Медь и медные сплавы в борьбе против опасных микроорганизмовМикроорганизмы существуют очень давно и борьба с болезнетворными для человеческого организма бактериями не прекращается. Еще в Римской империи использовались медные трубы и медная посуда и утварь, римляне давно заметили что использование меди, уменьшает распространение бактерий. Позже, когда микроорганизмы и бактерии были обнаружены учеными, ученые начали понимать, как противомикробные свойства меди могут быть использованы во благо человечеству.

 

Имеется достаточно много доказательств, противомикробного действия меди при инактивации микроорганизмов L. pneumophila, являющихся основным возбудителем болезни легионеров. Борьба с болезнью легионеров, в течении длительного времени была одним из главных направлений Американского общества инженеров по технике безопасности (ASSE). В этой статье будет раскрыта тема важности вопроса обеспечения населения качественной водой, отвечающей всеми медицинским и санитарным нормам и требованиям. Также недавно была обнаружена эффективность меди и сплавов из меди в инактивации и других опасных микробов. Например устойчивый к метициллину организм Staphyloccocus aureus (MRSA) – смертельный патоген, который у органов здравоохранения вызывает сейчас наибольшую озабоченность. Аналогичные исследования проводились с E. coli O157:H7 – распространяющейся через пищу и воду бактерией, которая может вызывать болезнь и смерть, а также с Listeria monocytogenes – бактерией, имеющейся в почве и воде и распространяющейся при обработке пищи.

Цель этой статьи  - предоставить материалы о последних находках, подтверждающих эффективность меди и медных сплавов в снижении количества опасных бактерий.

 

Таблица 1
Известные вспышки болезни легионеров в США, связываемые с возбудителем, находящимся в воде

Год

Количество
случаев
заболевания

Количество
летальных
случаев

Причина

1976

221

34

Болезнь легионеров, вызванная загрязнением системы кондиционирования воздуха в отеле во время проведения в Филадельфии съезда Американского легиона.

1985

14

3

Болезнь легионеров, поразившая участников церковного обеда в Мичигане.

1989

34

2

Болезнь легионеров, вызванная загрязнением системы распыления в розничном магазине в Луизиане

1998

45

 

Лихорадка Понтиака, предположительно, из-за загрязнения джакузи в отеле в Висконсине

1999

24

 

Сообщения о 22 случаях лихорадки Понтиака и двух случаях болезни легионеров в отеле в Джорджии

2000

20

 

Лихорадка Понтиака из-за джакузи в отеле в Висконсине

2000

15

 

Болезнь легионеров, источником которой был отстойный водоем в Миннесоте

2001

10

1

Болезнь легионеров из-за загрязненной градирни на автопредприятии в Кливленде, Огайо

2002

16

 

Болезнь легионеров в тюрьме в Коннектикуте

2002

117

 

Лихорадка Понтиака в ресторане в Теннеси, вызванная организмом L.egmeSa

2004

66

 

Лихорадка Понтиака среди постояльцев из Техаса, остановившихся в отеле в Оклахоме

Микроорганизмы Legionella

В болезнь входит группа респираторных заболеваний вызываемых микроорганизмом Legionellae. В данный род микроорганизмов сейчас входит 43 разновидности , также предполагается наличие патогенных микроорганизмов Legionella-likt (Adeleke и др., 2001). L.pneumophila, основной этиологический агент болезни легионеров, является причиной от 5 до 25 процентов передаваемого от человека к человеку воспаления легких.

Скорость протекания болезни легионеров и достаточно высокий процент летальных исходов(около 12 процентов)(Fraser, 1977; Brenner, 1979). Лихорадка Понтиака – лихорадка, протекающая в мягкой форме с сильными приступами. Данная лихорадка получила свое название от места где она в первые была обнаружена – Отдел сельского здравоохранения в г. Понтиак, Мичиган (Glick, 1978).

В первой таблице приводится сокращенная хронология вспышек болезни в Соединенных Штатах Америки. Заражение происходило в результате распыления водных аэрозолей, а так как организмы Legionellae присутствуют в природе повсеместно, особое загрязнение распыляющего оборудования( устройства образования тумана, джакузи) приводило к всплеску заболеваемости. Если организмы Legionellae размножаются (обычно при температуре воды 20–50 °С) и распыляются с аэрозолями, в виде капель они могут попадать в легкие людей массово и это может быть очень опасно.

Регулярная очистка систем водоснабжения, позволяет контролировать и снижать вероятность заражения, многое зависит от иммунитета человека на которого оказывает воздействие среда содержащая организмы Legionella. Согласно данным двух перспективных исследований в больницах, частота, с которой организмы L. pneumophila обнаруживались у больных пневмонией, за шестилетний период снизилась с 16,3 до 0,1 %, а у больных с пониженным иммунитетом – с 76 до 0,8 % за десятилетний период (Grosserode и др., 1993; Junge-Mathys и Mathys, 1994). Бактерии Legionella плохо восприимчивы к хлорированию, при этом они еще способны усиливать свою сопротивляемость хлорированию. Не редко этот вид бактерий обнаруживается в хлорированной воде. Так как они способны внедряться в амеб или размножаться в биопленках (Kuchta и др., 1993). Другие, современные методы подготовки воды - ультрафиолет, обработка ионами металлов меди или серебра, озонизацию способствуют существенному снижению содержания Legionella в воде.

Таблица 2
Содержание возбудителя болезни легионеров в системах водоснабжения

Система водоснабжения

%

Местонахождение

Источник
данных

Система водоснабжения жилых домов

питьевая вода

3–33

США

Russin 1997

грунтовая вода

83

24 образца из
12 источников

Riffard 2001

устройства подачи питьевой
воды в домах и учреждениях

61

в 96 % были
< 1 000 cfu/ml

Atlas 1999

в односемейных домах

6

Канада

Marrie 1994

в многосемейных домах

25

Канада

Marrie 1994

водонагреватели

21–79

Европа

Tiefenbrunner 1996

Душевые, фонтаны

минеральные источники

2

Сингапур

Heng 1997

декоративные фонтаны

15–19

Сингапур

Heng 1997

душевые

8–92

Европа

Tiefenbrunner 1996

Системы подачи теплой и холодной воды

градирни

51

США

Miller 1993

градирни

36

Сингапур

Heng 1997

градирни

47

Финляндия

Kusnetsov 1997

градирни

90

Регистрация
при помощи PCR

Koide 1993

больницы

47

Франция (Париж)

Nahapetin 1991

больницы

68

Юго-восток Германии

Luck 1993

больницы

70

Саксония

Habicht 1988

амбулатории

50

Юго-восток Германии

Luck 1993

стоматологии

58

Юго-восток Германии

Luck 1993

общественные здания

85

Юго-восток Германии

Luck 1993

отели

18

Саксония

Habicht 1988

частные хозяйства

65

В основном < 100 cfu/мл

Luck 1993

квартиры

30

В основном в душевых

Zacheus 1994

 

Микобактерии

Вспышки внутрибольничной пневмонии, вызванной нетуберкулезными микобактериями (NTM), например, Mycobacterium avium, регистрируются уже более 20 лет и продолжают оставаться проблемой. Количество случаев заболевания легочными болезнями, связанными с M. avium, быстро растет и в некоторых регионах достигло уровня заболеваний, вызванных M. tuberculosis. Источниками таких вспышек в основном являются городские системы водоснабжения и больничные системы подачи воды (часто отдельные). Нетуберкулезные микобактерии были обнаружены в 12 из 13 (т. е. в 92 %) источников, в 45 из 55 (82 %) домах, в 31 из 31 (100 %) коммерческих зданиях и в 15 из 15 (100 %) больницах (Aronson и др., 1999). Действительно, был сделан вывод, что питьевая вода является одним из основных источников инфицирования микобактериями M. avium (Aronson и др, 1999).

Инфицирование микобактериями M. avium наблюдается у больных с пониженным иммунитетом, например, у больных с хроническими болезнями легких и СПИДом. Для последних инфекция M. avium является основной причиной смерти (Fordham von Reyn и др., 1996; Ristola и др., 1999). Недавно были обнаружены другие группы населения, подверженные риску инфицирования микобактериями M. avium. По большей части, бактерии M. avium попадают в организм человека через желудочно-кишечный тракт, в котором они проникают через слизистую оболочку кишечника (Sangari и др., 1999). Однако некоторые микобактерии могут без труда попасть в организм из воды в виде аэрозолей (Parker и др., 1983), и вдыхание аэрозольных частиц также является важной причиной легочных болезней (Hoffner, 1994).

Нет достаточных оснований утверждать, что нетуберкулезные бактерии образуют биопленки, но лабораторные исследования с условно-патогенными организмами – M.fortuitum and M. chelonae – показали, что это возможно на трубах из полиэтилена высокой плотности (ПВП), используемых для водоснабжения (Hall-Stoodley и др., 1999). Были собраны образцы биопленок из пятидесяти установок водообработки и систем коммунально-бытового водоснабжения в Германии и Франции. Различные виды микобактерий были обнаружены в 90 % этих образцов (Schulze-Robbecke и др., 1992). Было высказано предположение, что микобактерии присутствуют повсеместно в биопленках и что зоны соприкосновения твердых и жидких сред, особенно поверхности пластмассовых деталей, могут быть выбраны микробактериями. В другом исследовании в трубы из ПВХ вводилось небольшое количество M. chelonae, и через восемь недель были обнаружены колонии этих организмов (Vess и др., 1993).

Резюмируя, можно сказать, что вышеуказанные исследования показали: системы водоснабжения могут содержать широкий спектр условно-патогенных и опасных микроорганизмов. Кроме того, применение неверных строительных материалов, плохая конструкция системы и отсутствие должного технического обслуживания могут способствовать образованию колоний и размножения таких болезнетворных организмов в водопроводных и HVAC-системах.

Таблица 3
Содержание возбудителя болезни легионеров в системах водоснабжения

Температура

Материал

Содержание
микрофлоры

Содержание
Legiondla-pneumophit

20

Медь

2,2

0

Полибутилен

 

665

ХПВХ

 

2130

40

Медь

 

2000

Полибутилен

 

112000

ХПВХ

 

68000

50

Медь

 

0

Полибутилен

 

890

ХПВХ

 

60

60

Медь

 

0

Полибутилен

 

0

ХПВХ

 

0

Исследования воздействия на микробов меди, медных сплавов и нержавеющей стали

Все проводившиеся исследования показывали, что поверхность из нержавеющей стали или пластмассы ни как не сдерживает размножение бактерий. В более старых исследованиях было доказано что медь и медь растворенная существенно снижает скорость размножения непатогенных разновидностей E. coli  и патогенных организмов ACDP категорий 2/3, таких как Legionella pneumophilia.

Rogers и др. (1994 a, b) продемонстрировали на точно воспроизведенной системе подачи водопроводной воды, показали что в трубах из стали или полимеров, биопленки содержащие большое количество бактерий, могут воспроизводиться в течении нескольких месяцев, за исключением медных труб (см. табл. 3). Авторами была составлена таблица,  отражающая способность разных материалов противостоять образованию биопленок с микроорганизмами. В таблице отчетливо прослеживается способность меди противостоять образованию биопленок во всех основных температурных режимах работы водопроводов.

Интерес так же вызывает полибутилен - на некоторых температурах, например на температуре 40 градусов он показывает невероятно высокое количество Legiondla-pneumophit, что может быть очень опасно для людей. Объясняется это тем что пластиковые и резиновые материалы могут способствовать росту микроорганизмов (Zobell и Beckwith, 1944; Burman и др., 1977). Такие материалы в качестве пластификаторов могут содержать акил-фталаты, в качестве антиоксидантов – бутилированный гидроксилтолуол, в качестве смазочного средства – стеараты и в качестве термостабилизаторов – тиоэфиры.

Бактерии L. Pneumophila, чувствительны к меди, они не могут размножаться на медной поверхности быстрыми темпами, только на очень застарелой медной поверхности, данные бактерии могут размножаться.

Лабораторные исследования проводились не только в искусственно созданной системе, но и на реальных водопроводах в немецких больницах, по этим исследованиям только на 3 процентах поверхностей медных труб можно было обнаружить L. Pneumophila, а для стальных и полиэтиленовых труб этот показатель был 64 и 85 процентов соответственно (Pongratz и др., 1994). Это исследование также подтверждает способность медных поверхностей сдерживать Legionellae, и слабую способность металлических  и полиэтиленовых труб противостоять этому заболеванию.

Таблица 4
Сравнение материалов систем водоснабжения по развитию на них биопленки и колоний L. Pneumophila при температуре 30 °С в питьевой воде средней жесткости

Материал

Максимальный
уровень
развития
колоний

Отношение развития колоний

не-legionellae

L. pneumophila

не-legionellae

L. pneumophila

Медь

70

0,7

1

1

Стекло

150

1,5

2,1

2,1

Полибутилен

180

2

2,6

2,9

Нержавею-
щая сталь

210

10

3

14,3

Полиэтилен

960

23

13,7

33

УПВХ

1070

785

24,3

112,1

ХПВХ

1700

785

24,3

112,1

Сталь

4900

450

70

642

Этилен-
пропилен

27000

500

386

714

Латекс

89000

550

1271

785

Примечание. Единицей уровня развития колоний является 103 на см3. Отношением развития колоний является cfu всей микробной флоры или Legionellae, образцы которых собраны на соответствующем материале, по отношению к соответствующим данным на меди.

Все исследования проводимые в США и других странах показали способность меди противостоять длительному размножению опасных для человека бактерий.

Производившиеся позже исследования, так же показали способность медных поверхностей противостоять размножению и других видов патогенных микроорганизмов - Listeria monocytogenes и MRSA. Центр контроля и предотвращения болезней США в 1999 году опубликовал отчет, согласно которому этот патогенный организм является вторым по частоте причиной смертельных случаев и одной из самых частых причин госпитализации, из всех болезней возникающих в результате действия патогенных бактерий попадающих в организм с водой или пищей.

Перепечатано с сокращениями из журнала Plumbing Standarts № 4/2004

Перевод Л. И. Баранова