CC BY
4
УДК 66.084.6
Богатов Н. А., Зоткин А. П., Пентюхин Е. И., Савина А. С., Халаджан Е. А., Болдырев В.С.
ВЛИЯНИЕ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЙОДИНОЛА
Богатов Никита Алексеевич - старший преподаватель кафедры физики; н.с. отдела Инжиниринга химико-технологических систем инжинирингового центра «Автоматика и робототехника»*; bogatov.n.a@,muctr.ru. Зоткин Александр Павлович - лаборант кафедры физики; инженер отдела Инжиниринга химико-технологических систем инжинирингового центра «Автоматика и робототехника»*;
Пентюхин Егор Игоревич - лаборант кафедры физики; техник отдела Инжиниринга химико-технологических систем инжинирингового центра «Автоматика и робототехника»*;
Савина Анастасия Сергеевна, старший преподаватель кафедры физики; н.с. отдела Инжиниринга химико-технологических систем инжинирингового центра «Автоматика и робототехника»*;
Халаджан Евгения Арменовна - инженер отдела Инжиниринга химико-технологических систем инжинирингового центра «Автоматика и робототехника»*;
Болдырев Вениамин Станиславович - канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры химии МГТУ им. Н.Э. Баумана, заведующий отделом "Инжиниринг химико-технологических систем" инжинирингового центра "Автоматика и робототехника" МГТУ им. Н.Э. Баумана*; студент магистратуры факультета цифровых технологий и химического инжиниринга РХТУ им. Д.И. Менделеева.
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
*ФГБОУ ВО «Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана», Россия, Москва, 105005, 2-ая Бауманская ул., дом 5, стр.1.
В статье представлены результаты исследования влияния малоэнергетических виброакустических воздействий на антибактериальные свойства медицинского препарата «Йодинол». Установлено, что под действием низкочастотных акустических колебаний препарат «Йодинол» теряет свои бактерицидные свойства в отношении некоторых штаммов микроорганизмов.
Ключевые слова: инфразвук, виброакустические воздействия, сонохимия, антибактериальные свойства
THE LOW-FREQUENCY VIBROACOUSTIC EFFECTS INFLUENCE ON THE IODINOL ANTIBACTERIAL PROPERTIES
Bogatov N.A.12, Zotkin A.P.12, Pentyukhin E.I.1-2, Savina A.S.12, Khaladzhan E.A.2, Boldyrev V.S.12
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
2 Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation
The article presents the study results of the of low-energy vibroacoustic effects influence on the medical preparation "Iodinol" antibacterial properties. "Iodinol" has been founded to lose its bactericidal properties against certain strains of microorganisms under the influence of low-frequency acoustic vibrations. Key words: infrasound, vibroacoustic effects, antibacterial properties, iodinol, sonochemistry
Введение
В последние несколько лет значительно увеличились объемы производства и потребления различных дезинфицирующих и антибактериальных средств. Лекарственные средства на сегодняшний день используются не только в медицине и ветеринарии, но и в других областях, таких, например, как сельскохозяйственные производства. Тем временем, концентрация различных бактерицидных средств в составе стоков фармацевтических производств на сегодняшний день может достигать до десятков мкг/л. Кроме того, отсутствие строгого контроля за утилизацией непригодных для использования лекарственных препаратов приводит к поступлению в канализационные городские системы дополнительных количеств фармполлютантов. При этом, попадая в сточные воды, фармакологические препараты несут значительную опасность окружающей среде, поскольку могут оказывать влияние на состояние и жизнедеятельность различных водных биоценозов,
благодаря ярко выраженным антимикробным свойствам [1].
В настоящее время известно применение различных видов внешнего физического воздействия для решения вопросов очистки сточных вод от различных загрязняющих веществ. Также известны работы [2-12] по исследованию возможности использования низкочастотных акустических колебаний для инициации и интенсификации ряда химических процессов, приводящих, в том числе, и к изменению состояния различных биологически активных систем. Однако на данный момент остается мало изученным то, каким изменениям при этом в поле низкочастотных колебаний подвергаются бактерицидные свойства подобных систем. Между тем, низкочастотное виброакустическое воздействие является нередким фактором природной и производственной среды, присутствующим практически на любом объекте производства, в том числе, и фармакологического. Таким образом, дальнейшее изучение особенностей
влияния виброакустических воздействий низких частот на биоактивные вещества, в частности, на их антисептические свойства представляет интерес, поскольку может помочь в решении задач, связанных с очисткой сточных вод от фармакологических препаратов.
Для данной работы в качестве модельной структуры был выбран биохимически активный препарат «Йодинол», представляющий собой клатратное соединение йода и поливинилового спирта с характерным запахом, и обладающий тёмно-синей окраской, что делает удобным применение фотометрических методов для его качественного и количественного анализа. Данный препарат, благодаря ярко выраженной бактерицидной активности по отношению как к грамположительным, так и грамотрицательным бактериям, используется как антисептическое средство. Наибольшая
чувствительность к йодинолу характерна для кишечной палочки и представителей рода Streptococcus. Кроме того, йодинол способен ингибировать рост патогенных грибов и дрожжей. Йодинол также обладает значительным преимуществом перед другими антисептическими средствами, заключающимся в более щадящем воздействии на ткани высших организмов. За счет находящегося в составе соединения поливинилового спирта происходит замедление выделения йода, что способствует снижению общетоксического и местного раздражающего действия от йода, а также удлинению времени воздействия на обрабатываемые ткани животных и человека [5,6].
Йодинол применяется в лечении многих болезней, таких как ангина, хронический тонзиллит, ринит, острая и хроническая пневмония, воспалительные заболевания глаз, используется для обработки ран, язв, панарициев, химических ожогов желудочно-кишечного тракта, абсцессов, термических ожогов глаз и кожи. Также «Йодинол» применяется для лечения и профилактики острых желудочно-кишечных заболеваний
сельскохозяйственных животных и птиц, при энтероколите, гастроэнтерите, диспепсии у молодняка сельскохозяйственных и домашних животных в составе комплексной терапии респираторных инфекций, гнойных форм мастита коров и др. [5,6]
Экспериментальная часть
Оценку бактерицидных свойств исследуемого препарата проводили суспензионным методом в соответствии с Р 4.2.2643-10. Рассев был выполнен как в жидкую, так и на твердую агаризованную питательные среды МПБ. В рамках работы исследовалось действие следующих 4 образцов: 1. медицинский препарат йодинол; 2. рабочий раствор с концентрацией 0,05 мл препарата на 1 мл воды; 3. рабочий раствор, обработанный виброакустическим воздействием частотой 15 Гц в течение 20 минут; 4. рабочий раствор, обработанный виброакустическим воздействием частотой 15 Гц в течение 60 минут. Сравнение проводилось с контрольным образцом, представляющим собой посев тест-штаммов в жидкой питательной среде без добавления исследуемых
растворов. Оценку ингибирующего эффекта осуществляли визуально по наличию или отсутствию роста колоний микроорганизмов.
В качестве тест-микроорганизмов были использованы: Staphylococcus aureus FDA 209P, Es^er-kMa coli ATCC 25922, Pseudomonas aeruginosa ВКПМ - В-8243.
Наиболее чувствительны к препарату «Йодинол» оказались грамотрицательные бактерия Escherichia coli ATCC 25922, что соответствует литературным данным [5]. Бактерицидная активность препарата в отношении этого тест-штамма не изменилась ни при разбавлении исходного препарата, ни при воздействии на рабочий раствор низкочастотными колебаниями (рис.1).
Рис.1 Рассев Escherichia coli из образцов №1, №2 и №4 на плотной питательной среде
В случае грамположительных бактерий Staphylococcus aureus было установлено, что обработка растворов акустическими колебаниями частотой 15 Гц как в течение 20 минут, так и в течение 60, привела к снижению бактерицидной активности препарата, в результате чего мы могли наблюдать рост отдельных колоний данного тест-штамма. При этом стоит заметить, что разбавление исходного препарата не привело к видимым изменениям (рис.2).
Рис.2 Рост тест-штамма Staphylococcus aureus на агаризованной питательной среде при 5-минутном воздействии на культуру образцов №2 и №3
По результатам экспериментов в отношении грамотрицательных бактерий Pseudomonas aeruginosa ВКПМ - В-8243 разбавление препарата «Йодинол» не привело к снижению бактерицидной активности. Для образца №3, доза воздействия низкочастотных колебаний на который составляла 20 минут, были
получены противоречивые результаты. Однако, при увеличении дозы обработки до 60 минут (образец №4) было отмечено снижение бактерицидного эффекта в отношении данного тест-штамма (рис.3).
Рис.3 Рассев Pseudomonas aeruginosa из образцов №2 и №4 на плотной питательной среде.
Заключение
Попадание в окружающую среду лекарственных препаратов ввиду ярко выраженной биологической активности и преимущественно достаточно высокой устойчивости их химической структуры крайне нежелательно и может быть опасно. Между тем, стандартная система очистки сточных вод представляет собой многостадийный процесс, важным этапом которого являются биоочистные сооружения. Очевидно, что наличие в стоках лекарственных средств может негативно повлиять на работу микроорганизмов активного ила - главного компонента биологических систем очистки. Фармполлютанты, попадающие на биоочистные сооружения в составе сточных вод, могут влиять на видовой состав и нарушать процессы метаболизма микроорганизмов активного ила, негативно влияя на эффективность очистки и скорость прироста активного ила. Тем не менее, несмотря на негативный эффект, оказываемый фармацевтическими препаратами на представителей водных биоценозов, следует заметить, что биологическая деструкция фармацевтических препаратов является актуальной областью для дальнейших фундаментальных научных изысканий.
Поскольку в данной работе установлено, что в поле низкочастотных колебаний наблюдается снижение биологической активности антисептического препарата «Йодинол», причем, величина наблюдаемого эффекта зависит как от особенностей изучаемых микроорганизмов, так и от продолжительности оказываемого воздействия, существует перспектива использования виброакустических воздействий низких частот для предварительной обработки сточных вод перед поступлением их на стадию биологической очистки с целью увеличения эффективности и срока службы активного ила.
Список литературы
1. Тюмина Е. А. Бажутин Г. А. Нестероидные противовоспалительные средства как разновидность эмерджентных загрязнителей// Микробиология 2020. -Т. 89. - № 152-168. - С. 152-168.
2. Маргулис М. А. Основы звукохимии - М: Высшая школа, 1984.-272 с.
3. Фадеев Г.Н., Болдырев В. С., Тверитинов В.Н., Пашкова Л.И. Клатраты иода — прототипы антидотов против акустического нелетального оружия // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Естественные науки". -2013. - № 1. - С. 82-883.
4. Богатов, Н. А. Исследование влияния инфразвуковых колебаний на электронный спектр поглощения йодинола / Н. А. Богатов, А. С. Савина // Труды конференции-конкурса молодых физиков. -2019. - Т. 25, № S2. - С. 188-190.
5. Абдуллаев, О. А. Клиническая эффективность йодинола / О. А. Абдуллаев, А. В. Сергиенко, М. Н. Ивашев // Международный журнал экспериментального образования. - 2015. - № 3-2. - С. 47-48.
6. Препараты йода - йодинол - неизвестные страницы, известное и новые качества при его модификации / А. А. Евглевский, И. И. Михайлова, Е. П. Евглевская [и др.] // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - № 8. - С. 194195.
7. Болдырев В.С. Действие низкочастотных колебаний на биохимически активные структуры. Дис. ... канд. техн. наук. М., РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2013.
8. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Ермолаева В.И. Биологически активные клатраты амилоиодин и амилопектоиодин в поле низкочастотных акустических воздействий // Доклады Академии наук. 2012. Т. 446. № 4. С. 466.
9. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Синкевич В.В. Звукохимические превращения хелатных и клатратных структур в поле низкочастотных акустических воздействий // Доклады Академии наук. 2015. Т. 462. № 4. С. 426.
10. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Богатов Н.А., Николаев Л.Н. Ингибирование окислительно-восстановительной реакции в поле низкочастотных воздействий // Доклады Академии наук. 2019. Т. 487. № 3. С. 275-278.
11. Богомолов Б.Б., Болдырев В.С., Зубарев А.М., Мешалкин В.П. Интеллектуальный логико-информационный алгоритм выбора энергоресурсоэффективной химической технологии // Теоретические основы химической технологии. 2019. Т. 53. № 5. С. 483-492.
12. Болдырев В.С., Кузнецов С.В., Меньшиков В.В. Инновационное развитие малотоннажных научно-производственных предприятий лакокрасочной отрасли. М., Пэйнт-Медиа, 2021. 184 с.
