Стерилизация - обеспложивание; уничтожение в каком-либо материале патогенных и непатогенных микроорганизмов в вегетативной и споровой формах.
Подготовка посуды для стерилизации. Лабораторная посуда должна быть чисто вымытой и простерилизованной. Для мытья используют растворы мыла или химические моющие средства. Новую посуду предварительно кипятят в 1-2%-м растворе соляной кислоты, во избежание последующего выщелачивания стекла. Вымытую в проточной воде посуду ополаскивают дистиллированной водой и высушивают.
Бактериологические пробирки. Конические, матровые колбы закрывают ватно-марлевыми пробками, состоящими из плотно скрученных валиков ваты, покрытых слоем марли. Для бактериологических пробирок также разработаны металлические пробки в виде наружных колпачков. Следует учитывать, что стерилизация ватных пробок при высокой температуре приводит к выделению из ваты веществ, ингибирующих рост некоторых чувствительных бактерий, например бруцелл.
При монтаже пипеток в верхний конец вставляют ватный тампон. У пипеток Пастера должен быть запаян капилляр. Каждую мерную пипетку заворачивают длинной полоской бумаги шириной 4-5 см, начиная с носика, винтообразно по всей длине. Пипетки Пастера заворачивают в бумагу по 10-20 штук, пробирки - по 15-20 штук. Все виды пипеток лучше хранить до и после стерилизации в специальных металлических пеналах. Пробки на колбах дополнительно покрывают колпачками из бумаги.
Чистые чашки Петри в собранном виде перед стерилизацией заворачивают в бумагу по 3 - 4 штуки. После стерилизации бумага предохраняет стерильную посуду от загрязнения микрофлорой.
Посуду перед стерилизацией размещают в сушильном шкафу не слишком плотно, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха, и следят, чтобы температура не превышала 180?С, так как при более высокой температуре бумага и вата будут обугливаться. После окончания стерилизации сушильный шкаф не открывают до тех пор. Пока температура в нем не снизится до 70-80?С, поскольку резкий перепад температур может привести к разрушению стекла.
Если посуда предназначена для стерилизации в ней питательных сред автоклавированием под давлением не менее 1 атм., то ее предварительно не стерилизуют. При стерилизации сред текучим паром или в автоклаве под давлением не более 0,5 атм. необходимо использовать стерильную посуду.
Стерилизация сухим нагретым воздухом. Метод применяют для стерилизации чистой стеклянной посуды. Для этого используют печь Пастера - специальный сушильный шкаф с двойными стенками. Снаружи он облицован теплонепроницаемым материалом. В верхней его части находится термометр. Между теплонепроницаемой обшивкой и внутренним металлическим корпусом на дне помещен автоматический электронагревательный элемент. При включении сушильного шкафа в электросеть воздух внутри него нагревается. По достижении заданной температуры отмечают время начала стерилизации. Режим стерилизации: при температуре 155-160?С - экспозиция 2 ч, при 165-170?С - 1-1,5 ч, при 180?С - 1 ч. По истечении времени стерилизации нагревание прекращают.
Автоклавирование. Это стерилизация паром под давлением в сочетании с высокой температурой в специальном аппарате - автоклаве. При встрече насыщенного пара с более холодным объектом пар конденсируется, превращаясь в воду, в результате чего выделяется большое количество тепла. Кроме того, уменьшается объем пара, что способствует его проникновению во внутренние части стерилизуемого материала. Обязательное условие - поступление действительно насыщенного пара, чтобы его соприкосновение с холодным предметом вело к немедленной конденсации и нагреванию. Промышленность выпускает вертикальные и горизонтальные автоклавы.
Вертикальный автоклав - это двустенный металлический котел цилиндрической формы, закрываемый герметично крышкой. Между стенками через специальный кран с воронкой заливают воду до определенного уровня. Внутренняя стенка котла в верхней части снабжена отверстиями, в нижней - краном, через который при нагревании воды пар вытесняет воздух из котла. Сверху на автоклав надевают металлический защитный каркас, причем между ним и самим автоклавом должно быть свободное пространство. Автоклав нагревают включением в электросеть.
Автоклав загружают стерилизуемым материалом, закрывают крышку и кран, через который заливали воду, нижний кран временно отваляют открытым. Нагреваемая вода между стенками автоклава кипит, образующийся пар поднимается вверх и через верхние отверстия внутренней стенки проходит внутрь котла, толчками вытесняя воздух через нижний открытый кран. Когда воздух весь вытеснен, и пар начинает выходить ровной струей, нижний кран закрывают. В результате давление пара внутри автоклава повышается. Началом стерилизации считают момент, когда давление достигает заданной величины (по показателям манометра). Нагрев регулируют на протяжении всей стерилизации, поддерживая давление пара на одном уровне. При чрезмерном повышении давления внутри автоклава предусмотрен предохранительный клапан, через который избыток пара автоматически выходит наружу.
При повышении давления пара соответственно повышается и температура в автоклаве.
Манометр показывает давление пара без учета окружающего атмосферного давления (760 мм рт. ст.). По истечении времени стерилизации автоклав отключают. После остывания при нулевом показании манометра открывают кран для спуска пара.
Горизонтальный автоклав отличается от вертикального конструкцией, но принцип действия у него такой же.
вирусологический стерилизация патологический животное
Образцы бланков, заполняемых при отправке патологического материала в лабораторию
Стерилизацию сухим жаром или горячим воздухом осуществляют в печах Пастера (сушильных сухожаровых шкафах). Печь Пастера - шкаф с двойными стенками, изготовленный из термостойких материалов - металла и асбеста. Нагревают шкаф с помощью газовых горелок или электронагревательных приборов. Шкафы с электрическим нагревом снабжены регуляторами, обеспечивающими необходимую температуру. Для контроля температуры имеется термометр, вставленный в отверстие верхней стенки шкафа.
Сухим жаром стерилизуют в основном лабораторную Посуду. Подготовленную для стерилизации посуду неплотно загружают в печь, чтобы обеспечить равномерный и надежный прогрев стерилизуемого материала. Дверь шкафа плотно закрывают, включают обогревательный прибор, доводят температуру до 160-165° С и при этой температуре стерилизуют 1 ч. По окончании стерилизации выключают обогрев, но дверцу шкафа не открывают до тех пор, пока печь не остынет; в противном случае холодный воздух, поступающий внутрь шкафа, может вызвать образование трещин на горячей посуде.
Стерилизацию в печи Пастера можно проводить при различном температурном режиме и экспозиции (время стерилизации) (табл. 1).
Таблица 1. Режим стерилизации
Жидкости (питательные среды, изотонический раствор хлорида натрия и др.), предметы из резины и синтетических материалов стерилизовать сухим жаром нельзя, так как жидкости вскипают и выливаются, а резина и синтетические материалы плавятся.
Для контроля стерилизации в печи Пастера шелковые нити смачивают в культуре спорообразующих бактерий, подсушивают, помещают в стерильную чашку Петри и ставят в печь Пастера. Стерилизацию проводят при температуре 165° С 1 ч (для контроля часть нитей оставляют при комнатной температуре). Затем простерилизованные и контрольные нити кладут на поверхность агара в чашку Петри или помещают в пробирки с бульоном и инкубируют в термостате при температуре 37° С в течение 2 сут. При правильной работе печи Пастера в пробирках или чашках с питательными средами, куда были помещены простерилизованные нити, роста не будет, так как споры бактерий погибнут, в то время как споры бактерий на нитях, не подвергавшихся стерилизации (контрольные), прорастут и на питательных средах будет отмечен рост.
Для определения температуры внутри печи Пастера можно использовать сахарозу или пищевой сахарный песок, карамелизующиеся при температуре 165-170° С.
Подготовка лабораторной посуды к стерилизации в печи Пастера . Лабораторную посуду (чашки Петри, пипетки градуированные и пастеровские, флаконы, колбы, пробирки) перед стерилизацией необходимо тщательно вымыть, высушить и завернуть в бумагу, иначе после стерилизации она может снова загрязниться бактериями воздуха.
Чашки Петри завертывают в бумагу по одной или несколько штук либо укладывают в специальные металлические пеналы.
В верхние концы пипеток вставляют ватные тампоны, предупреждающие попадание исследуемого материала в рот. Градуированные пипетки заворачивают в длинные полоски бумаги шириной 4-5 см. На бумаге отмечают объем завернутой пипетки. В пеналах градуированные пипетки стерилизуют без дополнительного завертывания в бумагу.
Примечание . Если градуировка на пипетках плохо заметна, ее восстанавливают перед стерилизацией. На пипетку наносят масляную краску и, не дав краске высохнуть, в нее втирают с помощью тряпочки порошок бария сульфата. После этого тряпкой снимают избыток краски, которая остается только в насечках градуировки. Обработанные таким образом пипетки следует сполоснуть.
Острые концы пастеровских пипеток запаивают в пламени горелки и заворачивают в бумагу по 3-5 штук. Заворачивать пастеровские пипетки нужно осторожно, чтобы не обломать запаянные концы капилляров.
Флаконы, колбы, пробирки закрывают ватно-марлевыми пробками. Пробка должна входить в горлышко сосуда на 2 / 3 своей длины, не слишком туго, но и не свободно. Поверх пробок на каждый сосуд (кроме пробирок) надевают бумажный колпачок. Пробирки связывают по 5-50 штук и обертывают поверх бумагой.
Примечание . При высоких температурах бумага, в которую завертывают чашки и пипетки, и вата желтеют и даже могут обугливаться, поэтому каждый новый сорт бумаги, получаемый лабораторией, следует испытывать при принятом температурном режиме.
1. Что понимают под термином стерилизация?
2. Какими способами проводят стерилизацию?
3. Что стерилизуют прокаливанием на огне?
4. Опишите устройство и режим работы печи Пастера.
5. Что стерилизуют в печи Пастера?
6. Как подготавливают стеклянную посуду к стерилизации?
7. Почему в печи Пастера нельзя стерилизовать питательные среды и предметы из резины?
Задание
Подготовьте к стерилизации чашки Петри, градуированные пипетки, пастеровские пипетки, пробирки, колбы и флаконы.
В лабораторной практике при работе с микроорганизмами приходится постоянно принимать меры, чтобы посуда, питательные среды, металлические инструменты, используемые во время работы, не содержали микробов. Для этой цели применяют следующие методы стерилизации:
Стерилизацию перегретым паром под давлением;
Стерилизацию текучим паром;
Стерилизацию горячим воздухом;
Дезинфекцию.
Наилучшим способом стерилизации является обработка различных объектов перегретым паром в специальных аппаратах - автоклавах.
Автоклав и стерилизация перегретым паром под давлением
Автоклавы - это металлические (стальные, чугунные или медные) котлы с двойными стенками и массивной крышкой, герметически закрывающейся с помощью болтов и резиновой прокладки. В зависимости от системы обогрева автоклавы бывают паровые, электрические и огневые (рис. 42). Получение в автоклаве высокого давления и перегретого пара температурой 115-120°С позволяет в течение 20-30 мин уничтожить как вегетативные клетки, так и споры микробов.
В автоклаве стерилизуют все те предметы, которые не портятся при высокой температуре: различные жидкости (воду, питательные среды, не содержащие углеводных компонентов), стеклянную посуду, металлические инструменты, вату, марлю, бумагу и пр.
В тех случаях, когда некоторые вещества не выдерживают нормального режима стерилизации в автоклаве (в частности, питательные среды, содержащие сахара), их стерилизуют в автоклаве при температуре 112 °С в течение 20 мин, а также при более мягких режимах.
При высоких давлениях перегретого пара в автоклаве соответственно возрастает температура нагрева; это вызывает карамелизацию сахаров, добавляемых в некоторые питательные среды, в результате среды становятся непригодными для определения физиологических свойств микробов.
Измерение давления внутри автоклава производится с помощью манометра, вмонтированного в крышку или корпус автоклава. При чрезмерном возрастании давления автоматически срабатывает предохранительный клапан, расположенный в зависимости от конструкции либо на крышке, либо на боковой поверхности стенки автоклава. Струя пара, выходя со свистом из предохранительного клапана, предупреждает о необходимости прекращения нагрева. Если нагрев не прекратить, автоклав может взорваться.
В специальном кармашке на крышке автоклава иногда помещается термометр, с помощью которого измеряется температура стерилизации. Внутри автоклава имеется подставка, под которую наливается вода через трубку с воронкой, расположенную снаружи автоклава. Кроме того, автоклавы снабжаются краном для выпуска пара и воздуха и краном для выливания воды.
Правила обращения с автоклавом при стерилизации следующие: аппарат через воронку и трубку заполняют водой, уровень которой должен находиться ниже подставки. Предметы, подлежащие стерилизации, помещают в специальные металлические бюксы и загружают в автоклав. Крышку автоклава завинчивают.
Открыв кран для выхода пара и воздуха, начинают нагрев. Как только вода закипит, образующийся пар начинает вытеснять из автоклава воздух. Паровыпускной кран держат открытым до тех пор, пока из него сплошной струей не пойдет сухой пар. Это указывает на полное удаление воздуха из автоклава. Тогда кран закрывают. Пар, накапливающийся при дальнейшем нагревании все в большем и большем количестве, повышает давление в автоклаве, а вместе с тем и температуру. При работе с автоклавом можно руководствоваться таблицей соотношений между давлением пара и его температурой (табл. 4).
После того как стрелка манометра достигнет нужного показателя давления (температура в автоклаве при этом будет соответствовать принятой температуре стерилизации), регулируют нагрев автоклава так, чтобы давление держалось необходимое время на одном уровне. По окончании стерилизации прекращают нагревание. Когда температура в автоклаве понизится, а стрелка манометра опустится до нуля (давление в автоклаве сравняется с атмосферным), осторожно открывают паровыпускной кран, выпускают пар и, открыв крышку автоклава, вынимают материал. Открывать паровыпускной кран преждевременно, до падения давления в автоклаве, нельзя. Резкое понижение давления в камере автоклава вызовет бурное вскипание жидкостей, нагретых до более высоких температур, чем 100 °С, т.е. выше точки кипения при нормальном атмосферном давлении. Бурно вскипевшие жидкости будут смачивать или даже вытолкнут ватные пробки из сосудов - работа будет произведена впустую. Питательные среды будут портиться, так как на мокрых пробках легко развивается попадающая из воздуха микрофлора, проникает внутрь и заражает среды. Кроме того, открывать автоклав с повышенным давлением опасно для работника.
Однако как только стрелка манометра остановится на нуле, автоклав нужно открыть тотчас же, иначе конденсат начнет стекать на пробки и также вызовет их смачивание. Чтобы избежать смачивания пробок конденсационной водой, перед стерилизацией их закрывают бумагой.
Материалы, помещенные в автоклав, будут надежно простерилизованы за 20-30 мин, если температура поддерживается 120°С, что соответствует давлению в 2 ат (19,61 * 10000 н/м2) или по манометру в 1 ат сверх нормальной. Автоклав можно с успехом применять и для стерилизации сред текучим паром; в этом случае крышку автоклава не завинчивают.
Кипятильник Коха и стерилизация текучим паром
Кипятильник Коха представляет собой цилиндр из оцинкованной жести или меди с двойными стенками и конической крышкой в виде шлема (рис. 43). В крышке посредине имеется отверстие для термометра. Снаружи кипятильник Коха покрывают слоем теплоизолирующего материала: асбеста, линолеума и пр.
Внутри кипятильника помещена перегородка (подстава), разделяющая внутреннее пространство кипятильника на две секции: верхнюю и нижнюю. Нижняя секция заполняется водой, уровень которой устанавливается по водомерному стеклу: вода не должна покрывать верхней части подставы. В верхнюю секцию кипятильника в решетчатых ведерках, устанавливаемых одно на другое, помещают стерилизуемые предметы. Закрыв кипятильник крышкой, начинают нагревать в нем воду. Началом стерилизации считается момент, когда термометр покажет 98-100°С. При отсутствии термометра началом стерилизации считается момент, когда из отверстия в крышке кипятильника начнет энергично выходить пар. Таким образом, стерилизуемые предметы во время работы кипятильника будут все время находиться в струе текучего пара.
Метод стерилизации текучим паром благодаря его простоте и доступности широко распространен в лабораторной практике. Текучим паром стерилизуют главным образом питательные среды, у которых изменяются свойства при нагревании их выше 100°С: белковые, углеводные и желатиновые. Для этих сред метод стерилизации текучим паром наиболее приемлем.
Недостатком метода стерилизации текучим паром является его продолжительность, так как для полной стерилизации среды необходимо проводить многократное нагревание в кипятильнике в течение определенного времени - от 20 мин до 1,5 ч (в среднем 30-45 мин) в зависимости от объема жидкости с промежутками в 24 ч. Весь промежуток времени между нагреваниями среды рекомендуется выдерживать в термостате при 25-30 °С.
Однократное нагревание в кипятильнике Коха вызывает гибель лишь вегетативных микробных клеток, но споры при этом могут сохраниться. При выдерживании стерилизуемой питательной среды в благоприятных условиях (при комнатной температуре, а еще лучше в термостате) часть оставшихся спор прорастет и до следующего дня превратится в вегетативные клетки. Повторное нагревание вызовет гибель и этих вновь развившихся клеток. Наконец, третье нагревание через сутки выдерживания среды в термостате обеспечит полную стерильность. Такой метод получил название дробной стерилизации. В практической работе вместо стерилизации текучим паром в кипятильнике Коха часто применяют обычную стерилизацию в автоклавах при 112 °С с противодавлением 0,5 ат в течение 15-20 мин.
Сушильный шкаф и стерилизация горячим воздухом
В лабораторной практике для стерилизации микробиологической посуды необходимо иметь сушильный шкаф или так называемую печь Пастера. Принцип устройства сушильного шкафа и печи Пастера одинаков. Печи делаются только прямоугольной формы, а сушильные шкафы могут иметь не только прямоугольную, но и цилиндрическую форму (рис. 44 и 45). В этих аппаратах стерилизация осуществляется горячим воздухом (сухим жаром) при температуре 160 °С в течение 1 ч или при температуре 150 °С в течение 2 ч.
Как печи Пастера, так и сушильные шкафы - это полые внутри аппараты с двойными стенками, с двойными и плотно прикрывающимися дверцами. Снаружи для термоизоляции они покрываются слоем асбеста. Между стенками циркулирует горячий воздух, нагревание которого осуществляется либо электрическими спиралями, либо газовыми горелками. Внутри шкафа имеется несколько (обычно две или три) дырчатых полочек. В верхней части шкафа имеется два отверстия: одно предназначено для термометра, а второе служит для вентиляции. Наиболее удобны электрические сушильные шкафы.
В сушильных шкафах последней конструкции предусмотрены четыре ступени обогрева, которые могут быть включены в действие специальным регулятором, помещаемым на боковой стенке шкафа. Нужная степень обогрева достигается включением одной, двух, трех или всех четырех электрических спиралей, причем последовательность включения спиралей может быть любой.
В сушильных шкафах можно, кроме стеклянной посуды, стерилизовать марлю, вату, хотя все же лучше обрабатывать их в автоклаве, так как при температуре 160 °С они желтеют. Нельзя стерилизовать в сушильном шкафу резиновые изделия, так как они не выносят высокой температуры - становятся ломкими и портятся. Жидкости при 150-160 °С вскипают и меняют свой химический состав.
Чтобы избежать последующего заражения простерилизованных предметов микробами из воздуха, перед стерилизацией их заворачивают в бумагу. Чашки Петри завертываются в бумагу по 2 штуки таким образом, чтобы в обертке не было щелей. Стеклянные трубки и пипетки также заворачивают в бумагу, сначала каждую отдельно, а затем в пачки по 10-20 штук. Заворачивание трубок и пипеток должно быть исключительно аккуратным, полностью предохраняющим их внешнюю поверхность от сообщения с воздухом. Колбы, пробирки, бутылки перед стерилизацией горячим воздухом закрывают ватными пробками и бумажными колпачками.
Нельзя допускать в сушильном шкафу повышения температуры выше 170 °С, так как при такой температуре ватные пробки буреют, а бумажные обертки становятся ломкими и даже обугливаются. Началом стерилизации считается момент, когда термометр покажет 150-160 °С. По прошествии требуемого для стерилизации времени нагревание прекращают. Чтобы предохранить посуду от растрескивания, стерилизовать нужно только сухую посуду и шкаф открывать после стерилизации лишь тогда, когда температура в нем упадет до 50-70 °С. Мелкие лабораторные предметы, например платиновые петли, иглы, пинцеты, ножницы и пр., можно стерилизовать простым прокаливанием на пламени газовой горелки (или спиртовки).
Дезинфекция
К дезинфекции в микробиологической лаборатории приходится прибегать очень часто. Наиболее употребительные дезинфицирующие вещества следующие: 3-5%-ный раствор карболовой кислоты и растворы других высших фенолов, 50-70%-ный раствор этилового спирта, такой же концентрации бутиловый спирт, 4%-ный раствор формалина, 1-2%-ные растворы хлороформа и толуола, 0,5%-ный раствор хлорамина и др.
В микробиологических лабораториях консервных заводов дезинфицируют поверхности столов, посуду, полы, стены помещений. Для дезинфекции поверхности столов можно использовать не только растворы этилового спирта, но и растворы карболовой кислоты.
Дезинфекция канализационных устройств на консервных заводах и других пищевых предприятиях производится 5-10%-ным раствором хлорной извести. Для обеззараживания оборотной стеклянной тары на консервных заводах применяют хлорную воду, содержащую в 1 л не менее 100 мг активного хлора. Для приготовления такого раствора берут хлорную известь, смешивают ее с небольшим количеством воды до получения густой массы молочного цвета. Эту смесь добавляют к воде, тщательно размешивают и оставляют на сутки. Хлорная известь реагирует с образованием гидрата окиси кальция - Ca(OH)2 - и активного хлора. Ca(OH)2 оседает на дно, раствор над осадком после осветления получается прозрачным, зеленоватого цвета. Замачивание тары в таком растворе длится 10 мин. После хлорирования тара должна быть тщательно промыта в проточной воде.
Действие температуры на микроорганизмы.
Температура – важный фактор, влияющий на жизнедеятельность микроорганизмов. Для микроорганизмов различают минимальную, оптимальную и максимальную температуру. Оптимальная – температура, при которой происходит наиболее интенсивное размножение микробов. Минимальная – температура, ниже которой микроорганизмы не проявляют жизнедеятельности. Максимальная – температура, выше которой наступает гибель микроорганизмов.
По отношению к температуре различают 3 группы микроорганизмов:
2. Мезофилы. Оптимум – 30-37°С . Минимум – 15-20°С. Максимум – 43-45°С. Обитают в организме теплокровных животных. К ним относятся большинство патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.
3. Термофилы. Оптимум – 50-60°С. Минимум - 45°С. Максимум - 75°С . Обитают в горячих источниках, участвуют в процессах самонагревания навоза, зерна. Они не способны размножаться в организме теплокровных животных, поэтому не имеют медицинского значения.
Благоприятное действие оптимальной температуры используется при выращивании микроорганизмов с целью лабораторной диагностики, приготовления вакцин и других препаратов.
Тормозящее действие низких температур используется при хранении продуктов и культур микроорганизмов в условиях холодильника. Низкая температура приостанавливает гнилостные и бродильные процессы. Механизм действия низких температур – затормаживание в клетке процессов метаболизма и переход в состояние анабиоза.
Губительное действие высокой температуры (выше максимальной) используетсяпри стерилизации . Механизм действия – денатурация белка (ферментов), повреждение рибосом, нарушение осмотического барьера. Наиболее чувствительны к действию высокой температуры психрофилы и мезофилы. Особую устойчивость проявляют споры бактерий.
Действие лучистой энергии и ультразвука на микроорганизмы.
Различают неионизирующее (ультрафиолетовые и инфракрасные лучи солнечного света) и ионизирующее излучение (g-лучи и электроны высоких энергий).
Ионизирующее излучение обладает мощным проникающим действием и повреждает клеточный геном. Механизм повреждающего действия: ионизация макромолекул, что сопровождается развитием мутаций или гибелью клетки. При этом летальные дозы для микроорганизмов выше, чем для животных и растений.
Механизм повреждающего действия УФ-лучей : образование димеров тимина в молекуле ДНК , что прекращает деление клеток и служит основной причиной их гибели. Повреждающее действие УФ-лучей в большей мере выражено для микроорганизмов, чем для животных и растений.
Ультразвук (звуковые волны 20 тыс. гц)обладает бактерицидным действием. Механизм: образование в цитоплазме клетки кавитационных полостей , которые заполняются парами жидкости и в них возникает давление до 10 тыс. атм. Это приводит к образованию высокореактивных гидроксильных радикалов, к разрушению клеточных структур и деполимеризации органелл, денатурации молекул.
Ионизирующее излучение, УФ-лучи и ультразвук используются для стерилизации.
Действие высушивания на микроорганизмы.
Вода необходима для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Снижение влажности среды приводит к переходу клеток в состояние покоя, а затем и к гибели. Механизм губительного действия высушивания: обезвоживание цитоплазмы и денатурация белков.
Более чувствительны к высушиванию патогенные микроорганизмы: возбудители гонореи, менингита, брюшного тифа, дизентерии, сифилиса и др. Более устойчивы споры бактерий, цисты простейших, бактерии, защищенные слизью мокроты (туберкулезные палочки).
В практике высушивание используется для консервирования мяса, рыбы, овощей, фруктов, при заготовке лекарственных трав .
Высушивание из замороженного состояния под вакуумом – лиофилизация или лиофильная сушка. Ее используют для сохранения культур микроорганизмов, которые в таком состоянии годами (10-20 лет) не теряют жизнеспособности и не меняют свойств. Микроорганизмы находятся при этом в состоянии анабиоза. Лиофилизация используется в производстве препаратов из живых микроорганизмов: эубиотиков, фагов, живых вакцин против туберкулеза, чумы, туляремии, бруцеллеза, гриппа и др.
Действие химических факторов на микроорганизмы.
Химические вещества по-разному влияют на микроорганизмы. Это зависит от природы, концентрации и времени действия химических веществ. Они могут стимулировать рост (используются как источники энергии), оказывать микробицидное, микробостатическое , мутагенное действие или могут быть безразличными для процессов жизнедеятельности
Например: 0,5-2% раствор глюкозы – источник питания для микробов, а 20-40% раствор оказывает угнетающее действие.
Для микроорганизмов необходимо оптимальное значение рН среды . Для большинства симбионтов и возбудителей заболеваний человека – нейтральная, слабощелочная или слабокислая среда. При росте рН сдвигается чаще в кислую сторону, рост микроорганизмов при этом приостанавливается. А затем наступает гибель. Механизм: денатурация ферментов гидроксильными ионами, нарушение осмотического барьера клеточной мембраны.
Химические вещества, которые обладают противомикробным действием, используются для дезинфекции, стерилизации и консервации.
Действие биологических факторов на микроорганизмы.
Биологические факторы – это различные формы влияния микробов друг на друга, а также действие на микроорганизмы факторов иммунитета (лизоцим, антитела, ингибиторы, фагоцитоз) во время их пребывания в макроорганизме. Совместное существование различных организмов – симбиоз . Выделяют следующие формы симбиоза.
Мутуализм – такая форма сожительства, когда оба партнера получают взаимную выгоду (например, клубеньковые бактерии и бобовые растения).
Антагонизм – форма взаимоотношений, когда один организм наносит вред (вплоть до гибели) другому организму своими продуктами метаболизма (кислоты, антибиотики, бактериоцины), благодаря лучшей приспособленности к условиям среды, путем непосредственного уничтожения (например, нормальная микрофлора кишечника и возбудители кишечных инфекций).
Метабиоз – форма сожительства, когда один организм продолжает процесс, вызванный другим (использует его продукты жизнедеятельности), и освобождает среду от этих продуктов. Поэтому создаются условия для дальнейшего развития (нитрифицирующие и аммонифицирующие бактерии).
Сателлизм – один из сожителей стимулирует рост другого (например, дрожжи и сарцины вырабатывают вещества, способствующие росту других, более требовательных к питательным средам, бактерий).
Комменсализм – один организм живет за счет другого (извлекает выгоду), не причиняя ему вреда (например, кишечная палочка и организм человека).
Хищничество – антагонистические взаимоотношения между организмами, когда один захватывает, поглощает и переваривает другой (например, кишечная амеба питается кишечными бактериями).
Стерилизация.
Стерилизация – это процесс полного уничтожения в объекте всех жизнеспособных форм микробов, в том числе спор.
Различают 3 группы методов стерилизации: физические, химические и физико-химические. Физические методы: стерилизация высокой температурой, Уф облучением, ионизирующим облучением, ультразвуком, фильтрованием через стерильные фильтры. Химические методы – использование химических веществ, а также газовая стерилизация. Физико-химические методы – совместное использование физических и химических методов. Например, высокая температура и антисептики.
Стерилизация высокой температурой.
К этому методу относятся: 1) стерилизация сухим жаром ; 2) стерилизация паром под давлением ; 3) стерилизация текучим паром ; 4) тиндализация и пастеризация ; 5) прокаливание ; 6) кипячение .
Стерилизация сухим жаром.
Метод основан на бактерицидном действии нагретого до 165-170°С воздуха в течение 45 мин.
Аппаратура: сухожаровой шкаф (печь Пастера) . Печь Пастера – металлический шкаф с двойными стенками, обшитый снаружи материалом, плохо проводящим тепло (асбест). Нагретый воздух циркулирует в пространстве между стенками и выходит наружу через специальные отверстия. При работе необходимо строго следить за нужной температурой и временем стерилизации. Если температура будет более высокой, то произойдет обугливание ватных пробок, бумаги, в которую завернута посуда, а при более низкой температуре требуется более длительная стерилизации. По окончании стерилизации шкаф открывают только после его остывания, иначе стеклянная посуда может потрескаться из-за резкой смены температуры.
а) стеклянные, металлические, фарфоровые предметы, посуда, завернутые в бумагу и закрытые ватно-марлевыми пробками для сохранения стерильности (165-170°С, 45 мин);
б) термостойкие порошкообразные лекарственные средства - тальк, белая глина, окись цинка (180-200°С, 30-60 мин);
в) минеральные и растительные масла, жиры, ланолин, вазелин, воск (180-200°С, 20-40 мин).
Стерилизация паром под давлением.
Наиболее эффективный и широко применяемый в микробиологической и клинической практике метод.
Метод основан на гидролизующем действии пара под давлением на белки микробной клетки. Совместное действие высокой температуры и пара обеспечивает высокую эффективность этой стерилизации, при которой погибают самые стойкие споровые бактерии.
Аппаратура – автоклав. Автоклав состоит из 2-х металлических цилиндров, вставленных друг в друга с герметически закрывающейся крышкой, завинчивающейся винтами. Наружный котел – водопаровая камера, внутренний – стерилизационная камера. Имеется манометр, паровыпускной кран, предохранительный клапан, водомерное стекло. В верхней части стерилизационной камеры – отверстие, через которое пар проходит из водопаровой камеры. Манометр служит для определения давления в стерилизационной камере. Между давлением и температурой существует определенная зависимость: 0,5 атм - 112°С, 1-01,1 атм – 119-121°С, 2 атм - 134°С. Предохранительный клапан – для защиты от чрезмерного давления. При повышении давления выше заданного, клапан открывается и выпускает лишний пар. Порядок работы. В автоклав наливают воду, уровень которой контролируют по водомерному стеклу. В стерилизационную камеру помещают материал и плотно завинчивают крышку. Паровыпускной кран открыт. Включают нагрев. После закипания воды кран закрывают лишь тогда, когда будет вытеснен весь воздух (пар идет непрерывной сильной сухой струей). Если кран закрыть раньше, показания манометра не будут соответствовать нужной температуре. После закрытия крана, в котле постепенно повышается давление. Начало стерилизации – тот момент, когда стрелка манометра показывает заданное давление. По истечении срока стерилизации прекращают нагрев и охлаждают автоклав до возвращения стрелки манометра к 0. Если выпустить пар раньше, жидкость может вскипеть из-за быстрой смены давления и вытолкнуть пробки (стерильность нарушается). Когда стрелка манометра вернется к 0, осторожно открывают паровыпускной кран, спускают пар и затем вынимают стерилизуемые объекты. Если не выпустить пар после возвращения стрелки к 0, вода может конденсироваться и смочить пробки и стерилизуемый материал (стерильность нарушится).
Материал и режим стерилизации:
а) стеклянная, металлическая, фарфоровая посуда, белье, резиновые и корковые пробки, изделия из резины, целлюлозы, древесины, перевязочный материал (вата, марля) (119 - 121°С, 20-40 мин));
б) физиологический раствор, растворы для инъекций, глазные капли, дистиллированная вода, простые питательные среды - МПБ, МПА(119-121°С, 20-40 мин);
в) минеральные, растительные масла в герметически закрытых сосудах (119-121°С, 120 мин);
Стерилизация текучим паром.
Метод основан на бактерицидном действии пара (100°С) в отношении только вегетативных клеток.
Аппаратура – автоклав с незавинченной крышкой или аппарат Коха .
Аппарат Коха - это металлический цилиндр с двойным дном, пространство в котором на 2/3 заполнено водой. В крышке – отверстия для термометра и для выхода пара. Наружная стенка облицована материалом, плохо проводящим тепло (линолеум, асбест). Начало стерилизации – время от закипания воды и поступления пара в стерилизационную камеру.
Материал и режим стерилизации. Этим методом стерилизуют материал, который не выдерживает температуру выше 100°С : питательные среды с витаминами, углеводами (среды Гисса, Эндо, Плоскирева, Левина), желатином, молоко.
При 100°С споры не погибают, поэтому стерилизацию проводят несколько раз - дробная стерилизация - 20-30 мин ежедневно в течение 3-х дней.
В промежутках между стерилизациями материал выдерживают при комнатной температуре для того, чтобы проросли споры в вегетативные формы. Они будут погибать при последующем нагревании при 100°С.
Тиндализация и пастеризация.
Тиндализация - метод дробной стерилизации при температуре ниже 100°С. Она используются для стерилизации объектов, которые не выдерживают 100°С: сыворотка, асцитическая жидкость, витамины . Тиндализация проводится в водяной бане при 56°С по 1 часу 5-6 дней.
Пастеризация - частичная стерилизация (споры не погибают), которая проводится при относительно низкой температуре однократно. Пастеризацию проводят при 70-80°С, 5-10 мин или при 50-60°С, 15-30 мин. Пастеризация используется для объектов, теряющих свои качества при высокой температуре.Пастеризацию, например, используют для некоторых пищевых продуктов: молока, вина, пива . При этом не повреждается их товарная ценность, но споры остаются жизнеспособными, поэтому эти продукты нужно хранить на холоде.
1. Фламбирование (от лат. flamma - пламя и фр. flamb é - гореть)- стерилизация путем прокаливания в пламени мелких металлических или стеклянных предметов. Таким способом стерилизуют бактериологические петли, металлические пинцеты, стеклянные шпатели и трубочки, предметные стекла и др. Температура пламени около 1000ºС. При прокаливании сгорают все микроорганизмы (вегетативные и споровые формы). Это быстрый и надежный способ стерилизации.
2. Кипячение . Является одним из самых простых способов стерилизации. Проводится в стерилизаторе - металлической прямоугольной коробке с крышкой и сеткой на дне для укладывания стерилизуемых предметов. Наливают в него воду и нагревают до кипения (нагрев электрический или на огне). Кипячение может длиться от 15-30 мин до 2 ч при температуре около 100 ºС. Стерилизуют мелкие металлические или стеклянные предметы - шприцы, иглы, стеклянные трубки и др. При этом погибают вегетативные формы микроорганизмов и часть спор. Практикуют также ошпаривание кипятком стерилизуемого материала.
3. Стерилизация сухим жаром. Производится горячим воздухом в печи Пастера или сушильном шкафу. Печь Пастера представляет собой шкаф с двойными стенками, покрытый снаружи асбестом для теплоизоляции. Внутри шкафа устроены металлические полки с отверстиями, на которые помещают стерилизуемый материал. Нагрев электрический. Стерилизация проводится при температуре 160-180 ºС в течение 1-2 ч с момента достижения этих температур (контроли-руется по термометру). Стерилизуют сухим жаром главным образом стеклянную посуду - чашки Петри, пипетки, шпатели (обернутые в бумагу), а также пробирки, колбы. Этот прием надежный - погибают неспоровые и споровые формы микроорганизмов. Обернутый в бумагу и простерилизованный материал можно хранить.
4. Стерилизация текучим паром . Проводится горячим влажным воздухом в аппарате Коха. Аппарат (кипятильник) Коха представляет собой металлический цилиндр, который может быть на ножках и покрыт линолеумом. В аппарат наливают столько воды, чтобы она не доходила до выступа, на который помещают металлический кружок с отверстиями и сверху на него стерилизуемый материал. Аппарат плотно закрывают конической крышкой с отверстием посередине для выхода пара и нагревают на огне. Когда вода закипит, горячий водяной пар с температурой около 100 ºС «потечёт» сильной струей из отверстия крышки. С этого момента отмечают время начала стерилизации. Стерилизация текучим паром продолжается от 45 мин до 1,5 ч в зависимости от объёма стерилизуемого материала. Стерилизуют питательные среды, которые нельзя нагревать выше 100 ºС, например МПЖ (при температуре выше 100 ºС он разжижается и не застывает). Этот способ стерилизации не вполне надежен - полностью погибают лишь вегетативные формы микроорганизмов, а споры сохраняются. Для достижения полной стерилизации сред в аппарате Коха применяют дробную стерилизацию.
5. Стерилизация паром под давлением (автоклавирование). Проводится насыщенным водяным паром в автоклаве. Автоклав бывают разной конструкции. Вертикальный автоклав представляет собой массивный двухстенный котёл, окруженный снаружи металлическим кожухом, с тяжелой откидывающейся крышкой, плотно привинчивающейся к котлу болтами. В нижней части котла имеется воронка и кран, через которые наливается вода в свободное пространство между внутренним котлом и кожухом. На дно котла укладывают стерилизуемый материал, крышку плотно завинчивают, включают электрический нагрев. Когда вода закипает, пар проходит во внутренний котел. Давление в автоклаве поднимается, одновременно повышается температура. Когда манометр покажет, что давление в котле достигло заданной величины, отмечают время начала стерилизации. Давление поддерживается на определенном уровне с помощью предохранительного клапана.
Обычно в лабораторной практике стерилизация под давлением производиться при 1,5-2 атм и температуре около 115-120 ºС в течение
20-30 мин. По истечении времени стерилизации нагрев прекращают, открывают паровой клапан и спускают пар. Стерилизуют паром под давлением питательные среды МПБ, МПА, стеклянную посуду с водой, перевязочный материал, хирургические инструменты и др. Автоклавирование является быстрым и надёжным способом стерилизации, при котором погибают все формы микроорганизмов, даже самые устойчивые споры.
6. Пастеризация. Этот прием частичной стерилизации назван в честь предложившего его французского ученого Л. Пастера. Способ заключается в том, что жидкость, налитую в стерильную посуду, прогревают на водяной бане при температуре 60-90 ºС в течение
10-30 мин. Применяется для жидких сред, которые изменяют свои физико-химические свойства при высоких температурах. Пастеризуют молоко, сливки, вино, пиво, соки и др. При этом сохраняются витамины и вкусовые качества продуктов. Пастеризованные продукты длительному хранению не подлежат, так как при этом способе стерилизации погибают лишь вегетативные формы микроорганизмов, а споры остаются. В лабораторной практике этим способом пользуются главным образом для отделения спорообразующих видов от неспорообразующих.
7. Дробная стерилизация . Основана на обработке стерилизуемого материала в несколько приемов. Дробным может быть кипячение или стерилизация текучим паром в аппарате Коха. Обычно стерилизацию проводят 3 дня по 30 мин ежедневно одним из указанных способов, а в перерывах оставляют среды при комнатной температуре. Это делается для провокации роста спор в вегетативные формы и их уничтожения при последующих обработках, что повышает надёжность этих приемов.
8. Тиндализация. Это разновидность дробной стерилизации (дробная пастеризация). Прием назван в честь предложившего его английского ученого Д. Тиндаля. Проводится в водяной бане при температуре 56-58 ºС в течение 1 ч с 5-7-кратным повторением через 24 ч. В интервалах между прогреваниями материал выдерживается при комнатной температуре. Тиндализации подвергают питательные среды, бедные микроорганизмами, а также содержащие вещества, легко разрушающиеся и денатурирующие при температуре выше 60 ºС (белки, витамины). Это сыворотка крови, яйца и др. В результате тиндализации достигается полное уничтожение микроорганизмов.
