Гудзь Ольга Викторовна

Итоги и перспективы клинического применения дезинфекционных средств из группы четвертичных аммониевых соединений

Совет по регламентации применения и внедрения дезинфекционных средств Минздрава Украины (г. Киев)

Четвертичные аммониевые соединения (далее ЧАС) вошли в медицинскую практику в качестве дезинфекционных и антисептических средств в 1935 году на основе работ Domagk [1]. В последующие годы были выполнены широкомасштабные научные исследования в области разработки технологии промышленного производства ЧАС и скрининг противомикробных свойств в пределах рассматриваемого класса химических соединений, в результате которого были получены около 30 активных соединений. Среди них наибольшее практическое значение имеют алкилбензилдиметиламмонийхлорид, смесь равных частей алкилбензилдиметиламмонийхлорида с алкилдиметилбензиламмоний хлоридом, диоктилдиметиламмонийхлорид, дидецилдиметиламмонийхлорид, смесь октилдецилдиметиламонийхлорида (50%) с диоктилдиметил-аммонийхлоридом (25%) и дидецилдиметиламмонийхлоридом (25%). Эти соединения входят в состав большинства современных клинически освоенных дезинфекционных и антисептических средств. Согласно [2], среднегодовые темпы роста спроса на дезинфекционные и антисептические* средства из группы ЧАС в промышленно развитых странах составляют (6—7)%. При этом наблюдается отчетливая тенденция к сокращению объемов потребления препаратов, содержащих ЧАС в качестве самостоятельных средств дезинфекции, и возрастания объемов потребления препаратов, в состав которых ЧАС входят в смеси с другими активно действующими веществами (АДВ) — альдегидами, производными гуанидина, алкиламинами, пероксисоединениями, спиртами и др. Например, перечень дезинфекционных средств рассматриваемой группы, разрешенных Немецким обществом гигиены и микробиологии (DGHM) к применению для дезинфекции объектов в лечебно-профилактических учреждениях (за исключением хирургического инструментария), включает 77 наименований (22% ассортимента) в сравнении с 169 наименованиями допущенных к применению препаратов, которые содержат ЧАС в смеси с другими АДВ. Следует отметить, что в ФРГ и других промышленно развитых странах дезинфекционные средства из группы ЧАС не используют для дезинфекции хирургического и стоматологического инструментария вследствие ограниченного спектра их противомикробной активности [3]. В учреждениях здравоохранения Украины применяют 9 дезинфекционных средств из группы ЧАС для дезинфекции внешних объектов (исключая хирургический инструментарий) и 1 препарат для дезинфекции инструментария [4, 5]. По частоте и объему потребления препараты этой группы существенно уступают хлорактивным дезинфекционным средствам и альдегидам.

Значительное внимание было уделено исследованиям в области установления коррелятивных зависимостей между химическим строением и противомикробной активностью в пределах рассматриваемого и смежных классов химических веществ. К основным элементам структуры, которые обусловливают противомикробные свойства ЧАС, относятся гидрофильные полярные четвертичные аммониевые группы и гидрофобные углеводородные радикалы [6, 7]. Противомикробная активность в гомологических рядах моно- и бис-четвертичных аммониевых солей зависит от типа заместителей у атома азота, длины углеродной цепи радикала, степени его насыщенности и разветвленности, наличия гидроксильных, эфирных групп и т. п. Соединения, содержащие короткоцепочечные углеводородные радикалы (С < 8) у атома четвертичного азота, лишены или проявляют умеренные противомикробные свойства. Увеличение количества атомов углерода в радикале приводит к появлению поверхностной активности и вместе с ней противомикробных свойств. Активность повышается при введении в структуру ЧАС ненасыщенных углеводородных радикалов [8], асимметричного атома азота [9], простых эфирных связей [10]. Среди моно-четвертичных аммониевых солей максимальную активность, как правило, проявляют соединения, которые содержат 12—16 атомов углерода в радикале [11, 12], среди бис-четвертичных солей этилен-, пропилен-, гексаметилен-, гептаметилен-диаммония — соединения, которые содержат 9—12 атомов углерода в радикале [13, 14]. Дальнейшее удлинение углеродной цепи приводит к снижению активности [15]. Токсичность ЧАС, наоборот, находится в обратно пропорциональной зависимости от длины углеродной цепи — уменьшается по мере того, как увеличивается количество атомов углерода в радикале. Алифатические ЧАС менее токсичны, чем циклические [16].

ЧАС проявляют сравнительно узкий спектр противомикробной активности — эффективны в отношении возбудителей кишечных и капельных инфекций бактериальной этиологии, грибов некоторых внеклеточно расположенных вирусов, однако недостаточно активны в отношении культур Proteus vulgaris, Proteus morganii, Pseudomonas aeruginosa, что существенно ограничивает возможности их применения для профилактики нозокомиальных инфекций. По данным [17], около 89,5% госпитальных штаммов микроорганизмов рода Proteus резистентны к ЧАС. Имеют место случаи нозокомиальных инфекций (сепсис с высоким процентом летальности), которые связаны с использованием в клинике растворов ЧАС, контаминированных культурами Pseudomonas aeruginosa [18]. Большинство препаратов этой группы не активны в отношении внутриклеточно локализованных вирусов, споровых форм бактерий и микобактерий туберкулеза [19, 20, 21]. Расширения спектра противомикробной активности ЧАС можно добиться посредством повышения температуры рабочих растворов до 50 °С. По данным [22], бис-четвертичные аммониевы соли, которые не обладают спороцидными свойствами, могут уменьшать темпы прорастания спор бактерий за счет подавления активности ферментов дыхательной цепи бактерий и снижения пула нуклеиновых кислот. Наряду с проявлением противомикробных свойств, ЧАС подавляют активность таких факторов патогенности бактерий, как эндо- и экзотоксины [23].

В экспериментальных и клинических условиях установлена гетерогенность чувствительности популяций бактерий к ЧАС. В частности, клетки одного и того же штамма Escherichia coli, находящиеся на разных стадиях онтогенетического развития, проявляют неодинаковую чувствительность к препаратам этой группы. Переход культуры из экспоненциальной к стационарной фазе роста сопровождается уменьшением гидрофобности и повышением содержания липополисахаридов во внешней мембране клеток, которые защищают цитоплазматическую мембрану от дезорганизации под влиянием ЧАС [24]. Экспоненциальные клетки грамположительных микроорганизмов (B. cereus), наоборот, уступают в чувствительности к ЧАС клеткам, которые находятся в стационарной фазе роста [25].

Существенный интерес был выявлен к изучению механизма противомикробного действия ЧАС на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях. Согласно [26], противомикробные свойства ЧАС корректируют с поверхностной активностью. Эти соединения концентрируются на поверхности раздела фаз «раствор: поверхность клетки бактерий», встраиваются в цитоплазматическую мембрану с последующими изменениями текучести и конформации мембранных липидов. Последнее приводит к повышению проницаемости цитоплазматической мембраны, утечке из клеток наружу цитоплазматических компонентов, снижению активности ферментных систем бактерий, которые функционально связаны с конформационным состоянием липидного матрикса мембраны [27, 28, 29]. Повышение концентрации ЧАС обусловливает включение мембранных липидов в смешанные с ЧАС мицеллы и дезорганизацию цитоплазматической мембраны [30].

Учитывая сравнительно узкий спектр противомикробной активности, дезинфекционные средства из группы ЧАС применяют для дезинфекции ограниченного круга объектов в учреждениях здравоохранения — поверхностей помещения (стены, пол, окна, двери, оконные стекла), предметов обстановки, медицинских приборов, оборудования и аппаратов с лакокрасочным, гальваническим и полимерным покрытием, предметов ухода за больными, нательного и постельного белья. Повышение концентрации рабочих растворов дезинфекционных средств из группы ЧАС не позволяет расширить спектр их противомикробной активности в результате мицеллообразования и снижения противомикробной активности [31].

Следует отметить, что ЧАС проявляют «отрицательный» моющий эффект — фиксируют загрязнения на обрабатываемых поверхностях за счет образования моно- и многослойных пленок. Этот недостаток может быть устранен посредством введения в препаративную форму неионогенных поверхностно-активных веществ, что позволяет существенно повысить потребительские свойства средства, однако при этом повышается его цена и экологическая опасность. Способность ЧАС образовывать пленки на твердых поверхностях с отрицательным зарядом ставит задачу разработки ускоренных методов контроля остаточных количеств дезинфекционных средств этой группы на поверхностях из разных конструкционных материалов, и требует тщательного промывания водой таких объектов, как посуда, белье, игрушки, предметы ухода за больными.

Технологические особенности обусловливают производство подавляющего большинства дезинфекционных средств рассматриваемой группы в форме растворов, которые содержат от 10% (баррисидал, лизоформин специальный, санифект-128, сокрена) до 20% (гексакварт С, микробак форте, септабик — 20 В) ЧАС. В состав препаратов дополнительно вводят неионогенные поверхностно-активные вещества, ингибиторы коррозии, стабилизаторы, отдушки и др., которые вместе с АДВ составляют около 15—25%. Остаток (75—85%) составляет вода. Такая форма выпуска дезинфекционных средств имеет определенные недостатки.

Во-первых, возникает необходимость использования специальной тары из полимерных материалов, которые не поддаются биоразложению в объектах окружающей среды.

Во-вторых, 75—85% объемов перевозок и складирования дезинфекционных средств в форме раствора приходится на долю воды, что повышает себестоимость дезинфекционных мероприятий и требует оснащения специальных складских помещений (согласно Методическим указаниям по применению дезинфекционных средств последние подлежат хранению в упаковке производителя в недоступных для общего пользования местах и подлежат дальнейшему разведению водой для приготовления рабочих растворов непосредственно перед применением). Исключение представляет препарат септабик (фирма «АBIК» Израиль), который выпускают в форме порошка. Такая форма выпуска удобна для транспортирования и хранения, экономически выгодна.

Остается открытым вопрос об утилизации средств дезинфекции из группы ЧАС, с просроченным сроком хранения или испорченных на этапах транспортирования и хранения. ЧАС стабильны в объектах внешней среды, прежде всего в воде водоемов, относятся к группе опасных веществ с общесанитарным лимитирующим признаком опасности [32].

Многочисленные экспериментальные исследования и клинические наблюдения свидетельствуют о быстром формировании и распространении резистентных к ЧАС бактерий в учреждениях здравоохранения и окружающей среде. По данным [33], чувствительность клинических изолянтов Staphylococcus aureus к препаратам из группы бис-четвертичных аммониевых соединений (декаметоксин, этоний) на протяжение 10-летнего периода снизилась в 2—10 раз.

Сравнительно быстрое формирование ЧАС-резистентных вариантов микроорганизмов обусловлено недостаточно обоснованным применением одних и тех же препаратов из группы ЧАС в учреждениях здравоохранения, ветеринарии, пищевой и перерабатывающей промышленности, в быту. Дезинфекцию объектов (емкости, коммуникации, трубопроводы и др.) в таких отраслях пищевой промышленности, как пиво-безалкогольная, молочная, кондитерская, выполняют объемным способом — заполняют рабочим раствором дезинфекционного средства с последующим сбросом в канализационную систему. Такой способ дезинфекции обусловливает поступление значительных количеств ЧАС в объекты внешней среды (вода водоемов, почва) и селекцию устойчивых к ним вариантов микроорганизмов. Как отрицательную тенденцию следует рассматривать предложения по применению одних и тех же ДАВ для производства препаративных форм дезинфекционных средств, предназначенных для обработки внешних объектов (помещение, предметы обстановки, медицинские приборы, оборудование, аппараты, предметы ухода за больными и т. п.) в учреждениях здравоохранения и лекарственных форм антисептических средств, предназначенных для обеззараживания кожи рук медицинского персонала и операционного поля. Такой подход к применению препаратов из группы ЧАС может способствовать персистенции ЧАС-резистентных вариантов микроорганизмов внутри лечебно-профилактического учреждения.

Формированию ЧАС-резистентных вариантов бактерий способствуют также относительно узкий спектр их противомикробной активности, гетерогенность чувствительности популяций бактерий и значительные колебания между бактериостатическими бактерицидными концентрациями препаратов этой группы.

Устойчивые к ЧАС варианты бактерий имеют атипичные морфологические, тинкториальные, культуральные, биохимические, серологические свойства и вирулентность, что обусловливает атипичное течение вызываемых ими инфекционных болезней и создает определенные трудности их диагностики на этапах выделения и идентификации возбудителя [34, 35].

Анализ и обобщение представленных данных литературы и результатов собственных исследований позволяют считать, что существующий ассортимент средств дезинфекции из группы ЧАС не полностью отвечает современным требованиям к потребительским свойствам препаратов этой группы по таким критериям, как универсальность (применяют для дезинфекции сравнительно узкого круга объектов), узкий спектр противомикробной активности, сравнительно быстрое формирование и распространение резистентных к ЧАС вариантов микроорганизмов. Отмеченные недостатки позволяют рекомендовать применение препаратов, которые содержат ЧАС в смеси с АДВ других классов химических соединений (альдегиды, пероксисоединения, производные гуанидина, алкиламины), которые взаимодополняют друг друга по спектру противомикробной активности и способности предупреждать быстрое формирование и распространение резистентных к ЧАС вариантов микроорганизмов.

Литература

1. Domagk G. Eine neve Klasse von Desinfektionsmitteln//Dtsch. Med. Wschr.— 1935.— № 32.— Р. 829-832.
2. Йоффе Б. С., Бабаян Е. П., Злотник Р. Е. Синтез и применение катионных ПАВ// Хлорная промышленность.— М.: НИИТЕХИМ.— 1988.— 42 с.
3. Desinfektionsmittel-Liste der DGHM.— Wiesbaden, 1997.
4. Перелік № 0001-95 вітчизняних та зарубіжних дезінфекційних засобів, методичні вказівки (інструкції) на які щодо застосування на території України затверджені Головним державним санітарним лікарем України.— 1995.— 5 с.
5. Перелік № 0002-96 вітчизняних та зарубіжних дезінфекційних засобів, методичні вказівки (інструкції) на які щодо застосування на території України затверджені Головним державним санітарним лікарем України.— 1996.— 4 с.
6. Гудзь О. В. Зависимость между строением и противомикробной активностью солей полиметилендиаммония// Тезисы докладов: IХ Всесоюзный симпозиум по целенаправленному изысканию лекарственных веществ (Юрмала, 22-24 января 1991 г.).— Рига.— 1991.— С. 99.
7. Гудзь О. В., Яловенко О. І. Спрямований пошук протимікробних засобів у гомологічному ряду солей пропілендіаміну//Сучасні проблеми фармакології: Перший національний з’їзд фармакологів України.— Київ.— 1995.— С. 48—49.
8. Kabara Joh. J., Mckillip William J., Sedor Edvard A. Ammimides. 1. Antimicrobial tffect of some long chain fatty acid derivatives//J. amer. oilchem. soc.— 1975.— № 8.— Р. 316—317.
9. Лиманов М. О., Иванов С. Б., Крученок Т. Б. Синтез и бактерицидная активность катионных поверхностно-активных веществ, содержащих асимметричный атом азота// Хим.-фарм. журн.— 1984 — № 6.— С. 703—706.
10. Писько Г. Т., Гудзь О. В. Зависимость между строением и противомикробной активностью бис-четвертичных аммониевых соединений//Фармакология и научно-технический прогресс: Тезисы докладов VI Всесоюзного съезда фармакологов (25-27 октября).— Ташкент.— 1988.— С. 287—288.
11. Крученок Т. Б. Научные основы направленного поиска новых дезинфицирующих средств и изучение механизма их действия//Проблемы дезинфекции и стерилизации.— М.— 1985.— С. 6—13.
12. Исследование катионных поверхностно-активных веществ — солей алкиламидопропилдиметилбензиламмония/Н. А. Ляпунов, Л. Г. Бобылева, Л. В. Иванов, В. М. Грецкий, И. Н. Чуева, А. П. Рудько//Фармация.— 1984.— т. ХХХIII.— № 3.— С. 26—30.
13. Писько Г. Т. Обоснование теории направленного синтеза антимикробных веществ в рядах четвертичных аммониевых соединений// Тезисы докладов V съезда фармакологов Украинской ССР.— Запорожье.— 1985.— С. 126.
14. Противомикробные свойства поверхностно-активных антисептических средств — производных полиметилендиамина/О. В. Гудзь, В. Г. Овчинников, Г. Т. Писько, Н. А. Смирнова, В. С. Тарасенко//Микробиол. журн.— 1987.— № 9.— С. 82—83.
15. Противомикробные свойства производных гексаметилендиамина, содержащих остатки высокомолекулярных спиртов/ Г. Т. Писько, В. Г. Овчинников, О. В. Гудзь, Н. А. Смирнова, В. С. Тарасенко//Физиологически актив. вещества.— 1984.— Вып. 16.— С. 54—57.
16. Писько Г. Т., Гудзь О. В. Зависимость между строением катиона и биологической активностью катионных поверхностно-активных веществ//Фармакол. и токсикол.— 1980. —№ 5.— С. 210—215.
17. Girardo P., Reverdy M.E., Martra A., Fleurette J. Determsnation de la concentration minimale bactericide de trois antiseptiques et un desinfectant sur S 80 soudes de bacilles gram negatife d,origine hospitaliere// Pathol. biol.— 1989.— № 5 bis.— P.— 605—611.
18. Frank M. J., Schaffner W. Contaminated Aqueous Benzalkonium Chloride an Unnecessary Hospital Infection Hazard//J. Amer. med. ABS.— 1976.— vol. 236.— № 21.— Р. 2418—2419.
19. Красильников А. П., Змушко Л. С., Адарченко А. А. Сравнительное исследование чувствительности госпитальных и внегоспитальных эковаров Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa к антисептикам и дезинфектантам//Дезинфекция и стерилизация. Перспективы развития: Материалы Всесоюзной научной конференции.— Волгоград.— 1983.— С. 61—62.
20. Efficacies of selected disinfectants against Mycobacterium tuberculosis/M. Best, S.A. Sattar, V.S. Springthorpe, M.E. Kennedy//J. Clin. Microbiol.— 1990.— № 10.— Р. 2234—2239.
21. Russell A. D. Bactarial spores and chemical sporicidal agents//Clin. Мicrobiol. Rev.— 1990.— № 2.— Р. 99-119.
22. Cupkova Viera, Vinter Vladimir. Study on interaction of amine oxides and new type of organic ammonium salt with Bacillus cereus spores//Actafac. pharm. Univ.— 1987.— 1988.— Р. 131.— 161.
23. Применение этония для профилактики и лечения гнойно-воспалительных заболеваний/Г. Т. Писько, Л. В. Тимошенко, О. В. Гудзь, Г. Г. Писков//Методические рекомендации.— К.: Минздрав УССР, 1987 — 20 с.
24. Иванов А. Ю., Фомченков В. М. Зависимость повреждающего действия поверхностно-активных веществ на клетки Escherichia coli от фазы роста культуры//Микробиология.— 1989.— т. 58, вып. 6.— С. 969—975.
25. Пронин С. В., Жуков В. Г. Механизм устойчивости популяций вегетативных форм культур Bacillus cereus к высоким концентрациям катионного поверхностно-активного вещества (катамина АБ)//Тезисы 17 съезда Всесоюзного общества эпидемиологии, микробиологии и паразитологии им. И.И. Мечникова.— Алма-Ата.— 1989.— С. 181— 82.
26. Гудзь О. В., Писько Г. Т. Молекулярные аспекты действия поверхностно-активных веществ на микроорганизмы//Фармакология и токсикология: Республ. междувед. сборник.— К.: Здоров’я.— 1983.— С. 106—111.
27. Гудзь О. В. Влияние этония на процесс дегидрирования метаболитов цикла трикарбоновых кислот культурами клетки Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa//Микробиол. журн.— 1985.— т. 47, № 2.— С. 60—63.
28. Гудзь О. В., Писько Г. Т. Влияние четвертичных аммониевых соединений на функциональное состояние цитоплазматической мембраны Escherichia coli//Микробиол. журн.— 1988.— т. 50, № 3.— С. 75—78.
29. Чернявская М. А., Павлова И. Б. Структорно-функциональные изменения клеток сферопластов эшерихий при воздействии катионного поверхностно-активного вещества//Журн. микробиологии, эпидемиологии и иммунобиол.— 1983.— № 2.— С. 62—66.
30. Гудзь О. В. Зв’язок між хімічною бутовою та протимікробною активністю ПАР. Механізм протимікробної дії//Синтез, експериментальне вивчення та клінічне застосування четвертинних амонієвих сполук: Матеріали симпозіуму.— Чернівці.— 1995.— С. 21.
31. Грищенко В. К., Ескаев Б. А. Обоснование режимов применения поверхностно-активных веществ для дезинфекции в лечебных учреждениях//Дезинфекция и стерилизация. Перспективы развития: Материалы Всесоюзной научной конференции.— Волгоград.— 1983.— С. 34—35.
32. Гигиенические вопросы нормирования производных четвертичных аммониевых соединений в связи с санитарной охраной водных ресурсов//Проблемы санитарной охраны водоемов: Сборник тезисов докладов конференции.— Пермь.— 1988.— С. 134—135.
33. Бондарь Б. Н., Проданчук Н. Г. Микрофлора гнойных ран и ее изменчивость под влиянием антибактериальной терапии у детей//III республиканская научная конференция молодых ученых-медиков по актуальным вопросам кардиологии, иммунологии, общей и неотложной хирургии: Тезисы докладов.— Черновцы.— 1981.— С. 138—139.
34. Гудзь О. В. Адаптационные возможности возбудителей гнойной инфекции к поверхностно-активным антисептическим средствам//Врачеб. дело.— 1989.— № 2.— С. 105—107.35. Палий Г. К., Палий И. Г. Развитие устойчивости к декамину и декаметоксину у стафилококков и дифтерийной палочки//VI съезд украинского микробиологического общества: Тезисы докладов.— К.: Наукова думка.— 1984.— С. 148.