Libmonster ID: UA-2456

Заглавие статьи СТЕРИЛИЗУЮЩИЙ СВЕТ
Автор(ы) Игорь УШАКОВ, Наталия НОВИКОВА, Сергей ШАШКОВСКИЙ
Источник Наука в России,  № 6, 2011, C. 11-16

Член-корреспондент РАН, академик РАМН Игорь УШАКОВ, директор Института медико-биологических проблем РАН, доктор биологических наук Наталия НОВИКОВА, заведующая лабораторией "Микробиология среды обитания и противомикробная защита" того же института, кандидат технических наук Сергей ШАШКОВСКИЙ, заведующий сектором НИИ энергетического машиностроения Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана

В современном мире степень биологической опасности, к сожалению, постоянно растет. Причина не только в изменчивости существующих форм микробов, но в появлении новых бактерий, вирусов, грибов, устойчивых к средствам обеззараживания и антибиотикам. И происходит это на фоне тенденции ослабления иммунитета человека. Сложившаяся ситуация требует принципиально новых универсальных методов борьбы с инфекциями.

Конечно, угрозу для людей представляют далеко не все микроорганизмы. С одной стороны, ряд бактерий и грибов мирно сосуществуют с человеком и даже активно участвуют в его биологическом цикле, а с другой - именно микробы регулярно вызывают вспышки холеры, чумы, желтой лихорадки, малярии и др. В последние десятилетия этот перечень пополнили ВИЧ, атипичная пневмония, птичий и свиной грипп, лекарственно-устойчивые формы туберкулеза и т.д. И если в середине XX в. было известно около 1000 возбудителей инфекционных заболеваний, то в настоящее время их насчитывается уже более 1200.

Эти факторы приходится учитывать и специалистам лечебных учреждений. По данным Всемирной организации здравоохранения в развитых странах собственно больничные инфекции возникают по меньшей мере у 5% больных. Например, в США ежегодно регистрируют до 2 млн. такого рода заболеваний в стационарах (при этом до 98 тыс. пациентов

стр. 11

погибают), в ФРГ- 500 - 700 тыс., в Венгрии - 100 тыс., что составляет примерно 1% населения этих стран.

Одна из основных причин столь высокого уровня заражения - формирование неизвестных ранее внутригоспитальных штаммов микроорганизмов, характеризующихся множественной лекарственной устойчивостью и обладающих высокой приобретенной резистентностью по отношению к ряду традиционных средств дезинфекции. Эти факторы действуют на фоне уже упоминавшейся тенденции снижения неспецифических защитных сил организма у населения планеты в целом в связи с загрязнением окружающей среды, изменением условий жизни (гиподинамия, стресс, неблагоприятное влияние на организм шума, вибрации, электромагнитных полей и т.д.).

Огромный экономический и социальный ущерб, наносимый такого рода заболеваниями обществу (например, ежегодно лишь в США он составляет от 5 до 10 млрд. дол.), актуализировал появление нового направления в современной медицине - эпидемиологии и профилактики внутрибольничных инфекций; оно получило признание и мировое распространение в 1970-е годы.

Но проблема эта актуальна не только для медицинских учреждений на Земле. В пилотируемых космических полетах также требуется обеспечить инфекционную безопасность экипажей и надежную работу космической техники (она может выходить из строя из-за разрушительного действия микроорганизмов). Ситуация обостряется тем, что с увеличением продолжительности экспедиций, а также перспективами межпланетных перелетов (Земля-Марс-Земля и т.д.)* и создания лунных модулей вероятность ухудшения санитарно-гигиенического состояния внутренних объемов обитаемых аппаратов возрастает. Так, при длительном пребывании космонавтов на орбитальных комплексах возникает риск заноса микрофлоры при смене экипажей, а также в процессе доставки на станцию грузов. Использование же в герметично-замкнутых помещениях большинства известных химических дезинфицирующих средств и физических методов обеззараживания чревато токсикологической и экологической опасностью (чуть ниже мы поясним их причины).

Многолетние наблюдения показали: важнейший фактор риска на орбитальных станциях - микробиологический. Он способен негативно влиять как на состояние здоровья людей, так и на надежность работы используемой техники. Например, в среде обитания Международной космической станции (МКС) обнаружено значительное число видов бактерий и грибов, многие из которых потенциально патогенны для человека либо относятся к возбудителям биодеструкции полимеров и биокоррозии металлов, а их количественный уровень может достигать в отдельные периоды критических величин - 103 - 106 колониеобразующих единиц в 1 м3 воздуха или на 100 см2 поверхности. Исследования микрофлоры интерьера и оборудования орбитальных комплексов "Салют",


* См.: Э. Галимов. Перспективы планетоведения. - Наука в России, 2004, N 6; А. Григорьев, Б. Моруков. Марс все ближе. -Наука в России, 2011, N 1 (прим. ред.).

стр. 12

Импульсные ксеноновые лампы и спектр их излучения.

"Мир" и МКС показали наличие в обшей сложности около 300 видов бактерий и микроскопических грибов. В процессе эксплуатации "Мира" и МКС выявлены повреждения и отказы в работе различных приборов и блоков, обусловленные ростом и развитием на них микроорганизмов - технофилов. В том числе было установлено, что причиной преждевременного отказа одного из блоков прибора связи стал рост плесневых грибов, а высокопрочный кварцевый иллюминатор и противопожарный датчик вышли из строя из-за атак плесневых грибов и спорообразующих бактерий.

Выходит, и в космической отрасли, и в практической медицине актуально создание новых технических средств дезинфекции помещений, повышающих эффективность обеззараживания при одновременном снижении токсичности, длительности и трудоемкости самого процесса. Но прежде чем рассказать о них, поясним принцип действия на микробную клетку традиционных дезинфектантов. Скажем, хлорсодержащие препараты или перекись водорода вступают во взаимодействие с ее белками, провоцируя реакцию окисления. Минеральные кислоты и щелочи при содействии водородных и гидроксильных ионов вызывают гидролиз. Фенольные препараты - реакцию коагуляции белков. Иначе говоря, клетка инактивируется путем введения высококонцентрированных, токсичных для нее веществ. А поскольку метаболизм у микробов и высших животных, включая человека, принципиально сходны, то все химические дезинфектанты токсичны для людей, что затрудняет их широкое применение прежде всего в герметично замкнутых помещениях.

Физические методы обеззараживания (бактерицидное УФ-излучение, сильные электрические поля и ряд других) не подразумевают использование химических реагентов, не нарабатывают вредные вещества в воздухе или в воде и являются вследствие этого экологически чистыми дезинфекционными технологиями. Наиболее прост первый из перечисленных методов. Каков же принцип его действия?

Бактерицидное излучение - часть ультрафиолетового спектра, оно располагается между видимым и рентгеновским участками, занимая диапазон длин волн от 400 до 9 нм. В фотобиологии (раздел науки, исследующий закономерности и механизм действия света на различные системы) и медицине рассматривается действие на биологические объекты УФ-излучения, которое свободно проходит через атмосферу (от 190 до 400 нм). В зависимости от биоэффектов, им вызываемых, указанный диапазон разделяется на три основные части: длинноволновой (315 - 400 нм), средневолновой (эритемное излучение - 280 - 315 нм) и коротковолновой (бактерицидное излучение -менее 280 нм).

Напомним, основной закон фотохимии и фотобиологии гласит: действует только поглощаемый свет. А главные компоненты всех живых существ - белки, нуклеиновые кислоты и липиды - оказываются мишенями для квантов коротковолнового УФ-света. Причем в живых клетках он поглощается в основном нуклеиновыми кислотами, содержащимися в ДНК, и белками. В результате многочисленных экспериментов установлено, что возможны четыре вида фотохимического повреждения ДНК коротковолновым УФ-излучением, вызывающие гибель микроорганизмов. Это, во-первых, фотодимеризация, т.е. соединение двух одинаковых молекул под действием света. Во-вторых, фотогидратация - процесс присоединения молекулы воды или гидроксильных оснований (ОН) с разрывом двойных связей (кстати, в отличие от димеризации данная реакция не является фотообрати-

стр. 13

Спектры поглощения белка, инактивации ДНК с наложенными на них спектрами излучения ртутной бактерицидной и импульсной ксеноновой ламп.

мой). Третий вид - фотосшивки с белками, т.е. образование химических связей нуклеиновых кислот ДНК с белком. И, наконец, четвертый - фоторазрыв цепей ДНК.

В настоящее время практически все УФ-обеззараживающие устройства оснащены ртутными или амальгамными лампами непрерывного горения, которые излучают преимущественно одну линию - 254 нм в бактерицидной области спектра (около 80% от всего генерируемого лампой света). Механизм действия такого монохроматического излучения хорошо изучен: под его влиянием в ДНК образуются димеры тимина*, что и ведет к гибели микроорганизмов.

Отметим, каждый вид фотохимического повреждения зависит от энергии поглощенного фотона. А спектр излучения ртутной лампы (254 нм) почти совпадает с максимумом поглощения нуклеиновых кислот ДНК (265 нм). Следовательно, для интенсификации процессов разрушения микробной клетки необходимо расширить спектральный диапазон светового потока, прежде всего в коротковолновой области, и одновременно увеличить его интенсивность для дополнительной активации протекающих фотохимических реакций.

Эти требования реализуются в предложенной нами новой импульсной плазменно-оптической технологии обеззараживания различных объектов. В ее основе - импульсное излучение сплошного спектра (близкого по составу к солнечному), включая его инфракрасную, видимую и ультрафиолетовую части. Обработка контаминированных (инфицированных) объектов осуществляется несколькими короткими по длительности (от десятков до сотен микросекунд) световыми импульсами очень высокой интенсивности (более 10 кВт/см2), в десятки тысяч раз превышающей интенсивность наиболее мощных ртутных бактерицидных ламп. Причем частота следования импульсов регулируется от одиночных экспозиций на объекте до сотен вспышек в секунду при работе в непрерывном режиме.

Генератором такого излучения служит импульсная ксеноновая лампа, представляющая собой кварцевую трубку с вольфрамовыми электродами. При подаче на них высокого напряжения межэлектродный промежуток пробивается и происходит мощный дуговой электрический разряд. Образующаяся в нем плотная ксеноновая плазма с температурой 10000 - 20000 К и концентрацией электронов 1018 - 1019 см3 является источником мощного теплового излучения видимого и УФ-диапазонов, характеризующегося сплошным спектром. Для реализации импульсной плазменно-оптической технологии нами были разработаны конструкции ламп и режимы их функционирования в воздушной среде без принудительного охлаждения.

Новый способ обеззараживания деструктивно воздействует на все жизненно важные структуры клеток микроорганизмов (нуклеиновые кислоты, белки, биомембраны и др.), что снижает возможности их адаптации и значительно повышает биоцидный эффект. Расширение диапазона спектра излучения (200 - 350 нм) позволяет вызывать фотохимические повреждения ДНК, сопровождаемые фотодимеризацией, фотогидратацией, сшивками с белками и даже разрывами ее цепей. При длине волны короче 240 нм денатурируется белок, при этом подавляется активность ферментов, процессы световой и темновой реактивации (способности клеток исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК).

Благодаря высокой интенсивности излучения ксеноновых ламп многократно усиливается роль цеп-


* Тимин - 5-метилурацил, природное органическое соединение, содержится во всех организмах в составе ДНК (прим. ред.).

стр. 14

Активность импульсного УФ-излучения по отношению к грибковой микрофлоре.

ных реакций фотодеструкции с участием радикальных частиц. А при уровнях радиационных потоков от 1 до 5 кВт/см запускаются фототермические процессы разрушения клеток. В интервалах длительностью в десятки микросекунд скачки температуры могут достигать сотен градусов, что усиливает эффективность обеззараживания объектов, находящихся вблизи от источника света. Меняя частоту его работы, можно дозировать поток поступающей на объект УФ-энергии, регулировать температурный режим дезинфекции.

Новая технология полностью отвечает критериям экологической чистоты и безопасности - она не требует дезинфицирующих препаратов, не имеет отрицательных побочных эффектов (не нарабатываются озон и окислы азота, отсутствует ионизирующая компонента электромагнитного излучения). Используемые лампы не содержат ртути и других токсичных химических веществ.

Сравнительные эксперименты показали: импульсное УФ-излучение ксеноновых ламп эффективнее действует на устойчивые формы микроорганизмов (бактерии, споры грибов), чем непрерывное излучение ртутных. В частности, пороговые поверхностные энергетические дозы (бактерицидный поток на 1 см облучаемой поверхности) импульсного УФ-излучения в 7 - 10 раз ниже соответствующих доз непрерывного излучения ртутных ламп. При этом предельные значения эффективности обеззараживания поверхностей и воздуха импульсной лампой на один-два порядка выше получаемых при работе ртутной даже более 1 ч.

Для объективной оценки предложенного нами метода стерилизации на базе профильных институтов РАН, РАМН, Роспотребнадзора, Федерального медико-биологического агентства РФ были проведены исследования биоцидной активности импульсного УФ-излучения. В результате сформирована база данных пороговых доз для более чем 100 видов микроорганизмов, среди которых 43 изолированы из среды обитания орбитальных космических станций и свыше 20 высокорезистентных (госпитальных штаммов) видов выделены из больничных помещений. Для всех видов микрофлоры доказаны значения эффективности обеззараживания от 99,9% до 100%.

Новый метод стерилизации уже реализован на практике: научно-производственным предприятием "Мелитта" (Москва) разработан и освоен с 2009 г. выпуск переносных, передвижных и стационарных импульсных УФ-установок серии "Альфа" для экспресс-обеззараживания помещений в лечебно-профилактических учреждениях. С их помощью можно оперативно проводить дезинфекцию в перерывах между операциями, не снижая потока больных, и поддерживать минимальный микробный фон на протяжении всего рабочего дня. Например, для стерилизации 100 м3 воздуха с эффективностью 99% "Альфе-1" требуется всего 3,5 мин.

Высокая фунгицидная активность этих аппаратов позволяет производить не только дезинфекцию воздуха, зараженного спорами бактерий и плесневых грибов, но и проводить оперативную деконтаминацию открытых поверхностей. Эффективны они и против возбудителей туберкулеза. Так, при воздействии на каждый из 10 лекарственно устойчивых штаммов, выделенных от больных с различными формами этого инфекционного заболевания, отмечена 100%-ная гибель облученных культур.

Важно и наличие в установках дистанционного управления - оно обеспечивает более высокий уровень биологической безопасности персонала при чрезвычайных ситуациях, связанных с высоким содержанием патогенных и условно-патогенных микроорганизмов в помещениях.

стр. 15

Передвижные аппараты "Альфа-01", переносные "Апьфа-05" и стационарные "Альфа-02" для экспресс-обеззараживания помещений.

Установки серии "Альфа" уже эксплуатируются в 39 регионах России, а также в США, Израиле и ЮАР. Более 500 передвижных и переносных аппаратов используются в клиниках, родильных домах и других лечебно-профилактических учреждениях Минздравсоцразвития РФ, что значительно понизило уровень внутрибольничных инфекций. Например, проведенный еще в 2007 - 2008 гг. мониторинг лечебных учреждений Алтайского края, имеющих импульсные УФ-установки, показал снижение гнойно-септических инфекций среди новорожденных и рожениц на 25 - 27%. Учитывая то обстоятельство, что примерно 10% из числа умирающих в стационарах погибают не от основной болезни, а от гнойно-септических осложнений, очевидно: спасение жизни каждого четвертого пациента в этой зоне риска является важным вкладом в практическое здравоохранение.

И в заключение пример из космической области. Использование импульсного УФ-оборудования при стерилизации помещений на космодроме Байконур существенно снизило вероятность передачи возбудителей инфекционных заболеваний аэрогенным путем во время общения космонавтов с аккредитованными представителями средств массовой информации, членами Государственной комиссии и сотрудниками Центра подготовки космонавтов, а обработка на установках "Альфа" личных вещей членов экипажей и грузов перед их отправкой на МКС повысила эффективность санитарно-гигиенического и противоэпидемического обеспечения полетов.

За разработку и внедрение импульсных плазменно-оптических технологий и установок в космическую медицину и практическое здравоохранение удостоены премии Правительства РФ в области науки и техники за 2010 г. директор Института медико-биологических проблем РАН Игорь Ушаков (руководитель работы), сотрудники того же института Наталия Новикова и Николай Поликарпов, ученые МГТУ им. Н. Э. Баумана Александр Камруков и Сергей Шашковский, директор НПП "Мелитта" Яков Гольдштейн, директор НИИ дезинфектологии Михаил Шандала и сотрудник того же учреждения Виктор Юзбашев, заместитель руководителя Федерального медико-биологического агентства Вячеслав Рогожников.


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/СТЕРИЛИЗУЮЩИЙ-СВЕТ

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Валентин ПротопоповContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/CashBack

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

СТЕРИЛИЗУЮЩИЙ СВЕТ // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 12.08.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/СТЕРИЛИЗУЮЩИЙ-СВЕТ (date of access: 01.12.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
1187 views rating
12.08.2014 (2667 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
А вообще весь этот кейс с комиками во власти заставил понять, что киношный сценарий разительно отличается от реальной большой политики, где побеждает трезвый, незамутненный запрещенными веществами ум, холодный расчет и опыт – как обязательные составляющие личности, дерзающей определять путь миллионов человек.
Catalog: Разное 
18 hours ago · From Naina Kravetz
Когда менять резину на зимнюю в 2021 году?
Yesterday · From Україна Онлайн
Запрещает ли PayPal азартные игры?
Catalog: Экономика 
2 days ago · From Україна Онлайн
IN THE INTERESTS OF ENERGY STABILITY
7 days ago · From Україна Онлайн
Аварии на топливе Westinghouse случались и ранее, начиная с 1979 года, когда произошла крупнейшая в истории США авария на АЭС Три-Майл-Айленд, в результате которой зафиксировано расплавление 50% активной зоны реактора. Далее Westinghouse делала попытки торговать с Чехией, однако опасные эксперименты по замене оригинального топлива окончились досрочной его выгрузкой из 1-го энергоблока АЭС Темелин в январе 2007 года, по причине его сильной деформации. Вышедшие из строя вэстингхаусовские тепловыводящие сборки на 3-м энергоблоке Южно-Украинской АЭС были в экстренном порядке заменены на стандартные ТВЭЛовские.
Catalog: Экология 
8 days ago · From Naina Kravetz
HISTORY OF ROADS AND GROUND TRANSPORT ACCORDING TO ARCHEOLOGICAL DATA
Catalog: История 
10 days ago · From Україна Онлайн
BASIC UNIT FOR THE AMERICAN ACCELERATOR
10 days ago · From Україна Онлайн
TRANSITION TO CONTROLLED EVOLUTION OF THE BIOSPHERE
Catalog: Биология 
10 days ago · From Україна Онлайн
DEVONIAN PALEOSOILS OF THE ANDOMA MOUNTAIN
10 days ago · From Україна Онлайн
Безопасно ли брать кредит в Интернете?
Catalog: Экономика 
11 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
СТЕРИЛИЗУЮЩИЙ СВЕТ
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones