Химична дезинфекция

Химичните вещества се употребяват широко в медицината и комуналната хигиена с цел ограничаване разпространението на микроорганизмите върху различни повърхности, предмети и кожата. Техният ефект бива микробостатичен (бактериостатичен), когато се задържа размножаването на микробите, или микробициден - водещ до загиване на третираните микроорганизми.

Методът, използващ химичните вещества за унищожаване на болестотворните микроби, се нарича химична дезинфекция, а употребяваните химикали - дезинфектанти. Разликата между дезинфектантите и противомикробните лекарствени средства е в липсата на избирателна токсичност при първите, които често увреждат микробните клетки и тези на човека и животните. Някои от дезинфекциращите препарати са с ниска токсичност за тъканите на човека и се прилагат успешно върху кожата и лигавиците. Наричат се антисептици и се използват за превенция и лечение на локални инфекции. Във фармацевтичната, козметичната и хранителната индустрия се използват широко антимикробни съединения, носещи названието консерванти, които служат за спиране развитието микробите в съответните продукти. Една част от дезинфектантите убиват всички форми на микроорганизмите (вкл. и спорообразуващите) и могат да се използват за химична стерилизация.

Основните ефекти на химичните дезинфектанти върху микробните агенти биват:

• увреждане функциите на цитоплазмената мембрана и клетъчната стена;
• денатурация (нарушаване структурата) на бактериалните протеини;
• увреда на ДНК молекулата;
• промяна на функционални групи в ензими;
• конкурентно инхибиране на различни етапи в бактериалния метаболизъм.

Химична дезинфекция - увреждане структурата и функциите на клетъчната обвивка

Веществата, атакуващи фосфолипидните мембрани на клетките са липидните разтворители и детергентите. Те нарушават мембранната пропускливост, което води до изтичане на цитоплазмено съдържимо, увреда на активния транспорт и енергийния метаболизъм, и в крайна сметка до загиване микробните клетки.

Към тази група съединения се отнасят:

• детергенти или повърхностно активни вещества (ПАВ);
• алкохоли;
• фенолни деривати;
• бигуаниди.

1. Детергентите представляват съединения, които се концентрират в интерфазата между богатите на липиди мембрани и заобикалящата ги водна среда. Подобно на мембранните фосфолипиди, те притежават хидрофобни (мастно разтворими) и хидрофилни (водно разтворими) групи, чрез които могат да взаимодействат със съответните структури на клетъчната обвивка и да нарушава нейния интегритет.

Като дезинфектанти се използват катионните и анионните детергенти. Пример за катионни детергенти са четвъртичните амонеиви соли (бензалкониев хлорид, алкилметил двуамониев хлорид, дидецил диметил амониев бромид, диоктил диметил амониев бромид, хексагуат, цетримид и др.). Действието им на ПАВ се дължи на положително заредената хидрофилна амониева група, която реагира с фосфатните групи на бактериалните мембранни фосфолипиди, а неполярната им хидрофобна област пенетрира клетъчната обвива. Токсичният агент може да проникне в цитозола и да доведе до денатурация на клетъчни протеини. Четвъртичните амонеиви соли са активни срещу Грам-положителни бактерии, но активността им към Грам-отрицателните видове е по-слабо изразена. Използват се за дезинфекция в болнична обстановка и обикновено се комбинират с други дезинфектанти (алкохоли, алдехиди) с цел разширяване на спектъра им на действие. Така например 5% цетримид, смесен с 0,5% хлорхексидин, се използва като средство за почистване на рани. Активността на тези съединения се намалява от белтък съдържащи материи (кръв, мляко, фецес), биват инактивирани от сапуни и аниони субстанции.

Към анионите детергенти се отнасят дълговерижните въглеводороди с отрицателен заряд като сапуните (натриева сол дълговерижна мастна киселина), мастни и жлъчни киселини. Те притежават предимно измиващо действие - емулгират мазнините от кожата и обработваната повърхност, които заедно с микроорганизмите биват отмивани механично с вода. Най-висока активност проявяват при ниско pH и Грам-положителни бактерии, но нямата ефект срещу Грам-отрицателни представители поради наличието на външна мембрана в клетъчната им обвивка.

2. Алкохолите представляват органични разтворители на мастните киселини, който проникват в хидрофобната част на мембранните фосфолипиди. Във вътрешността на клетките те денатурират структурни и функционални протеини, сред които са и ензимите, като нарушават редица клетъчни процеси. Късоверижните етилов и изопропилов алкохоли имат най-изразен ефект върху клетъчните мембрани и разтварят мазнините по кожата, с което спомагат за механичното й почистване. Прилагат се най-често водни разтвори на алкохолите като 70% етанол за дезинфекция на кожа, повърхности и инструментариум.

Етиловият алкохол действа бактерицидно на вегетативните форми на бактериите, вкл. M. tuberculosis, проявява мощен вируциден ефект, инактивиращ всички липофилни вируси (напр. херпесни и грипни вируси) и множество хидрофилни вируси (напр. аденовируси, ентеровируси, риновируси и ротавируси, с изключение на хепатит А вируса или полиовирусите). Това вещество може да инактивира човешкия имунодефицитен вирус (HIV), а също така еховируси и астровируси. Недостатък на етанола и другите алкохоли е липсата на активност срещу спорите на спорообразуващите бактериални видове. Изопропиловият алкохол е с по-изразено бактерицидно действие, но с по-слаб ефект срещу вируси. 70% изопропанол се използва при предоперативна обработка на кожа или като консервант в козметични продукти. Доказана е способността на етиловия и изопропиловия алкохоли да инактивират хепатит B вируса (HBV). При тестове за ефекта на етилов алкохол срещу М. tuberculosis е установено, че 95% разтвор на етанол убива туберкулозните бактерии в храчки или водната суспензия за период от 15 секунди.

3. Фенолните деривати са вещества, използвани за химична дезинфекция, които се характеризират с изразен и бързо настъпващ бактерициден ефект. Ефективни са срещу повечето бактерии и гъбички, но вирицидният им ефект е ограничен. Те инактивират мембранно-свързани ензими - оксидази и дехидрогенази, в резултат на което се увеличава проницаемостта на клетъчната цитоплазмена мембрана с изтичане на клетъчно съдържимо.

Фенолът е най-старият известен дезинфектант, който е използван за пръв път от английския хирург Дж. Листер през 1867 г. под названието карболова киселина. Тази киселина е ефективен бактерицид, но корозира обработвани предмети и кожата, което ограничава използването ú. По настоящем се използват деривати на фенола като алкилираните, хлорните и дифенилираните феноли, които са със значително по-висока микробицидна активности и по-слабо токсични за хората. Те са слабо разтворими във вода, поради което се прибавят към сапуни, увеличаващи детергентното им действие.

Най-простият алкилфенол е съединението метил-фенол или крезол. Разтворът на крезола с калиев сапун (лизол) се употребява като дезинфектант в болнични заведения и клинични лаборатории. Други алкилфеноли са етилфенола и ксиленола, които имат по-изразен бактерициден ефект и са по-слабо корозивни. Хлороксиленолът е основната съставка в дезинфектанти, използвани в домакинствата и антисептик. Дифенилираните феноли с включени към молекулата им халогенни атоми, като хексахлорофена, са високо ефективни към Грам-положителни бактерии (стафилококи, стрептококи) и действат бактерицидно. В миналото са добавяни към сапуни и козметични продукти (напр. дезинфекционни сапуни и антиперспиранти), но понастоящем са забранен за подобна употреба поради предполагаеми невротоксични ефекти.

4. Бигуанидите са съединения, които са токсични за клетъчната мембрана и повлияват нейната пропускливост, а в по-високи концентрации коагулират и цитоплазмата. Ефективни са срещу Грам-положителни и Грам-отрицателни бактерии, но проявяват значително по слабо противовирусно действие. Основен представител на тази група антимикробни агенти е хлорхексидинът, който има висока активност срещу Грам-положителни патогени, но не повлиява бактериалните спори, микобактериите и P. aeroginosa. Последният бактерии често контаминира хлорхексидиновите разтвори, поради което той се комбинира с водно-спиртни разтвори. Употребяват се за дезинфекция на ръце, кожа и лигавици, а също и като антисептици в препрати за лечение на възпаления в областта на устна кухина и гърло. Инактивират се от сапуни и анионни детергенти.

Химична дезинфекция - вещества, преципитиращи клетъчните протеини

Към тази група дезинфектанти се отнасят химични вещества, които разрушават вторичната и третична структурата на клетъчните протеини и ензимите. Такава активност притежават:

• органични разтворители (алкохоли, хлороформ, ацетон);
• неорганични киселини (сярна, солна, азотна) и основи (натриева и калциева) - имат бактерициден ефект, дължащ се на освободените от тях H+ и ОН- йони;
• органични киселини ( млечна, оцетна, лимонена, салицилова, бензоена и др.) - някои от тях се използват в препарати за лечение на гъбични инфекции, а други (бензоена киселина) като консерванти във фармацевтичната индустрия.

Химична дезинфекция - вещества, атакуващи функционални групи на протеините и нуклеиновите киселини.

Химичните съединения от тази група разрушават или модифицират функционални групи на клетъчните ензими, структурни белтъци на клетъчната стена и цитоплазмената мембрана, и нуклеиновите кисели. С хидроксилни и фосфатни групи взаимодействат катионните детергенти (четвъртични амонеиви соли) и основни бои. Формалдехида, киселите бои и анионните детергенти реагират с амино групите, докато сулфхидрилните функционални групи се повлиявата от соли на тежки метали (живак), арсений, алкилиращи агенти, бронопол.

Към дезинфектантите, модифициращи функционалните групи на клетъчните белтъци и нуклеинови киселини се отнасят следните съединения:

• окислители (халогенни елементи и водороден пероксид);
• алкилиращи субстанции;
• бои;
• соли на метали.

1. Окисляващите вещества инактивират микробните ензими и аминокиселини, съдържащи сулфхидрилни групи, реагират и със съединения, съдържащи амино, индолни и фенолни груп. Окислители, които се използват като дезинфектанти са халогенните елементи хлор, йод и техни съединения, водородният пероксид, калиевия перманганат и озонът.

Халогенните елементи са с широк микробициден ефект като унищожават бактериалните спори. За целите на дезинфекцията се използват следните хлорни съединения, които освобождават свободен хлор:

• хипохлорити - най-широко използваните дезинфектанти на основата на елементарен хлор, които се предлагат под формата на течни (натриев хипохлорит) или твърди (калциев хипохлорит, хлорна вар) препарати;
• органични и неорганични хлорамини.

Прибавянето на елементарен хлор и хипохлоритите към вода води до образуване на хипохлориста киселина (HOCl), която при кисело и неутрално pH проявява силни окислителни свойства с изразен дезинфектиращ ефект. Хлорните препарати се използват като дезинфектанти на източници на питейна вода (хлорна вар), плувни басейни (натриев хипохлорит), болнични заведения, обществени сгради и заведения, санитарни възли, предмети и пособия използвани в промишлеността и пр. Наличието на органични материи върху обработваните повърхности и дезинфектираните водоизточници намаляват активността на хлора, което трябва предвиди при определянето на необходимата доза на хлорния препарат. Разтворите на хипохлоритите имат избелващ ефекти и корозивно действие, особено за кожата. Хлорамините са подобрени препарати на хлора, при които корозивният и избелващ ефект са премахната, и могат да се съхраняват в прахообразно състояние с години.

Йодът е друг халогенен елемент, който се използва поради изразената му бактерицидна активност. Съществува предимно като молекула от два атома - J₂, и се разтваря в алкохоли. Йодната тинктура представлява 2-5% разтвор на йод в 70% етилов алкохол и калиев или натриев йодид. Използва се като антисептик на кожата, но има иритативен ефекти и предизвиква болезненост в областта на обработваните рани. Тези странични ефекти се преодоляват с въвеждането на т.нар. йодофорни препарати, които представляват смеси на йод и повърхностно активни вещества. Най-широко използваният препарат, особено в хирургичната практика, е повидон-йод (Браунол), като за носител на йода се използва N-винилпиролидон (повидон).

Водородния пероксид (H₂0₂) е друг основен окислител, използван широко за химична дезинфекция. 3% разтвор, известен като кислородна вода, се използва като антисептик при обработка на кожни наранявания. Комбиниран със сапуни, водородният пероксид се прилага като дезинфектант на медицинска апаратура, стъклени съдове, използвани в лабораторни условия, на контактни лещи и др. Микробицидният му ефект се дължи на образуваните хидроксилни свободни радикали (*OH), които атакуват мембранни липиди, ДНК и други основни компоненти на клетките. Приложен върху тъканите, под действието на клетъчната каталазата от водородния прекис се освобождава атомен кислород с изразен микробициден ефект. Концентрациите на водороден прекис от 6% до 25% могат да се използват за химическа стерилизация.

Калиевият перманганат (KMnO₄) представлява кристално вещество, което се разтваря във вода. Неговите разтвори (0,01-0,5%) се използват за дезинфекция на вода и като кожен антисептик, с бактерицидна и фунгицидна активност. Озонът (O₃) е друг дезинфектант, който обеззаразява питейна вода и плувни басейни. Важен негов ефект е унищожаването на бактериалните спори.

2. Алкилиращите вещества - формалдехид, глутаралдехид, етилен оксид, се характеризират с широк спектър на противомикробно действие, като проявяват активност и срещу спорите, което позволява да се използват за газова стерилизация. Тези вещества алкилират необратимо клетъчните протеини, чрез директно заместване или свързване на -0H (хидроксилна), -C00H (карбоксилна), -SH (сулфхидрилни) и –NH₂ (амино-) групи (при формалдехида с хидроксиметилна група). Това причинява инактивиране на ензимните системи и микробния метаболизъм.

Формалдехидът се използва под формата на 3-8% разтвори и газ. Формалинът е 38% разтвор на формалдехид, а парафромалдехида е сухата му 100% форма. Разтворът му се използва за балсамиране на тъкан, парите му за дезинфекция на помещения и сгради, а в затворени съдове за стерилизация на медицински и стоматологичен инструментарим. Употребата му се осъществява с внимание, тъй като парите му са токсични и канцерогенни. Глутаралдехидът е по-нов препарат, които служи за студена стерилизация на медицинска апаратура и пособия. Той е с по-висока бактерицидна и спороцидна активност от формалдехида, по-малко токсичен е и не се инактивира от наличието на органични материи.

Етиленоксидът се използва в медицинската и фармацевтична промишленост за газова стерилизация на термолабилни материали, електроника, апарати, лекарства и пр. Подобно другите съединения от тази група, етиленоксидът има изразен бактерициден и спороциден ефект.

3. Редица бои, които са получени от каменни въглища (акридни и трифенилметани), не само оцветяват бактериите, но също така действат бактерицидно дори и при високи разреждания. Те имат афинитет към киселите фосфатни групи на нуклеиновите киселини и други клетъчни макромолекули. Анилиновите бои (брилянтгрюн, малахитово зелено и др.) са производни на трифенилметана и действат избирателно срещу Грам-положителни бактерии, което позволява употребата им при изготвяне на селективни хранителни среди. Наличието на органични материи (гной, плазма, кръв) намалява активността им като дезинфектанти

Акридиновите бои, наричани още флавини поради жълтия им цвят, се изоползват за химична дезинфекция. Те действат бактерицидно и бактериостатично срещу множество микроорганизми. С антисептичен ефект, използван за дезинфекция на кожата, се отличават риванола и акрилфлавина. Антибактериалната им активност се запазва и при наличие на органични материи върху обработваната повърхност. Акридиновите бои увреждат ДНК и потискат протеиновия синтез на прокариотните и еукариотните клетки.

4. Солите на металите арсен, живак и среброто са токсични поради свързването им с редица функционални груп на различни клетъчни протеини. Живачните соли понастоящем не се използват като дезинфектанти поради токсичния им ефект. В редки случаи органичните соли на живака се използват като консервант във ваксини, капки за очи, лабораторни разтвори.

Неорганичните сребърни соли имат изразен бактерициден ефект, но употребата им е ограничена поради иритативния и улцерогенен ефекти. 1% на сребърен нитрат (AgNo3) унищожава гонококите и се използва в медицинската практика за профилактика на бленореята при новородени. Колоидните сребърни препарати (смеси на белтъци със сребърни соли) намират по-широко приложение като антисептик в офталмологията и за лечение на инфекции в носна кухина. Друг често използван препарат, използван като антисептик за превенция на раневи инфекции е сребърният сулфадиазин.