Влияние на микроорганизмы внешних факторов
Влияние физических факторов. Действие температуры. Микроорганизмы, особенно сапрофиты, способны переносить значительные колебания температуры. Большинство патогенных микробов развивается на питательных средах при температурах, близких к температуре тела хозяина (чаще 37 °С). При воздействии низких температур микробы, как правило, не теряют жизнеспособности и переходят в анабиотическое состояние, как бы консервируются. Некоторые микробы сохраняют жизнеспособность даже при температуре жидкого водорода (–253 °С). Особенно устойчивы к низким температурам вирусы, которые годами сохраняются при –70 °С.
Губительно действует на микробов чередование высоких и низких температур. К высоким температурам большинство микробов неустойчивы. Не образующие спор бактерии при температуре 58-60 °С погибают через 30-60 мин. Вегетативные формы спорообразующих бактерий также неустойчивы, зато споры бацилл и клостридий выдерживают длительное воздействие высоких температур (споры столбняка выдерживают 3-часовое кипячение). В основе бактерицидного действия высоких температур лежат угнетение активности ферментов, денатурация белков и нарушение осмотического барьера.
Для развития микроорганизмов имеют значение три основные температурные зоны: оптимум — наиболее благоприятная для жизнедеятельности микроба температура; минимум — нижняя температурная граница, за пределами которой развитие микроба прекращается; максимум — верхний предел температуры, дальнейшее ее повышение ведет к гибели микроба. Эти температурные зоны различны для разных видов микробов. Для возбудителя туберкулеза минимум равен 29 °С, оптимум — 37-38, максимум — 41; для возбудителя сибирской язвы — соответственно 12; 32-37 и 45 °С.
По приспособленности к определенной температуре микроорганизмы делят на три группы: 1) психрофильные (холодолюбивые) — живущие при низких температурах (могут развиваться даже при —6 °С, оптимум 15-20 °С). Это светящиеся бактерии, железобактерии и др.; 2) мезофильные — живущие при средних температурах (минимум 10 °С; оптимум 30-37, максимум 45 °С). Наиболее многочисленная группа микробов, включающая большинство сапрофитов, гнилостных бактерий, а также все патогенные микробы; 3) термофильные (теплолюбивые) — развивающиеся при сравнительно высоких температурах (минимум 35 °С, оптимум 50-60, максимум 70-80 °С). К ним принадлежат микробы, обнаруживаемые в теплых минеральных источниках, почве, воде, на растениях и в пищеварительном тракте животных. За счет термофилов, которые выделяют тепло (их называют термогенными микробами), происходит самонагревание сена, зерна, навоза.
Высушивание. Неустойчивы к высушиванию неспорообразующие бактерии и вегетативные формы бацилл и клостридий. Напротив, споры весьма устойчивы к высушиванию и могут сохраняться в высушенном состоянии десятилетиями (возбудители сибирской язвы, столбняка). Плохо переносят высушивание пастереллы, возбудитель сапа, лептоспиры, но возбудитель туберкулеза в высохшей мокроте не теряет жизнеспособности до 10 мес. Высушивание вызывает обезвоживание цитоплазмы и денатурацию белков микробной клетки. Этим пользуются для сохранения скоропортящихся продуктов (мяса, рыбы, овощей, молока) и кормов (сена). Для длительного сохранения живых вакцин, диагностических и лечебных препаратов, бактериофагов и штаммов микробов широко применяют лиофильное высушивание, сущность которого состоит в обезвоживании при низкой температуре и высоком вакууме. Быстрое замораживание бактерий и вирусов при очень низкой температуре препятствует образованию кристаллов, в результате чего микробы не разрушаются.
Влияние высоких давлений и механических сотрясений. Высокое давление (даже до 500 тыс. кПа) не влияет отрицательно на жизнеспособность микроорганизмов. Очень чувствительны бактерии к частым и сильным механическим сотрясениям, например к действию ультразвука с частотой колебаний волн около 20 тыс. Гц. В связи с этим ультразвук используют для стерилизации продуктов и дезинфекции воды и других объектов. При этом в цитоплазме бактерий, находящихся в жидкой среде, образуются кавитационные полости (пузырьки), заполненные парами жидкости. Давление поднимается до 1 млн кПа, что приводит к разрушению микробных клеток (дезинтеграции).
Действие света и других излучений. Микробы по-разному относятся к свету — одни легко переносят его действие (пурпурные бактерии), на других он оказывает вредное действие. Прямой солнечный свет в короткие сроки (от нескольких минут до нескольких часов) убивает большинство микробов. Механизм действия света состоит в развитии высокой температуры на облучаемых объектах (за счет действия инфракрасных лучей), эффекте ультрафиолетовых лучей, а также в проявлении фотохимических окислительных процессов. В присутствии красок (метиленовая синька и др.) бактерицидный эффект света усиливается. Это явление называют фотодинамическим эффектом. Наиболее эффективно действуют на микробы ультрафиолетовые лучи с длиной волны 200-300 нм. Этим пользуются для обеззараживания лабораторных и других помещений (бактерицидные лампы).
Рис. 9. Листерийный бактериофаг |
Действие химических веществ.На микроорганизмы они действуют в зависимости от концентрации, продолжительности контакта, состава среды, температуры. В малых дозах химические вещества вызывают стимулирующий (раздражающий) эффект, в больших — действуют бактерицидно. На микробы большое влияние оказывает рН среды, который обусловливается содержанием Н- и ОН-ионов. Диссоциация бактерицидных химических веществ лучше всего происходит в воде, она является наилучшим растворителем. Для большинства патогенных микробов наиболее благоприятна нейтральная или слабощелочная реакция (рН 7,0-7,6). При отклонении рН в ту или иную сторону нарушается жизнедеятельность микроорганизмов.
По характеру действия бактерицидные химические вещества делят на поверхностно-активные вещества, красители, фенолы и их производные, соли тяжелых металлов, окислители и группу формальдегида.
Поверхностно-активные вещества вызывают повреждение клеточной стенки и нарушение функции цитоплазматической мембраны. К ним относятся детергенты, жирные кислоты и мыла.
Красители обладают бактериостатическим (задерживают рост бактерий) или бактерицидным (убивают бактерии) свойствами. К ним относятся бриллиантовый зеленый, этакридина лактат, флавакридин и др.
Фенол и его производные повреждают клеточную стенку и белки клетки, а также подавляют функции отдельных ферментов.
Соли тяжелых металлов (свинец, медь, цинк, се ребро, ртуть) вызывают коагуляцию белков клетки.
Окислители (хлор, хлорная известь, хлорамин, йод, перманганат калия, перекись водорода, различные кислоты) действуют на сульфгидрильные группы активных белков.
Восстановители, в частности формальдегид (используется в виде 40%-ного раствора — формалина), присоединяются к аминогруппам белков, вызывая их денатурацию.
Бактерицидность определенных химических веществ используют для целей дезинфекции и антисептики, а также для консервирования пищевых продуктов и кормов. Устойчивость микроорганизмов к химическим веществам неодинакова. Например, вегетативные формы возбудителя сибирской язвы погибают в 5%-ном растворе фенола (карболовая кислота) через несколько минут, а споры — лишь через 10-14 сут. Имеет значение не только вид дезинфицирующего вещества, но и его концентрация. Те же споры возбудителя сибирской язвы 10%-ный формалин разрушает через 2 ч, а 20%-ный — через 10 мин.
Влияние биологических факторов.Действие биологических факторов выражается в антагонизме микробов, когда продукты жизнедеятельности одних Микробов обусловливают гибель других (присутствие кишечной палочки подавляет рост возбудителя сибирской язвы). Антагонистические свойства наиболее выражены у актиномицетов. Такие отношения у вирусов называют интерференцией.
Действуют на микробы и следующие биологические факторы: лизоцим, антитела, бактериофаг, различные ингибиторы, находящиеся в животном организме, антибиотики, фитонциды.
Обеззараживают внешнюю среду от патогенных бактерий также и бактериофаги. Впервые в 1898 г. Н.Ф. Гамалея описал лизис (растворение) бактерий под действием агента, выделенного из этих бактерий. В 1917 г. Ф.Д. Эррель из кала больного дизентерией человека выделил фильтрующийся агент, лизировавший культуру возбудителя дизентерии, и назвал его бактериофагом, а сам феномен лизиса культуры — бактериофагией. Бактериофаг можно обнаружить в воде, почве, сточных водах, кале и моче, особенно у выздоравливающих от инфекционных болезней. Фаги имеют величину от 8 до 100 нм и форму головастиков (рис. 9). Головка фага состоит из оболочки и нуклеиновой кислоты. Фаги обладают выраженной специфичностью действия. Взаимодействие фага и бактерии начинается с адсорбции фага на поверхности клетки. С помощью особого фермента нуклеиновая кислота фага проникает в тело бактерии. В клетке начинаются синтез ферментов и белков, сборка фаговых частиц; затем клетка разрушается и фаги выходят во внешнюю среду. Этот механизм называется лизисом бактерий изнутри в отличие от лизиса бактерий извне, когда образование новых фагов не происходит, а лишь лизируется микробная клетка.
По характеру взаимодействия с бактерией фаги бывают вирулентными, которые обусловливают формирование новых фагов и лизис бактерий, и умеренными, которые лизируют часть клеток с выделением фага, другая часть клеток выживает и становится лизогенной. В таких бактериях фаг превращается в профаг, клетки становятся носителями фага, который передается дочерним клеткам. Под действием излучения и химических веществ профаг может переходить в вегетативный фаг. Высокая специфичность фагов позволяет использовать их для индикации и идентификации бактерий, для фаготипирования. Для этого используют реакцию нарастания титра фага (Тимаков и Гольдфарб, 1955). Фаготерапию применяют при сальмонеллезе, колибактериозе, стафилококковых инфекциях и др.
Антибиотики— химические вещества, выделяемые микробами или получаемые синтетическим путем, которые подавляют рост и развитие тех или иных микробов: обладают бактериостатическим и бактерицидным действием. Влияют на многие виды микробов (антибиотики широкого спектра действия) или на ограниченное число видов; разделяются по действию на грамположительные и грамотрицательные бактерии.
Антибиотики разных групп обладают различным механизмом действия. Пенициллин тормозит синтез полимеров клеточной стенки, подавляет способность усваивать белки, угнетает синтез ферментов. Стрептомицин нарушает синтез белка, подавляет ферменты бактерий. Тетрациклин нарушает синтез белка, нуклеиновых кислот и клеточной стенки. Эффективность действия антибиотиков зависит от их подбора в соответствии с чувствительностью возбудителя болезни, от оптимальной дозировки и Кратности применения. Большинство антибиотиков не убивает патогенных микробов в организме животных, а лишь приостанавливает их развитие и нарушает жизнедеятельность. Освобождается организм от микробов с помощью защитных приспособлений макроорганизма.
По происхождению антибиотики делят на три группы: 1) животного происхождения — лизоцим (из яичного белка), экмолин (из тканей рыб); 2) растительного происхождения, которые делятся на фитонциды (аллицин, рафанин, иманин), образуемые высшими растениями, плесневыми грибами (пенициллин, гризеофульвин, микроцид), актиномицетами (стрептомицин, хлоромицетин, тетрациклин, эритромицин, неомицин, нистатин и др.) и бактериями (грамицидин, полимиксин, бацитрацин); 3) полусинтетические антибиотики (левомицетин, саназин, метициллин, оксациллин, ампициллин и др.).
Антибиотики обладают и побочными действиями — возникновение аллергических реакций, токсическое действие на нервную систему, кровь, печень и другие органы. Длительное применение их может неблагоприятно воздействовать на полезную микрофлору кишечного тракта, активизируя ее антагонистов (стафилококков, протея, синегнойной палочки, дрожжевых грибов типа Candida). Неправильное и неоправданное применение антибиотиков может привести к возникновению антибиотикоустойчивых штаммов патогенных микробов (дисбактериоз).
Использование физических и химических факторов для уничтожения микрофлоры.Стерилизация — уничтожение всей патогенной и непатогенной микрофлоры на данном объекте. Ее применяют для обеспложивания питательных сред, лабораторной посуды, обезвреживания патологического материала, при изготовлении некоторых лекарственных веществ, диагностических препаратов, пищевых продуктов, для обеззараживания инструментов. Это достигается обжиганием поверхности предметов (фламбирование), кипячением, сухим жаром, текучим паром и паром под давлением (автоклавированием).
Пастеризация — обеззараживание объекта при 65-95 °С в течение нескольких минут с последующим быстрым охлаждением до 10-11 °С. При этом погибают только вегетативные формы бактерий. Быстрое охлаждение имеет целью предотвратить прорастание спор. Пастеризацию используют для обеззараживания молока и других пищевых продуктов.
Тиндализация — дробная стерилизация, при которой материал прогревают в течение 2-7 дней на водяной бане при 56-75 °С по 30-60 мин. При этом вегетативные формы бактерий погибают, а споры прорастают в вегетативные формы, которые затем тоже погибают. Используют для стерилизации веществ, разрушающихся при высокой температуре (кровяная сыворотка, яичные среды и т.п.).
Дезинфекция — комплекс мероприятий, направленных на обеззараживание объектов внешней среды, обсемененных патогенной микрофлорой (подробно см. в разделе II главу 6).
Антисептика — уничтожение микробов с помощью химических дезинфицирующих веществ (например, в ранах).
Асептика — система мер по предотвращению попадания микробов в раны, ткани, органы, полости тела при лечебных, профилактических и диагностических манипуляциях. Достигается обеспложиванием инструмента, перевязочного и шовного материала и т.п. Такие же меры применяют при изготовлении биологических препаратов и в других случаях, когда необходимо предотвратить обсеменение микробами.
Лабораторная работа.
Техника посева бактерий и их исследования.
Вскрытие и исследование лабораторных животных
Техника посева бактерий на питательных средах.Для выделения культур бактерий из патологического материала небольшую часть его с помощью бактериологической петли или пастеровской пипетки вносят на какую-либо питательную среду. Это называется посевом. Сначала бактериологическую петлю или пастеровскую пипетку прожигают над пламенем горелки (тонкий конец пипетки при этом сгибают под прямым углом). Участок органа, из которого будет производиться посев, прижигают нагретым металлическим шпателем или разрезают стерильным скальпелем (при посеве бактериологической петлей).
Берут две пробирки с питательными средами: МПБ и МПА, удерживают их в наклонном положении. Обламывают кончик пастеровской пипетки, быстро проводят пипетку через пламя, прокалывают орган в прижженном месте и насасывают в капилляр небольшое количество материала. В целях безопасности при производстве посевов и пересевов нужно пользоваться резиновой трубкой, один конец которой надевают на пипетку, а на другой — резиновую грушу.
После этого открывают сразу обе пробирки (ватные пробки удерживают мизинцем и ладонью правой руки), обжигают края пробирок на пламени, вносят пипетку с материалом в пробирку с бульоном, быстро насасывают небольшое количество бульона в капилляр и переносят в пробирку со скошенным МПА. Края пробирок прожигают над пламенем и закрывают пробками, также проведенными через пламя. Использованную пипетку немедленно помещают в сосуд с дезинфицирующей жидкостью, а бактериологическую петлю прожигают над пламенем и ставят в штатив. На пробирках специальным карандашом отмечают наименование органа, откуда был взят патологический материал, номер экспертизы и дату посева.
Техника пересевов.Берут две пробирки (с культурой бактерий и со свежей средой), удерживая их в наклонном положении. МПА должен быть обращен скосом вверх. Пересев делают бактериологической петлей или пастеровской пипеткой. Петлю прожигают над пламенем, пастеровскую пипетку проводят через пламя, капилляр сгибают под прямым углом и обламывают конец его непосредственно перед пересевом. Над пламенем горелки открывают сразу обе пробирки; проведенной через пламя петлей или пипеткой захватывают небольшое количество материала (петлю надо остудить внутри пробирки) и быстро переносят в пробирку со свежей средой. Посевы на МПА проводят зигзагообразным растиранием материала по поверхности среды. Затем обжигают края пробирок, закрывают их пробками, проведенными через пламя. Петлю прожигают и ставят в штатив; пипетку — в сосуд с дезраствором. Пробирку со средой, на которую был проведен пересев, тотчас подписывают.
При бактериологическом исследовании бактерии изучают в чистых культурах, т.е. без примеси других видов микробов. Для получения чистых культур применяют метод дробного посева микробной суспензии на поверхность твердых питательных сред или метод последовательного разбавления исследуемого материала в жидких или плотных расплавленных средах, а также биологический метод — заражение лабораторных животных. Выросшие на чашках Петри колонии изучают, делают пересевы, получают чистую культуру и приступают к ее исследованию. Оно начинается с описания характера роста бактерии на жидких и твердых средах. Оценка роста на жидких средах сводится к определению степени и характера помутнения, осадка и пристеночного кольца; на твердых средах — характера, величины, формы, цвета и прозрачности колоний. Затем проводят микроскопию культуры, для чего изготавливают мазки и окрашивают их по Граму или другими методами. Следующим этапом исследуется культура на подвижность методом висячей или раздавленной капли. Для этого используют культуру не старше суточного возраста.
Дальнейшее исследование чистой культуры проводят путем пересевов на специальные питательные среды (цветной ряд, элективные среды) для изучения биохимических свойств, способности к пигментообразованию, гемолитических свойств и пр. При необходимости делают серологические исследования выделенной культуры и заражают лабораторных животных. К концу исследования должны быть четкие данные о морфологических, культуральных, биохимических, серологических свойствах и патогенности изучаемой культуры, на основании которых определяют вид микроба, используя для этой цели специальные таблицы или определители микробов. При необходимости определяют чувствительность бактерий к антибиотикам, пользуясь соответствующим наставлением.
Работа с лабораторными животными.Лабораторные животные служат для выявления возбудителя инфекции в исследуемом материале, определения патогенности и вирулентности изучаемого микроба, выделения чистых культур из смеси с сапрофитами, изготовления различных компонентов, применяемых в исследованиях (комплемент, сыворотки), культивирования некоторых микробов. В практике используют кроликов, морских свинок, белых крыс и мышей, голубей, учитывая степень чувствительности животных к определенным болезням (например, голубь очень чувствителен к заражению возбудителем рожи свиней).
Животные, предназначенные для заражения, должны быть здоровыми, иметь хорошую упитанность, гладкую блестящую шерсть, нормальную температуру тела (ее измеряют обычным термометром у кроликов и морских свинок введением его в прямую кишку). Перед заражением животных метят, взвешивают, при необходимости определяют пол. Инструмент для заражения (шприцы, иглы, пинцеты и пр.) стерилизуют кипячением. Заражают животных культурой микробов или суспензией из присланного на исследование патологического материала.
Животных нужно фиксировать. Кролика берут за кожную складку на спине (за уши брать не следует), помещают на стол, захватывают обе задние конечности, затем приподнимают и другой рукой фиксируют передние конечности. При введении материала внутривенно или взятии крови из ушной вены кролика удобнее всего заворачивать (пеленать) в кусок плотного материала, оставив свободной голову. Морских свинок из клетки берут одной рукой, обхватывая туловище позади передних конечностей. Фиксируют их двумя руками: одной за задние, другой за передние конечности. Белых крыс захватывают рукой вокруг туловища позади передних конечностей, большой палец должен находиться под нижней челюстью. Частая ошибка в обращении с крысами — слишком крепкий захват животного, что вызывает у них тревогу, крыса может укусить. Если крыса проявляет агрессивность, то следует пользоваться корнцангом. Белых мышей извлекают также корнцангом или берут за хвост, пускают на стол и быстро схватывают за кожную складку в области затылка. Голубей фиксируют одной рукой, обхватывая туловище, прижимая одновременно оба крыла и обе конечности к телу.
При фиксации лабораторных животных надо соблюдать осторожность, чтобы обезопасить себя и не причинить вреда животному грубой фиксацией.
Лабораторных животных чаще всего заражают подкожно, внутримышечно, внутрибрюшинно, внутривенно, реже — внутрикожно, интрацеребрально, через пищеварительный тракт, а также путем аппликации материала на конъюнктиву глаза или скарифицированную поверхность кожи. На месте инъекции шерсть выстригают, кожу обрабатывают спиртом или 2%-ным раствором фенола. Обычно кроликам вводят 0,5-2,0 мл, морской свинке — 0,5-1,0, белой мыши — 0,2-0,5 мл материала.
Внутримышечно материал вводят кроликам, морским свинкам и белым мышам в мышцы внутренней стороны бедра; голубям — в грудную мышцу (перья на месте инъекции выщипывают). Иглу при этом направляют в сторону головы, а не в сторону туловища, так как в последнем случае можно повредить брюшину. Для внутрибрюшинного заражения животное фиксируют вниз головой (во избежание ранения кишечника). Инъекцию производят в левую нижнюю треть живота. Иглу сначала направляют горизонтально, прокалывая кожу, мышцы и брюшину, затем переводят шприц в вертикальное положение и медленно вводят материал.
Внутривенно заражают чаще кроликов в краевую вену уха, у основания которого сосуд передавливают пальцами для лучшего наполнения его кровью и слегка перегибают на указательном пальце. Шприц берут правой рукой и вводят иглу в вену по ходу тока крови (по направлению к голове). Внутривенно материал надо вводить медленно; доза для кролика составляет обычно 1-5 мл. После введения на место укола накладывают кусочек ваты (можно залить коллодием).
Зараженных животных помещают в отдельные клетки (мышей можно содержать в стеклянных банках, закрытых сверху металлической сеткой), на которые наклеивают этикетки с указанием номера клетки (банки), даты, числа и вида животных, чем заражены, способа заражения, дозы, как помечены животные. Содержат в отдельном от здоровых помещении, обслуживает специальный персонал.
Вскрытие и исследование трупов лабораторных животных.Проводят с целью патологоанатомического и микробиологического исследования. Вскрывать труп следует сразу после смерти животного. Делают это на столах, обитых оцинкованным железом, или в металлических ванночках, укрепляя трупы на деревянной или пробковой доске булавками. Удобно залить ванночку воском и на нем после застывания фиксировать труп булавками. После вскрытия воск обеззараживают перетапливанием.
Перед вскрытием приготавливают инструменты (скальпели, ножницы, пинцеты), а также все необходимое для посевов и изготовления мазков. Вскрытие начинают разрезом по белой линии живота от лобка до шеи. Кожу препарируют на две стороны. Грудную полость вскрывают ножницами, разрезая сначала диафрагму, затем ребра с обеих сторон по месту прикрепления их к грудной кости, последнюю отделяют от трупа. Для лучшего осмотра органов брюшной полости разрезают брюшную стенку перпендикулярно к первому разрезу в обе стороны до поясничных позвонков. При необходимости вскрывают черепно-мозговую полость и исследуют головной мозг.
После беглого осмотра органов делают посевы из внутренних органов и крови сердца, изготавливают мазки-отпечатки и после этого проводят Тщательное патологоанатомическое исследование. Результаты вносят в бланк лабораторной экспертизы.
Инструменты после работы стерилизуют кипячением; труп животного сжигают или автоклавируют. Стол и ванночки заливают 3%-ным раствором фенола или 5%-ным раствором лизола на 2 ч. Столы можно овлажнить спиртом и затем прожечь. Клетку, в которой пало животное, дезинфицируют, подстилку и остатки корма сжигают.
Взятие кровиу лабораторных животных.Кровь берут для исследования или изготовления комплемента и сывороток для серологических исследований. У морских свинок и кроликов кровь берут из ушной вены или сердца. Из ушных вен кровь берут путем надреза или прокола сосуда. У белых мышей кровь берут, отсекая кончик хвоста или путем укола пастеровской пипеткой в сосудистое сплетение, расположенное в области внутреннего угла глаза.
Для взятия крови из сердца свинку фиксируют в спинном положении, отыскивают точку, где сильнее всего ощущается сердечный толчок. Обычно это середина грудной клетки, чуть влево (0,5-1,0 см) от средней линии. Грудную стенку прокалывают, держа шприц в несколько наклонном положении, спереди назад. При проколе надо указательный палец держать на штоке поршня и стараться слегка отодвигать его, чтобы в цилиндре создавалось отрицательное давление (разрежение воздуха). При правильном попадании поршень поднимается, а цилиндр заполняется кровью. От взрослой свинки можно взять однократно 5-6 мл крови, от кролика — до 10 мл. После этого животному тотчас вводят подкожно физраствор, подогретый до температуры тела, соответственно объему взятой крови. Повторно кровь у этого же животного из сердца можно брать не ранее чем через 10-15 дней.
Контрольные вопросы.1. Какие факторы влияют на состав микрофлоры почвы, воды, воздуха, животного организма? 2. Как действуют на микроорганизмы физические и химические факторы и вещества?
3. Какими методами достигается стерилизация материалов? 4. Каковы техника посевов и пересевов микроорганизмов, получения чистых культур? 5. Какие вы знаете питательные среды и способы их изготовления?