Способ подавления микроорганизмов

Изобретение относится к области медицины, а именно к гигиене и микробиологии, и предназначено для подавления микроорганизмов. Для подавления патогенных микроорганизмов воздействуют на объект газовоздушной средой, в качестве одного из компонентов которой выступает кислород. Указанное воздействие осуществляют в течение по меньшей мере одной процедуры либо в циклическом режиме с определенной закономерностью, обеспечивающей сатурацию и/или десатурацию по меньшей мере одного компонента смеси газов в клетки тканей биологического объекта по заданному алгоритму. Количество процедур и их периодичность выбирают в зависимости от количества сатурируемых и/или десатурируемых газов и степени их сатурации и/или десатурации. Подавление роста, размножения или деления болезнетворных микроорганизмов осуществляют воздействием на них искусственной газовой средой, содержащей пониженное количество кислорода и повышенное количество аргона относительно воздуха, состава 10-17 об.% O₂, 30-40 об.% Ar, остальное N₂. Использование изобретения позволяет предотвратить заражение пациентов болезнетворными микроорганизмами, осуществить профилактику их распространения, а также повысить эффективность лечения пациентов. 2 з.п. ф-лы.

 

Способ подавления микроорганизмов и низкодифференцированных (опухолевых) клеток человека осуществляется посредством воздействия на них искусственных гипоксических газовых сред с повышенным содержанием аргона.

Способ относится к области медицины, гигиены и микробиологии.

Целевыми требованиями к разрабатываемому способу являются:

- эффективное подавляющее и угнетающее действие на широкий перечень патогенных и условно патогенных микроорганизмов;

- эффективное подавляющее и угнетающее действие на низкодифференцированные, неконтролируемо делящиеся клетки человека;

- безопасность способа для человека;

- возможность длительного нахождения и работы в условиях применения способа;

- простота в осуществлении способа.

Способ предназначен для:

- улучшения микробиологического состояния внутри специализированных помещений при нахождении в них людей, например операционных во время операций, реанимационных палат, герметичных обитаемых объектов;

- снижения риска инфицирования людей, находящихся длительное время в герметичных обитаемых объектах;

- снижения риска развития и распространения патогенных и условно патогенных микроорганизмов;

- контроля и локализации неуправляемого деления низкодифференцированных (опухолевых) клеток организма человека.

Известен способ подавления микроорганизмов (патент РФ № RU 2398877, МПК C12N 13/00, опубл. 10.09.2010), основанный на облучении подлежащего обработке объекта электромагнитным излучением. Используют излучение КВЧ диапазона частотой 20-95 ГГц с плотностью потока мощности не более 10 мкВт/см². Время облучения объекта составляет не менее 20 минут. Предложенный способ может быть микроорганизмов, обладающих патогенными свойствами в отношении организма человека.

Недостатком способа является возможное наличие электромагнитной тени в обрабатываемом помещении или объекте, необходимости вывода людей при обработке и не применимость способа для обработки человека.

Известен способ воздействия на бактериальную микрофлору помещений (патент РФ № RU 2171118, МПК A61L 9/00, опубл. 27.07.2001.) путем обработки их озоновоздушной смесью с концентрацией озона 2-5 мг/м³. Обработку осуществляют в течение 50-70 минут с последующим разложением озона без проветривания помещений в течение 90-110 минут или путем проветривания в течение 10-20 мин. Способ позволяет снизить бактериальную зараженность воздуха и поверхностей в помещениях, улучшить дезодорацию воздуха и удешевить процесс дезинфекции за счет исключения дорогостоящих дезинфицирующих препаратов, снизить трудоемкость процесса и обеспечить экологическую чистоту процесса дезинфекции.

К основным недостаткам способа стоит отнести невозможность проведения процедуры дезинфекции при наличии в помещении людей, поскольку для эффективного действия концентрация озона должна составлять не менее 2-5 мг/м³, что превышает допустимые ПДК для человека.

Известен способ дезинфекции помещений путем применения ультрафиолетовых облучателей (патент РФ № RU 2527678, A61L 9/10 A61L 2/20, опуб. 10.09.2014 г.).

К основным недостаткам дезинфекции помещений с применением ультрафиолетовых облучателей относится наличие теневых зон, неравномерность облучения.

Известен способ обеззараживания воздуха в помещениях (патент РФ № RU 2386451, A61L 9/20, B01J 21/06, опубл. 20.04.2010) путем пропускании воздуха через слой фотокатализатора на основе диоксида титана, на который воздействуют ультрафиолетовым (УФ) излучением с энергией, большей или равной ширине запрещенной зоны фотокатализатора, и непрерывно орошают водой.

Использование УФ-излучения не исключает вероятности образования озона, что делает способ нереализуемым в присутствие людей. Непрерывное орошение водой может вызывать загрязнения колб ламп и отражателей облучателя, отложения органического и минерального состава, что может существенно снизить значение бактерицидного потока ламп.

Перечисленные методы дезинфекции помещений обладают одним существенным недостатком - это невозможность проведения процедур обеззараживания помещений и поверхностей в присутствии людей. В связи, с чем возникает потребность создания способа эффективного подавляющего и угнетающего воздействия на микроорганизмы при постоянном присутствии в помещениях людей.

Близким по сути к заявляемому способу подавления микроорганизмов и низкодифференцированных клеток человека посредством применения искусственных гипоксических газовых сред с повышенным содержанием аргона является «Способ регуляции физиологического состояния биологического объекта смесями газов» (патент РФ № RU 2291718, A61M 16/00, A61M 16/12, A61H 31/02, A61G 10/02, опубл. 20.01.2007), выбранный в качестве прототипа.

В данном изобретении предлагается способ воздействия на биологические объекты искусственными газовыми средами (ИГС) (гелио-кислородными, ксеноно-кислородными, азотнокислородными и др.), позволяющими регулировать физиологическое состояние организма.

Способ характеризуется тем, что на биологический объект, помещенный в среду с содержанием в ней, по меньшей мере, одного газа, воздействуют смесью газов, в качестве одного из компонентов которой является кислород. Воздействие осуществляют в течение, по меньшей мере, одной процедуры в циклическом режиме с определенной закономерностью, обеспечивающей сатурацию и/или десатурацию, по меньшей мере, одного компонента смеси газов в клетки тканей биологического объекта по заданному алгоритму, а количество процедур и их периодичность выбирают в зависимости от количества сатурируемых и/или десатурируемых газов и степени их сатурации и/или десатурации.

В изобретении утверждается, что комбинированием составов газовых сред, длительностью единичных процедур, их общим количеством и периодичностью назначения, колебаниями барометрического давления при их проведении возможно добиться желаемого изменения физиологического состояния человека, повысить его работоспособность, купировать симптомы обострения ряда заболеваний (сердечнососудистых, дыхательных, нервной системы и других).

В данном способе заявлена также возможность использования в составе ИГС аргона при различном содержании в ИГС кислорода.

Однако заявленный в прототипе способ назначения сред с повышенным содержанием аргона не регламентирует эффективный состав ИГС для воздействия на микроорганизмы, а содержание кислорода в способе варьируется в пределах от 12 до 95% об.

Подавляющие, угнетающие, модулирующие и иные эффекты аргоносодержащих ИГС на клеточном уровне в прототипе не рассматриваются и не заявляются, а касаются физиологического состояния биологического объекта в целом.

Заявляемый способ подавления микроорганизмов и низкодифференцированных клеток человека состоит в следующем:

- на микроорганизмы воздействуют гипоксической нормобарической искусственной газовой средой с повышенным содержанием аргона;

- наиболее эффективный и оптимальный для безопасности человека состав искусственной газовой среды - 10-17% об O₂, 30-40% об Ar, остальное N₂;

- способ реализуют путем создания и поддержания в помещении (в объекте) заявленной гипоксической нормобарической газовой среды, состава 10-17% об O₂, 30-40% об Ar, остальное N₂, заданное время, необходимое для дезинфекции помещения, возможно в сочетании с другими методами, предотвращения и подавления роста и размножения микроорганизмов, в том числе во время проведения операций, проведения реанимации, проведения лечебных и профилактических процедур для целенаправленного подавления микроорганизмов и низкодифференцированных клеток человека;

- способ обеспечивает безопасное для человека непрерывное длительное нахождение в газовой среде заявленного состава без существенной потери работоспособности до 60 суток и более.

Изобретение основано на экспериментальных данных. Эксперименты проводились в нескольких направлениях.

Заявляемый способ угнетающего воздействия на микроорганизмы и низкодифференцированные клетки человека посредством применения искусственных гипоксических газовых сред с повышенным содержанием аргона базируется на результатах собственных исследований, выполненных в АО «Ассоциация разработчиков и производителей систем мониторинга», (АО «АСМ»), С-Петербург, и анализе результатов исследований других авторов.

В результате специальных микробиологических исследований нами выявлено подавляющее, ингибирующее влияние искусственных газовых сред с повышенным содержанием аргона и пониженным содержанием кислорода на рост и размножение ряда патогенных и условно патогенных микроорганизмов, а также повышение чувствительности их к антибактериальным средствам (АО «АСМ», отчет по ИНИР, «Отчет о микробиологической оценке влияния состава искусственных газовых сред на культуральные свойства микроорганизмов», ответственный исполнитель к.м.н. Безкишкий Э.Н., 2015 год, УДК 614.48). Исследования позволили установить, что совокупное сдерживающее рост действие оказывают ИГС состава около 30% об Ar, около 14% об O₂ и около 56% об N₂. на такие культуры микроорганизмов как K.pneumoniae, P.aeruginosa АТСС 27853, динамика ростовых свойств которых сократилась до 7%, S.aureus MRSA - на 9%.

ИГС состава около 40% об Ar, около 10% об O₂ и около 50% об N₂ снижает рост неферментирующих бактерий P.aeruginosa АТСС 27853 на 40%, P.aeruginosa MR-Pa на 6% и A.baumanii MR-Ab на 15%. Установлено, что аргонсодержащие ИГС с уровнем O₂ около 14% об оказывают ингибирующее действие на типовые и резистентные культуры S.aureus. Перспективной является возможность управлять патогенностью S.aureus (в виде изменения гемолитической активности), которая снижается в присутствии ИГС состава около 14% O₂, около 56% об N₂ и около 30% об Ar.

По совокупности угнетающего эффекта на сапрофитическую, условно-патогенную и полирезистентную микрофлору с учетом эпидемиологии наиболее эффективное воздействие на ростовые и культуральные свойства микроорганизмов оказывает ИГС состава около 14%-16% об O₂, около 30% об Ar и остальное N₂.

В связи с выявленными микробиологическими эффектами данных аргоносодержащих сред возможно их использование для улучшения санитарного состояния различных герметизируемых помещений и объектов и для применения в специальных помещениях медицинского назначения (перевязочных, операционных, процедурных, амбулаториях и т.д.) при обеспечении возможности формирования в них указанных ИГС состава 30-40% об Ar, 14-17% об O₂, N₂ - остальное.

Доказанный подавляющий, ингибирующий эффект аргоносодержащих ИГС на рост и размножение низкодифференцированных микроорганизмов (бактерий) позволяет считать обоснованным применение данных сред для предотвращения неконтролируемого деления низкодифференцированных клеток у макроорганизма, в частности, у человека.

При этом эффект подобных сред на высокодифференцированные клетки растущего макроорганизма является прямо противоположным. В частности, получены экспериментальные данные о влияния гипоксических аргоносодержащих ГВС на эмбриональное развитие японского перепела. Результаты показали, что после 4-дневной инкубации яиц в дыхательной смеси (кислород 13.8-15% об, азот - 86-85% об) только 16,7 эмбрионов достигли стадии развития 3-5 дней. Введение в гипоксическую смесь аргона (55% от общего объема) увеличило количество эмбрионов на 3-5-х днях развития до 60%. В связи с этим авторами был сделан вывод о позитивном влиянии аргона на высоко специализированные клетки эмбриона [ Dadasheva О.А., Soldatov Р.Е., Sychev V.N., Mednikova E.I., Smirnov I.A., Smolenskaia T.S., Dadasheva M.T. Effect of hypoxic argon-containing gas mixtures on developing organism // Aviakosm. Ekolog. Med. 2008, V. 42 (№4)].

Данные другого исследования показывают позитивное влияние дыхания кислородно-азотно-аргоновой смесью (O₂=16% об, N₂=60% об, Ar=24% об) и экспозиции белого шума на волосковые клетки улитки. По мнению авторов [Мацнев Э.И., Сигалева Е.Э., Тихонова Г.А., Буравкова Л.Б. Отопротективный эффект аргона при воздействии шума // Вестник отоларингологии. - 2007. - №3. - С. 22-26], аргон может проявлять органопротекторный и отопротекторный эффект при всех типах известных на сегодня моделей поражения волосковых клеток улитки, связанных с гипоксией, оксидативным стрессом, активацией перекисных радикалов, токсическим эффектом глютамата. Этот факт подтверждается данными другого исследования влияния аргона на устойчивость препарата кортиева органа крыс при действии гипоксии, а также гентамицина и цисплатина. Культуры подвергались воздействию гипоксии в азоте (5% об O₂, 95% об N₂), и в аргоне (5% об O₂, 95% об Ar) или нормоксии в течение 30 часов. Показано, что Ar защищает специализированные волосковые клетки кортиева органа от гипоксического повреждения примерно на 25% [Yarin Y.M., Amarjargal N., Fuchs J., Haupt H., Mazurek В., Morozova S.V., Gross J. Argon protects hypoxia-, cisplatin- and gentamycin-exposed hair cells in the newborn rat's organ of Corti // The 40th and 41st Inner Ear Biology Workshops. - Granada, Spain, 7-10 September, 2003 and Debrecen, Hungary, 5-7 September, 2004].

При этом в работах АО «АСМ» [Иванов А.О., Петров В.А., Бочарников М.С., Безкишкий Э.Н. Возможности длительного пребывания человека в аргоносодержащих газовых средах, снижающих пожароопасность гермообъектов // Экология человека. - 2017. - №1. - С. 4-10] доказана безопасность длительного (60 суток) непрерывного пребывания взрослого человека в ИГС с пониженным содержанием кислорода и повышенным содержанием аргона.

Полученные данные позволяют считать возможным безопасное применение описываемого способа для достижения антимикробных эффектов при длительном нахождении человека в замкнутом объекте.

Кроме этого, выполненные предварительные исследования показали, что использование подобных ИГС допустимо для торможения неконтролируемого деления низкодифференцированных клеток, лежащего в основе онкологических заболеваний человека. Оптимальной реализацией способа в онкологической практике является пребывание пациента в специализированной палате, в которой формируется ИГС состава: 30-40% об Ar, 11-19% об O₂, N₂ - остальное.

Техническим результатом от внедрения способа подавления микроорганизмов и низкодифференцированных клеток человека посредством применения искусственных гипоксических газовых смесей с повышенным содержанием аргона является предотвращение заражения пациентов болезнетворными микроорганизмами, профилактика их распространения, более эффективное лечение пациентов путем проведения процедур воздействия ИГС на больного для подавления и угнетения роста и размножения микроорганизмов и низкодифференцированных опухолевых клеток человека.

Заявляемый способ может быть реализован в лечебных учреждениях в целях лечения в специальных процедурных палатах, заполненных ИГС, с постоянным или периодическим нахождением пациентов, при проведении процедур с помощью специальной аппаратуры для дыхания ИГС, в целях улучшения микробиологического состояния внутри специализированных помещений, например операционных, в герметичных изолированных обитаемых объектах, например, батискафах, подводных лодках, подземных специальных сооружениях и др., для улучшения микробиологического состояния внутри объектов, снижения риска развития и распространения патогенных и условно патогенных микроорганизмов и инфицирования персонала.

Следует подчеркнуть, что в предлагаемой искусственной газовой среде с содержанием 10-17% об O₂, 30-40% об Ar, остальное N₂ возможно находиться и работать без ущерба для здоровья и без существенной потери работоспособности длительное время от нескольких часов до нескольких десятков суток.

Достигается технический результат путем проведения процедур в герметичных помещениях, заполненных заявленными ИГС, с требуемой длительностью и периодичностью и, возможно, путем ингаляционных процедур дыхания искусственными гипоксическими газовыми смесями с повышенным содержанием аргона.

Для герметичных обитаемых объектов их заполняют заявленными ИГС полностью на все время герметизации или на время, требуемое для дезинфекции в сочетании с другими способами дезинфекции.

Отличительными от прототипа признаками заявляемого способа являются:

- обоснованное применение гипоксических газовых сред с повышенным содержанием аргона для реализации подавляющего, угнетающего и модулирующего действия на микроорганизмы и низкодифференцированные клетки человека;

- обоснованное эффективное применение гипоксических искусственных газовых сред с содержанием 10-17% об O₂, 30-40% об Ar, остальное N₂;

- обоснованная безопасность способа для человека при длительном непрерывном нахождении в заявляемой ИГС до 60 суток.

Примеры конкретного выполнения способа:

а) Проведение операций в операционной с применением заявленного способа:

- в герметичном помещении операционной создают и поддерживают гипоксическую нормобарическую газовую среду состава 10-17% об O₂, 30-40% об Ar, остальное N₂;

- медицинский персонал и оперируемый пациент входят в операционную и выполняют необходимые действия, предварительной адаптации не требуется;

- дыхание пациента может быть обеспечено также ИГС с повышенным содержанием аргона для обеспечения антигипоксического воздействия;

- после операции пациент может быть переведен в реанимационную палату с воздушной средой с повышенным содержанием аргона.

Эффект от применения заявленного способа состоит:

- в дополнительном обеззараживании воздуха в операционной;

- в дополнительном обеззараживании поверхностей и оборудования в операционной;

- в предотвращении заражения открытых операционных поверхностей и ран пациента;

- в обеззараживании поверхности тела пациента.

б) Проведение лечебных процедур.

- процедуры проводятся в герметичном помещении, в котором создают и поддерживают гипоксическую нормобарическую газовую среду состава 10-17% об O₂, 30-40% об Ar, остальное N₂, либо путем ингаляции ИГС заявленного состава;

- подавляющее, ингибирующее, модулирующее действие заявленного способа на микроорганизмы и низкодифференцированные клетки человека, находящегося в помещении, происходит непрерывно и линейно, а процедуры продолжают до появления желаемых модулирующих (цитостатических) эффектов;

- для достижения длительных и стойких модулирующих (антисептических или цитостатических) эффектов на патогенные микроорганизмы или низко дифференцированные (опухолевые) клетки макроорганизма осуществляют непрерывные или циклические воздействия заявленной ИГС с экспозицией воздействия от 1,5-2 часов (при циклическом применении) до нескольких суток (при непрерывном применении), причем состав ИГС и режимы их применения определяются целью процедур и достижением желаемого эффекта.

Эффект от применения заявленного способа состоит в подавлении размножения, роста и деления патогенных и условно патогенных микроорганизмов и низкодифференцированных клеток в организме пациента.

в) Применение способа для санитарно-гигиенического обеспечения герметичных обитаемых объектов.

В герметичных обитаемых объектах на все время герметизации или периодически создается газовая среда заявленного состава 10-17% об O₂, 30-40% об Ar, остальное N₂.

Среда является безопасной для персонала.

Эффект от применения заявленного способа состоит в:

- предотвращении заражения воздушной среды, поверхностей оборудования, одежды патогенными микроорганизмами или их локализации, угнетении и подавлении;

- профилактике возникновения заболеваний персонала;

- терапевтическом действии.

Эффективность заявляемого способа состоит в эффекте предотвращения заболеваний или лечения болезней путем локализации и подавления размножения патогенных или условно патогенных микроорганизмов и неконтролируемого деления низкодифференцированных клеток человека при относительной простоте и невысокой стоимости необходимого оборудования.

1. Способ подавления патогенных микроорганизмов, состоящий в воздействии на объект газовоздушной средой, в качестве одного из компонентов которой выступает кислород, и указанное воздействие осуществляют в течение по меньшей мере одной процедуры либо в циклическом режиме с определенной закономерностью, обеспечивающей сатурацию и/или десатурацию по меньшей мере одного компонента смеси газов в клетки тканей биологического объекта по заданному алгоритму, а количество процедур и их периодичность выбирают в зависимости от количества сатурируемых и/или десатурируемых газов и степени их сатурации и/или десатурации, отличающийся тем, что подавление роста, размножения или деления болезнетворных микроорганизмов осуществляют воздействием на них искусственной газовой средой, содержащей пониженное количество кислорода и повышенное количество аргона относительно воздуха, состава 10-17 об.% O₂, 30-40 об.% Ar, остальное N₂.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подавление микроорганизмов реализуют путем создания в герметичном помещении (операционной, реанимационной палате, процедурной палате и т.п.) либо герметичном обитаемом объекте нормобарической гипоксической газовой среды состава 10-17 об.% O₂, 30-40 об.% Ar, остальное N₂ и проведением в заявленной газовоздушной среде операций, лечебных процедур или выполнением профессиональных обязанностей, причем медицинский персонал, пациенты или персонал обитаемого объекта могут находиться и работать непрерывно в указанной газовой среде без ущерба для здоровья и работоспособности до 60 суток и более.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для достижения длительных и стойких подавляющих эффектов на болезнетворные микроорганизмы осуществляют непрерывные или циклические воздействия нормобарическими аргоносодержащими гипоксическими газовыми средами состава 10-17 об.% O₂, 30-40 об.% Ar, остальное N₂, при этом экспозиция воздействий составляет от 1,5-2 часов (при циклическом применении) до нескольких суток (при непрерывном применении), причем состав ИГС и режимы их применения определяются целью и задачами процедур и продолжаются до достижения желаемого эффекта.