vitold@bakhir.ru
+7 (495) 774-6226, +7 (495) 774-8668
Электрохимические системы и технологии Витольда Бахира

Пути создания эффективных и безопасных антимикробных жидких средств и эволюция общественного восприятия дезинфикционных мероприятий

В.М.Бахир, Б.И.Леонов, С.А.Паничева, В.И.Прилуцкий, Н.Ю.Шомовская,
И.И.Стрельников, Ю.Г.Сучков

Всероссийский научно-исследовательский и испытательный
институт медицинской техники (ВНИИИМТ МЗ РФ), Испытательный лабораторный центр
МГЦД

В статье обсуждаются вопросы выбора жидких антимикробных
препаратов. Теоретически анолит АНК имеет преимущества перед стабильными органическими
дезинфицирующими средствами.

WAYS OF CREATION OF EFFECTIVE AND SAFE ANTIMICROBIC LIQUID
MEANS AND EVOLUTION OF PUBLIC RECOGNITION OF DISINFECTIONS

V.M.Bakhir, B.I.Leonov, S.A.Panicheva, V.I.Prilutsky, N.Yu.Shomovskaya,
I.I.Strelnykov, Yu.G.Suchkov

The All-Russian Institute for Medical Engineering (VNIIIMT
MZ RF), Research Laboratory Center MGCD

Discussed in the article are the questions of a choice of
liquid antimicrobic preparations. Theoretically anolit AN К has advantages over
stable organic disinfectants

Задавшись вопросом о том, каким должно быть идеальное жидкое средство для борьбы с микробами, нетрудно сформулировать следующее:

  • антимикробное средство должно обладать широким спектром антимикробного действия, т.е. эффективно уничтожать бактерии, микобактерии, вирусы, грибы и споры вне зависимости от продолжительности и частоты применения, что предполагает наличие свойств, препятствующих микроорганизмам выработать резистентность;
  • антимикробное средство должно быть безопасным для человека и животных как во время его приготовления и применения, так и после окончания использования по назначению, т.е. в период деградационных и деструктивных изменений под влиянием факторов внешней среды или в результате процессов биодеградации в организме человека, т.е., иными словами, антимикробное средство и продукты его естественной или искусственной деградации не должны содержать веществ-ксенобиотиков;
  • антимикробное средство должно обладать универсальностью действия, т. е. иметь не только противомикробные свойства, но также обладать моющей способностью с минимальной повреждающей и коррозионной активностью по отношению к различным материалам, а также быть максимально простым в применении и при этом относительно недорогим.

Наиболее удаленное положение от приведенных характеристик занимают препараты на основе стабильных органических соединений, доминирующие в настоящее время на рынке дезинфекционных средств.

Несколько примеров в подтверждение значительного разрыва между идеальными и фактическими свойствами растворов органических дезинфектантов. В концепции профилактики внутрибольничных инфекций, утвержденной в 1999 г. первым заместителем Министра здравоохранения РФ [1], указано, что наиболее перспективной группой соединений для обеззараживания различного рода поверхностей в помещениях и других объектов в ЛПУ являются катионные поверхностно-активные вещества (КПАВ) — четвертичные аммониевые соединения (ЧАС) и некоторые другие органические соединения. Утверждается, что эти соединения неопасны и могут применяться у постели больного. В этом же документе для обеззараживания и предстерилизационной очистки изделий медицинского назначения кроме КПАВ рекомендуется использовать также альдегиды.

Однако в докладах [2, 3], представленных ВНИИ Дезинфектологии в 2002 г. и посвященных основным направлениям повышения эффективности дезинфицирующих средств, отмечается, что КПАВ, обладая стабильностью, вместе с тем неактивны, либо малоактивны в отношении устойчивых видов и форм микроорганизмов — микобактерии туберкулеза, грибов, спор бацилл. В том же докладе говорится о быстром и частом формировании устойчивости микроорганизмов к воздействию КПАВ, о выраженном резорбтивном и раздражающем действии на кожу и слизистые оболочки глаз, которым обладают концентраты КПАВ, а также о часто наблюдающемся аллергенном действии многих КПАВ. Указывается также, что наличие у альдегидов высокой токсичности и сорбционной способности не позволяет широко рекомендовать их для обработки поверхностей, белья и посуды.

Высокая токсичность глутарового альдегида общеизвестна [4]. Именно поэтому его применение законодательно запрещено в Англии с мая 2002 г. [5]. Однако в России продолжается реклама и продажа препаратов на его основе.

Попробуем внимательнее рассмотреть процессы, происходящие при обычной дезинфекционной уборке помещения с использованием стабильного органического химического препарата, обладающего, например, мембраноатакующим механизмом подавления микроорганизмов (КПАВ, фенолы, йодофоры и ряд других).

Известно, что препараты этого типа разрушают входящие в состав клеточной мембраны биополимеры. В результате происходит лизис микробной клетки. Те же препараты в малых дозах нарушают функции мембраны (изменяют осмотическое давление, проницаемость, скорость переноса через мембрану молекул и ионов, ингибируют метаболические процессы и биологическое окисление, вызывают торможение деления клеток).

После окончания дезинфекции влажные поверхности подсыхают, органические вещества концентрируются в объеме пористых материалов и на гладких поверхностях, превращаются в тончайшую, невидимую глазом пленку. Однако в воздух помещения продолжают поступать их молекулы за счет процесса сублимации. Формирующийся при этом невидимый глазом “туман” из молекул дезинфектанта практически не имеет запаха, что может создавать иллюзию его безвредности. Однако следует иметь в виду, что в соответствии с известными законами физики каждый литр воздуха в помещении, как правило, содержит несколько миллиардов молекул испаряющегося естественным образом, либо за счет сублимации, вещества, даже если его концентрация не фиксируется табельными приборами и не превышает сотых и тысячных долей ПДК. В процессе дыхания, а также через кожу и слизистые оболочки эти молекулы попадают в организм человека (пациентов, персонала) и каждая из них продолжает выполнять свою основную функцию — подавление жизнедеятельности клеток, но уже в организме человека. Химическая стабильность дезинфектантов создает предпосылки для их кумуляции в организме с последующей миграцией по пищевым цепям. В качестве примера можно вспомнить, что препарат ДДТ (инсектицид), за изобретение которого получена Нобелевская премия, в середине прошлого века был обнаружен даже в печени пингвинов, что явилось одним из аргументов запрещения его производства и применения.

Сообщество микроорганизмов, немедленно возникающее на высохшем и утратившем микробоцидную активность органическом веществе, которое недавно было действующим, использует его как среду обитания и питательную среду, попутно вырабатывая резистентность к данному виду дезинфектанта.

Вполне очевидно, что разрабатывая все новые и новые химические средства для борьбы с микробами, к которым те через некоторое время приспосабливаются, человек создает условия для совершенствования механизма изменчивости микробов, инициирует своими действиями появление новых устойчивых к дезинфицирующим средствам штаммов микроорганизмов.

Часто в качестве положительного свойства препаратов на основе стабильных, т.е. трудно поддающихся преобразованиям под влиянием факторов внешней среды органических соединений, указывают отсутствие запаха (в противовес хлорсодержащим препаратам) или, напротив, наличие приятного запаха веществ-ароматизаторов. На самом деле к подобным “преимуществам” следует относиться с большой осторожностью. Большинство органических соединений, используемых в качестве дезинфектантов, или продукты их превращений при естественных или искусственных процессах распада, являются не менее, а часто гораздо более токсичными, чем, например, газообразный хлор при тех же концентрациях. Запах для большинства многоклеточных сложных организмов в привычных условиях среды обитания является источником информации. Отсутствие запаха, сигнализирующего об опасности, не позволяет человеку уклониться от вредного воздействия, что в результате приводит к функциональным и органическим нарушениям в организме. Эти нарушения наблюдаются обычно спустя более или менее продолжительное время после непосредственного контакта с вредным веществом, поэтому причины их весьма редко могут быть идентифицированы адекватно.

Совсем недавно о вредном влиянии химических препаратов широкой общественности становилось известно только в случае катастрофических побочных результатов их применения, которые невозможно было скрыть или объяснить иным способом. К такого рода катастрофам относятся, например, последствия применения в республиках Средней Азии бывшего Советского Союза стабильного органического препарата — дефолианта бутифос, обладающего довольно приятным запахом свежескошенной травы. Следует отметить, что данный препарат в свое время прошел все строгие официальные разрешительные процедуры и получил положительное заключение нескольких токсикологических экспертиз. И оно было вполне обоснованным, поскольку в процессе такого рода исследований принципиально невозможно адекватно моделировать факторы реальных условий практического применения препарата.

Такого рода опыт целесообразно учитывать при создании новых средств для дезинфекции, отдавая предпочтение тем из них, механизм антимикробного действия которых принципиально не может оказывать вредное влияние на организм человека.

Можно заключить, что дезинфицирующие растворы стабильных органических соединений при обработке ими поверхностей всегда образуют невидимую глазом пленку на поверхности обрабатываемых изделий, а испаряющиеся из нее молекулы действующего вещества наносят вред теплокровному организму, поскольку органические соединения дезинфектанты — являются веществами-ксенобиотиками, т.е. веществами, чуждыми жизни в любых ее проявлениях, будь то жизнь микробов или жизнь человека.

Существуют ли экологически чистые дезинфицирующие средства? Этот вопрос привлекает сегодня общественное внимание. Прогресс в развитии общества сопровождается все более частыми непосредственными контактами человека с бактерицидными, вирулицидными, фунгицидными препаратами — от покупки плодов, сохранность которых обеспечивают с помощью биоцидных химических соединений, до пребывания в помещениях (больницах, поликлиниках, кабинетах стоматолога), транспортных средствах (поездах, самолетах, с недавнего времени — в автобусах, трамваях), регулярно обрабатываемых дезсредствами. Оказываясь перед выбором, человек-Потребитель отдает предпочтение экологически чистому продукту или технологии в отличие от человека-Продавца (Производителя). Например, яблоко с червоточиной, свидетельствующей о его развитии в естественных природных условиях, сегодня ценится выше, чем аналогичный плод с идеальной фактурой поверхности и большим сроком хранения в свежем виде. Более ценными для Потребителя являются продукты без консервантов, хотя Продавец (Производитель) не может их не применять, поскольку не имеет возможности другим способом подавить рост микроорганизмов и обеспечить длительную сохранность продуктов.

Самым старейшим из экологически чистых дезинфицирующих средств следует признать пламя. Являясь метастабильной субстанцией, плазма пламени не обладает токсическим последействием и, в отличие от большинства растворов органических химических дезсредств, не оставляет принципиальной возможности микроорганизмам выработать резистентность. Еще одним экологически чистым средством является перекись водорода, которую в новейших стерилизационных системах применяют в метастабильном состоянии, превращая в плазму.

Исследованиями последних десятилетий установлено, что все высшие многоклеточные
организмы, включая человека, синтезируют в особых клеточных структурах хлорноватистую
кислоту и высокоактивные метастабильные хлоркислородные и гидропероксидные соединения
(метастабильную смесь оксидантов) для борьбы с микроорганизмами и чужеродными
субстанциями [6]. Хлорноватистая кислота диссоциирует в водной среде с образованием
гипохлорит-аниона и иона водорода: НСlО
СlO + Н+. При значениях рН, близких к нейтральному, концентрации
НСlО и гипохлорит-анионов СlO приблизительно равны. Понижение рН
приводит к сдвигу равновесия этой реакции в сторону увеличения концентрации
НСlО; увеличение — в сторону повышения концентрации гипохлорит-анионов. Гипохлорит
натрия обладает несравненно меньшей бактерицидной активностью, нежели хлорноватистая
кислота. Например, если споры сибирской язвы В. anthracis в водном растворе
соединений активного хлора концентрацией 50 мг/л при рН = 8,6 погибают в течение
40 минут, то в растворе с концентрацией соединений активного хлора всего 5 мг/л
при рН = 7,2 тот же результат достигается за 20 минут [7]. Объясняется это всего
лишь небольшим изменением рН среды, которое обусловливает огромные различия
в антимикробной активности одного и того же раствора. Наивысшая бактерицидная
активность кислородных соединений хлора проявляется в диапазоне рН от 7,0 до
7,6, где концентрации гипохлорит-ионов и хлорноватистой кислоты сопоставимы.
Объясняется данный факт тем, что указанные соединения, являясь сопряженными
кислотой и основанием (НСlО + Н2О ®
Н3О+ + СlO; СlO + Н2О
® НСlО + ОН), образуют в указанном
диапазоне рН метастабильную систему, способную генерировать ряд соединений и
частиц, обладающих гораздо большим антимикробным действием, нежели хлорноватистая
кислота: 1O2 — синглетный молекулярный кислород; СlO·
— гипохлорит-радикал; Сl· — хлор-радикал (атомарный
хлор); О· — атомарный кислород; ОН·
— радикал гидроксила. Катализаторами реакций с участием хлоркислородных соединений
являются ионы Н+ и ОН, существующие в воде также приблизительно
в равном количестве при значениях рН, близких к нейтральному [8].

Отсюда следует важный вывод: исключить развитие резистентности микроорганизмов к жидкому антимикробному средству возможно только применением растворов с метастабилъными действующими веществами, самопроизвольный распад которых во время экспозиции обеспечивает множественность и непредсказуемость (для микроорганизмов) путей развития реакций, нарушающих процессы их жизнедеятельности.

Уникальная способность хлорноватистой кислоты к образованию метастабильных, универсальных по спектру антимикробного действия смесей оксидантов, весьма широко используется во многих дезинфицирующих средствах на основе солей циануровой кислоты (Акватабс, Деохлор, Клорсепт, Пресепт, Жавелион, Клор-Клин, Санивал и др.), что позволяет уменьшить концентрацию активного хлора в рабочих растворах дезинфектантов как минимум в 10 раз в сравнении с растворами гипохлорита натрия при достижении более высокой антимикробной активности. В качестве примера рассмотрим механизм действия таблеток препарата “Пресепт”, производимого фирмой “Джонсон и Джонсон”. Считается, что основным действующим веществом в этих таблетках является дихлоризоцианурат натрия. На самом деле действующим веществом является хлорноватистая кислота, которая образуется при взаимодействии дихлоризоцианурата натрия с водой и существует в рабочем растворе при значении рН = 6,2, которое поддерживается адипиновой кислотой, имеющейся в рецептуре таблетки. Приблизительно таким же образом работают все препараты этого типа.

Однако их применение небезопасно для человека и других теплокровных существ, поскольку они содержат органическое соединение хлора, в частности, дихлоризоцианурат натрия, которое, в отличие от неорганических хлоркислородных соединений, не исчезает бесследно при высыхании, а накапливается в окружающей среде и в организме человека.

Наивысшей антимикробной активностью среди всех известных жидких стерилизующих и дезинфицирующих средств при самой малой токсичности или при полном ее отсутствии для теплокровных организмов являются электрохимически активированные растворы, в частности, нейтральный анолит АНК, который производится в установках типа СТЭЛ из разбавленного водного раствора хлорида натрия. Весьма часто эти растворы отождествляют с растворами гипохлорита. Это объясняется недостаточной информированностью людей и их естественным желанием к упрощению восприятия путем причисления электрохимически активированных растворов к хорошо изученным гипохлоритным на основе внешних признаков подобия.

Анолит АНК, в отличие от 0,5—5,0%-ных растворов гипохлорита, которые обладают только дезинфицирующим действием, является стерилизующим раствором при концентрации оксидантов в диапазоне 0,005—0,05%.

Основным принципом технологии получения активированных растворов является использование униполярного совместного электрофизического и электрохимического воздействия на обрабатываемую среду, в процессе которого осуществляется либо отбор, либо ввод электронов, в результате чего происходит направленное изменение физико-химических, в том числе структурно-энергетических и каталитических свойств этой среды.

Действующими веществами в анолите АНК является смесь пероксидных соединений
(НО· — радикал гидро-ксила; НО2
— анион пероксида; 1О2 — синглетный молекулярный кислород;
О2 — супероксид-анион; О3 — озон; О·
— атомарный кислород) и хлоркислородных соединений (НСlО — хлорноватистая кислота;
СlO — гипохлорит-ион; СlO· — гипохлорит-радикал;
СlО2 — диоксид хлора).

Подобная комбинация действующих веществ обеспечивает отсутствие адаптации микроорганизмов к биоцидному действию анолита АНК, а малая суммарная концентрация соединений активного кислорода и хлора гарантирует полную безопасность для человека и окружающей среды при его длительном применении.

Анолит АНК является раствором универсального назначения, поэтому используется как для дезинфекции, предстерилизационной очистки и стерилизации, так и для общей уборки помещений, дезинфекции оборудования в ЛПУ, одежды, рук хирурга и т.д.

Сумма соединений активного кислорода и хлора в анолите АНК (суммарное содержание оксидантов) находится в пределах от 100 до 500 мг/л, что в десятки раз меньше, чем в большинстве рабочих растворов современных дезинфицирующих препаратов. Анолит АНК не вызывает коагуляцию белка, защищающего микроорганизмы и, благодаря разрыхленной структуре, легко проникает в микроканалы живой и неживой материи. Анолит АНК нетоксичен ввиду малой концентрации действующих веществ, поэтому не требует удаления с обработанных поверхностей после окончания обработки.

Подводя итог вышесказанному, можно заключить, что наиболее эффективными по функциональным свойствам при одновременной низкой токсичности или полном ее отсутствии являются метастабильные маломинерализованные хлоркислородные антимикробные растворы (электрохимически активированные растворы), которым нет альтернативы, пока жизнь на Земле представлена различными формами существования белковых тел в электролите из водных растворов ионов преимущественно натрия и хлора.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Концепция профилактики внутрибольничных инфекций / В.И.Покровский и др.
    МЗ РФ, 1999.
  2. Шандала М.Г. Методологические проблемы современной дезинфектологии
    / Там же, с. 9—16.
  3. Федорова Л.С. Основные направления повышения эффективности дезинфицирующих
    средств. // Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 100-летию
    со дня рождения В.И.Вашкова “Актуальные проблемы дезинфектологии в профилактике
    инфекционных и паразитарных заболеваний”. М.: ИТАР-ТАСС, 2002. — С. 26-30.
  4. Glass В. Exposure to Glutaraldehyde Alone or in a Fume Mix: a Review
    of 26 cases//Journal of the NZMRT, 1997. — V. 40. — № 2, June. — P.13-17.
  5. Richards J. Withdrawal of Disinfectant Hit by Safety Fears // BBC
    News on Line: Health. January 22, 2002.
  6. Арчаков А.И., Карузина И.И. Окисление чужеродных соединений и проблемы
    токсикологии // Вестник АМН СССР, 1988. — №1. — С. 14-28.
  7. Faust S.D., Aly O.M. Chemistry of water treatment // 2nd Edition,
    Lewis Publishers, L., NY, W. D.C., 1998. — 582 p.
  8. Краснобородько И.Г. Деструктивная очистка сточных вод от красителей.
    Л.: Химия, 1988. — 193 с.

Опубликовано в журнале “Дезинфекционное дело” №3, 2004.