Бондарева Е.Д., Макарова М.Н., Макаров В.Г. , Крышень А.А., Петрова А.В., Боровкова К.Е. Эффективность дезинфекции воздушной среды УФ-облучением в экспериментальных вивариях. Лабораторные животные для научных исследований. 2019; 3. https://doi.org/10.29296/2618723X-2019-03-08
В экспериментальных вивариях важно поддерживать оптимальные условия для осуществления работ и благополучной жизнедеятельности лабораторных животных, в противном случае это может отразиться на здоровье работников и лабораторных животных, что приведет к искажению результатов исследования, а также неправильным заключениям. Особое значение имеет качество воздушной среды, а именно обсемененность воздуха микроорганизмами (патогенными и/или условно-патогенными), способными вызвать те или иные инфекционные заболевания, как у работников, так и у лабораторных животных. Сокращение числа микроорганизмов-контаминантов воздушной среды — одна из первоочередных задач экспериментальных вивариев.
Чтобы защитить работников и лабораторных животных от воздействия инфекционных агентов используются различные методы дезинфекции воздуха. Наиболее эффективным, экономичным и безопасным методом считается использование ультрафиолетового (УФ) излучения.
Рассмотрена эффективность применения УФ-облучения как способа дезинфекции воздуха в помещениях экспериментального вивария. Бактерицидный эффект оценивался на различных этапах дезинфекции, включая исследование воздушной среды помещений до включения УФ-установки — облучателя бактерицидного настенного (ОБН). Оценена корректность применяемых режимов дезинфекции, а также бактерицидная эффективность ОБН в соответствии с Р3.5.1904-04 «Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях».
Основная цель — исследование эффективности применения УФ-дезинфекции в критические этапы технологического процесса, когда происходит замена подстила лабораторных животных, их кормление, а также сухая уборка в помещениях, что приводит к увеличению пыли, шерсти и других частиц в воздухе. Результаты исследования подтвердили рациональность использования УФ-облучения в качестве метода дезинфекции воздуха экспериментальных вивариев. Режим дезинфекции, включающий дезинфекцию воздуха до начала работ, затем — в обеденный перерыв после выполнения «грязных» работ, оптимален и позволяет контролировать обсемененность воздушной среды помещений в течение всего технологического процесса и обеспечивает безопасность работников вивария.
В экспериментальных вивариях очень важно проводить дезинфекционные мероприятия в присутствии животных. Одним из эффективных методов обеззараживания воздуха в помещениях экспериментальных вивариев и других ветеринарных объектах является использование бактерицидных установок. Ультрафиолетовое бактерицидное облучение – это метод дезинфекции, в котором используется ультрафиолетовое излучение с длиной волны 205–315 нм, оказывающий бактерицидное действие. Наиболее выраженным бактерицидным свойством обладают ультрафиолетовые (УФ) лучи с длиной волны 254–257 нм [1–4].
УФ-излучение как метод дезинфекции воздуха по сравнению с химическими методами имеет ряд преимуществ: лампы ОБН обладают бактерицидными свойствами, большой производительностью и могут прослужить до 5 лет. Лампы ОБН закрытой конструкции, лампы ОБН безвредны для людей и животных даже при длительной экспозиции, процесс дезинфекции прост и не трудоемок, использование ОБН экономически выгоднее, чем применение химических дезинфицирующих средств [5, 6].
Центры по контролю и профилактике заболеваний (Centers for Disease Control and Prevention (CDC)) рекомендуют использовать УФ лампы в качестве дополнительного метода дезинфекции для лечебно-профилактических учреждений [7].
Действие ОБН основано на использовании бактерицидных ламп низкого давления, излучающих УФ-лучи с длиной волны 253,7 нм, которые подавляют жизнедеятельность микроорганизмов. УФ лучи инактивируют микроорганизмы, ограничивая их способность к росту и размножению. ОБН эффективны против бактерий, микроскопических грибов и вирусов. Наиболее чувствительны к воздействию УФ излучения вирусы и бактерии в вегетативной форме, менее чувствительны плесневые грибы, дрожжи и споры бактерий [7–9].
Источником большинства микроорганизмов, населяющих воздух помещений, обычно являются лабораторные животные, а также обслуживающий персонал экспериментальных вивариев. На обсемененность воздуха влияют технология содержания и плотность размещения животных, а также личная гигиена персонала. Кроме этого, патогенные и/или условно-патогенные микроорганизмы попадают в помещения с материалами для животных и воздушными потоками [6, 7, 10, 11]. Кроме того, в воздухе помещений экспериментальных вивариев концентрируются пыль и аллергены.
Нормативы для оценки бактериальной обсемененности воздуха помещений вивария в настоящее время не разработаны. Такие помещения по аналогии с помещениями лечебно-профилактических учреждений могут быть отнесены к помещениям класса чистоты А, Б, В или Г в соответствии с СанПиН 2.1.3.2630-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям, осуществляющим медицинскую деятельность». Для помещений класса чистоты А (например, операционные) норма обсемененности по общему микробному числу составляет не более 200 КОЕ/м3 до начала работы и не более 500 КОЕ/м3 – во время работы. Для помещений класса чистоты Б (например, помещения для подготовки стерильных операционных материалов) эти нормы составляют не более 500 КОЕ/м3 до начала работы и не более 750 КОЕ/м3 – во время работы. В помещениях классов А и Б в воздухе не допускается наличие золотистого стафилококка. В помещениях класса В (палаты для больных, кабинеты функциональной диагностики, шлюзы и т.д.) и Г (комнаты персонала, дезинфекционно-моечные отделения, гардеробы и т.д.) золотистый стафилококк не нормируется, как и общее микробное число. В таком случае, любые результаты микробиологического анализа воздушной среды помещений класса чистоты В и Г, в соответствии с нормативным документом, считаются приемлемыми.
Несмотря на отсутствие государственного регулирования, следует стремиться к поддержанию надлежащего санитарного состояния всех помещений вивария и ориентироваться на значения, применимые к вышестоящим классам чистоты помещений по СанПиН 2.1.3.2630-10 [12].
Рассмотрим более подробно группы инфекционных агентов, обитающих в воздушной среде вивариев – микроскопические грибы, бактерии и вирусы. Вирусы самые чувствительные к действию УФ-излучения, как и бактерии в вегетативной форме. Что же касается спор бактерий и микроскопических грибов, здесь одного действия УФ-излучения недостаточно, так как эти микроорганизмы труднее всего инактивировать ультрафиолетом. В таком случае их легко отфильтровать. В помещениях вивария должна быть хорошо налажена вентиляционная система. В руководстве Guide for the care and use of laboratory animals (The National academies press, Washington, D.C.), а также в серии ГОСТов (№№33215-2014, №33216-2014, №33217-2014, №33218-2014, №33219-2014) указаны нормативы кратности воздухообмена для помещений содержания лабораторных животных, соблюдение которых позволяет этим 2 технологиям (УФ-излучение и вентиляция) дополнять друг друга. Такая комбинация обеспечивает наиболее экономичные средства контроля качества воздуха в экспериментальных вивариях. Кроме того, система вентиляции позволяет снизить концентрацию пыли и аллергенов в воздухе [7, 8].
Цель нашей работы – изучение бактерицидной эффективности УФ-ламп, используемых для дезинфекции воздуха экспериментальных вивариев, длительности бактерицидного эффекта после дезинфекции, оценка рациональности использования бактерицидной установки для дезинфекции воздуха в критические этапы технологического процесса, включающие проведение работ, сопровождающихся увеличением содержания в воздухе взвешенных частиц, а также эффективность использования бактерицидных установок комбинированного типа, т.е. имеющих в своем устройстве УФ-лампа открытого типа (не защищенные) и УФ-лампы закрытого типа (ограниченные специальным экраном).
Расчет времени работы УФ-ламп. Объектом исследования послужили облучатели ОБН-150 комбинированного типа с встроенными лампами типа TUV30W, установленные в помещениях экспериментальных вивариев на высоте 2 м от пола. Лампы сконструированы таким образом, что нижняя лампа имеет открытую конструкцию (открытый тип), верхняя лампа ограничена экраном (закрытый тип) (см. рисунок). Исследование проводили в 2 помещениях вивария НПО «Дом Фармации» (помещения №1, 2).
Расчет времени работы ОБН-150 определяли на основании Р 3.5.1904-04 «Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях». Согласно Руководству, длительность эффективного облучения воздуха в помещении во время непрерывной работы комбинированных ОБН должна находиться в пределах от 15 до 30 мин.
Время работы ОБН вычисляли по формуле:
\[t = \frac{V*H_{V}}{N*Ф_{бк}*К_{ф}}\]
где: t – время непрерывной работы ОБН, с; V – объем помещения; Hv – объемная доза (Дж/м3) для выбранного микроорганизма (St.aureus) (в соответствии с данными табл. 3 Руководства 3.5.1904-04); N – количество установок ОБН; Фбк – интенсивность бактерицидного потока лампы; Кф – коэффициент использования бактерицидного потока (из таблицы 2 приложения 5 Руководства 3.5.1904-04).
Оценка бактерицидной эффективности: Для надежности выбранного метода дезинфекции необходимо удостовериться в бактерицидной эффективности используемых УФ-ламп. При оценке бактерицидной эффективности УФ-излучения воздушной среды помещений, согласно методике, изложенной в Руководстве 3.5.1904-04 в качестве санитарно-показательного микроорганизма используется культура S. aureus (с посевной дозой 100 КОЕ/мл). Для определения необходимого уровня бактерицидной эффективности УФ-ламп, помещения экспериментального вивария приравниваются к 3-й категории (палаты, кабинеты и другие помещения лечебно-профилактических учреждений), согласно Руководству 3.5.1904-04, поэтому бактерицидная эффективность УФ-ламп в отношении S. aureus должна составлять здесь не менее 95%. Для операционных и предоперационных помещений, бактерицидная эффективность ламп должна быть не менее 99,9%. Результативность облучения микроорганизмов или бактерицидная эффективность Jбк оценивается в процентах как отношение числа погибших клеток (Nn) к их начальному числу до облучения (Nн) по формуле:
\[J_{бк} = (N_{n} / N_{H}) * 100 %\]
Оценка длительности эффекта ОБН. Оценку длительности бактерицидного эффекта определяли с помощью исследования обсемененности воздуха до обработки воздуха УФ-облучением и после обработки, через разные промежутки времени в зависимости от проводимых работ. Отбор проб воздуха проводили в помещениях №1 и №2 экспериментального вивария.
Бактериальную обсемененность исследовали воздушной среды в помещениях экспериментального вивария на санитарно-микробиологические показатели:
Пробы воздуха для определения бактериальной обсемененности, согласно МУ 4.2.2942-11 «Методы санитарно-бактериологических исследований объектов окружающей среды, воздуха и контроля стерильности в лечебных организациях», отбирали аспирационным методом на мясопептонный агар для определения общего микробного числа бактерий (ОМЧ). Для выявления в воздухе дрожжей и плесневых грибов отбор воздуха производили на среду агар Сабуро. Для выявления стафилококков использовали агар Байрд–Паркер. Отбор проб проводили на различных этапах технологического процесса: до начала работ и включения ОБН, после УФ-облучения, при проведении выборочной и полной замены подстила лабораторных животных, при кормлении и поении животных, а также при осуществлении уборок. Количество пропущенного воздуха для определения общего количества микроорганизмов, дрожжей и плесеней составляло 100 дм3(л), для определения S. aureus – 250 дм3(л). Посевы инкубировали в термостате при температуре 37оС в течение 24–48 ч. Полученное количество колоний микроорганизмов на чашке Петри пересчитывали на КОЕ в 1 м3 исходя из отобранного объема воздуха.
При заборе проб воздуха в помещениях регистрировали температуру 230С и относительную влажность 62%.
Расчет времени работы УФ-ламп комбинированного типа для помещений 3 категории согласно Р 3.5.1904-04 выполняли по формуле:
\[t = \frac{V*H_{V}}{N*Ф_{бк}*К_{ф}}\]
где V – объем помещений №1 и №2 составил 127 м3 и 125 м3 соответственно; Hv – объемная бактерицидная доза для St.aureus равна 167 Дж/м3; N – количество установок ОБН в каждом помещении (1 шт.); Фбк – 22,4 Вт; Кф –0,63.
Получаем следующие:
\[t_{1} = \frac{127*167}{1*22,4*0,63} = \frac{21209}{14,112} = 1503 с = 25,05 мин\]
\[t_{2} = \frac{125*167}{1*22,4*0,63} = \frac{20875}{14,112} = 1479 с = 24,65 мин\]
На основе расчетов времени работы УФ-ламп марки TUV30W, рекомендаций инструкции по эксплуатации прибора, а также с учетом специфики технологического процесса была выбрана длительность УФ-излучения, равная 30 мин. Далее с учетом технологического процесса был выбран режим дезинфекции, который состоял из дезинфекции воздуха с использованием установки ОБН-150 комбинированного типа до начала основных работ в 8:00–8:30, и затем после выполнения «грязных» работ в 12:00–12:30 в обеденный перерыв, чем обеспечивалась безопасность работников. Дальнейшая работа в виварии предполагает выполнение «чистых» работ (кормление и поение животных, проведение манипуляций с лабораторными животными, влажная уборка помещений и пр.).
Результаты оценки бактерицидной эффективности отражены в табл. 1.
Таблица 1
Оценка бактерицидной эффективности УФ-ламп, используемых для дезинфекции воздуха помещений экспериментального вивария
Место отбора пробы |
Время экспозиции, мин. |
Количество клеток, выросшее на контрольной чашке Петри (Nн), КОЕ |
Количество клеток, выросшее на чашках Петри после обработки УФ-излучением (N), КОЕ |
Количество погибших клеток после УФ-облучения (Nn= Nн-N), КОЕ |
Бактерицидная эффективность (Jбк), % (Jбк = (Nn / Nн) *100) |
Помещение №1 |
30 |
189 |
2 |
187 |
98,9 |
Помещение №2 |
3 |
186 |
98,4 |
Согласно оценке бактерицидного действия, эффективность УФ-ламп: 98,9% – для УФ-лампы помещения №1 и 98,4% – для УФ-лампы помещения №2 (при необходимых 95%). Такие результаты позволяют заключить, что УФ-лампы, используемые в помещениях №1 и №2, обладают достаточной мощностью для обеспечения качественной дезинфекции воздуха.
Результаты исследований бактериальной обсемененности после дезинфекции УФ-излучением на различных этапах технологического процесса представлены в табл. 2 и 3.
Таблица 2
Результаты оценки обсемененности помещения содержания экспериментальных лабораторных животных (помещение №1)
Дата отбора проб |
Время отбора проб |
Показатели |
Технологический процесс |
||
S. aureus, КОЕ/м3 |
ОМЧ, КОЕ/м3 |
Дрожжи/плесени, КОЕ/м3 |
|||
24.06 |
7:40 |
Не обнаружено |
1100 |
100/0 |
До начала работы |
- |
- |
УФ-дезинфекция |
|||
8:40 |
Не обнаружено |
400 |
0/20 |
Выборочная замена подстила, уборка, поение животных |
|
9:00 |
Не обнаружено |
370 |
10/10 |
||
10:00 |
Не обнаружено |
1800 |
50/20 |
||
11:40 |
Не обнаружено |
2200 |
100/240 |
||
- |
- |
УФ-дезинфекция |
|||
12:40 |
Не обнаружено |
800 |
0/170 |
Кормление животных, влажная уборка |
|
13:00 |
Не обнаружено |
640 |
0/70 |
||
14:00 |
Не обнаружено |
460 |
10/40 |
||
25.06 |
7:40 |
Не обнаружено |
490 |
0/20 |
До начала работы |
- |
- |
УФ дезинфекция |
|||
8:40 |
Не обнаружено |
1500 |
10/790 |
Полная замена подстила лабораторных животных, уборка, поение |
|
9:00 |
Не обнаружено |
2500 |
40/1000 |
||
10:00 |
Не обнаружено |
2500 |
50/1000 |
||
11:40 |
Не обнаружено |
1300 |
20/410 |
||
- |
- |
УФ-дезинфекция |
|||
12:40 |
Не обнаружено |
360 |
0/110 |
Кормление животных, влажная уборка |
|
13:00 |
Не обнаружено |
210 |
10/50 |
||
14:00 |
Не обнаружено |
230 |
0/40 |
Таблица 3
Результаты оценки обсемененности помещения содержания экспериментальных лабораторных животных (помещение №2)
Дата отбора проб |
Время отбора проб |
Показатели |
Технологический процесс |
||
S. aureus, КОЕ/м3 |
ОМЧ, КОЕ/м3 |
Дрожжи/плесени, КОЕ/м3 |
|||
24.06 |
7:40 |
Не обнаружено |
230 |
0/20 |
До начала работы |
- |
- |
УФ-дезинфекция |
|||
8:40 |
Не обнаружено |
120 |
0/40 |
Выборочная замена подстила, уборка, поение животных |
|
9:00 |
Не обнаружено |
80 |
0/40 |
||
10:00 |
Не обнаружено |
90 |
0/20 |
||
11:40 |
Не обнаружено |
850 |
0/860 |
||
- |
- |
УФ-дезинфекция |
|||
12:40 |
Не обнаружено |
100 |
0/10 |
Кормление животных, влажная уборка |
|
13:00 |
Не обнаружено |
60 |
0/50 |
||
14:00 |
Не обнаружено |
110 |
0/10 |
||
25.06 |
7:40 |
Не обнаружено |
50 |
0/10 |
До начала работы |
- |
- |
УФ-дезинфекция |
|||
8:40 |
Не обнаружено |
280 |
0/100 |
Кормление и поение животных, уборка |
|
9:00 |
Не обнаружено |
210 |
0/70 |
||
10:00 |
Не обнаружено |
210 |
10/10 |
||
11:40 |
Не обнаружено |
230 |
0/10 |
||
- |
- |
УФ-дезинфекция |
|||
12:40 |
не обнаружено |
110 |
0/10 |
Кормление животных, влажная уборка |
|
13:00 |
не обнаружено |
300 |
0/30 |
||
14:00 |
не обнаружено |
40 |
0/20 |
Обсемененность во время проведения работ по замене подстила в обоих помещениях (перед очередным включением ОБН) демонстрирует резкое повышение общего числа микроорганизмов и плесеней/дрожжей, что связано с увеличением концентрации пыли, взвешенных частиц в воздухе помещений.
После проведения дезинфекции воздуха помещений экспериментального вивария установкой комбинированного типа ОБН-150 показатели обсемененности воздушной среды заметно снижаются и приближаются к норме для помещений классов чистоты Б, согласно СанПиН 2.1.3.2630-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям, осуществляемым медицинскую деятельность». Данные по исследованию длительности бактерицидного эффекта после проведения дезинфекции УФ-излучением позволяют признать данный метод актуальным и эффективным в отношении исследуемых показателей (общего микробного числа, микроскопических грибов и золотистого стафилококка). Выбранный режим дезинфекции снижает число микроорганизмов, способных нанести вред лабораторным животным и работникам вивария, и ограничивает дальнейшее распространение и размножение. Данный режим дезинфекции рационален и обеспечивает надежный бактерицидный эффект.
Бактерицидная эффективность УФ-ламп в помещениях экспериментального вивария достигается при их непрерывной работе в течение 30 мин в утреннее время до начала работ и после завершения «грязных» работ, бактерицидный эффект может сохраняться на весь период технологического процесса (в зависимости от характера процедур) и на следующий день. Помимо характера технологического процесса, такой режим дезинфекции выбран с целью безопасности для персонала от вредного воздействия ультрафиолета. Однако при длительной работе УФ-ламп в воздухе могут накапливаться озон и окись азота в концентрации, превышающей предельно-допустимые нормы. При УФ-излучении требуется соблюдать правила безопасности [13].
Дезинфекция УФ-излучением лампой открытого типа проводится в отсутствии в помещении людей и животных вне боксов (должно быть исключено прямое попадание УФ-излучения на лабораторных животных). В присутствии людей и в течение всей рабочей смены дезинфекцию УФ-излучением позволяют проводить ОБН с закрытой конструкцией. Такие конструкции, устанавливаются на потолке или на верху стенки, они имеют специальный экран, позволяющий дезинфицировать только верхнее пространство помещения. В данном случае циркуляция воздуха имеет решающее значение для качества дезинфекции воздуха. Дезинфекция достигается путем перемещения загрязненного нижнего воздуха вверх, где он подвергается облучению (благодаря конвекционным потокам) [13, 14].
Исследование бактерицидной эффективности установленных в ОБН-150 УФ ламп продемонстрировало, что их использование позволяет снизить микробную обсемененность в помещениях. Длительность бактерицидного эффекта после дезинфекции воздуха сохраняется на весь период технологического процесса, за исключением этапа проведения «грязных» работ, после которого сразу предусмотрена повторная дезинфекция УФ-излучением.
Использование установки ОБН-150 комбинированного типа демонстрирует высокую бактерицидную эффективность для данных помещений (показатели обсемененности воздушной среды помещений вивария после УФ-облучения приближены к нормам для помещений классов чистоты Б по СанПиН 2.1.3.2630-10). Выбранный режим дезинфекции в условиях установленного технологического процесса является рациональным и позволяет обеспечивать защиту от УФ-излучения работникам экспериментального вивария.
Метод дезинфекции воздуха помещений УФ-излучением достаточно популярен для применения в лечебно-профилактических учреждениях, в микробиологических лабораториях и т.п. Однако в руководствах по использованию лабораторных животных (как отечественных, так и зарубежных) информация о данном методе представлена довольно поверхностно, а нормы обсемененности воздуха в экспериментальных вивариях отсутствуют вовсе. Поэтому организации, занимающиеся доклиническими исследованиям, и имеющие в своем составе экспериментальные виварии должны совершенствоваться в вопросах сохранения благополучия лабораторных животных, работников и корректности проводимых исследований и разрабатывать внутренние нормативы, позволяющие это обеспечивать.