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学术讲座
薛广波:现代消毒学及其进展

  

消毒学是一个独立的学科。纵观消毒学的发展史,我们可以看到,这个学科是在人类和致病性微生物作斗争中诞生和发展起来的。人类采用消毒学的方法――消毒(Disinfection)、灭菌(Sterilization)、防腐(Antisepsis)和保藏(Preservation)杀灭或抑制环境中病原微生物,从而使人们免受其攻击。发明和采用这些环境微生物控制方法的历史,就是消毒学的发展史。目前我国的消毒学正在从传统消毒学向现代消毒学发展。
一个独立学科的形成必须具备三个基本条件:(1)有一部奠基专著;(2)有一家专业杂志;(3)有一批专业队伍。
1977年美国的Block SS出版了《Disinfection, Sterilization and Preservation》(消毒,灭菌和保存),这部书详细介绍了消毒灭菌和保存的理论和技术,提出了现代消毒学概念,为国际现代消毒学科的建立奠了基。
在我国,1986年薛广波主编出版了我国第一部消毒学专著《实用消毒学》,这部90万字的著作首次全面系统地阐述了传统消毒学的理论和技术,为我国消毒学学科的建立奠了基。1984年,刘育京等创办了我国第一家消毒学杂志《消毒与灭菌》(后改为《中国消毒学杂志》),迄今为止,是我国唯一的专业的消毒学杂志。1985年王有森等受卫生部委托组织召开了北京国际消毒会议,此后在卫生部的领导下组织和发展了中国消毒学专业队伍。应该说,我国消毒学成为一个独立学科是在80年代中期。1992年我国学科分类上将消毒学列为一个独立的学科。
2002年,薛广波主编出版了《现代消毒学》,这部240万字的专著首次详细阐述了现代消毒学的基本概念、研究内容和研究方法,将我国的传统消毒学推进到了和国际接轨的现代消毒学阶段。
一、现代消毒学的基本概念
讨论消毒学的概念之前,首先必须阐明有关的四个名词:消毒(Disinfection),灭菌(Sterilization),防腐(Antisepsis)和保存( Preservation)”的概念。
灭菌:是指杀灭或去除外环境中一切微生物的过程。包括致病性微生物和不致病的微生物,包括细菌(含芽胞)、病毒、真菌(含孢子),一般认为不包括原虫和寄生虫卵,以及藻类。灭菌是个绝对的概念,意为完全杀灭和去除外环境中的微生物。然而事实上要达到这样的程度是困难的,因此国际上规定,灭菌过程必须使物品污染的微生物的存活概率减少到10-6 ,换句话说,要将杀灭的目标微生物杀灭其99.9999%,或若对100万件物品灭菌的话,灭菌后只允许仅有一件物品中仍然有微生物存活。在实际工作中,要精确检测是否达到灭菌常常是困难的,一般来说,在对灭菌物品随机抽样的前提下,如果抽取的60个样品均未检出存活的微生物,则可以认为这批灭菌物品达到了灭菌。
消毒:是指杀灭或去除外环境中致病性微生物的过程。这里所指外环境是指无生命的物体,一般认为包括固体物品的表面、液体和气体。有时也包括人体表浅的体腔,例如口腔。本文中的病原微生物是指各种能对人致病的微生物,包括细菌、病毒、真菌、立克次体、衣原体等。消毒不要求杀灭不致病的微生物,一般也不要求杀灭芽胞。但近年来从实际应用的情况下看,消毒又有严格消毒和一般消毒之分,在需要严格消毒时,有时也要求杀灭细菌芽胞。消毒并不要求完全杀灭物品上的微生物,而是通过消毒使存活微生物减少到不致病的程度。一般来说,杀灭试验中人工污染微生物的99.9%,或杀灭物体污染的自然菌的90%就算达到了消毒。
防腐:是指杀灭和抑制活体组织上微生物的生长繁殖,防止组织感染。
保存:(或保藏)是采用化学或物理的方法,抑制物品中的微生物生长繁殖,防止物质的生物学腐败。
关于消毒学的定义:当我们明确了消毒、灭菌、防腐、保存的概念之后,再来讨论消毒学的概念就简单多了。
1.传统消毒学概念消毒学是研究杀灭和去除外环境中病原微生物的理论、方法和技术的科学。
这个定义表明,消毒学包括消毒和灭菌两个内容,因为它们都是研究杀灭和去除环境中微生物,只是杀灭和去除的微生物的种类和程度不同。而防腐和保藏是仅抑制微生物的生长繁殖,并不要求将杀灭,故过去不将其列入消毒学的范围。
2.现代消毒学的概念消毒学是研究杀灭、去除和抑制外环境中病原微生物和其他有害微生物的理论、方法和技术的科学。消毒学是预防医学中的一个学科,而现代消毒学不仅是预防医学中的一个学科,且有一部分内容还超出了医学的范围。
二、现代消毒学研究的内容
现代消毒学作为一个独立的学科,有其特定的研究内容,随着科学的发展和研究的深入,现代消毒学研究的内容也越来越明确。概括起来可分为以下几个方面。
1.研究消毒、灭菌、防腐和保存等控制环境微生物的方法。到目前为止,我们在消毒灭菌防腐保藏方面能够应用的方法仅有三类:物理法、化学法和生物法。在这些已采用的方法中,各有其优点和适用范围,又各有其缺点和使用限制,因此,我们必须不断研究新的消毒灭菌和防腐保存方法,包括单独使用的消毒灭菌方法和几种方法的联合应用。研究这些方法的杀灭微生物的作用及影响因素,以及使用程序和条件,以使其得到合理使用和取得最大的效果。
一种新的消毒灭菌和防腐方法开始使用之后,还应进行人群效果评价,采用有严格设计的流行病学实验方法,评价这些方法使用后是否可以减少某些感染性疾病的发生,医院感染的发病是否降低,和对照组(不用消毒剂的群体)相比这种降低有无显著性差别,进而可以计算出使用消毒剂之后对某种疾病的保护率和效果指数。从而得出从有效性出发,这种消毒剂有无使用价值的结论。
2.研究消毒机理和消毒动力学。对大多数目前已经使用的消毒灭菌防腐保存方法的机理,已经有了一定程度的了解,但多数了解是比较肤浅的,有待于深入研究。即使对最古老的消毒方法,也需要用现代的科学手段对某杀灭微生物的机理进行深入地研究。这些研究将为我们寻找新的消毒灭菌方法指明方向,为已知消毒剂的合理使用提供指导。
消毒动力学研究,是研究微生物在物理或化学因子的作用下,微生物群体死亡的规律,并用数学式给以表达。这类研究将对物理及化学因素的使用提供理论依据,也可以为合理应用消毒灭菌剂提供指导。
3.研究消毒毒理学,包括急性毒性、慢性毒性、亚急性毒性、致畸作用、致突变作用和致癌作用。一种消毒灭菌法只有在对微生物的杀灭作用是可靠的,而其毒性水平又是可以接受的情况下,才可以在临床和人群中使用。因此消毒毒理学的研究显得特别重要,毒理学研究包括实验室动物实验和人群毒理学评价。当一种消毒方法通过了杀菌效果评价和实验室毒理学评价(急性毒性)之后,就需要在使用中进行人群毒理学评价,以观察其有无亚急性毒性、慢性毒性和致癌作用。
4.对消毒方法和措施进行费用效益分析。一种消毒剂在临床上或人群中使用之后,应注意研究其使用价值,即进行费用-效益分析。费用包括直接费用和间接费用,直接费用包括购买消毒剂(器)费用,医护人员或其他使用者花费的工时费和由于消毒方法或措施的使用带来的物品损坏,人员伤害等;间接费用指由于使用这种消毒方法而带来的其他资源的消耗。效益包括直接效益-由于这种消毒方法的采用而带来医院感染的减少及感染性疾病的减少,以及由于减少疾病而带来的诊疗费和人力物力的节省,以及间接效益-由于发病的减少而带来的其他资源的消耗减少,和病人免于生病而造成的工时增加,创造价值的增加等。费用和效益之间的关系可以量化,并可以用公式计算。根据计算结果可以得出某消毒方法从经济方面说可否使用的结论。
5.调查外环境中微生物,尤其是病源微生物的分布和生态学,研究致病性微生物对消毒剂的抗药性。在我们生活和工作的环境中,不同场所存在不同的微生物,对外环境中微生物,尤其是致病性微生物的分布规律和变化规律进行调查,是消毒学研究的重要内容,通过这些调查,可以使我们知道,什么地方应消毒,针对什么样的微生物进行消毒,可以为消毒处理指明方向。
消毒剂的使用相随而来的是细菌对消毒剂的抗药性,即一些用常规浓度消毒剂不能杀灭的菌株出现。如果在一个地区抗消毒剂的菌株成为优势种,则一些消毒剂将不再有效,故我们必须对微生物对消毒剂的耐药性进行监测和研究。这种研究近年来特别受到重视。
6、研究消毒管理学。在一个国家和地区,对消毒工作和研究需要有科学、规范的管理,需制订有关的法规和政策,这种研究属于消毒管理学的范畴,要取得好的消毒效果,合理科学的消毒管理十分重要。
三、现代消毒学的研究方法
现代消毒学的研究方法可分为两类:实验室研究和人群研究
(一)实验室研究:这类研究方法是在实验室内进行的,大致有下述有几种:
1.评价灭菌效果的试验。灭菌是个绝对的概念,要求灭菌过程中芽胞的的存活概率减少到10-6。因此评价灭菌效果的方法需用定性实验。常用的方法有下述两种:
1)定性载体试验:在对热力灭菌、电离辐射灭菌、环氧乙烷气体灭菌、微波灭菌等的灭菌效果进行评价时,常采用定性载体试验。将一定量的指示菌芽胞(5×1055×106/片)污染在载体上(布片、玻片、不锈钢片、塑料片等),将载体放于灭菌物品内,经过一个灭菌周期之后,取出,每个载体放于一管肉汤培养基内培养,观察有无试验菌生长。
2)无菌试验:检验灭菌后物品中是否仍带有活菌的试验。按规定随机抽取若干个样品,经处理后在严格无菌的条件下接种于规定的培养基,培养后观察有无菌生长。
2.评价消毒效果的试验:可采用定量实验或定性实验的方法,主要有下述几种:
1)定性消毒试验:这类试验只用阴性(-)或阳性(+)判断试验结果,不作细菌计数,故称为定性试验。常用的定性试验有下述几种。
定性悬浮试验:取一定的试验菌悬液加入试验浓度的消毒剂内(含菌量为5×1055×106/片,作用至预定时间后,取0.5ml,加入含中和剂的肉汤管内,在特定温度下,培养24小时,观察有无菌生长,从而测定出使用浓度。
10分钟临界杀菌浓度的测定:本试验可以测定出消毒剂在一定浓度下,作用10分钟,可将试验菌全部杀灭的浓度。为其使用提供参考,也可用于不同消毒剂的比较。
平均单个细菌存活时间(Mean single Survivor time)的测定:本试验根据细菌在液体中分布的原理,对试验结果进行定量分析,计算出平均单个细菌存活时间。本试验主要用于不同消毒剂对同种微生物杀灭效果的比较。
细菌灭活时间的测定(Killing time):本试验采用定性实验定量分析法,对每次试验结果进行统计分析,计算出灭活时间,用于消毒剂杀菌作用的比较。
酚系数试验(Test of phenol coefficient):本试验用于酚类消毒剂消毒效果比较。将酚的杀菌作用定为1,酚系数大于1则杀菌作用比酚强,小于1则杀菌作用比酚差。
能量试验(Capacity test):本试验是模拟浸泡消毒设计的。在实际应用中,常常是每过一段时间将一批污染物品放入消毒液内,不断增加消毒液的负担。能量试验是测定在这种情况下消毒液保持杀菌作用的能力。通过本试验可以确定消毒液的应用稀释度。
2)定量消毒试验:这类试验是对一定量的试验微生物进行消毒,然后和对照组比较,计算出杀灭率。用杀灭率表示消毒效果。因为试验中进行微生物计数,所以称为定量试验,常用的定量试验有下述几种。
定量悬浮试验:是常用的消毒试验,其原理是将一定量的试验菌加入到消毒液中,作用至一定时间后,采取菌-药混合物样品,经中和处理或用其他方法去除残留消毒剂后,接种于固体培养基,培养后计数菌落,并与对照组相比较,计算出杀菌效果或杀灭率。实验时常需在菌液中加入一定量的有机干扰物。
定量载体试验:本试验也是最常用的消毒试验方法之一,其设计原理是:将一定量的微生物污染在载体上,然后将载体暴露于消毒剂(或物理消毒法),作用至预定时间后,将载体取出放于中和液内,并振荡洗菌,稀释后,接种固体培养基,培养后作活菌计数,并与对照组相比较,计算消毒效果或杀灭率。
特殊用途的定量消毒试验:定量消毒试验的原理也被设计为表面消毒试验、水消毒试验、皮肤消毒试验、空气消毒试验等,在这些试验中,也可采用人工微生物(模拟现场试验)或自然菌采样(现场试验或应用试验)。
3.去除残留消毒剂持续作用的试验在消毒试验和灭菌试验中,往往需要观察消毒剂或灭菌剂的浓度和作用时间,每次试验到预定时间后,必须停止消毒、灭菌剂的作用,以观察作用至此时间的杀灭率。这就必须采用一定的去除残留消毒剂、消除其持续作用的方法。一般采用化学中和法,选用什么样的中和剂?这种中和剂有无中和消毒剂的作用,中和剂和消毒剂发生反应后的中和产物有无杀菌或抑菌作用,需要用中和试验来评价。除采用化学中和法之外,也可采用物理法去除残留消毒剂。常用的有吸附法、稀释法、离心法、过滤法、清洗法等,这些方法去除残留消毒剂效果如何,也需要用有设计的试验进行评价。
4.评价抗菌效果的试验:最小抑菌浓度(Minimum inhibitory concentration,MIC)和最小杀菌浓度(Minimum bactericidal concentration,MBC)。将消毒剂或防腐剂按逐步降低的浓度稀释之后,各管加入等量双倍肉汤,然后每管加0.1ml试验菌,培养24小时后,无菌生长最低浓度为MIC。在MIC试验中,培养24小时后无菌生长的试管内加入中和剂,再培养24小时,无菌生长的最低浓度为MBC值。只有通过MICMBC试验证明是有效的化合物,才有必要进行消毒试验。
(二)消毒、灭菌、防腐方法的人群研究
一些人群研究方法,特别是流行病学的人群研究方法,也可用作现代消毒学研究。包括消毒、灭菌、防腐效果的人群评价,消毒、灭菌、防腐方法的经济效益分析等。
1.评价消毒、灭菌、防腐效果的人群试验:一种消毒剂或物理消毒法在一个群体(比如一个或几个医院、某些社区、连队等)使用之后,需要有设计的研究其人群效果,其研究方法可以按照流行病学实验的原理进行设计。最终可以计算出用和不用消毒剂的人群,医院内感染或某种感染性疾病的发病率,将试验组和对照组的发病率进行比较,并可计算出用消毒对某种感染性疾病的保护率和效果指数,从而判定消毒方法是否有效的结论。只有经过了人群评价认为是有效的消毒方法,才真正有实用价值。
2.消毒、灭菌、防腐方法的人群毒理学评价:并不是一种消毒剂只要消毒有效果就可使用,而要结合其人群毒性进行综合分析。只有经过人群试验证明是安全而又有效的消毒剂,才可放心地使用。评价人群毒性可以采用流行病学上常用的病例对照研究,生态学研究、定群研究、流行病学实验等方法。在进行这些研究时,必须遵守医德原则,并在设计时必须注意有严格的科学性和合理性。
3.经济效益分析:一个单位或人群使用某种消毒、灭菌、防腐方法花费多少钱,降低多少医院感染或某病的发生,节省了多少钱,是可以采用经济分析的方法来评价的。如果使用某种方法的获益比投入多,则这种方法才是值得采用的。
(三)保存效果评价
1.保存剂的实验室效果评价采用MICMIC测定方法,观察其有无抑菌和杀菌作用,一般未有抑菌作用的化合物即可用于保存。有杀菌作用者则更好。通过这些研究可确定研究的化合物对一些微生物的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度。
2.现场效果评价保存应用于许多方面,例如组织器官的保存,尸体的保存,粮食的保存,食品的保存,各种用品的保存等。可以设计用保存试验组和不用保存剂对照组进行效果比较,不仅可以观察保存效果,也可观察保存期限。
3.经济分析保存的目的是防止物质的生物学腐败,免受经济损失,因此对保存剂或其他保存方法应进行经济分析。一般采用费用-效益分析方法,确定保存方法有无使用价值。
四、现代消毒灭菌技术研究进展
(一)物理消毒、灭菌方法研究进展
1.热力灭菌至今热力灭菌仍然是最常用的灭菌方法,其主要发展是压力蒸汽灭菌的自动控制水平提高,灭菌器的多样化。一些预真空压力蒸汽灭菌器,脉动真空压力蒸汽灭菌器的问世,大大提高了热力灭菌的可靠性。针对一些不耐高热和高压的物品,发展了低温蒸汽灭菌器、低温蒸汽和甲醛气体联合使用的灭菌器;在干热灭菌方面,卤素电热管的出现和热空气消毒箱的研制成功,不仅降低了能耗而且使得升温和降温时间缩短。
2.辐射灭菌电离辐射灭菌目前已成了一次性使用物品灭菌的首选方法。在工业灭菌上也广泛使用。近年来的发展突出表现在灭菌过程控制的自动化和标准化。在ISO/TC 198(国际标准化组织健康相关产品灭菌委员会)内,专门设有辐射灭菌工作组,专门研究辐射灭菌的标准化等问题,近年来对辐射灭菌的适用范围,影响因素,包装材料等也进行了大量研究。
紫外线辐射消毒,在我国是个研究较多的问题,近年来不仅出现了高强度紫外线灯,低臭氧紫外线灯,高臭氧紫外线灯,而且一些高压汞灯,中压汞灯,冷阴极灯也已在消毒上使用。在使用方法方面已由过去的单一悬吊式变成多种形式,包括风机式的连续空气消毒器,套管式水消毒器等。
微波消毒和灭菌:微波也是一种辐射波,近年来对其杀菌作用和影响因素进行了大量研究,目前也进入应用阶段。
3.等离子体灭菌等离子体是高度电离后的气体云,在强大的电磁场作用下,使这种气体含有带电的粒子、离子和不带电的分子、激发原子、自由基、以及γ射线、紫外线、β射线等。这种混合气体具有强大的杀菌作用。目前,国外已有过氧化氢等离子体消毒器投放市场。
(二)化学消毒、灭菌方法研究进展
1.新消毒剂研究的发展 1962年第三代化学消毒剂戊二醛之后,近年来邻苯二甲醛在国外受到广泛关注,国内正在对其稳定、增效、使用方法、毒理学等方面进行系统研究,并且取得了明显进展。2004年我国曾有邻苯二甲醛产品进入市场,但对细菌芽孢的杀灭作用差,将来有无可能在医院消毒中广泛应用,取决于能否合理复配,增强其杀芽孢作用。。
2003年,一种新的高效消毒剂二溴海因被国家卫生部批准在医院消毒、医源地消毒、公共场所消毒和家庭卫生防病消毒,以及SARS消毒中使用。这种消毒剂的主要特点是:杀菌谱广,对各种微生物均有杀灭作用,包括细菌、真菌、芽孢和病毒;杀菌作用强,比含氯、含碘、过氧化氢、臭氧等消毒剂的杀芽孢作用更强;没有难闻的刺激性氯味,且漂白作用很和对金属的腐蚀作用较小;消毒后分解为氮气、氨和二氧化碳,对环境无污染;使用方便,可完全溶解于水,且稳定性好;实际无毒,对皮肤和黏膜无刺激;和常用消毒剂相比,价格便宜。专家们认为,二溴海因很可能继含氯消毒剂之后成为主流消毒剂。
过氧戊二酸也是近年来研究成功的一种高效消毒剂,如果能在生产成本上有所突破,则可能成为优秀的固体氧化型消毒剂。
双链季铵盐的问世结束了季胺盐类都是低效消毒剂的历史。虽然对双链季铵盐的杀芽孢作用尚有争议,但将其列入中效消毒剂是专家们都认可的。
最近,一种新的胍类消毒剂——聚六亚甲基胍已在上海投入生产,并取得卫生部的卫生许可证。这种消毒剂具有杀菌谱广,作用快速,使用安全的特点。
近年来,酸性氧化电位水被证明具有快速杀菌作用,尽管其消毒机理尚不清楚,但效果是可靠的,国家已允许在肠道内镜消毒、皮肤黏膜消毒中使用。
新消毒剂的问世使我们在消毒工作中有了更多的选择。.
2.复方化学消毒剂的研制  单方使用的化学消毒剂为数不多,在过去的百多年中,主要是单用某一种消毒剂,复方消毒剂很少,近年来尤其是近十年来,化学消毒剂的复配已成了一个重要的研究方向,这些复方消毒剂克服一些消毒剂单用时的缺点,并且增加了杀菌作用。深受欢迎。例如,戊二醛灭菌以往单用必须用2%浓度,而在1%戊二醛中加入一种阳离子表面活性剂,则可达到2%戊二醛一样的杀菌作用。过氧化氢和过氧乙酸合用,其杀菌作用提高。聚六亚甲基胍加入增效剂之后,杀菌作用大大提高。复配化学消毒剂的目的主要是增效、缓蚀、稳定等。
在发展复配化学消毒剂的同时,对消毒剂的剂型进行着改进,例如将粉剂制成片剂、颗粒剂;将液体消毒剂制成乳剂、膏霜剂、喷雾剂等。
3.老消毒剂的改进  有些古老的消毒剂由于具有某些严重缺点,用一段时间之后,使用逐步减少,甚至不再使用。近年来发现一些古老的消毒剂采取一些克服其缺点的措施仍可使用。例如甲醛,由于其刺激性气味、致癌作用、消毒作用慢等缺点,使用逐步减少。近年来,采用提高消毒环境温度和湿度,在密闭的灭菌箱内使用,则可取得很好的消毒效果,又避开了它的上述缺点。乙醇或异丙醇若和洗必泰等低效消毒剂合用,提高了其消毒效果;单链季胺盐类消毒剂和双长链季胺盐合用,提高了消毒作用;过氧化氢经增效和稳定处理之后,其使用范围大大增加;臭氧是一种古老的消毒剂,近年来非常受到重视,我国和日本等国,研究了多种臭氧发生方法,并在水、空气和表面消毒中广泛应用。即使一些古老的重金属离子消毒剂,经过合理复配以后,也在某些方面使用,例银离子消毒剂等。
五、生物消毒法研究进展
中草药消毒剂大多是采用多种中草药提取物,混合成消毒剂,在我国上市的这样的大约有30多种,主要用于空气消毒、皮肤粘膜消毒,少数也用于环境物品的消毒。但中草药消毒都是低效消毒剂,以抑菌作用为主,杀菌作用较小。
噬菌体和致孤菌的除菌作用早在80年代中期就有研究,但未应用,近来有人用作水的消毒处理。
溶菌酶,可以将细菌裂解,近来有人采用遗传工程生产葡萄球菌溶菌酶,用来消毒污染物品,并且也取得了卫生许可。
六、一些基本观念的发展
(一)关于控制微生物的种类
现代微生物学的发展,已将一些肉眼不可见的原虫和藻类列入微生物学的范围之内,因此现代消毒学控制微生物范围已将一些藻类和原虫列入工作范围。
(二)关于微生物对抗微生物因子的抵抗
以往认为对理化因子抵抗力最强的是细菌芽胞,而近年来的研究发现,朊病毒比芽胞抗力更强,目前的微生物抗力排序为:朊病毒(疯牛病、库鲁氏病(kuru)、致死性家族遗传性失眠症、GSS病的病原体均属此类)、细菌芽胞、分枝杆菌、亲水病毒(小病毒,例如脊髓灰质炎病毒、甲型肝炎病毒等)、真菌、细菌繁殖体、亲脂病毒(乙型肝炎病毒、HIV、疱疹病毒等)。
七、现代消毒学的分支
近年来,随着消毒学的发展,出现了一些和消毒有关的学科,他们研究的内容仍在消毒学的范畴之内,称之为消毒学的分支学科。目前已经形成的有:
(一)消毒工程学是一门研究消毒剂的合成、配方、工艺,消毒器的制造学问和技术的科学。是现代消毒学的重要分支。
(二)消毒管理学是近年来新发展起来的一个分支,研究消毒科研、教学管理,消毒药剂、器械的审批、监督和管理的科学方法等学问的科学。
薛广波上海市消毒品协会会长
 
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