Действие на микроорганизмы физических факторов внешней среды
Фактор | Механизм действия |
Высокая температура | Денатурация белков, нарушение активности ферментных систем, разрушение структур микробной клетки |
Низкая температура | Остановка метаболических процессов, повреждение ЦПМ |
Неблагоприятная рН | Денатурация ферментов, нарушение осмотического барьера КС |
Высушивание | Обезвоживание ЦП, повреждение ЦПМ, повреждение рибосом |
Осмотическое давление | Снижение биохимической активности, снижение активности бактериальных токсинов |
Излучение | Повреждение генома (мутагенное действие), гибель клетки (летальное действие). |
Ультразвук | Механическое разрушение клетки и ее структур |
1. Температура. По отношению к существованию в различных температурных режимах различают следующие группы микроорганизмов (рис. 85):
мезофилы (от греч. mesos — средний, phileo — люблю) — микроорганизмы, обитающие в условиях средних температур от 10 до 450С с оптимумом роста 28-370С. К мезофилам относится подавляющее большинство сапрофитных и патогенных бактерий;
психрофилы (от греч. psychros — холодный) — холодолюбивые (криофильные) микроорганизмы, обитают в пределах температур от -15 до +200С. Облигатные психрофилы не растут при температуре свыше 200С. Факультативные психрофилы имеют более широкую температурную шкалу: от -15 до +300С с оптимумом роста 20-250С. С повышением температуры до неоптимальных значений активность ферментов, имеющих низкотемпературный оптимум действия, быстро снижается, а скорость роста психрофилов замедляется. Ареал обитания психрофилов — северные моря, океаны, глубоководные озёра, тундровые почвы. В группу психрофилов входят микроорганизмы, вызывающие порчу пищевых продуктов при низких температурах, некоторые светящиеся бактерии и железобактерии. Медицинское значение среди психрофилов имеют иерсинии;
термофилы (от греч. termos — тепло, жар) — микроорганизмы с ареалом жизнеспособности в пределах от 30 до 750С с оптимумом роста при 50-600С. Факультативные термофилы развиваются как при температуре около 100С, так и при 55-600С. Они способны к метаболизму не только термофильного типа, но и мезофильного типа; переход от одного метаболического типа к другому осуществляется после периода адаптации. Экстремальные термофилы с температурным оптимумом около 700С (Bacillus, Clostridium). Некоторые экстремальные термофилы обнаруживаются даже при 1050С. Особенностью экстремальных термофилов является высокая терморезистентность КС, мембраны, рибосом и ферментов (оптимум действия ферментов около 700С). Термофилы обнаруживают в самонагревающихся субстратах (навоз, сено, зерно), в верхних слоях почвы, в воде и иле горячих источников, в кишечнике теплокровных животных и человека.
Рис. 85.Группы микроорганизмов по отношению к температуре
Высокие температуры более губительны для микроорганизмов, чем низкие. При попадании микроорганизма в условия выше температурного предела наблюдаются денатурация белка, нарушение активности ферментных систем, разрушение других структур и в целом микробной клетки. Наиболее чувствительны к повышению температуры психрофилы и мезофилы. Бактерии в вегетативном состоянии погибают при 600С через 30–60 мин, а при 80–1000С в течение 1–2 мин. Споры бактерий выдерживают кипячение в течение 10–20 мин, иногда даже до 6 ч (споры C. botulinum). Чувствительность к повышенной температуре колеблется у бактерий в зависимости от условий культивирования, состава питательной среды, длительности экспозиции температурного влияния и других факторов. При 165–1700С в течение 1–1,5 ч происходит гибель всех микроорганизмов и спор, а под давлением 2 атм (при 120–1320С) — через 20–30 мин.
К низким температурам очень чувствительны лишь отдельные бактерии (менингококк, гонококк, бордетеллы). При этом происходят остановка метаболических реакций и разрыв клеточной мембраны. Эта особенность должна учитываться при транспортировке и хранении клинического материала. Жизнеспособность спор бацилл сохраняется при
-2500С в течение 3 мес.
При температуре ниже оптимальной на 5–100С большинство бактерий не погибает, но их размножение задерживается в связи с торможением обмена веществ. Для сохранения вегетативных форм бактерий при пониженной температуре применяют вещества с высокой вязкостью, которые предохраняют цитоплазму бактериальной клетки от разрушения кристаллами льда. Такие вещества называют криопротекторами (желатин, раствор альбумина, глицерин, 40 % раствор сахарозы) и используют для длительного хранения культур бактерий при минусовых температурах.
Особенно губительно для микроорганизмов переменное воздействие высоких и низких температур (замораживание — оттаивание — нагревание).
Способность микроорганизмов к росту в определенном интервале температур и термоустойчивость спор являются важными физиологическими свойствами и используются при идентификации микроорганизмов.
2. Высушивание. Микроорганизмы очень чувствительны к высушиванию, которое вызывает обезвоживание цитоплазмы клетки и денатурацию белка. Сроки выживания микроорганизмов во внешней среде часто связаны с устойчивостью к высушиванию. Шигеллы выдерживают высушивание 7 дней, иерсинии чумы — 8 дней, стафилококки — 90 дней. В высохшей мокроте больных микобактерии туберкулеза могут сохраняться до 10 мес. Споры сибирской язвы остаются жизнеспособными десятилетия.
Для длительного хранения микроорганизмов их подвергают лиофильному высушиванию, которое предусматривает переход вещества из замороженного состояния в сухое, минуя жидкую фазу. Это достигается при нагревании замороженных культур бактерий в вакуумных аппаратах и используется при приготовлении иммунобиологических препаратов (напр., при производстве некоторых живых вакцин).
3. Гидростатическое давление. Бактерии, дрожжи и плесневые грибы устойчивы к гидростатическому давлению. Они переносят давление 1000–3000 атм, а спороносные бактерии — до 20 000 атм. При высоком гидростатическом давлении снижается активность бактериальных ферментов и токсинов.
4. Осмотическое давление в клетке регулирует ЦПМ. Повышение концентрации солей задерживает развитие многих бактерий, так как отрицательно влияет на их биохимическую активность. При высоком осмотическом давлении окружающей среды происходит плазмолиз. Плазмолиз явление обратимое, и если понизить осмотическое давление окружающего микроорганизмы раствора, вода поступает внутрь клетки и возникает явление противоположное плазмолизу — плазмоптиз. Существуют виды осмофильных (галофильных) бактерий, способные развиваться в присутствии концентрированных растворов солей.
5. Излучение губительно для микроорганизмов, так как приводит к повреждениям генома (мутагенное действие) или к гибели клетки (летальное действие).
УФ-излучение губительно для микроорганизмов даже в незначительных дозах и используется для дезинфекции воздуха в помещениях медицинских учреждений. Наиболее эффективны короткие лучи ультрафиолетового спектра с длиной волны около 280 нм. Такие лучи поглощаются нуклеиновыми кислотами клетки, при этом поражаются пиримидиновые основания и клетки погибают в результате возникновения летальных мутаций. Часть облученных клеток популяции способна к восстановлению (репарации) ДНК. Репарация облученных молекул ДНК происходит при фотореактивации клеток, для этого необходимо воздействовать на клетки повторно лучами более длинноволновой области (520–550 нм) или провести «темновую реактивацию».
Механизм действия –излучения связан с изменением нуклеиновых кислот клетки. При этом значение имеют морфологическое и физиологическое состояние микроорганизма, экспозиция, доза облучения. Бактерии более чувствительны –излучению, чем вирусы. -излучение используется для стерилизации лекарственных веществ, хирургических материалов, медицинских инструментов.
Летальные дозы ионизирующей радиации могут быть для микроорганизмов в несколько сот или тысяч раз выше, чем для теплокровных или растений. Так, Micrococcus radiodurans, обитающий в воде атомных реакторов, и некоторые тионовые бактерии в урановых рудниках существуют при излучении в 2–3 млн рад.
6. Ультразвук при частоте колебания 1–1,3 мГц в течение 10 мин оказывает бактерицидный эффект на клетки микроорганизмов. Влияние ультразвука основано на механическом разрушении микроорганизмов (разрыв клеточных стенок и мембран, повреждение флагеллина у подвижных форм микроорганизмов) в результате возникновения высокого давления внутри клетки или на появлении гидроксильных радикалов и атомарного кислорода в водной среде цитоплазмы.
Ультразвук используют в качестве стерилизующего агента, применяют для инактивации и дезинтеграции микроорганизмов с целью получения антигенов и вакцин.
Действие химических факторов на микроорганизмы
Изменение состава и концентрации химических веществ может затормозить, прекратить или стимулировать процессы роста и размножения бактериальной популяции.
Некоторые вещества губительно (статически или цидно) действуют на микроорганизмы. Это галогены и их производные, ПАВ, кислоты и щелочи, спирты, альдегиды, красители, соли тяжелых металлов, антибиотики, сульфаниламиды. Степень воздействия этих веществ зависит от концентрации и продолжительности контакта с микроорганизмом.
Микробостатическое действие регистрируется в том случае, если химическое вещество подавляет размножение бактерий, а после его удаления процесс размножения восстанавливается. Микробоцидное действие вызывает необратимую гибель микроорганизмов. Химические вещества, способные оказывать цидное действие на разные группы микроорганизмов, используют для стерилизации, дезинфекции и антисептики.
Проявления влияния химических факторов на микроорганизмы зависят от характера и концентрации веществ, продолжительности их контакта с микроорганизмом, а также от индивидуальных свойств микроорганизма. Многие токсичные вещества в незначительных концентрациях могут повышать биохимическую активность микроорганизмов. По уровню токсического действия на микроорганизмы металлы располагают в следующем порядке:
Sb > Ag > Сu > Hg > Co > Zi > Ni > Pb > Cr > Vi > Cd > Zn > Fe.
В то же время некоторые металлы (напр., медь) необходимы бактериям как микроэлементы. Однако в дозе 0,5 мг/л медь токсична для некоторых микроорганизмов.
Существенное воздействие на жизнедеятельность микроорганизмов оказывают концентрация водородных ионов (рН) и окислительно-восстановительный потенциал среды (редокс-потенциал, Eh).
Механизмы действия химических веществ:
деструктивный — разрушение структур микробной клетки, которое сопровождается необратимыми изменениями строения (денатурацией белка, растворением липопротеиновых структур, разрушением КС); примеры: спирты, фенолы растворяют липидные фрагменты мембраны микроорганизмов.
окислительный: перекисное окисление липидов обеспечивает деструкцию компонентов КС и лизис бактерий, примеры: перекись водорода, перманганат калия, галогены;
мембраноатакующий:
- разрушение входящих в состав мембраны полимеров и лизис микробной клетки,
- изменение структуры макромолекул мембран, следствием чего является изменение осмотического давления, увеличение проницаемости мембраны, нарушение транспорта через мембрану молекул и ионов, ингибиция метаболических процессов и биологического окисления, торможение деления клеток, примеры: ПАВ, фенолы, имидазольные препараты, карболовые кислоты, амины, антимикробные вещества растительного происхождения;
антиметаболический и антиферментный:
- ингибирование синтеза белков,
- инактивация ферментов путем связывания их активных центров вместо природных метаболитов и нарушение ферментативных процессов в бактериальной клетке.
Повреждающее действие обратимо. Примеры — структурные аналоги нормальных метаболитов: сульфаниламиды, 8–оксихинолины, нитрофураны, тяжелые и другие металлы (медь, серебро, ртуть).
Таблица
- Общая медицинская микробиология
- Общая медицинская микробиология
- Список сокращений
- Этапы развития микробиологии
- Особенности микроорганизмов
- Систематика бактерий
- 4. Смешанный подход.
- Отличия прокариотов и эукариротов
- Таксоны, применяемые в бактериологии:
- Подвидовые таксоны:
- Клон (греч. Klon — росток) — генетически однородная чистая культура микроорганизмов, полученная из одной материнской клетки.
- Номенклатура бактерий
- Морфология бактерий
- Мелкие и средние длиной 2–5 мкм, толщиной 0,4–0,8 мкм; — энтеробактерии;
- Длинные палочки длиной до 10 мкм, толщиной 0,5–2 мкм — бациллы;
- Бактерии — не образуют спор; необходимо иметь в виду, что термин «бактерия» часто используют для обозначения всех микроорганизмов-прокариот;
- Бациллы — спорообразующие аэробы; диаметр эндоспоры обычно не превышает ширины клетки;
- Клостридии — спорообразующие анаэробы; диаметр споры больше поперечника вегетативной клетки, в связи с этим клетка напоминает веретено или теннисную ракетку.
- Структура бактериальной клетки
- Обязательными органеллами бактериальной клетки являются нуклеоид, цпм, мезосомы, цп, рибосомы.
- Политрихи — много жгутиков:
- Клеточная стенка (кс)
- Формы бактерий с дефектом кс
- Запасные вещества прокариот
- 7.12. Эндоспоры
- Терморезистентность эндоспор обусловлена:
- Практически полным отсутствием свободной воды;
- Большим содержанием кальциевой соли дипиколиновой кислоты, которая не встречается у вегетативных клеток;
- Особым строением белка;
- Стадии спорообразования (споруляции):
- Стадии прорастания споры:
- Систематическое положение спирохет
- Морфология спирохет.
- Отличительные признаки патогенных спирохет
- Характеристика трепонематозов
- Боррелии
- Фиксированные препараты окрашивают по Романовскому-Гимзе или фуксином. Боррелии при окраске по Романовскому-Гимзе —фиолетовые, фуксином — розовые (рис. 45б).
- Лептоспиры
- Актиномицеты
- Систематическое положение актиномицетов
- 5) Актиномикоз цнс.
- Риккетсии
- Риккетсии названы в честь американского микробиолога х. Риккетса, открывшего возбудителя одного из риккетсиозов — пятнистой лихорадки скалистых гор и погибшего от этой инфекции (1909).
- Систематическое положение риккетсий
- Характеристика риккетсиозов
- Хламидии
- Систематическое положение хламидий
- Хламидии — мелкие коккобактерии, диаметром 250-300 нм, имеющие маленький геном — кольцевую днк, кодирующую синтез 500 белков.
- Хламидии сохраняют жизнеспособность во внешней среде при низких температурах, быстро погибают при воздействии высоких температур, при действии дезинфектантов.
- Тропны к цилиндрическому эпителию;
- Дифференциация родов семейства Chlamydiaceae
- Роль хламидий в патологии
- Микоплазмы
- Систематическое положение микоплазм
- Отличия микоплазм от других прокариот:
- Малый размер генома, наименьший у прокариотов (1/16 генома e. Coli, 1/10 генома риккетсий);
- Роль микоплазм в патологии
- Сравнительная характеристика спирохет, актиномицетов, риккетсий, хламидий, микоплазм
- Обмен веществ и энергии (метаболизм) у прокариотов
- Химическая структура и питательные потребности бактерий
- Питание микроорганизмов
- Конструктивный метаболизм
- Пути получения энергии у прокариотов
- Классификация бактерий по особенностям энергетического метаболизма
- Сравнительная эффективность различных способов получения энергии у гетеротрофов
- Энергетический метаболизм
- Классификация бактерий по отношению к кислороду воздуха
- Метаболическое направление эволюции микроорганизмов
- Рост и размножение микроорганизмов Рост микроорганизмов
- Размножение микроорганизмов
- Способы размножения микроорганизмов
- II. Бесполые способы размножения.
- Покоящиеся формы микроорганизмов
- Противомиробные мероприятия
- Стерилизация
- Резистентность эндоспор и вегетативных клеток
- Способы стерилизации
- Наиболее часто используемые режимы стерилизации паром под давлением
- Режимы стерилизации сухим жаром
- Стерилизации инструментов и изделий медицинского назначения
- Факторы, определяющие эффективность стерилизации
- Виды контроля стерилизации в лпу
- Максимальные сроки сохранения стерильности объектов в зависимости от вида упаковки
- Дезинфекция
- Способы дезинфекции
- Спектр антимикробной активности веществ, входящих в состав дезинфектантов
- Корреляция классификации медицинских инструментов с уровнем дезинфекции
- Характеристика дезинфектантов
- Условия химической инактивации некоторых микроорганизмов
- Антисептика
- Способы антисептики
- Препараты нпо «БелАсептика», зарегистрированные мз рб и рекомендованные к применению
- Асептика
- Методы асептики
- Противомикробный режим
- Генетика бактерий
- Наследственность бактерий
- Генетический аппарат бактерий
- Нуклеоид
- 3. Эволюция организмов происходит благодаря мутациям и генетическим рекомбинациям.
- Плазмиды
- Мобильные (мигрирующие) генетические элементы
- Сравнительная характеристика внехромосомных факторов наследственности
- Характеристики геномов некоторых бактерий
- Изменчивость бактерий
- Сравнительная характеристика изменчивости
- Мутации
- Классификации мутаций
- I. По происхождению.
- II. По проявлению мутации в фенотипе.
- 1. Проявленные (доминантные).
- III. По направленности действия.
- IV. По фенотипическим последствиям для мутировавшей клетки.
- V. По характеру изменений в первичной структуре днк.
- I. Репарации.
- Генетические рекомбинации
- Фенотипическая изменчивость
- Практическое использование изменчивости
- Медицинская биотехнология и генная инженерия
- Геномика
- Учение об инфекционном процессе Инфекционные заболевания в патологии человека
- Инфекционный процесс и факторы, влияющие на него
- III. Условия (факторы) внешней среды, в которых взаимодействуют макро- и микроорганизм.
- Классификации инфекционных заболеваний
- Кровяные инфекции: вирусные гепатиты в и с;
- Респираторные инфекции: дифтерия, корь, коклюш, менингококковая инфекция, скарлатина;
- Инфекции наружных покровов: сифилис, гонорея, хламидиоз;
- «Вертикальные» инфекции: вирусный гепатит в, вич–инфекция;
- Характеристика механизмов и путей передачи инфекции
- Генерализованная (общая) — микроорганизм распространяется (диссеминирует) из ворот инфекции лимфогенным, гематогенным путем или по отросткам нейронов:
- Спорадическая заболеваемость — отдельные случаи одной нозологической формы, эпидемически не связанные между собой;
- Эпидемии: лавинообразное нарастание заболеваемости, случаи эпидемически связаны между собой;
- Пандемии: эпидемия, охватывающая несколько стран, целый континент, всю человеческую популяцию;
- Периоды инфекционного заболевания
- Характеристика периодов инфекционного заболевания
- Патогенность
- Потенциальность — может реализоваться при определенных условиях:
- Вирулентность
- Определение вирулентности Качественное определение вирулентности проводится прямым (биопроба) или косвенным (наличие ферментов вирулентности) способами.
- Факторы патогенности
- Колонизацию — размножение бактерий на поверхности клеток макроорганизма;
- Инвазию — проникновение бактерий через слизистые и соединительнотканные барьеры макроорганизма в подлежащие ткани;
- Переход возбудителя к другому хозяину.
- У Грам- бактерий — пили I и общего типов;
- Капсульные полисахариды клебсиелл, поверхностные белки, липополисахариды;
- Гемагглютинины вирусов.
- Фибринолизины (стрептокиназа и стафилококкокиназа) растворяют сгусток фибрина, ограничивающий местный очаг воспаления, что позволяет бактериям быстро распространяться в органы и ткани;
- Ферменты агрессии микрорганизмов:
- ДнКаза — деполимеризует днк;
- 6. Другие:
- Характеристика бактериальных токсинов
- Сравнительная характеристика бактериальных экзотоксинов и эндотоксинов
- Активация комплемента по альтернативному пути;
- Поликлональная стимуляция и пролиферация в–лимфоцитов, синтез Ig m;
- Системы секреции факторов патогенности у Грам- бактерий
- Генетический контроль факторов патогенности
- Синдром системного воспалительного ответа
- Химиотерапия инфекционных заболеваний Этапы становления химиотерапии
- Классификация антимикробных средств
- Группы химиопрепаратов
- 1. По антимикробному спектру действия:
- 2. По происхождению:
- 3. По типу действия:
- 4. По направленности действия:
- 5. По химическому строению:
- Классификация и спектр активности пенициллинов
- Классификация и спектр активности цефалоспоринов
- Классификация и спектр активности аминогликозидов
- Классификация макролидов
- Классификация фторхинолонов
- Классификация антибиотиков по механизму действия
- Антибиотикорезистентность, ассоциированная с модификацией мишени
- 5. Снижение физиологической роли мишени и формирование метаболического «шунта».
- 7. Модификация структуры молекулы антибиотика, приводящая к утрате биологической активности.
- Наиболее частые механизмы резистентности бактерий к антибиотикам
- Побочные действия антибиотиков
- 5. Влияние на иммунный ответ.
- 6. Возникновение антибиотикорезистентных форм микроорганизмов:
- Операции и состояния, при которых целесообразна антибиотикопрофилактика
- Бактерии, проявляющие резистентность к антибиотикам
- Экологическая микробиология Экология микроорганизмов
- Время возникновения живых существ
- Экологическое направление эволюции микроорганизмов
- Экологические понятия
- Концепция микробной доминанты
- Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе
- Микробиологические аспекты охраны окружающей среды
- Экологические связи
- Экологические факторы абиотической среды
- Действие на микроорганизмы физических факторов внешней среды
- Действие на микроорганизмы химических факторов внешней среды
- Экологические среды микроорганизмов
- Бактериологические показатели, рекомендуемые для санитарно-гигиенической оценки воздуха лпу
- Эумикробиоз и дисбиоз
- Наличие/отсутствие микроорганизмов в биотопах тела человека
- Биотопы, имеющие постоянную микрофлору
- Значение нормальной микрофлоры
- Эубиоз различных биотопов организма человека
- Показатели, характеризующие эубиоз кишечника
- Показатели, характеризующие степень чистоты влагалища
- Дисбиоз (дисмикробиоз)
- Причины дисбиоза:
- Классификации дисбиозов:
- Дисбиоз полости рта
- Дисбиоз кишечника
- Принципы коррекции дисбиоза
- 1. Устранение причины, вызвавшей дисбиоз.
- Основные группы пробиотиков на основе компонентов микроорганизмных клеток или метаболитов
- Бактериофаги, используемые для коррекции дисбиоза кишечника
- Профилактика дисбиоза
- Методы изучения нормальной микрофлоры
- Литература
- Оглавление