Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Медицина arrow Ветеринарная микробиология и иммунология

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Концентрация ионов водорода. Кислотность среды является важным фактором, определяющим существование в ней прокариот. Концентрация ионов водорода в окружающей среде действует на микроорганизм или непосредственно, или косвенно, через влияние на ионное состояние и доступность многих ионов и метаболитов, стабильность макромолекул. Так, например, при низких значениях pH содержание таких катионов, как Си2 , Мо2+, Mg2+, А13+, возрастает и достигает токсических уровней. Наоборот, при высоких значениях pH содержание многих катионов, необходимых клетке (Fe3+, Са2+, Mg2+, Мп2+), резко понижается, и они становятся недоступными для организма. От значения pH зависит состояние веществ в окружающей среде. Многие органические кислоты в кислой среде находятся в недиссоциированной форме и легко проникают в клетку, становясь токсичными для нее.

Кислотность природных субстратов различна: желудочный сок 1,0

черноземные и каштановые почвы, сок креветки 2,0

пресная вода 7,0

щелочные почвы, экскременты животных, разлагаю- 9,0

щийся белок

насыщенный раствор извести 12,0

Значение pH, как известно, определяет кислотность и щелочность растворов и представляет собой отрицательный логарифм концентрации ионов водорода. Концентрация ионов водорода в чистой пресной воде составляет 10-7 г-ион/л и, следовательно, pH пресной воды — 7,0. Те значения pH, которые меньше 7,0, относят к кислотным, а те, которые выше 7,0, — к щелочным. Следует помнить, что pH — логарифмическая функция, поэтому раствор, который имеет pH 5,0, будет в 10 раз «кислее» раствора с pH 6,0.

Границы значений pH, оптимальных для роста различных представителей прокариот, находятся в пределах приблизительно от 1,0 до 11,0. В зависимости от отношения к кислотности среды прокариоты могут быть разделены на несколько групп (рис. 35).

Границы и оптимальные зоны роста прокариот в зависимости от pH и основанная на этом их классификация

Рис. 35. Границы и оптимальные зоны роста прокариот в зависимости от pH и основанная на этом их классификация:

I — нейтрофилы; 2, 3 — группы кислотоустойчивых и щелочеустойчивых прокариот соответственно; 4 — ацидофилы; 5 — алкалофилы; I, II — облигатные и факультативные формы соответственно. Жирной линией выделен оптимальный pH роста

Для подавляющего большинства прокариот оптимальной является среда, близкая к нейтральной. Такие организмы называют нейтрофилами. Однако рост многих нейтрофилов возможен в средах, значение pH которых лежит в диапазоне от 4,0 до 9,0. Типичными нейтрофилами являются штаммы Streptococcus faecalis и многие патогенные бактерии. Многие нейтрофилы способны расти или выживать при значениях pH, лежащих за пределами указанного диапазона. Такие прокариоты считаются кислото- или щелочеустойчивыми, т. е. толерантными. К кислотоустойчивым относятся многие грибы, микобактерии. Щелочетолерантны, т. е. устойчивы к значениям pH близким к 9,0...10,0, многие из энтеробактерий.

У некоторых видов бактерий адаптация к определенным значениям pH среды привела к тому, что оптимум pH для роста переместился в кислую (pH 4,0 и ниже) или щелочную (pH от 9,0 и выше) области. Такие прокариоты названы соответственно ацидо- или алкалофильными (кислото- или щелочелюбивыми).

Способность к росту при низких или высоких значениях pH обеспечивает организму определенные преимущества, так как в этих условиях мала конкуренция со стороны большинства других организмов. Однако некоторые бактерии (облигатные формы) не просто переносят высокие концентрации Н+ или ОН-, но и нуждаются в этих ионах для роста и стабильности, т. е. это результат эволюционной адаптации.

В природе можно наблюдать развитие бактерий при pH от 1,0 до 11,0, тогда как диапазон значений pH их цитоплазмы варьируется в гораздо более узких пределах. Большинство типов белков и других макромолекул бактериальной клетки стабильны и активны в ограниченном диапазоне значений pH, близком к 7,0. Это справедливо и в отношении ферментов, изолированных из облигатных алкалофилов и ацидофилов. Поэтому для осуществления процессов жизнедеятельности бактерий необходимо поддержание стабильного значения pH внутри клетки (pH,-), несмотря на изменения pH в окружающей среде (рН0) в более или менее широком диапазоне.

У всех известных ацидофилов значение pH, поддерживается на уровне около 6,5, у нейтрофилов — 7,5 и у алкалофилов — 9,5.

В микробиологической практике коррекцию pH среды проводят для создания благоприятных условий существования тех или иных культивируемых микроорганизмов.

Соединения и ионы, токсичные для бактерий. Полное отсутствие в среде токсичных для организма веществ — это явление, по всей видимости, крайне редкое. Многие вещества могут быть полезными, индифферентными или вредными в зависимости от их концентрации в среде и конкретных условий существования организма. Есть и вещества, например соли золота, урана, ртути и др., для бактерий не только бесполезные, но и угнетающие их даже в очень низких концентрациях.

Действие токсичных для бактерий соединений может быть бактериостатическим или бактерицидным.

Бактериостаз (от греч. bacterion — палочка, stasis — стояние на месте) — задержка роста и размножения бактерий, вызванная действием неблагоприятных химических или физических факторов. Прекращение действия фактора приводит к возобновлению роста и деления, хотя при длительном его воздействии может начаться гибель клеток, т. е. фактор проявляет бактерицидность (от. лат. caedere — убивать). Во многих случаях вещество в невысоких концентрациях обладает бактериостатическим, а в высоких — бактерицидным действием. Присутствие в природных средах соединений, токсичных для бактерий, приводит к уменьшению их видового разнообразия и появлению устойчивых форм.

Степень токсичности вещества для данной бактерии выражается через пороговую концентрацию, после достижения которой вещество становится бактерицидным, а также определяется его концентрационной экспонентой — п. После достижения пороговой концентрации токсичного вещества наблюдается полулогарифмическая зависимость степени отмирания клеток бактерий от времени, логарифм числа погибших клеток находится в линейной зависимости от времени воздействия. Концентрационная экспонента п рассчитывается по формуле

где С — большая и С2 — меньшая концентрации вещества; А — время гибели определенной части клеток при концентрации С2, В — то же при концентрации С.

Показатель п характеризует вещество, а не организм: п фенола равно 6, формальдегида и сулемы — 1, этанола —9. Для фенола при п = 6 разведение в 3 раза означает снижение активности в З6, т. е. в 729 раз. Различия в чувствительности разных бактерий к определенному веществу зависят главным образом от значений их пороговых концентраций.

Химические вещества и физические факторы используются для воздействия на микроорганизмы с целью полного обеспложивания (стерилизации) объекта (субстрата) или для уменьшения числа микроорганизмов в/на объекте.

Система мер, полностью предотвращающих проникновение микроорганизмов в макроорганизм при ранениях, хирургических вмешательствах, называется асептикой. Обезвреживание микроорганизмов в ранах при помощи химических средств (раствора йода, перекиси водорода, калия перманганата, бриллиантового зеленого и др.) называется антисептикой (от греч. anti —против, septicos — гнилостный). Под дезинфекцией понимают комплекс мер, направленных на уничтожение на объектах внешней среды или удаления из них патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Для дезинфекции используют химические средства неспецифического действия, применяемые для обработки помещений, оборудования и различных предметов. Дезинфекция позволяет уменьшить число патогенных микроорганизмов на объектах внешней среды. Стерилизацией называют уничтожение всех видов и форм микроорганизмов в/на объекте.

В качестве химических средств асептики и антисептики, дезинфекции и стерилизации применяют кислоты, щелочи, окислители, хлорсодержащие препараты, органические соединения, соли тяжелых металлов, газы, галогены, красители, поверхностно-активные вещества, спирты и другие химические вещества и их смеси.

Антисептики (от греч. anti — ггротиво, septicos — гнилостный) — бактерициды, используемые в практической деятельности человека. Антисептики применяют в ветеринарии для обработки ран, в пищевой промышленности — для защиты продуктов от порчи, для предохранения от гниения деревянных сооружений и т. п.

Антисептики относятся к различным группам органических и неорганических веществ. Окислители действуют на сульфгид- рильные группы ферментов, окисляют активные группы белков.

Высокотоксичны для бактерий сильные окислители, многие из которых используют в качестве антисептиков. Это пероксид водорода, перманганат калия, галогены, озон, оксид этилена и др. Для обеззараживания питьевой воды широко применяют озон и хлор. Хлор гидролизуется в воде с образованием хлорноватистой кислоты НОС1, которая обладает сильными бактерицидными свойствами.

Катионные антисептики — это разнообразные соединения, в молекулах которых присутствуют сильноосновные группы, связанные с липофильными участками. Уже в невысоких концентрациях эти вещества нарушают функции мембран, в частности работу мембранного АТФазного комплекса. Хлоргексидин, относящийся к этой группе веществ, находит практическое применение в ветеринарии.

Фенолы и их замещенные производные широко применяют как дезинфектанты, в меньших концентрациях — в качестве антисептиков. Препараты денатурируют белки и нарушают структуру клеточной стенки. От применения собственно фенола отказались давно вследствие его токсичности, но его производные (например, гексахлорофен, резорцин, хлорофен, тимол, салол) применяют и по сей день.

Газы как дезинфектанты известны с глубокой древности. Двуокись серы еще в античности широко применяли для обработки складов и предохранения пищевых продуктов от порчи. Не менее широкое распространение получила дератизация диоксид серы. Для уничтожения спор микроорганизмов при стерилизации инструментов из пластмасс применяют оксид этилена и пропилена под давлением при 30...60 вС. Метод позволяет эффективно уничтожить большинство микроорганизмов, в том числе в тканях и жидкостях (кровь, гнойное отделяемое). Механизм действия связан со способностью оксида этилена алкилировать белки. В частности, повреждению подвергаются сульфгидрильные группы вегетативных форм и карбоксильные группы оболочек спор.

Бактериостатическим, а при высоких концентрациях бактерицидным действием обладают красители (риванол, бриллиантовый зеленый, трипафлавин). Они задерживают рост бактерий за счет сродства к фосфорнокислым группам нуклеопротеидов. Чувствительность различных форм бактерий к определенным красителям может существенно различаться, поэтому среды с красителями, например генциановым фиолетовым, метаниловым желтым, ализарином, оранжевым G и др., являются селективными, и их используют в качестве диагностических и дифференциальных при выделении определенных бактерий.

Тяжелые металлы в невысоких концентрациях стимулируют развитие тех или иных микроорганизмов, так как являются для них необходимыми микроэлементами, входящими в состав тех или иных ферментов. Стимуляцию развития микроорганизма иногда можно наблюдать и при невысоких концентрациях солей свинца, кадмия и других металлов, очевидно не являющихся необходимыми микроэлементами. Например, кадмий в концентрации 20 частей на 1 млн стимулировал рост Lactobacillus acidophilus, а в концентрации 5... 10 частей на 1 млн —рост Streptococcus faecalis; хотя при концентрации 40 частей угнетал развитие обеих этих бактерий. Стимуляция метаболизма микроорганизмов невысокими концентрациями токсических соединений может объясняться законом Арндта—Шульца, согласно которому аккумуляция яда в нелетальных концентрациях на поверхности клетки изменяет проницаемость мембраны, нарушает ее барьерные функции, что определяет свободное поступление питательных веществ в клетку и соответственно усиление метаболизма.

Действие ионов тяжелых металлов зависит от состава среды и природы соответствующих солей. Токсичность в значительной степени зависит от того, присутствует ли металл в растворе в виде свободного иона или в составе в основном недиссоциированной соли, а также входит ли данный элемент в состав органических или неорганических комплексных соединений.

Ионы тяжелых металлов способны соединяться с белками, нуклеотидами, коферментами, фосфолипидами, порфиринами, т. е. практически со всеми классами веществ, участвующих в метаболизме клетки. Ингибирование тяжелыми металлами активности металлоферментов может быть связано с замещением специфического катиона. Тяжелые металлы обладают также олигодинами- ческим действием по отношению ко многим бактериям за счет действия положительно заряженных ионов этих металлов, абсорбирующихся отрицательно заряженной поверхностью бактерий. При этом изменяется проницаемость цитоплазматической мембраны, нарушаются питание и размножение.

Спирты, или алкоголи (этанол, изопропанол и др.) как антисептики наиболее эффективны в виде 60...70%-ных водных растворов. Спирты осаждают белки и вымывают из клеточной стенки липиды. При правильном применении эффективны в отношении вегетативных форм большинства бактерий. Споры бактерий и грибов, а также вирусы к ним резистентны.

Галогены и галогенсодержащие препараты (препараты йода и хлора) широко применяют как дезинфектанты и антисептики. Препараты взаимодействуют с гидроксильными группами белков, нарушая их структуру.

Как антисептики используют йодсодержащие препараты: спиртовой раствор йода (5 % в этаноле); йодинол (1%-ный водный раствор содержит 0,1 % йода, 0,3 % калия йодида и 0,9 % поливинилового спирта, замедляющего выделение йода); йодонат (водный раствор комплекса поверхностно-активного вещества с йодом); йодовидон (комплекс йода с поливинилпирролидоном) и раствор Люголя применяют для обработки слизистых оболочек.

Как дезинфектанты эффективны хлорсодержащие препараты: газообразный хлор (взаимодействуя с водой, образует хлорноватистую кислоту; в присутствии органических веществ противомик- робное действие уменьшается); хлорную известь (5,25 % NaCIO, также образующую при растворении хлорноватистую кислоту); хлорамин Б (содержит 25...29 % активного хлора; для обеззараживания питьевой воды применяют в виде таблеток, содержащих 3 мг активного хлора).

Альдегиды алкилируют сульфгидрильные, карбоксильные и аминогруппы белков и других органических соединений, вызывая гибель микроорганизмов. Альдегиды широко применяют как консерванты. Наиболее известные — формальдегид (8 %) и глутараль- дегид (2...2,5 %) — проявляют раздражающие действия (особенно пары), ограничивающие их широкое применение.

Раствор формальдегида обладает дезинфицирующим и дезодорирующим эффектами. Применяют для мытья рук, дезинфекции. Входит в состав препаратов (формидрон, мазь формалиновая). Мыльный раствор формальдегида (лизоформ) применяют для спринцеваний в гинекологической практике, для дезинфекции рук и помещений.

Уротропин (гексаметилентетрамин) в кислой среде организма расщепляется с выделением формальдегида; последний, экскрети- руясь с мочой, оказывает антисептическое действие. Применяют при инфекционных процессах мочевыводящих и желчевыводящих путей, кожных заболеваниях. Входит в состав комбинированных препаратов (кальцекс, уробесал).

Кислоты и щелочи применяют как антисептики. Среди кислот наиболее известны борная, бензойная, уксусная и салициловая. Применяют при поражениях, вызванных патогенными грибами и бактериями. Наиболее распространена салициловая кислота, применяемая в спиртовых растворах (1...2 %), присыпках, мазях, пастах (например, при дерматомикозах в областях, подверженных трению); оказывает также в зависимости от концентрации отвлекающее, раздражающее и кератолитическое действия. Из щелочей наиболее распространен раствор аммиака, применяемый для обработки рук хирурга (0,5%-ный раствор).

Антимикробный эффект металлов основан на способности осаждать белки и другие органические соединения. В качестве антисептиков широко применяют нитрат серебра (ляпис), сульфат меди (медный купорос) и хромат ртути (мербромин). Соединения металлов (особенно свинца, мышьяка и ртути) не рекомендуют применять для дезинфекции и антисептики, поскольку они способны накапливаться в организме.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) (этоний, роккал, ци- ригель) оказывают бактерицидное действие за счет нарушения проницаемости ЦПМ, осмотического равновесия микробной клетки, что приводит к ее гибели. ПАВ являются соединениями четвертичных аммонийных оснований и используются в основном для обработки рук хирурга.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы