Actiunea factorilor fizici si chimici asupra bacteriilor (agenti antimicrobieni)

Generalitati

Activitatea bacteriilor se realizeaza intr-un complex de factori fizici, chimici si biologici. Rezultatul actiunii acestor factori este in functie de: intensitatea actiunii factorului, timpul de actiune asupra celulei bacteriene, conditiile de mediu nutritiv sau natural, structura celulei (prezenta capsulei, sporilor) si sensibilitatea bacteriei ca specie sau individ.

Trebuie subliniat, ca lege generala, ca materialele patologice in care este inglobat microbul (sange, puroi, fecale) il pot proteja in mare masura fata de actiunea unui agent antimicrobian.

Actiunea agentilor antimicrobieni poate fi:

bacteriostatica: proprietatea unui agent de a inhiba multiplicarea bacteriilor. Indepartarea agentului bacteriostatic si introducerea microorganismelor in conditii optime de dezvoltare duce automat la aparitia multiplicarii;

bactericida: proprietatea agentilor de a produce moartea microbilor, fenomen care se realizeaza, fie prin lizarea celulei bacteriene, fie prin oprirea functiilor importante ale celulei. In practica, agentii antibacterieni pot fi folositi in 3 scopuri importante:

sterilizare: omorarea sau indepartarea tuturor  microorganismelor patogene sau nepatogene, forme vegetative sau spori de pe o suprafata sau dintr-un amestec lichid;

dezinfectia: omorarea formelor vegetative ale microbilor dar nu obligatoriu si a sporilor, pentru a le neutraliza ca vehicul al infectiei;

prezervarea: omorarea sau inhibarea dezvoltarii microbilor din medicamente, seruri, vaccinuri, colire si alimente. Prin prezervare se previn infectiile iatrogene (iatros=medic) sau transmise prin alimente precum si degradarea microbiana a medicamentelor sau alimentelor.

mutagena: proprietatea agentului de a determina modificari la nivelul ADN celular, care se asociaza cu pierderea integritatii structurale si a patogenitatii.

1. Actiunea agentilor fizici asupra bacteriilor

Principalii agenti fizici care pot actiona asupra microorganismelor sunt temperatura (caldura sau frigul), uscaciunea (desicarea), pH-ul, presiunea osmotica, radiatiile, ultrasunetele, electricitatea si filtrarea.

Temperatura

Speciile microbiene au, aproape fiecare dintre ele, o temperatura zisa "optima" si anumite limite sub care si peste care dezvoltarea este stanjenita. Astfel, din punct de vedere al temperaturii optime bacteriile se clasifica in:

mezofile - specii patogene sau conditionat patogene adaptate la o temperatura optima de 37-38˚C, temperatura corpului uman, cu limite intre 25-34˚C/ 10-45˚C;

psihrofile (criofile) - care cuprind microorganismele a caror temperatura optima este intre 15-20˚C cu limite intre 0 si 20˚C/ 0-35˚C;

termofile - includ bacteriile de putrefactie a gunoaielor a caror temperatura optima este intre 50-53˚C cu limitele intre 50-80˚C (85˚C- bacteriile din gheizere).

1. Caldura - dincolo de limita superioara este nociva, ducand la dezorganizarea reactiilor metabolice prin coagularea proteinelor (teoria denaturarii si coagularii proteinelor) sau prin acumularea de produsi toxici rezultati in urma proceselor biochimice (teoria intoxicatiei).

Exista diferente intre modul de actiune a caldurii uscate si a caldurii umede.

Caldura uscata patrunde mai greu prin peretele celulei bacteriene, spre deosebire de caldura umeda. Caldura uscata este mai putin eficienta necesitand temperaturi de 140˚C si un timp de expunere intre 5-15 minte (Clostridiile) si 180˚C si 60 minute (Bacillus anthracis).

Caldura umeda patrunde mai usor, datorita inmuierii peretelui celulelor si cresterea permeabilitatii acestuia. Caldura umeda are efect bactericid asupra formelor vegetative expuse la 100˚C timp 2-3' sau 60˚C timp de 1 ora. Sporii bacterieni sunt distrusi in 15' la 121˚C, presiunea de autoclavare variind intre 1,5 atm - 2 atm.

In practica medicala, caldura este folosita in procesul de sterilizare a instrumentarului medical si a materialelor folosite in diagnosticul de laborator.

Sterilizarea se efectueaza prin caldura uscata (flambare si pupinel) si caldura umeda (fierbere, autoclavare si pasteurizare).

Uscaciunea (Desicarea)

Sensibilitatea bacteriilor la deshidratare difera in raport cu specia si chiar tulpina. Microorganismele ca meningococii, gonococii, treponemele, leptospirele sunt foarte sensibile. Bacilii tuberculozei, stafilococii raman viabili perioade indelungate de timp. Temperatura scazuta, mediul proteic si lipsa oxigenului protejeaza considerabil microbii fata de efectele nocive ale deshidratarii. Pe aceste principii se bazeaza liofilizarea (criodesicarea). Metoda consta in congelarea suspensiei microbiene in mediu protector, uscarea in vid si pastrarea in fiole inchise cu gaz inert. Prin liofilizare se conserva vaccinurile si tulpinile microbiene de referinta.

Frigul

In general, bacteriile la temperaturi scazute nu se multiplica si intra in viata latenta. Exceptie fac meningococul si gonococul.

Frigul inaintat, sub minus 5-10˚C, conserva proprietatile biologice mai eficient decat temperatura de 0˚C sau - 10˚C.

Congelarea lenta distruge bacteriile in mai mare masura decat una brusca, deoarece in primul caz se formeaza cristale de gheata, care rup structurile celulare si se produce hiperconcentrarea salina cu denaturarea starii coloidale a proteinelor. Nociva pentru microbi este congelarea si decongelarea repetata. Frigul isi gaseste aplicatiile in conservarea alimentelor, a unor medicamente si tulpinilor microbiene de laborator (culturi bacteriene de referinta).

Radiatiile actioneaza asupra bacteriilor prin mecanisme diverse: producerea de peroxizi in mediu cu efect bactericid (radiatiile ionizante: X, α, β, γ) si prin efect direct asupra acizilor nucleici celulari ( radiatiile solare, ultraviolete).

Radiatiile ionizante (X, α, β, γ, neutroni) au actiune bactericida puternica, fiind purtatoare ale unor energii mai inalte. Ele produc denaturarea proteinelor si acizilor necleici celulari prin inactivarea ribozomilor, ruperea lanturilor de acizi nucleici, se produce inactivarea actiunii enzimelor datorita formarii de radicali liberi (OH, H) in apa mediului, formarea de peroxizi (R-O-O-R) ce actioneaza ca agenti oxidanti.

In doze mici pot produce mutatii bacteriene (radiatii X) cu modificari morfologice si patogenitate. Se utilizeaza pentru sterilizarea instrumentelor medicale, medicamentelor, alimentelor.

Radiatiile ultraviolete actioneaza prin absorbtie selectiva la nivelul acizilor nucleici (indeosebi ADN). Activitatea bactericida este maxima la 260nm.

Acest proces se produce prin expunere la lumina puternica (lungimea de unda 400nm). Se produce clivarea dimerilor de timidina din molecula de ADN ce

favorizeaza reluarea multiplicarii bacteriilor "omorate". Se utilizeaza la sterilizarea incaperilor, boxelor, materialelor plastice, medicamentelor.

Ultrasunetele - sunt vibratii cu frecventa mai mare decat cea a undelor sonore (peste 1000Hz). Sunt bactericide prin procesul cavitatiei. Unda ultrasonica, la trecerea prin apa extra si intracelulara, determina o miscare intensa a protoplastului cu dezagregarea structurilor celulare (spargerea peretelui celular).

Se utilizeaza la dezinfectia si curatirea instrumentarului stomatologic, chirurgical, la analize chimice determinand separarea enzimelor celulare.

Presiunea osmotica - celulele vegetative tinere sunt mai sensibile decat sporii. In medii hipertone se produce fenomenul plasmoliza (lichidul paraseste celula cu retractia acesteia), in medii hipotone are loc fenomenul de turgescenta (marirea diametrului celulei), in mediu izoton bacteriile isi pastreaza forma. Dintre acestea, plasmoliza are efect letal asupra bacteriilor si fungilor. Isi gaseste aplicatii in conservarea alimentelor (saramurare, pregatire dulceturi, siropuri).

Electricitatea are actiuni minore asupra bacteriilor, dar poate produce modificari ale mediului (fizico-chimice) cu efecte secundare bactericide: cresterea temperaturii, eliberarea clorului din compusi, formarea de ozon.

Filtrarea - se realizeaza prin trecerea unui fluid printr-un corp poros (filtru). In functie de diametrul porilor, filtrarea poate fi clarifianta sau sterilizanta. O membrana cu porozitatea de 0,22μm retine toate bacteriile.

2. Actiunea agentilor chimici neselectivi

Diferiti factori chimici sunt necesari in conditii normale, dar o concentratie usor crescuta determina un efect bactericid. Ei pot actiona prin:

1) denaturarea produsilor protoplasmatici (acizi, alcooli, alcali, saruri  minerale);

2) interferenta cu grupari active ale proteinelor (compusi Hg, Ag, Cu);

3) actiune oxidanta (halogenii si compusii halogenati, coloranti);

4) lezarea permeabilitatii membranelor celulare (detergenti, fenoli, crezoli);

5) alterarea acizilor nucleici (derivati de anilina, acridina);

6) antagonisti metabolici (cianurile, oxid de carbon, dinitrofenol, p.fluorofenilalanina).

1. Agentii care denatureaza produsii protoplasmatici

Acizii si alcoolii produc o disociere electrolitica, pun in libertate ionii de H⁺ sau actioneaza prin molecula intreaga, efectul bactericid fiind legat de gradul de disociere de ioni H pe unitatea de volum.

Fiecare specie se diferentiaza dupa sensibilitatea la actiunea acizilor. Formele vegetative sunt mult mai sensibile decat sporii. Efect bactericid maxim au: acidul clorhidric, acidul sulfuric, acidul azotic, acidul sulfocromic. Se folosesc ca dezinfectanti in concentratii de 5%, iar pentru B. Koch de 10%.

Alcoolii au o activitate mai intensa cu cat greutatea moleculara este mai mare. Alcoolul etilic este mai activ decat cel metilic. Alcoolii sunt bactericizi in concentratii de 50 - 70%. Efectul sporocid antifungic este redus. Sunt utilizati pentru aseptizarea tegumentului (dar timpul necesar efectului bactericid este de 5 minute).

2) Agentii care actioneaza prin interferenta gruparilor active ale proteinelor

Substantele chimice din mediu reactioneaza cu enzimele determinand

blocarea gruparilor active (anionice, fenolice, carboxilice). Au o actiune oligodinamica prin discociere electrolitica .

Compusii metalelor grele (mercurici, de argint si de cupru) blocheaza gruparile SH, rezulta compusi inactivi si se produce o inhibitie a multiplicarii bacteriilor.

Utilizarile practice ale acestora sunt:

compusii mercurici (biclorura de mercur, merthiolatul si mercurocrom) se folosesc in dezinfectia laboratorului si a mainilor);

compusii de argint (protargolul, colargolul) se folosesc in instilatii oculare pentru prevenirea oftalmiei gonococice);

compusii de cupru se folosesc ca fungicide.

3) Agentii chimici care actioneaza ca oxidanti

Actioneaza prin oxidarea gruparilor SH ce trec in grupari disulfidice S-S.

- Peroxizii: apa oxigenata si permanganatul de potasiu. Efectul lor antiseptic este redus in prezenta substantelor organice. Apa oxigenata este utilizata pentru spalarea plagilor, iar permanganatul de potasiu pentru antiseptizarea mucoaselor.

- Halogenii si compusii halogenati:

Clorul se foloseste sub forma gazoaza, hipocloriti si cloramine. Clorul impreuna cu apa formeaza acidul hipocloros, substanta stabila in mediu si puternic oxidanta. Actioneaza asupra enzimelor bacteriene: triazofosfatdehidrogenaza, aldolaza.

Sub forma gazoaza se foloseste in potabilizarea apei, iar sub forma de hipocloriti (hipocloritul de Ca, Na) si cloramina se utilizeaza la dezinfectarea tacamurilor, mainilor, lenjeriei de spital, campuri operatorii, galeti de infecte.

Iodul, solubil in alcool sau solutii apoase, se foloseste uzual sub forma de tinctura de iod (2%). Are o actiune bactericida, mai ales la pH acid.

4) Agentii care lezeaza permeabilitatea membranelor celulare

Detergentii sunt substante tensioactive, diminua tensiunea superficiala si, implicit, compromiterea unor functii importante de la periferia celulei bacteriene (permeabilitatea osmotica si selectiva).

- Fenolul si derivatii fenolului:

Acidul fenic este etalonul fata de care se masoara activitatea antimicrobiana a antisepticelor si dezinfectantelor.

Indicele fenolic: dilutia maxima bactericida dupa 10' la proba X

dilutia maxima bactericida dupa 10' la proba F

Proba X = scara dilutiilor dezinfectantului de cercetat,

Proba F = scara dilutiilor de fenol.

Valoarea semnificativa IF>3.

Peste 10 activitatea bactericida este inalta.

Crezolii, derivati mertiolati ai fenolului cu activitate bactericida, cu precadere asupra formelor vegetative.

Isi gasesc aplicatii la dezinfectarea obiectelor (mese, podele).

5) Agenti care altereaza acizii nucleici

Derivatii de anilina sau acridina au activitate bactericida sau mutagena. Sunt folositi la prepararea unor medii de cultura selective (derivati de anilina), fiind mai activi asupra bacteriilor Gram pozitive. Isi gasesc aplicarea in antiseptizarea plagilor (rivanolul).

6) Antagonisti metabolici

Sunt agenti chimici care interfera cu o reactie normala intre enzima specifica si substratul respectiv in procesul metabolic. Antagonistul actioneaza prin combinarea cu o parte a enzimei la nivelul unor situsuri (regiuni) ce prezinta o mare afinitate.

Dupa actiune, se pot clasifica in:

antagonisti in procesele energetice: oxid de carbon, cianuri;

antagonisti ai biosintezelor prin aparitia de proteine modificate:  β- fluorofenilalanina.

Aplicatii ale agentilor antimicrobieni in practica dentara

Cunoasterea agentilor antimicrobieni si a modului lor de actiune de catre student si medicul dentist evita riscul contaminarii proprii, precum si transmiterea bacteriilor de la un pacient la altul.

Astfel, sterilizarea instrumentarului, folosit curent in cabinetul dentar, se face cu ajutorul agentilor fizici: caldura (autoclavarea sau etuva), ultrasunetele (ultrasonarea).

Decontaminarea aerului din salile de operatie sau din cabinetele dentare se face cu ajutorul radiatiilor ultraviolete.

In tratamentul unor afectiuni dentare se poate utiliza curentul electric (diatermia in tratamentul gangrenelor pulpare si parodontopatiilor apicale cronice, odontoterapia in tratamentul infectiilor de canal).

Agentii chimici sunt folositi in stomatologie ca substante dezinfectante sau antiseptice (derivatii fenolului, cloramina, iodul, metalele grele si sarurile lor, cloroformul).