Биологические повреждения

Содержание:

1. Физические факторы, влияющие на процессы биоповреждений.

2. Биоповреждения  и защита косметических товаров.

1. Физические  факторы, влияющие на процессы биоповреждений.

       Среди физических факторов окружающей среды, определяющих жизнедеятельность микроорганизмов, наиболее важными являются влажность, температура, освещенность и некоторые другие. Воздействие физических факторов па грибы определяется многими причинами, в том числе климатическими условиями, условиями хранения и эксплуатации материалов.

       Задача  сое гонг и том, чтобы на основании  знания физиологических особенностей мнкроорганизмов-биодеструкторов определять условия, препятствующие их росту, и сводить к минимуму являющийся нежелательным процесс деструкции субстрата.

       Влажность среды. Влажность среды оказывает огромное влияние на развитие микроорганизмов. В клетках большинства микроорганизмов содержится до 75 — 85% воды, с которой в клетку поступают питательные вещества и удаляются из нее продукты жизнедеятельности.

       Потребность во влаге у различных микроорганизмов  колеблется в широких пределах. По величине минимальной потребности во влаге для роста различают следующие группы микроорганизмов: гидрофиты — влаголюбивые, мезофиты — средневлаголю-бпвые и ксерофиты — сухолюбивые. Преобладающее большинство бактерий — гидрофиты. Многие мицелиальные грибы и дрожжи мезофиты, но имеются гидрофиты и ксерофиты.

       Для большинства грибов минимальный  уровень относительной влажности  воздуха равен 70%; для бактерий — 95%.

       Относительная влажность воздуха изменяется в  зависимости от температуры: с понижением температуры воздуха уменьшается его влагосодержание, и наоборот. Поэтому при снижении температуры в процессе, хранения материалов имеющееся количество водяных паров в воздухе может оказаться выше предела сто насыщения, что приводит к увлажнению поверхности материала и способствует развитию находящихся на нем микроорганизмов.

       Любой субстрат (материал), способный к  поглощению влаги, находится в состоянии влажностного равновесия с воздухом. Если влажность воздуха повышается, материал впитывает влагу, если уменьшается — отдает.

       Влагосодержание — это суммарное количество воды в материале, выраженное в процентах от массы абсолютно сухого субстрата. Такое определение не дает представления о доступности данной воды для микроорганизмов, так как оно включает как связанную, так и свободную воду субстрата. Первая форма воды определяет свойства материала. Например, в бумаге она водородными связями прочно связана с волокнами и не может быть использована микроорганизмами. В связи с этим материалы одинакового влагосодержания, но разной доступности воды, при прочих одинаковых условиях будут повреждаться грибами неодинаково. Микроорганизмы могут использовать только свободную или слабосвязанную воду. Начало роста микроорганизмов на гигроскопичном материале происходит при таком его влагосодержании, когда появляется несвязанная вода. Древесина при влажности ниже точки насыщения волокна (30%) грибами не повреждается. Рост микроскопических грибов на бумаге происходит только после того, как общее влагосодержание бумаги достигнет 8 — 10 %, так как при этом появляется капиллярная (свободная) вода. Считается, что минимальная влажность субстрата, при которой возможно развитие бактерий, составляет 20 — 30 %, а для грибов — 13-15%.

       Влажность материала при развитии на нем  грибов обычно увеличивается. Увлажнение происходит за счет выделения воды как одного из конечных продуктов  метаболизма. Известно, например, что Serpula lacrymans при разрушении 1 м³ древесины выделяет до 139 л воды, а при росте гриба Соniорhora  puteana исходная влажность образцов древесины, составляющая 6,75 %, возрастает до 30 — 64%. Увлажнение материалов под влиянием грибов создает условия для заселения их новыми более влаголюбивыми видами.  

       Температура среды. Температура среды — один из основных факторов, определяющих возможность и интенсивность развития микроорганизмов. Каждая группа микроорганизмов может развиваться лишь в определенных пределах температуры: для одних эти пределы узкие, для других — относительно широкие и исчисляются десятками градусов.

       Рост  микроорганизмов возможен в широком  диапазоне температур. Гриб Serpula lacrymans, повреждающий лесоматериалы, не в состоянии расти, если температура ниже +8°С или выше +27 °С, оптимальное развитие его наблюдается при температуре +23°С. Из слизи, образующейся на оборудовании бумажных фабрик, выделены грибы, растущие при температуре +(60...62)°С. В то же время, некоторые микроорганизмы обитают в холодных почвах тундры и в холодильных установках при -(6... 8) °С.

       Из  горных источников на склонах вулканов выделены бактерии, способные расти при температуре даже выше 100 °С.

       Минимальная и максимальная температура определяет границы, за которыми рост микроорганизмов не происходит, как бы долго пи продолжалась инкубация. Температура, при которой наблюдается максимальная скорость роста, считается оптимальной.

       На  основании температурного диапазона  роста микроорганизмов их подразделяют на три большие группы: психрофилы, мезофилы и термофилы.

       Психрофилы (от греч. психрос —- холод) — холодолюбивые микроорганизмы, хорошо размножающиеся и проявляющие химическую активность при относительно низких температурах. Для них характерны: температурный минимум от-(12 ... 10) °С до 0°С, оптимум при -(10... 15)°С и максимум — около -30°С. К ним относятся, например, микроорганизмы, обитающие в почве полярных регионов, в северных морях.

       Термофилы (от греч. термо — тепло) — теплолюбивые микроорганизмы, лучше всего развиваются при относительно высоких температурах. Температурный минимум для них составляет не ниже + 30"С, оптимум +(50...60)°С, максимум около + (70... 80)°С. Из горячих водоисточников Камчатки выделена палочковидная неспороносная бактерия с температурным оптимумом +(70...80)°С, которая оставалась жизнеспособной при температуре воды до +90°СА Термофилы встречаются в самонагревающихся скоплениях органических материалов (кипах шерсти и хлопка, кучах древесных стружек). Способность термофильных грибов использовать различные пластмассы в качестве единственного источника углерода может помочь в будущем решить вопрос борьбы с отходами городского хозяйства, содержащими пластмассы.

       Мезофилы (от греч. мезос — средний, промежуточный) — микроорганизмы, для которых температурный минимум составляет около + (5... 10) °С, оптимум +(25...35)'°С, максимум +(45... 50) "С.

       Большинство микроорганизмов, вызывающих повреждения материалов, относятся к мезофиламы.

       Температура оказывает прямое воздействие на географические области распространения  микроорганизмов.

       Отношение микроорганизмов  к высоким температурам. Превышение температуры среды над оптимальной сказывается на микроорганизмах более неблагоприятно, чем ее понижение. Отношение различных микроорганизмов к температурам, превышающим максимальную для их развития, характеризует их термоустойчивость. У разных микроорганизмов она неодинакова. Температуры, превышающие максимальную, вызывают явление «теплового шока». При непродолжительном пребывании в таком состоянии клетки могут реактивироваться, а при длительном наступает их отмирание. Большинство бесспоровых бактерий отмирают в течение 15 — 30 мин при нагревании во влажном состоянии до +(60... 70) ^СС, а при нагревании до +(80... 100)°С — в течение времени от нескольких секунд до 1 — 2 мин. Дрожжи и мицелиальные грибы погибают также довольно быстро при температуре +(50... 60) °С.

       Наиболее  термоустойчивы бактериальные споры. У многих бактерий они способны выдерживать температуру кипения воды в течение нескольких часов. Во влажной среде споры бактерий гибнут при +(120... 130)°С через 20 — 30 мин, а в сухом состоянии при +(160... 170)°С — через 1 — 2ч. Термоустойчивость спор различных бактерий неодинакова, особенно устойчивы споры термофильных бактерий.

       Споры большинства дрожжей и плесеней, по сравнению со спорами бактерий, менее устойчивы к нагреванию и погибают довольно быстро при +(65... 80) °С, но споры некоторых плесеней выдерживают кипячение. Однако не все  клетки или споры даже одного вида микроорганизмов отмирают одновременно, среди них встречаются более и менее устойчивые.

       Отмирание микроорганизмов при нагревании во влажной среде наступает вследствие происходящих необратимых изменений в клетке. Основными из них являются денатурация белков и нуклеиновых кислот клетки, а также инактивация ферментов и возможное повреждение цнтоплазматической мембраны.

       При воздействии на клетки «сухого жара» (без влаги) гибель происходит в результате активных окислительных процессов и Нарушения клеточных структур.

       На  губительном действии высокой температуры  основан один из важнейших и широко применяемых в микробиологической и медицинской практике приемов  — стерилизация.

       Отношение микроорганизмов  к низким температурам. Холодоустойчивость различных микроорганизмов колеблется в широких пределах. При температуре среды ниже оптимальной снижается скорость размножения микроорганизмов и интенсивность их жизненных процессов.

       Многие  микроорганизмы не способны развиваться  при температуре ниже нуля. Так, некоторые гнилостные бактерии не размножаются обычно при температуре ниже +(4...5)°С; температурный минимум многих грибов также лежит в пределах от + (3... 5) °С. Известны микроорганизмы, еще более чувствительные к холоду, которые не растут уже при +10°С, к ним относится, например, большинство болезнетворных бактерий. Некоторые микроорганизмы временно могут выдерживать очень низкие температуры. Кишечная и брюшнотифозная палочки в течение нескольких дней не погибают даже при температурах -(172... 190) °С. Споры бактерий сохраняют способность к прорастанию даже после 10-часового пребывания при -252°С (температура жидкого водорода). Некоторые мицелиальные грибы и дрожжи сохраняют жизнеспособность после воздействия температуры -190°С (температура жидкого воздуха) в течение нескольких дней, а споры мицелиальных грибов — в течение нескольких месяцев. В трупах мамонтов, пролежавших десятки тысяч лет в почве вечной мерзлоты, обнаружены жизнеспособные бактерии и их споры.

       Несмотря  на то, что при температурах ниже минимальной микробы не размножаются и активная жизнедеятельность их приостанавливается, многие из них  неопределенно долгое время остаются жизнеспособными, переходя в анабиотическое состояние, т.е. состояние «скрытой жизни», подобное зимней спячке животных. При повышении температуры они вновь возвращаются к активной жизни. Некоторые микроорганизмы в таких условиях, однако, более или менее скоро погибают. Отмирание происходит значительно медленнее, чем под действием высоких температур.

         Излучения. Микроорганизмы могут подвергаться воздействию различного вида излучений, к которым в первую очередь следует отнести воздействие сложного спектра солнечной радиации, электромагнитных волн, УФ-излучения, у- и рентгеновского излучения, действия корпускулярных частиц высокой энергии (электронов, протонов, нейтронов и др.), вызывающих ионизацию или возбуждение атомов и молекул окружающей среды и веществ, из которых состоят микроорганизмы.

       Солнечная радиация относится к факторам окружающей среды, которые оказывают существенное влияние на процессы жизнедеятельности микроорганизмов. Действие разных участков спектра солнечного излучения на грибы неодинаково: длинноволновое излучение приводит к активации тепловых рецепторов; ультрафиолетовые лучи вызывают мутагенный и летальный эффект; с видимым светом связаны все фотобиологические процессы (фотосинтез, фотозащитные и фотохимические).

       Видимый свет солнца необходим только для фотосинтезирующих микробов, использующих световую энергию в процессе ассимиляции углекислого газа. Микроорганизмы, не способные к фотосинтезу, хорошо растут и в темноте. Прямые солнечные лучи губительны для микроорганизмов, даже рассеянный свет подавляет в той или иной мере их рост. Патогенные бактерии (за редким исключением) менее устойчивы к свету, чем сапрофитные.

       Видимый свет может влиять на пигментообразование. Это объясняет тот факт, что при ярком освещении материалы подвергаются большей опасности появления нежелательных пигментных пятен, чем в условиях затененности.

       Из  всего спектра солнечного излучения  наиболее опасны для микроорганизмов ультрафиолетовые лучи. Эффект воздействия УФ-излучения на микроорганизмы различен в зависимости от дозы облучения и его спектрального диапазона. Малые дозы оказывают стимулирующее действие. Большие дозы УФ-излучения оказывают мутагенное и летальное действие.

       Микроорганизмы  значительно более радиационно устойчивы, чем высшие организмы. Смертельная доза для них в сотни и тысячи раз выше, чем для животных и растений,.

       Эффективность действия ионизирующих излучений на микроорганизмы зависит от поглощенной дозы облучения и многих других факторов. Очень малые дозы активизируют некоторые жизненные процессы микроорганизмов, воздействуя на их ферментные системы. Они вызывают наследственные изменения свойств микробов, приводящие к появлению мутаций. С повышением дозы облучения обмен веществ нарушается значительнее, наблюдаются различного рода патологические изменения клеток (лучевая болезнь), которые могут привести к их гибели. 
 
 
 

2. Биоповреждения  и защита косметических  товаров.

    В группе косметических товаров наиболее сильно повреждаются микроорганизмами косметические кремы, широко применяемые у нас в стране и за рубежом.

    Большинство косметических кремов представляют собой сложные эмульсионные системы типа вода в масле или масло в воде, в состав которых входят жидкие и твердые жировые компоненты, вода, биологически активные вещества.

    Микроорганизмы  развиваются в водной и не растут или почти не растут в жировой  фазе эмульсий. Поэтому наиболее благоприятные условия для развития микроорганизмов создаются в эмульсиях типа «масло—вода». Особенно сильно поражают эмульсии бактерии, относящиеся к группе грамотрицательных палочек, среди которых наиболее опасны представители родов Enterobacter и Acnromobacter. Большинство компонентов косметических эмульсий представляют собой сложные эфиры высокомолекулярных спиртов и жирных кислот. Воздействие микроорганизмов на такие субстраты начинается с их гидролиза под влиянием внеклеточных эстераз. Однако наличие эстеразной активности не единственное условие для роста бактерий на таких средах. Необходимо, чтобы бактерии включали образовавшиеся в результате гидролиза соединения в процессы метаболизма.

    Большое содержание в кремах воды, соединений углерода и азота, доступ воздуха, а  также хранение косметических кремов при температуре +(20... 30) °С создают благоприятные условия для развития в них различных микроорганизмов, которые могут использовать в качестве источника углерода и энергии такие компоненты, как глицерин, пентол, моносахарат, косточковое масло, кондитерский жир, ланолин, апилак, эмульсионные воски, азулен, эвкалиптовое и парфюмерное масла, спермацет, гидрированные спирты кашалотового жира. Но наибольшая интенсивность роста числа бактерий отмечалась на средах, содержащих пентол, апилак, глицерин, и в меньшей степени — кондитерский жир.

    Источником  заражения большинства косметических  товаров может явиться зараженное сырье и неблагоприятные условия производства. В связи с этим производство косметических товаров должно проходить в стерильных условиях, исключающих попадание извне микроорганизмов. Создание абсолютно стерильных условий стоит очень дорого, поэтому в косметической промышленности стремятся создать оптимальные условия производства, для чего:

    - все  сырье проверяют на содержание  микроорганизмов;

    - емкости,  используемые для изготовления  составов, стерилизуют, например, еженедельно путем длительного прогревания при температуре +(100... 120)°С или путем химической стерилизации (например, раствором формальдегида или другого антисептика);

    - используемую  воду стерилизуют перед употреблением,  например, с помощью ультрафиолетового облучения или дистилляцией;

    - при  изготовлении составов соблюдают  максимальную чистоту (спецодежду  меняют ежедневно, используется  автоматическая и герметичная  расфасовка и т.д.);

    - в  рецептуре используют достаточно  эффективные, разрешенные к применению консерванты.

    Особенно  важно соблюдение стерильности для  косметики в ампулах, средств для детей и декоративной косметики для глаз.

    Порошки (тальк, крахмал и др.), как правило, содержат споры различных микроорганизмов. Большинство восков и эмульгаторов, растительных и животных экстрактов, протеинов, минеральных солей, входящих в состав косметических изделий, также являются питательной средой для многих микроорганизмов. Биологически активные добавки, применяемые в косметике, способны стимулировать рост бактерий и микроскопических грибов.

    Плохо очищенная вода может также служить  источником микробного заражения. Найдено, что даже деионизированная вода представляет собой источник заражения, если применяемые ионнообменные смолы регулярно не проверяют на стерильность. Вопросу поддержания чистоты производственного оборудования и технического процесса уделяется большое внимание.

    Порошки (тальк, крахмал и др.), как правило, содержат споры различных микроорганизмов. Большинство восков и эмульгаторов, растительных и животных экстрактов, протеинов, минеральных солей, входящих в состав косметических изделий, также являются питательной средой для многих микроорганизмов. Биологически активные добавки, применяемые в косметике, способны стимулировать рост бактерий и микроскопических грибов.

    Плохо очищенная вода может также служить  источником микробного заражения. Найдено, что даже деионизированная вода представляет собой источник заражения, если применяемые ионнообменные смолы регулярно не проверяют на стерильность. Вопросу поддержания чистоты производственного оборудования и технического процесса уделяется большое внимание.

    В производстве косметических товаров  нежелательно применять оборудование, которое сложно демонтировать. Не рекомендуется оставлять в машинах или трубопроводах моющие растворы, которые могут служить питательной средой для развития микроорганизмов. Обязательным является применение антисептических средств. Банки и флаконы, предназначенные для упаковки косметических изделий, должны быть хорошо промыты раствором антисептика. Корковые пробки могут быть источником грибков, а слоистые пробки па клеевой основе — хорошая среда для развития бактерий.

    Загрязнение микроорганизмами может произойти  и на стадии применения косметических  средств, например, когда многократно открывают упаковку. Это касается, в первую очередь, средств, расфасованных в баночки с широким горлом, так как большая поверхность средства взаимодействует с окружающей средой и руками человека. Наилучшей упаковкой являются тубы или флаконы с небольшим отверстием и дозирующим устройством. Если же средством уже начали пользоваться, то желательно скорее его использовать, поэтому лучше покупать косметические средства в мелких расфасовках, а средства в крупной расфасовке целесообразно использовать не в личных целях, а для профессионального применения. Нельзя также хранить косметические средства на солнце.

    Развитие  микроорганизмов в косметических  изделиях сопровождается разрушением компонентов, входящих в их состав, и накоплением в эмульсиях как продуктов разложения, так и соединений, синтезированных микроорганизмами в процессе жизнедеятельности. Эти вновь образовавшиеся вещества могут оказывать неблагоприятное воздействие на кожу. Любая косметическая эмульсия, содержащая клетки микроорганизмов или обеспечивающая их рост, не должна использоваться, так как, наряду с изменением свойств эмульсии (появление запаха, изменение вязкости и цвета, вспучивание или даже расслоение эмульсии), она может стать причиной кожных или, что особенно опасно, глазных заболеваний.

    Установлено, что бактерии, выделенные из испорченных  косметических эмульсий, хорошо росли на средах, в которых жидкий парафин, олеиновая или стеариновая кислота, олеиновый или стеариновый спирт, пропиленгликоль являлись источником углерода и энергии. Напротив, такие соединения, как твердый парафин, гексадециловый спирт и пол и этилен гликоль с молекулярной массой 400, не обеспечивали роста бактерий.

    К числу наиболее стойких соединений жировой фазы относится ланолин, который обеспечивал рост только Рs. aeruginosa. Из эмульгаторов наименьшей стойкостью к воздействию микроорганизмов обладали стеарин, стеарат-ДЭГ и лаурат-ДЭГ, поскольку все тест-организмы, за исключением 81. аигеиз, хорошо росли на средах с этими соединениями. Наиболее стойким эмульгатором оказался триэтаноламин, который не поддерживал роста тест-организмов, что хорошо согласуется с данными о невозможности использования бактериями третичных аминов.

    Благодаря тому, что в состав эмульсий входят ПАВ, поверхностное натяжение в эмульсиях низкое. Грамотрицательные бактерии устойчивы к низкому поверхностному натяжению, тогда как грамположительные более чувствительны и не развиваются, если поверхностное натяжение среды ниже 50 дин/см². Возможно, что решающим фактором, приводящим к гибели 8(. аигеиз, является именно низкий уровень поверхностного натяжения.

    Большинство компонентов косметических эмульсий — это сложные эфиры высокомолекулярных спиртов и жирных кислот. Воздействие микроорганизмов на соединения такого рода начинается с их гидролиза. В дальнейшем соединения, образовавшиеся при гидролизе, используются микроорганизмами в процессе их метаболизма. Образующиеся жирные кислоты, наряду с тем, что являются субстратом для развития микроорганизмов, могут и стимулировать их рост.

    Механизм  разрушения косметических эмульсий во многом зависит от состава эмульгаторов. Считают, что в устойчивой эмульсии жировая фаза защищена от воздействия микроорганизмов адсорбированными молекулами эмульгатора.

    Поскольку бактерии и эмульсиях развиваются  в воде, соединения водной фазы, например, глицерин или избыток эмульгатора, не вошедшего в состав адсорбционных слоев жировой фазы, прежде всего используются микроорганизмами.

    Устойчивость  эмульсий к поражению микроорганизмами зависит от состава водной фазы: в состав косметических эмульсий, как правило, включаются глицерин, концентрация которого колеблется от 1 до 8%, и этанол в концентрации от 1 до 3 %.

    Любопытные  факты

    Если  здороный человек постоянно пользуется мылом, лосьоном, чистящими средствами, убивающими всех микробов, он вместе с вредными уничтожает полезные безвредные микроорганизмы. И тогда их место занимают значительно более опасные.

    Большинство бактерий, с которыми сталкивается человек, скорее полезны, чем вредны, Убивая без разбора «плохих» и «хороших» микробов, мы способствуем появлению и распространению видов, устойчивых к антибиотикам.

    Дело  в том, что бактерии — естественная и необходимая составляющая нашей жизни. Они защищают нас от болезней, потому что «конкурируют» с вредными микроорганизмами и ограничивают их размножение.

    Подтверждением  этому служат исследования итальянского ученого Паоло Матрикарди, который пришел к выводу, что повышенное внимание к гигиене вызывает у детей предрасположенность к астме и аллергии.

    Ученые  из Университетского колледжа в Лондоне, Грэм Рук и Джон Стэнфорд, утверждают, что для того, чтобы иммунная система развивалась должным образом, детям обязательно необходим контакт с болезнетворными микроорганизмами.

    Так же, как для роста мышц и костей требуются физические упражнения, так и для иммунной системы нужна тренировка, которая поможет выработать нормальную устойчивость к инфекциям, которые могут встретиться в жизни.

    Обрабатывая все, к чему мы прикасаемся, антибактериальным  мылом и глотая антибиотики при первых признаках обычной простуды, мы тем самым нарушаем сложившийся баланс микроорганизмов вокруг нас, позволяя выжить только сверх микробам. С помощью этой «неестественной селекции» мы своими руками создаем бактерии, устойчивые к большинству, если не ко всем известным антибиотикам, и непредумышленно подвергаем огромной опасности здоровье людей.

    Инфекционные  болезни стоят на первом месте  среди причин смерти в мире. Именно появлением устойчивых к антибиотикам микроорганизмов можно объяснить  нынешний рост заболеваемости туберкулезом и пневмонией. Разработка новых антибиотиков отстает от потребностей сегодняшнего дня на несколько лет. Чтобы предотвратить кризис, люди должны задуматься, стоит ли использовать чистящие средства, которые «убивают все известные микробы», и принимать антибиотики при каждом недомогании.

    Антибактериальные чистящие средства, мыло и лосьоны  нужны только тем людям, чья иммунная система нарушена. А здоровому человеку вполне достаточно мыть руки водой с обычным мылом. В домашнем хозяйстве ученые рекомендует применять хорошо известные дезинфицирующие средства прошлого — хлорку, спирт и перекись водорода. Эти препараты хорошо выполняют свою работу, но их действие кратковременно, а потому они не принесут вреда.

    В качестве защитных средств в косметической промышленности используют разнообразные анти микробные вещества. И очень важно, чтобы консерванты сохраняли анти микробную активность в течение всего времени использования.