили по показателям ЭКГ и максимальному артериальному давлению. Потенциалы сердца отводили с помощью игольчатых электродов, введенных иод кожу трех лапок кролика. ЭКГ записывали на одноканальном кардиографе типа ЭКСП4-2 во II стандартном отведении. Анализ ЭКГ предусматривал измерение амплитуды зубцов, продолжительность интервалов R—R, P—Q и Q—R—S.
Максимальное артериальное давление регистрировали на общей сонной артерии, выведенной . в кожный лоскут по методу Van Leersum 111) при- ^ бором оригинальной конструкции с использованием пьезодатчика.
В крови животных определяли сахар, молочную и пировиноградную кислоты, холестерин, остаточный азот и мочевину. Все биохимические исследования проводили методом микрохимического анализа с консервированием крови на специально обработанных бумажных фильтрах 12) с последующей экстракцией и фотоэлектроколориметрией [131.
Результаты исследований обрабатывали методами параметрической и непараметрической статистики [81.
Экспериментальные исследования фоновой электрической активности коры головного мозга животных показали, что она характеризовалась максимально сосредоточенной мощностью энергии в области v-ритма. Между потенциалами парных отведений правого и левого полушария обнаружена функциональная межполушарная асимметрия парциального характера, т. е. доминирование одного полушария над другим могло быть
