ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ - В. А. Галынкин - 2015

ЧАСТЬ II. АНТИМИКРОБНЫЕ АГЕНТЫ

ГЛАВА 16. ДЕЗИНФЕКТАНТЫ, АНТИСЕПТИКИ И КОНСЕРВАНТЫ

16.1 Наименование антимикробных агентов

Дезинфектанты, антисептики и консерванты — это химические вещества, которые способны убивать микробные клетки или угнетать их рост [29].

Дезинфектанты используются для обработки помещений, изделий или материалов.

Антисептики применяют для обработки кожи и слизистых оболочек человека, поэтому они не должны быть токсичными в используемых концентрациях [30].

Консерванты включают в состав фармацевтических препаратов, чтобы предупредить их микробную деградацию и поддерживать количество содержащихся в них микроорганизмов на низком и безопасном уровне. Эффективная концентрация консерванта в готовом лекарственном средстве должна быть значительно ниже токсичной дозы для человека.

16.2 Факторы, определяющие выбор антимикробного агента

Факторы, определяющие выбор антимикробного агента-это свойства химического вещества, характер микробиоты и факторы окружающей среды.

Свойства химического вещества. Эффективность действия биоцида определяется его химической природой, концентрацией, температурой, pH и продолжительностью контакта с зараженным объектом. Если вещество используется как антисептик, следует учитывать его токсичность.

Характер микробиоты определяет эффективность действия химического агента. Имеет значение чувствительность микроорганизма к данному веществу и уровень микробной контаминации. На практике не всегда возможно определить, какие микроорганизмы присутствуют в дезинфицируемом объекте, поэтому эффективность действия антимикробного агента оценивают в отношении наиболее устойчивых видов.

Вегетативные формы бактерий. В рабочих концентрациях все дезинфектанты должны убивать вегетативные формы бактерий при определенной экспозиции. Грамотрицательные бактерии обычно более резистентны, чем грамположительные, особенно устойчивы Pseudomonas aeruginosa, благодаря присутствию характерного для внешней мембраны этого микроорганизма липида А, обеспечивающего защиту от проникновения многих химических веществ.

Mycobacterium tuberculosis. Туберкулезная палочка и другие кислотоустойчивые микроорганизмы высокорезистентны ко многим бактерицидным агентам. Туберкулез остается важной проблемой народного здравоохранения. Велик риск заразиться от недиагностированных больных. Возбудитель может присутствовать на оборудовании, применяющемся при обследовании больных, поэтому необходима его надежная дезинфекция.

Споры бацилл наиболее устойчивы к дезинфектантам. Против них активны некоторые альдегиды, гипохлориты и пероксид водорода. Эти вещества могут быть использованы для химической стерилизации термолабильного оборудования.

Эффективность дезинфектантов оценивают по способности обезвреживать наиболее устойчивые формы микроорганизмов (табл. 26).

Таблица 26. Антибактериальная активность некоторых химических веществ

Грибы по своей чувствительности к дезинфектантам сравнимы с вегетативными формами бактерий. В таблице 27 приведены данные о действии некоторых веществ на патогенные грибы (Trichophyton mentagrophytes, Candida albicans) и представителя плесневых грибов Aspergillus niger.

Таблица 27. Антифунгальная активность некоторых дезинфектантов и антисептиков

Вирусы. Чувствительность вирусов к биоцидам с трудом поддается оценке, благодаря особенности их культивирования, поскольку культура ткани также может повреждаться в результате воздействия химических веществ. Как правило, вирусы, имеющие липидную оболочку, более чувствительны, чем безоболочечные вирусы (табл. 28).

Таблица 28. Антивирусная активность* некоторых дезинфектантов и антисептиков

*Гибель вирусов через 10-30 мин. контакта при 21-25°С, титр с.10

**Нет данных

16.4 Влияние факторов окружающей среды.

Органические вещества (кровь, гной, молоко, остатки пищи и т. п.) резко снижают эффективность биоцидных агентов путем их адсорбции, инактивации, или препятствуя их проникновению в микробные клетки. Поэтому по мере возможности перед дезинфекцией оборудование, посуда, инструменты должны быть тщательно вымыты.

Многие материалы (ткани, резина и другие полимерные материалы) могут адсорбировать биоциды, снижая их концентрацию. Активность биоцидов [31] требует присутствия воды, обеспечивающей их проникновение в клетку, и зависит от содержания в ней ионов. Некоторые факторы, влияющие на активность наиболее распространенных биоцидов, приведены в табл. 29, табл. 30.

Таблица 29. Особенности некоторых дезинфектантов и антисептиков

Таблица 30. Основные свойства различных групп микробиологически активных веществ

Примечания: (++) — очень выражено; (+) — умеренно выражено; (+-) — слабо выражено; (-) — отсутствует.

16.5 Группы химических соединений дезинфектантов (рис. 69)

16.5.1 Фенолы

Фенолы одни из первых нашли применение как дезинфектанты и консерванты. Они быстро убивают бактерии, но не их споры. Их активность заметно уменьшается при разбавлении растворов и в присутствии органических веществ. Они более активны при кислых значениях pH. Их главный недостаток — токсичность. Замещенные фенолы менее токсичны, но и менее активны, чем простые фенолы, особенно против грамотрицательных бактерий.

Фенол (карболовая кислота) в настоящее время применяется ограниченно. Впервые он был предложен Листером в 1867 г. как антисептик и используется как стандарт при оценке других дезинфектантов в тесте определения фенольного коэффициента.

Синтетические фенолы. Модификация молекулы фенола (рис. 70) позволяет получить производные с улучшенными свойствами. Например, хлорокрезол используется в концентрации 0,1% для консервации инъекционных растворов, в концентрации 0,2% — при тепловой стерилизации. Хлороксиленол используется для дезинфекции кожи в составах, включающих мыло и терпенеол для повышения растворимости в воде, обладает относительно слабой антимикробной активностью; 2-фенилфенол служит консервантом косметических продуктов; резорцин используется как антисептик.

Все дезинфицирующие вещества подразделяются на следующие группы: галоидсодержащие соединения, кислородсодержащие соединения, ПАВ, щелочи, кислоты, гуанидины, альдегиды, спирты, фенолы.

Рис. 69. Классификация ДС по химическому составу [32, 33]

Рис. 70. Фенол и его производные.

Производные бисфенолов — гексахлорофен, триклозан используют в медицинских мылах и моющих пастах. Они обладают бактериостатическим действием, но слабо действуют на Pseudomonas spp.

16.5.2 Спирты

Алифатические спирты (этанол, изопропанол) убивают вегетативные формы бактерий, включая микобактерии, но не споры. Их очищающая способность и летучесть делает их полезными при обработке кожи перед инъекциями или хирургическими процедурами. Производные спиртов (рис. 71) в основном используют как консерванты.

Этанол (СН₃ СН₂ ОН) широко используется как консервант и антисептик, обладает бактерицидным и вируцидным действием в концентрации 60-95%, обычно применяется 70% раствор для обработки кожи, инструментов и поверхностей. Сочетание с йодом и хлоргексидином увеличивает его биоцидную активность. Используется в фармацевтической и косметической промышленности как растворитель и консервант.

Рис. 71. Спирты, используемые как дезинфектанты и консерванты.

Изопропанол (СН₃ СНОНСН₃) обладает большей активностью, чем этанол, но в два раза токсичнее. На вирусы действует слабо. Используется в концентрации 70% при обработке кожи и как консервант косметических продуктов.

Бензиловый спирт (С₆ Н₅ СН₂ ОН) обладает антибактериальным и слабым анестезирующим действием. В 1% концентрации рекомендован для консервации инъекционных растворов.

Хлорбутол (трихлоробутанол) используется как консервант инъекционных растворов и глазных капель в концентрации 0,5%. Кристаллизуется при низкой температуре, разлагается при низком pH при автоклавировании, при щелочном — при комнатной температуре.

Фенилэтанол (С₆ Н₅ СН₂ СН₂ ОН) активен против грамотрицательных бактерий, используется как консервант обычно в сочетании с другими биоцидами.

Феноксиэтанол (С₆Н₅ ОСН₂ СН₂ ОН) активен против Pseudomonas aeruginosa. Используется как консервант в концентрации 1% обычно в сочетании с другими биоцидами.

Бронопол (2-бромо-2-нитропропан-1,3-диол) обладает широким спектром антибактериальной активности, включая псевдомонады, широко используется как консервант в фармацевтических и косметических препаратах в концентрации 0,01-0,02%. Хорошо растворим в воде, активен в широком диапазоне pH и в присутствии поверхностно-активных веществ. Однако при щелочном pH и повышении температуры разлагается с образованием формальдегида и нитритов, последние могут реагировать со вторичными и третичными аминами, образуя потенциально канцерогенные нитрозоамины.

16.5.3 Альдегиды

Многие альдегиды обладают антимикробным действием, однако на практике используют только глутаральдегид и формальдегид, высокая активность которых позволяет их использовать для химической стерилизации.

Глутаральдегид (СНО (СН₂)₃ СНО) убивает вегетативные формы бактерий в течение минутной экспозиции. Гибель спор наступает через 3 часа и более в зависимости от степени их термоустойчивости. Существенно не инактивируется органическими соединениями. Важное значение имеет присутствие в молекуле двух высокореактивных альдегидных групп. Мономер находится в равновесии с полимерными формами молекулы, это равновесие зависит от температуры и pH среды. При pH 8 биоцидная активность максимальна, но раствор нестабилен из-за полимеризации. Напротив, кислые растворы стабильны, но менее активны, хотя при повышении температуры увеличивается содержание свободного диальдегида и повышается биоцидная активность. На практике глутаральдегид выпускают в виде кислого 2% раствора, стабильного при хранении, который активируют перед использованием, добавляя соответствующую буферную систему. Активированный раствор может храниться 2 недели. Используется для химической стерилизации медицинских материалов, которые нельзя стерилизовать другими методами.

Формальдегид (НСНО) для дезинфекции используется в жидком или газообразном состоянии. Газообразный формальдегид применяют для деконтаминации инфицированных помещений, а в смеси с паром низкой температуры — для стерилизации термолабильных материалов. Пары формальдегида высокотоксичны и потенциально канцерогенны привдыхании, поэтому при работе следует принимать меры предосторожности. Формалин (34-38% водный раствор формальдегида) используют для консервации анатомических препаратов. Токсичность формалина, его раздражающее действие на кожу и способность полимеризоваться на поверхностях ограничивают его применение как дезинфектанта. Эти недостатки могут быть частично устранены путем создания препаратов, содержащих формальдегид в замаскированном виде. Из этой группы веществ наибольшее применение получил нокситиолин (N-гидрокси-N-метилтиомочевина). Препарат выпускают в виде порошка. В водных растворах он медленно разлагается на формальдегид и N-метилтиомочевину. Оба компонента обладают антимикробным действием. Нокситиолин используют местно, в полостях и при лечении перитонита. Аналогичными свойствами обладает полиноксилин (поли [метиленеди (гидроксиметил)мочевина]), выпускаемый в виде геля и таблеток.

Тауролидин (бис- [1,1-диоксопергидро-1,2,4-тиадиазинил-4] метан) содержит две молекулы таурина и три формальдегида. Он более стабилен в растворе, чем нокситиолин, и применяется для тех же целей. Более активен, чем формальдегид.

Гексамин (метенамин) в кислых растворах образует формальдегид за счет трансформации мочевины. Использовался для лечения инфекций мочевого тракта, однако дает побочные эффекты и имеет ограниченное бактериостатическое действие.

Ронгалит (натрия формальдегида сульфоксилат) является восстановителем, его применяют как консервант и антиоксидант.

16.5.4 Бигуаниды

Хлоргексидин-основание (рис. 72) плохо растворяется в воде, поэтому применяется в виде солей — ацетата, глюконата и гидрохлорида. Наибольшую антимикробную активность проявляет при pH 7-8 в виде дикатиона. Его активность снижается в присутствии анионных соединений — мыла и других анионов, образующих нерастворимые соли. Поэтому для приготовления растворов нельзя применять жесткую воду, а только деионизированную или дистиллированную. Органические вещества также снижают его активность. Флаконы с растворами нельзя закрывать корковыми пробками, поскольку содержащийся в них таннин инактивирует хлоргексидин. Обладает высокой антибактериальной активностью, однако не действует на вирусы, споры и микобактерии. Широко применяется как антисептик и дезинфектант. Не раздражает кожу и слизистые оболочки.

Рис. 72. Хлоргексидин.

Полигексаметиленбигуаниды — это смесь полимеризованных гексаметиленбигуанидов:

где п в среднем составляет 5,5. Обладает высокой антибактериальной активностью и низкой токсичностью.

16.5.5 Поверхностно-активные вещества

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) подразделяют на анионные, катионные и амфолитные (амфотерные) соединения в соответствии с ионизацией гидрофильной группы молекулы, в которой присутствует также гидрофобная группа. Анионные и амфотерные ПАВ слабо действуют на микроорганизмы или полностью неактивны. Однако некоторые из них повышают чувствительность микроорганизмов к другим биоцидам, изменяя проницаемость клеточных мембран. Антимикробной активностью обладают катионные ПАВ, из которых наибольшее значение имеют четвертичные аммониевые основания (ЧАС, рис. 73). Их активность зависит от длины углеродной цепи радикала и максимально у соединений, имеющих радикал от С₈ до С18. Эти вещества наиболее активны при нейтральном или слабощелочном pH, инактивируются при pH ниже 3,5, поэтому они несовместимы с анионными и амфотерными ПАВ, возможно, из-за образования мицелл. Органические вещества инактивируют ЧАС.

Рис. 73. Четвертичные соединения аммония: А — общая формула; В — бензалкониума хлорид (n = 8 — 18); С — цетримид (n = 12, 14 или 16); D — цетилпиридиния хлорид.

Бактерицидное действие против грамположительных бактерий и грибов проявляется в разведении до 1:200 000, грамотрицательных — до 1:30 000; для уничтожения Pseudomonasaeruginosa требуется более высокая концентрация. На споры и вирусы ЧАС в рабочих концентрациях не действуют.

ЧАС не раздражают кожу и слизистые оболочки, поэтому их используют при обработке ран, а также в качестве консервантов некоторых препаратов. Бензалкониума хлорид и цетримид широко применяют в хирургии, урологии и гинекологии в виде водных и спиртовых растворов и кремов, иногда в сочетании с хлоргексидином. В больницах ЧАС используют для санитарной обработки помещений и оборудования.

16.5.6 Галогены

Препараты хлора и йода использовались в целях дезинфекции с начала XIX в. Позднее были получены их соединения, отличающиеся высокой активностью, стабильностью и удобные для практического применения [4].

Хлор служит источником получения многих антимикробных препаратов. Активность хлорсодержащих дезинфектантов выражают в единицах свободного хлора.

Гипохлориты — одна из наиболее давно известных групп дезинфектантов, быстро действуют на бактерии, грибы и вирусы, в высоких концентрациях и при продолжительной экспозиции — на кислотоустойчивые бактерии и споры бацилл. Совместимы с катионными и анионными ПАВ. Их недостатками являются коррозионная активность, способность инактивироваться органическими веществами и относительная нестабильность. Гипохлориты выпускают в виде порошка или растворов, в основном как соли калия или натрия хлорноватистой кислоты (НОСl). В растворе гипохлорит натрия существует в равновесном состоянии:

NaOCl + Н₂О ⇄ НОСl + NаОН.

Хлорноватистая кислота — сильный окислитель, в состоянии ионизации в кислой среде образуются ионы:

НОСl ⇄ Н⁺ + ОСl^-.

Концентрация иона ОСl^- определяет антимикробную активность раствора. Она максимальна при pH -5, однако в кислой среде препарат нестабилен. Поэтому его хранят в виде щелочного раствора, а перед употреблением переводят в активную форму. Рабочий раствор используют в течение суток.

Органические соединения хлора. К этой группе принадлежат N-хлоропроизводные сульфонамидов, хлорамин и дихлорамин, галазон (рис. 74), N-хлоропроизводные гетероциклических соединений, содержащих в кольце атом азота, например, дихлоризоциануровая кислота. Последнюю выпускают в сухом виде как соли натрия или калия. Перед употреблением их растворяют в кислой среде.

Рис. 74. Галазон

Хлороформ (СНСl_3-,) ограниченно используется для консервации растворов. Благодаря своей летучести он может испаряться из растворов, что может сопровождаться ростом микроорганизмов.

Йод обладает широким спектром антимикробной активности. Его применяют в виде тинктуры, содержащей 2,5% йода и 2,5% калия йодида в 90%-ном этаноле, а также раствора Люголя (5% йода в 10%-ном растворе калия йодида). Активность йода менее, чем хлора, зависит от температуры, pH и присутствия органических веществ. Его недостаток — раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки, а также окрашивание кожи.

Йодофоры — препараты, содержащие йод (phor — носитель), обладают меньшим раздражающим действием с сохранением активности йода. В качестве носителей используют полимерные соединения (полиэтиленоксид, полипропилен, поливинилпирролидон) и некоторые ПАВ. Неионные или катионные ПАВ повышают растворимость йода; эти препараты стабильны, добавление перед употреблением фосфорной или лимонной кислоты до pH ниже 5 повышает их активность. Йод в них присутствует в виде мицеллярных агрегатов, которые диспергируются при разбавлении раствора, освобождая йод.

В комплексе с поливинилпирролидоном часть йода связывается с полимером, однако основная его часть существует в форме трийодида. Разбавление раствора приводит к ослаблению связи с носителем и освобождению йода.

16.5.7 Кислоты и эфиры

В фармацевтической практике в основном используют органические кислоты, которые в растворе диссоциируют не полностью. Антимикробной активностью обладает кислота в недиссоциированной форме, поэтому при выборе условий применения необходимо учитывать константу диссоциации К и значение рК (pH, при котором степень диссоциации составляет 50%).

Бензойная кислота (С₆ Н₅ СООН) одна или в сочетании с другими консервантами часто используется в фармацевтической практике. Значение рК для бензойной кислоты 4,2, поэтому ее следует использовать для консервации таких растворов, pH которых не более 5,0, предпочтительно 4,0. Для препаратов орального применения ее используют в концентрации 0,05-0,1%. Возможно развитие резистентности. Бензойную кислоту в комбинации, например, с салициловой кислотой используют для лечения поверхностных микозов.

Сорбиновая кислота — широко используемый консервант как в виде кислоты, так и ее калиевой соли, имеет значение рК 4,8; ее активность, как и бензойной кислоты, уменьшается с повышением pH. Наиболее эффективна при pH 4 или ниже. Обычно применяется для консервации сиропов и гелеобразных фармацевтических продуктов.

Серы диоксид, сульфиты и метабисульфиты. Серы диоксид широко используется как консервант пищевых продуктов и в пивоваренной промышленности. В фармацевтических препаратах натрия сульфит и метабисульфит действуют как консерванты и антиоксиданты.

Борную кислоту используют в качестве антисептика в виде раствора или порошка для обработки кожи и слизистых оболочек. Хорошая всасываемость и медленное выведение из организма ограничивают ее применение.

Уксусная кислота в виде 0,25-2%-ного раствора применяется для обработки наружного уха и нижних отделов мочевыводящих путей. Активна против Pseudomonas spp.

Салициловая кислота применяется в спиртовых растворах (1-2%), присыпках, мазях, пастах как антисептик, например, при дерматомикозах.

Эфиры п-гидроксибензойной кислоты (парабены) имеют значение рК 8-8,5, поэтому их активность менее зависит от pH среды, чем активность кислот. Парабены (метиловый, этиловый, пропиловый и бутиловый эфиры, рис. 75) можно применять для консервации растворов с pH 7-8, однако оптимальная активность проявляется в кислой области pH. Они активны против грибов, в меньшей степени — бактерий; псевдомонады способны использовать парабены как источник углерода. Парабены используют для консервации эмульсий и кремов. Для гетерофазных препаратов удобно использовать комбинации эфиров: водорастворимый метиловый эфир (0,25%) защищает водную фазу, а про- пиловый и бутиловый эфиры — гидрофобную фазу. Парабены несовместимы с неионными ПАВ.

Рис. 75. Парабены (R — метил, этил, пропил, бутил или бензил).

16.5.8 Окислители

Водорода пероксид и надкислоты — мощные антимикробные агенты, действуют на споры. В концентрации 3-6% водорода пероксид (Н_2O2) применяется для дезинфекции, в более высокой (до 25%) — для химической стерилизации. Надуксусная кислота — также сильный биоцид, однако корродирует металлы, токсична и инактивируется органическими веществами.

Калия перманганат в 0,01-0,5%-ных растворах обладает сильным бактерицидным действием.

Тяжелые металлы. Препараты, содержащие ртуть и серебро, одними из первых получили применение как антисептики, однако теперь они постепенно выходят из употребления и заменяются менее токсичными. Соединения ртути высокоэффективны, однако к ним образуются резистентные штаммы, кроме того, они представляют опасность как загрязнители окружающей среды. В медицине используют мертиолат (тиомерсал) и фенилртути нитрат или ацетат (рис. 76). Соли фенилртути в концентрации 0,001-0,004% используют для консервации глазных капель, инъекционных растворов, раствора для контактных линз, иногда в комбинации с другими веществами. Ртутьорганические соединения в значительной степени адсорбируются из растворов резиновыми и полимерными материалами.

Рис. 76. Органические соединения ртути: А — мертиолат, В — фенилртути ацетат.

Помимо этого, в качестве антисептиков применяют серебра нитрат (ляпис), протаргол (содержит 7,8-8,3% серебра), колларгол (коллоидный раствор, содержащий 70% серебра), меди сульфат (0,25%-ный раствор), цинка окись в виде присыпок и мазей.

Диамидины (пропамидин, дибромопропамидин, рис. 77) используют как консерванты; пропамидин (0,1%) — глазных капель, дибромпропамидин (0,15%) — кремов и глазных мазей. Их активность снижается при кислом pH и в присутствии органических веществ. Возможно развитие резистентности.

Рис. 77. Пропамидин.

16.5.9 Красители

Производные трифенилметана обладают бактериостатической активностью в основном в отношении грамположительных микроорганизмов. Органические вещества снижают их активность. Наиболее часто примениют кристаллический фиолетовый (генциановый фиолетовый) и бриллиантовый зеленый в виде 0,5%-ных водных или спиртовых растворов для обработки мелких ран, ожогов и при поверхностных бактериальных или микотических заболеваниях кожи.

Акридиновые красители (рис. 78) одинаково действуют на грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы. Действие проявляется медленно. Неактивны в отношении спор бацилл и грибов. Уровень активности зависит от степени ионизации молекулы. Для наиболее часто используемых 3,6-диаминоакридина (профлавина) гемисульфата и 9-аминоакридина (аминакрина) гидрохлорида оптимально значение pH 7,5. Эти вещества не инактивируются сывороткой. Применяются для обработки ран и ожогов.

Рис. 78. Акридиновые красители: профлавин (А), аминоакрина гидрохлорид (В).

Производные хинолина наиболее активны против грамположительных бактерий и грибов. Для местного применения используют производные 8-гидроксихинолина: калия гидроксихинолин сульфат, клиохинол, хлорхинальдол и халькинол. Эти вещества являются хелатными агентами и активны только в присутствии двухвалентных металлов, например, меди и железа.

Из производных 4-аминохинальдина используют декалина хлорид (бис- четвертичное аммониевое соединение) при инфекциях ротовой полости и глотки и декалина ацетат в глазных каплях. Лауролина ацетат (ЧАС) — дезинфектант для кожи. Как катионные ПАВ они несовместимы с анионными агентами, фенолом и хлорокрезолом.

Подробное описание дезинфектантов и антисептиков может оказаться полезным при выборе оптимального средства для борьбы с микробной контаминацией в условиях производства или в клинической практике.

16.6 Применение антимикробных химических веществ в качестве антисептиков

Антисептики в используемых концентрациях оказывают бактериостатическое или бактерицидное действие, которое проявляется достаточно быстро; при правильном применении они не оказывают вредного воздействия на организм человека.

Основные антисептики и область их применения приведены в табл. 31.

Таблица 31. Применение антисептических веществ

16.7 Применение антимикробных химических веществ в качестве консервантов

Таблица 32. Консерванты лекарственных средств

Примечание* — органические соединения ртути могут обладать нейротоксическим действием, вызывать кератопатию, поэтому их не рекомендуют для длительного применения. В производстве вакцин в настоящее время мертиолат заменяют феноксиэтанолом или другими альтернативными соединениями.