Что такое бактерицидная эффективность

Исследование бактерицидной эффективности обеззараживания воздуха и открытых поверхностей импульсным ультрафиолетовым излучением сплошного спектра

1 – ООО «НПП «Мелитта»

2 – ФБУН «НИИДезинфектологии»

Аннотация: Представлены результаты экспериментальных исследований бактерицидной эффективности обеззараживания воздуха и открытых поверхностей импульсным УФ излучением сплошного спектра в отношении тест-микроорганизма золотистого стафилококка. Определены бактерицидные дозы для обеззараживания объектов с эффективностью от 90% до 99,99%. Показано слабое влияние материала поверхностей (пластик, металл и кафель) и органических загрязнителей на эффективность обеззараживания.

Ключевые слова: ультрафиолетовое излучение, эффективность обеззараживания, бактерицидная доза, импульс, сплошной спектр.

Введение

Рост числа заболеваний, вызванных инфекциями, связанными с оказанием медицинской помощи (ИСМП), заставляет медицинскую общественность уделять пристальное внимание мерам по контролю за их возникновением, распространением и ликвидацией в медицинских организациях. Согласно данным американского центра по контролю и предотвращению распространения заболеваний (CDC), опубликованным в 2014 году и известным как «Исследование распространенности HAI», сообщалось, что в 2011 году в 183 отобранных госпиталей США, оказывающих скорую неотложную помощь, было зарегистрировано 722 000 случаев HAI (Health Care–Associated Infections). Кроме того, около 75 000 пациентов с HAI умерли во время госпитализации (1).

Одной из основных причин этого является недостаточная эффективность традиционных методов дезинфекции, которые, как правило, являются трудоемкими, низкоэкологичными и значительно зависят от негативного влияния «человеческого фактора». По данным [2] только 50% поверхностей обрабатываются согласно существующим требованиям и нормам.

Определение конкретных величин бактерицидных доз для импульсного УФ излучения широкого спектра для разных видов микроорганизмов позволит: а) обоснованно разрабатывать режимы облучения для импульсных УФ установок различных моделей и производителей, б) обеспечивать заданную эффективность обеззараживания помещений, в) минимизировать время обработки помещения, а в итоге – организовывать и проводить дезинфекционные мероприятия на основе принципов доказательной медицины.

Работа посвящена определению бактерицидных доз импульсного УФ излучения сплошного спектра, обеспечивающих эффективность от 90% до 99,99% и выше обеззараживания открытых поверхностей и воздуха, контаминированных бактериями S.Aureus.

Материалы и методы

Исследование эффективности обеззараживания воздуха и открытых поверхностей проводили по методикам, изложенной в Руководстве Р 4.2.2643-10 «Методы лабораторных исследований и испытаний дезинфекционных средств для оценки их эффективности и безопасности» на экспериментальной базе НИИ Дезинфектологии Роспотребнадзора.

В качестве тест-микроорганизма был использован музейный штамм золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus, шт. 906) из коллекции НИИ Дезинфектологии Роспотребнадзора, которым искусственно контаминировали воздух помещения и тест-поверхности.

При исследовании эффективности обеззараживания поверхностей тест-микроорганизм наносился на следующие типы материала: пластик (чашки Петри однократного применения диаметром 85 мм), металл (металлические пластины размером 50х50 мм, изготовленные из нержавеющей стали), кафель (пластины размером 50х50 мм, изготовленные из кафельной плитки).

Влияние на эффективность обеззараживания органических загрязнений на облучаемых поверхностях исследовалось путем дополнительного нанесения на предварительно контаминированной пластиковую поверхность 40% инактивированной сыворотки, имитирующей ее загрязнение.

Все исследуемые тест-объекты облучались импульсным УФ излучением с расстояния 2 метра. Установка располагалась таким образом, чтобы исключить влияние отражающей поверхности на величину бактерицидного потока на облучаемой поверхности (Рисунок 1).

Рисунок 1. Схема обеззараживания тест-поверхностей, контаминированных S.Aureus, импульсной установкой «Альфа-05»

Результаты учитывали после инкубации при температуре 37±1°С в течение 24-48 ч.

В качестве источника импульсного УФ излучения сплошного спектра использовалась серийно выпускаемая «Установка импульсная ультрафиолетовая с дистанционным пультом управления и автоматической установкой времени работы для обеззараживания воздуха помещений 1-5-ой категорий объемом до 75 м3 в отсутствие людей «Альфа-05» (далее «Альфа-05»), предназначенная для обеззараживания воздуха в помещениях различного назначения в профилактических целях, а также при чрезвычайных ситуациях эпидемического характера. Установка «Альфа-05» генерировала световые вспышки с частотой 3,3 Гц. Средняя электрическая мощность импульсной ксеноновой лампы составляла 200 Вт.

Для измерения радиационных характеристик установка располагалась на расстоянии 2,5 метра от приемников излучения таким образом, что угол падения излучения на фоточувствительную площадку составлял 90°. Излучательные характеристики ксеноновой лампы регистрировались с помощью калиброванного фотоэлектрического приемника излучения UV Sensor “TOCON-probe” и спектрометра AvaSpec-ULS2048-USB2. Датчик UV Sensor “TOCON-probe” состоит из ультрафиолетового фотодиода со светофильтрами, чувствительного в бактерицидной области спектра 230 – 280 нм и, обладающим временным разрешением 10 – 20 нс, а также встроенного усилителя с интегрирующей RC-цепочкой. Постоянная интегрирования соответствовала требованиям превышения над длительностью импульса и составляла ≈ 30 мс. Энергия излучения вычислялась путем интегрирования сигнала, регистрируемого спектрометром, с учетом относительной спектральной и абсолютной вольтовой чувствительностей фотоприемника UV Sensor “TOCON-probe”. Полученное спектрально-энергетическое распределение установки «Альфа-05» приведено на рисунке 2.

Энергия излучения в бактерицидном диапазоне 200-300 нм в одном импульсе составила 2,5 Дж.

Рисунок 2. Спектр излучения импульсной ксеноновой лампы установки «Альфа-05»

Результаты исследований

Результаты исследования эффективности обеззараживания воздуха, контаминированного S.Aureus, импульсной УФ установкой «Альфа-05» приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Эффективность обеззараживания воздуха, контаминированного S.Aureus, импульсной УФ установкой «Альфа-05»

Пересчет полученных данных с учетом распределения интенсивности излучения в пространстве [13] и численное интегрирование эффективности обеззараживания по объему по формуле Симпсона дает эквивалентные поверхностные дозы в бактерицидном диапазоне D90 ≈ 6,5 Дж/м 2 для экспозиции 1 мин 31 сек и D₉₀ ≈ 7,4 Дж/м 2 – для 3 мин 3 сек.

Исследования эффективности обеззараживания пластмассовых тест-объектов импульсным УФ излучением сплошного спектра проводились с использованием чашек Петри однократного применения в двух сериях (Рисунок 3).

Рисунок 3. Эффективность обеззараживания пластиковых тест-объектов при различных экспозициях их облучения импульсным УФ излучением ксеноновой лампы установки «Альфа-05»

На рисунке 4 представлены результаты исследования влияния материала поверхности и наличия органических загрязнений на эффективность обеззараживания.

В результате исследований получено, что при облучении тест-объектов с экспозицией 2 минуты на всех рассмотренных типах поверхностях достигается эффективность обеззараживания не менее 99,99%, установленная в качестве критерия эффективности для дезинфицирующих средств. Наибольшая эффективность показана на пластиковых и кафельных тест-образцах, наименьшая – на металлических. Наличие биологического загрязнения на пластиковой поверхности не оказывает существенного влияния на достигаемую эффективность. Разница в эффективности обеззараживания пластиковых поверхностей в присутствии органической нагрузки и без нее не превышает 10% при всех экспозициях (2-8 мин).

Рисунок 4. Влияние типа материала поверхности и органической нагрузки на эффективность обеззараживания импульсной установкой «Альфа-05»

Обсуждение результатов

Экспериментальные микробиологические исследования показали высокую бактерицидную эффективность импульсной УФ установки «Альфа-05» в отношении санитарно-показательного микроорганизма S.Aureus, как при обеззараживании воздуха, так и при дезинфекции открытых поверхностей, изготовленных из различных материалов, с биологическим загрязнением и без.

Эффективность 99,99% при обеззараживании всех видов рассматриваемых поверхностей (пластик, кафель, металл) достигается за 2 минуты облучения с расстояния 2-х метров. Биологическое загрязнение пластиковой поверхности снижает эффективность обеззараживания не более, чем на 0,5 lg, оставляя само значение выше 99,99%, что соответствует критериям эффективности обеззараживания поверхности в соответствии с Руководством Р 4.2.2643-10.

Слабое влияние органической нагрузки на облучаемых тест-объектах на эффективность обеззараживания связано, по-видимому, с характером воздействия на тест-объекты – облучение высокоинтенсивными потоками УФ излучения сплошного спектра.

Полученные результаты демонстрируют возможность эффективного обеззараживания помещений различного назначения. Режим работы импульсной УФ установки не потребует корректировки времени облучения помещений, стены и предметы которых выполнены из различных материалов, а отсутствие существенного влияния на эффективность обеззараживания при наличии органических загрязнений значительно повышает качество обработки.

Определена производительность установки при эффективности обеззараживания 99,9%, которая составляет 500 м 3 /час с учетом 30% запаса на влияние различных факторов.

Полученные пороговые дозы D₉₀ для всех исследованных видов поверхностей и биологическим загрязнением не превышают значения 6,4 Дж/м2, что коррелируется со значениями, полученными при исследовании эффективности обеззараживания воздуха. Значения экспериментальных доз позволяет грамотно разработать режимы и регламент обработки помещений, обеспечивающих высокие эффективности обеззараживания. Сравнение бактерицидных доз импульсного УФ излучения (6,4 Дж/м 2 ) с аналогичными дозами для ртутных ламп низкого давления (30 – 50 Дж/м 2 ) [13, 14] подтверждает различие в механизмах действия УФ излучения на различные жизненно важные структуры клетки, что необходимо учитывать при эксплуатации УФ устройств с высокоинтенсивными источниками УФ излучения сплошного спектра в медицинских организациях.

Список литературы

Источник

Правда ли, что бактерицидная лампа должна быть в каждом доме?

Бактерицидные ультрафиолетовые лампы необходимы в операционных и могут быть полезны в больничных палатах.

Но в доме, где живет обычная семья, бактерицидные лампы вряд ли предотвратят заражение инфекцией.

Сходите к врачу

Наши статьи написаны с любовью к доказательной медицине. Мы ссылаемся на авторитетные источники и ходим за комментариями к докторам с хорошей репутацией. Но помните: ответственность за ваше здоровье лежит на вас и на лечащем враче. Мы не выписываем рецептов, мы даем рекомендации. Полагаться на нашу точку зрения или нет — решать вам.

Что такое бактерицидная лампа и для чего она нужна

Бактерицидная лампа — устройство для инактивации вирусов и уничтожения бактерий и плесени. Работает такая лампа благодаря ультрафиолетовому излучению.

Однако не все ультрафиолетовые лампы, которые есть в продаже, подходят для дезинфекции помещений. Чтобы понять, чем ультрафиолетовые лампы отличаются друг от друга, давайте сначала разберемся, почему некоторые виды света вообще способны уничтожать микробов.

Как сделать ремонт и не сойти с ума

Как ультрафиолет влияет на живые организмы

Источники света, например солнце, огонь и лампы накаливания, испускают частицы под названием фотоны, которые несут разное количество энергии. От того, сколько энергии было у фотонов, зависит, как они себя поведут, столкнувшись с живым существом — все равно, с микробом или с человеком.

Потоки фотонов, энергии которых хватает, чтобы активировать светочувствительные белки в наших глазах, мы называем видимым светом. Столкнувшись с кожей, часть этих фотонов отражается от нее, а часть поглощается. Поглощенные фотоны передают чуть-чуть энергии сложным молекулам, из которых состоят клетки кожи. Но этой энергии слишком мало, чтобы изменить строение молекул, поэтому видимый свет ни коже, ни глазам, ни другим частям тела никак не вредит.

Потоки фотонов, у которых больше энергии, чем у видимого света, не активируют светочувствительные белки в глазах, поэтому мы их не видим. При этом фотоны с большим запасом энергии глубже проникают в кожу, чем фотоны из видимого света, и передают много энергии молекулам, из которых она состоит.

Как свет, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение взаимодействуют с кожей и глазами? — заключение Научного комитета по возникающим и недавно выявленным рискам для здоровья

К невидимым лучам с большим запасом энергии относится ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-излучение — проще говоря, радиация. Из всего набора невидимых лучей меньше всего энергии у ультрафиолетового излучения. Бактерицидные лампы, которые есть в свободной продаже, могут производить только ультрафиолет.

Часть энергии ультрафиолета активирует белки, отвечающие за образование витамина D. Но если человек получил слишком высокую дозу ультрафиолетового излучения, это превращается в проблему.

Дело в том, что молекулы ДНК — материала, из которого состоят гены, — очень легко поглощают ультрафиолетовые лучи. Энергия, которой фотоны делятся с ДНК, запускает фотохимические реакции, разрушающие эти молекулы. Поэтому если человек много времени проводит на солнце без солнцезащитного крема, строение ДНК в клетках его кожи нарушается. Со временем из-за этого может развиться меланома, или рак кожи.

Большие дозы ультрафиолетового излучения вызывают рак кожи — бюллетень британской благотворительной организации «Раковые исследования»

На генетический материал болезнетворных вирусов и микробов ультрафиолет воздействует примерно как на людей, только гораздо сильнее. Ведь представителей нашего вида защищает толстая кожа, а у вирусов и бактерий есть только тонкие оболочки или клеточные стенки.

При этом вирусы не живые, поэтому не так чувствительны к ультрафиолету, как бактерии. Для разрушения генетического материала вирусов требуется больше времени и ультрафиолетовой энергии, чем для убийства бактерий и грибов.

Как сделать ремонт и не сойти с ума

Почему не все ультрафиолетовые лампы обладают бактерицидными свойствами

Обычные лампочки убирают из излучаемого спектра ультрафиолетовые волны. Это нужно, чтобы люди, включающие свет дома и на работе, не заболевали раком кожи.

В отличие от бытовых лампочек, ультрафиолетовые лампы нужны именно для того, чтобы генерировать как можно больше ультрафиолетовых лучей. Чтобы понять, какие ультрафиолетовые лампы могут дезинфицировать помещение, а какие нет, нужно разобраться с их главной характеристикой — длиной волны.

Эффективность ламп, излучающих бактерицидный ультрафиолет, в борьбе с инфекциями — отчет комитета Светового инженерного обществаPDF, 684 КБ

Все лампы, и обычные, и бактерицидные, излучают потоки фотонов, распространяющихся в воздухе как волны. Длину таких волн принято измерять в нанометрах, или нм, — это одна миллиардная часть метра.

У УФ-излучения, которое лежит за пределами видимого света, тоже есть своя радуга, то есть оно состоит из волн покороче и подлиннее. Чем короче волна УФ-излучения, тем больше энергии она несет. Именно поэтому лампы, излучающие ультрафиолет с разной длиной волны, обладают разными свойствами.

На практике люди используют три типа ультрафиолетовых ламп.

Коротковолновые излучатели. Генерируют ультрафиолетовые волны УФ-С с длиной волны 100—280 нм. Это наиболее фотохимически активные ультрафиолетовые лучи, которые быстрее всего разрушают генетический материал, лишая заразности вирусные частицы и убивая бактерии. На этом свойстве УФ-С-лучей основан принцип действия всех медицинских и бытовых бактерицидных ламп.

УФ-С с длиной волны 100—280 нм почти полностью поглощаются эпидермисом — поверхностным слоем мертвых клеток, так что в глубокие слои кожи эти лучи почти не проникают. Однако если каждый день находиться под такой лампой больше восьми часов, ультрафиолет все равно может повредить генетический материал клеток и спровоцировать рак.

Лампы с УФ- В-лучами можно использовать и в медицинских целях. Лечебные ультрафиолетовые лампы применяют для борьбы с кожными клетками, пораженными псориазом, красной волчанкой, атопическим дерматитом, витилиго и грибком. Но если провести под УФ-В-лучами слишком много времени, начнут разрушаться в том числе и здоровые клетки кожи. Поэтому лечебные УФ-В-лампы используют только в больницах, под строгим контролем врача. Бытовых УФ-В-излучателей не бывает.

В медицине эти лампы тоже не применяют. Польза УФ-А-ламп в том, что они позволяют обнаруживать люминофоры — вещества, способные преобразовывать ультрафиолетовое излучение в обычный, видимый невооруженным глазом свет. Люминофоры есть в моче домашних животных, эмали человеческих зубов, краске, которой помечают подлинные банкноты, и в частицах отбеливателя, остающихся на одежде после стирки. Поэтому такие лампы применяют для поиска пятен мочи, проверки подлинности банкнот и для освещения в ночных клубах.

А еще УФ-А-лампы полимеризуют, то есть делают твердыми некоторые виды лаков и красок, поэтому их применяют для сушки ногтей и для изготовления поделок.

Как работают бактерицидные лампы

Смертоносная для вирусов и микробов длина волны — 265—270 нм. А поскольку длина волны 253,7 нм близка к этим показателям, бытовые и медицинские бактерицидные лампы с такой характеристикой встречаются чаще всего.

Самая популярная конструкция бактерицидных ламп — ртутные лампы низкого давления. По внешнему виду и принципу работы они очень похожи на обычные люминесцентные лампы, которые можно встретить в коридорах офисов и больниц.

Доказана ли эффективность бактерицидных ламп

Способность бактерицидных ламп уничтожать патогены сильно зависит от типа лампы, способа установки и времени воздействия на вирусы и микробы. Поэтому оценивать их нужно по отдельности, с учетом конструкции и цели, с которой их применяют.

Эффективность ламп, излучающих бактерицидный ультрафиолет, в борьбе с инфекциями — отчет комитета Светового инженерного обществаPDF, 684 КБ

Все бактерицидные лампы можно разделить на два больших типа: открытые и закрытые.

Открытый облучатель — ртутная лампа, испускающая ультрафиолетовый свет. Такая лампа способна обеззараживать и поверхности, которых достигают ультрафиолетовые лучи, и воздух в комнате. Чтобы УФ-С-лучи не причинили вреда коже и глазам, на время работы лампы нужно выходить из помещения.

Первая проблема — УФ-С-лучи не проходят сквозь пыль и не попадают в щели. УФ-С-лучи неглубоко проникают не только в человеческую кожу, но и в любые другие поверхности. Если бактерии, вирусы и грибки находятся даже под тончайшим слоем пыли или в глубине мелких трещин на поверхности деревянных столов или посуды, бактерицидные лампы с ними не справятся.

Лучше всего УФ-С-лампы убивают микробы, попавшие на идеально чистые и ровные поверхности — например, на металлический стол, поднос или на хирургические инструменты. Но если речь идет не об операционной, а об обычной квартире, в которой убираются один-два раза в неделю, то пыль там будет почти наверняка. Это сразу резко снижает пользу от ультрафиолетовой обработки.

А еще это означает, что небольшие стерилизаторы, предназначенные для мобильных телефонов, тоже будут малоэффективны. Телефон мы держим в руках каждый день, поэтому на нем всегда есть слой пыли и грязи.

Чтобы стерилизатор справился с микробами, телефон придется сначала протереть жидкостью для очистки техники на спиртовой основе или санитайзером. Но санитайзер на основе 60—70-процентного этилового спирта и без того убивает все бактерии и вирусы, кроме вируса гепатита А и полиомиелита. Зачем использовать еще и стерилизатор — непонятно.

Вторая проблема — УФ-С-лучи не работают в тени. Ультрафиолет может расправиться с микробами, только если попадет на них. Даже если закрепить лампу на потолке, в комнате всегда останутся затененные углы, в которые ультрафиолет не дотянется. Кроме того, УФ-С-лучи не проникают за шкафы и под кровати, так что в борьбе с микробами полагаться только на них нельзя.

Именно поэтому персонал больниц не рассчитывает на открытые ультрафиолетовые лампы как на эффективный способ борьбы с вирусами и микробами на стенах и предметах. Ультрафиолет используют только как дополнительный способ дезинфекции вкупе с уборкой с антисептиками.

Руководство по применению бактерицидного ультрафиолетового облучения для дезинфекции воздуха — бюллетень Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздухаPDF, 1,02 МБ

Самая важная роль, которую облучатели открытого типа играют в больницах и офисах, — дезинфекция воздуха. С этой целью бактерицидные лампы устанавливают на потолок и помещают в вытяжки и воздуховоды, через которые в комнату поступает свежий воздух. Такую систему очистки воздуха называют комбинированной.

Но если ограничиться только настольным или потолочным облучателем и включать его на полчаса в день, пользы от обработки помещения будет мало. При той скорости, с которой воздух перемешивается в обычной городской квартире, для эффективной дезинфекции, скорее всего, не хватит не только получаса, но и целого дня. Это значит, что домашняя бактерицидная лампа открытого типа бесполезна. А если она еще и стоит на столе, от нее может быть вред. Если в комнату войдет человек, который не знает про лампу, она может вызвать ожог глаз.

Закрытый облучатель, или рециркулятор, — лампа, изолированная специальным чехлом, не пропускающим ультрафиолет в комнату. Внутри чехла стоит вентилятор, засасывающий внутрь лампы воздух. Поскольку ультрафиолет не покидает пределы лампы, закрытый облучатель обеззараживает только воздух. Зато пока он работает, в комнате могут находиться люди и домашние животные.

Бытовые облучатели закрытого типа гораздо меньше по размеру, чем больничные, и вентилятор в них более слабый. Значит, воздух они обеззараживают еще медленнее. Рассчитывать, что они окажутся эффективнее больничных облучателей, не приходится.

Чем опасны бактерицидные лампы с озоном

Многие компании-производители хорошо осознают, что их облучатели недостаточно эффективны. Поэтому некоторые из них рекламируют излучатели двойного действия, то есть устройства, которые производят и ультрафиолет, и озон. Но на самом деле способность производить озон скорее недостаток, чем преимущество.

Когда электрический ток проходит через насыщенный парами ртути аргон, в трубке возникает в основном ультрафиолетовое излучение с длиной волны 254 нм. При этом появляется некоторое количество излучения с длиной волны 185 нм.

Коротковолновое излучение реагирует с кислородом из воздуха, поэтому образуется озон, газ, состоящий из трех атомов кислорода. Его присутствие в воздухе легко обнаружить по характерному запаху, возникающему сразу после грозы.

Что такое озон — бюллетень Агентства США по охране окружающей среды

Озон очень легко реагирует с молекулами, из которых состоят бактерии и вирусы, поэтому теоретически способен обеззараживать воздух. Но работает он только при очень высоких концентрациях.

Безопасное и эффективное использование озона в качестве дезинфицирующего средства для воздуха и поверхностей — журнал «Газы»PDF, 443 КБ

Это значит, что озон в составе излучателя не только бесполезен, но и вреден для здоровья. Во время работы озонового излучателя в комнате находиться нельзя — причем все равно, какого типа этот излучатель, открытого или закрытого. А после того как он отработает, помещение придется проветривать.

Нужна ли бактерицидная лампа дома

У домашних бактерицидных ламп открытого типа есть три серьезных недостатка, которые заметно перевешивают их потенциальные достоинства:

В пустом и покрытом кафелем помещении медицинского кабинета открытый облучатель — полезная вещь. Дома — не очень.

При этом бактерицидные лампы закрытого типа, если они не выделяют озон, безопасны для здоровья. Некоторые организации, например комитет Светового инженерного общества, советуют приобрести такой излучатель как минимум на время пандемии коронавирусной болезни. Хотя вероятность, что они предотвратят заражение, мала, такие облучатели все-таки способны уничтожить как минимум некоторое количество вирусов и бактерий.

Источник