13.3: שימוש בכימיקלים לשליטה במיקרואורגניזמים
מטרות למידה
- להבין ולהשוות כימיקלים שונים המשמשים לשליטה בצמיחת חיידקים, כולל השימושים, היתרונות והחסרונות שלהם, המבנה הכימי ואופן הפעולה שלהם
בנוסף לשיטות פיזיקליות של שליטה מיקרוביאלית, כימיקלים משמשים גם כדי לשלוט בצמיחה מיקרוביאלית. מגוון רחב של כימיקלים יכול לשמש כחומרי חיטוי או חיטוי. כאשר בוחרים באיזה להשתמש, חשוב לקחת בחשבון את סוג החיידק הממוקד; עד כמה הפריט צריך להיות נקי; השפעת חומר החיטוי על שלמות הפריט; בטיחותו לבעלי חיים, לבני אדם ולסביבה; הוצאותיו; וקלות השימוש בו. חלק זה מתאר את מגוון הכימיקלים המשמשים כחומרי חיטוי וחיטוי, כולל מנגנוני הפעולה שלהם ושימושים נפוצים.
פנולים
בשנות ה- 1800 החלו מדענים להתנסות במגוון כימיקלים לחיטוי. בשנות ה -60 של המאה ה -19 החל המנתח הבריטי ג'וזף ליסטר (1827—1912) להשתמש בחומצה קרבולית, המכונה פנול, כחומר חיטוי לטיפול בפצעים כירורגיים (ראו יסודות תורת התא המודרנית). בשנת 1879, עבודתו של ליסטר עוררה השראה לכימאי האמריקאי ג'וזף לורנס (1836—1909) לפתח ליסטרין, תערובת מבוססת אלכוהול של מספר תרכובות קשורות המשמשת עד היום כחומר חיטוי דרך הפה. כיום, חומצה קרבולית אינה משמשת עוד כחומר חיטוי כירורגי מכיוון שהיא מגרה בעור, אך התרכובות הכימיות המצויות בשטיפות פה חיטוי ובכוסות גרון נקראות פנולים.
מבחינה כימית, פנול מורכב מטבעת בנזן עם קבוצת —OH, ופנולים הם תרכובות שיש להן קבוצה זו כחלק מהמבנה הכימי שלהן (איור). \PageIndex{1} פנולים כגון תימול ואקליפטול מופיעים באופן טבעי בצמחים. ניתן להפיק פנולים אחרים מקריאוזוט, מרכיב בזפת פחם. פנולים נוטים להיות יציבים, מתמשכים על משטחים ופחות רעילים מפנול. הם מעכבים צמיחה מיקרוביאלית על ידי דנטורציה של חלבונים ושיבוש ממברנות.
![א) מבנה כימי עם טבעת פחמן של 6 פחמנים עם קבוצת OH על אחד. ב) מבנה כימי עם 2 טבעות פחמן (6 פחמנים כל אחת) המחוברות באמצעות קשר קוולנטי; לפחמן אחד יש OH. ג) שתי טבעות פחמן (6 פחמנים) חיברו פחמן. לכל טבעת יש OH ו- 3 Cls.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8821/OSC_Microbio_13_01_Phenolcomp.jpg)
מאז תקופתו של ליסטר, נעשה שימוש במספר תרכובות פנוליות לשליטה בצמיחה מיקרוביאלית. פנולים כמו קרסולים (פנולים מתילטים) ו- o-phenylphenol היו מרכיבים פעילים בפורמולות שונות של ליזול מאז המצאתו בשנת 1889. O-phenylphenol שימש בדרך כלל גם בחקלאות כדי לשלוט בצמיחת חיידקים ופטריות בגידולים שנקטפו, במיוחד פירות הדר, אך השימוש בו בארצות הברית מוגבל כיום בהרבה. הביספנול hexachlorophene, חומר חיטוי, הוא החומר הפעיל ב- Phisohex, חומר ניקוי מקומי המשמש באופן נרחב לשטיפת ידיים במסגרות בית חולים. Phisohex יעיל במיוחד כנגד חיידקים חיוביים לגרם, כולל אלה הגורמים לזיהומי עור סטפילוקוקליים וסטרפטוקוקליים. Phisohex שימש בעבר לרחצה של תינוקות, אך נוהג זה הופסק מכיוון שהוכח כי חשיפה להקסכלורופן יכולה להוביל לבעיות נוירולוגיות.
טריקלוזן הוא תרכובת ביספנול נוספת שראתה יישום נרחב במוצרים אנטיבקטריאליים במהלך העשורים האחרונים. בשימוש בתחילה במשחות שיניים, טריקלוזן משמש כיום בדרך כלל בסבוני ידיים והוא ספוג לעתים קרובות במגוון רחב של מוצרים אחרים, כולל קרשי חיתוך, סכינים, וילונות מקלחת, בגדים ובטון, כדי להפוך אותם לאנטי-מיקרוביאליים. זה יעיל במיוחד נגד חיידקים חיוביים לגרם על העור, כמו גם חיידקים ושמרים שליליים מסוימים. 1
טריקלוזן: עודף אנטיבקטריאלי?
סבוני ידיים ומוצרי ניקוי אחרים משווקים לרוב כ"אנטיבקטריאליים ", דבר המצביע על כך שהם מספקים רמת ניקיון עדיפה על זו של סבונים וחומרי ניקוי קונבנציונליים. אך האם המרכיבים האנטיבקטריאליים במוצרים אלה באמת בטוחים ויעילים?
כ -75% מסבוני הידיים הנוזליים האנטיבקטריאליים ו -30% מסבוני הבר מכילים את הטריקלוזן הכימי, פנולי, (איור). \PageIndex{2} 2 טריקלוזן חוסם אנזים במסלול הביוסינתזה של חומצות שומן חיידקיות שאינו נמצא במסלול האנושי הדומה. למרות שהשימוש בטריקלוזן בבית גדל באופן דרמטי במהלך שנות התשעים, יותר מ -40 שנות מחקר של ה- FDA לא העלו הוכחות חותכות לכך שכביסה במוצרים המכילים טריקלוזן מספקת יתרונות בריאותיים מוגברים בהשוואה לשטיפה בסבון מסורתי. למרות שמחקרים מסוימים מצביעים על כך שפחות חיידקים עשויים להישאר על ידיו של אדם לאחר שטיפה בסבון מבוסס טריקלוזן, בהשוואה לסבון מסורתי, אין ראיות המצביעות על הפחתה כלשהי בהעברת חיידקים הגורמים למחלות נשימה ומערכת העיכול. בקיצור, סבונים עם טריקלוזן עשויים להסיר או להרוג עוד כמה חיידקים אך לא מספיקים כדי להפחית את התפשטות המחלה.
אולי מטריד יותר, כמה סיכונים ברורים הקשורים לסבונים מבוססי טריקלוזן התגלו. השימוש הנרחב בטריקלוזן הביא לעלייה בזני חיידקים עמידים לטריקלוזן, כולל אלה בעלי חשיבות קלינית, כגון סלמונלה אנטריקה; עמידות זו עשויה להפוך את הטריקלוזן לחסר תועלת כאנטיבקטריאלי בטווח הרחוק. 3 4 חיידקים יכולים בקלות להשיג עמידות לטריקלוזן באמצעות שינוי בגן יחיד המקודד לאנזים הממוקד במסלול סינתזת חומצות השומן החיידקיות. חומרי חיטוי אחרים עם אופן פעולה פחות ספציפי נוטים הרבה פחות לעורר עמידות מכיוון שזה ידרוש הרבה יותר משינוי גנטי בודד.
השימוש בטריקלוזן בעשורים האחרונים הוביל גם להצטברות של הכימיקל בסביבה. טריקלוזן בסבון ידיים מוחדר ישירות למערכות שפכים וביוב כתוצאה מתהליך שטיפת הידיים. שם, תכונותיו האנטיבקטריאליות יכולות לעכב או להרוג חיידקים האחראים לפירוק הביוב, ולגרום למערכות ספיגה להיסתם ולגבות. בסופו של דבר, טריקלוזן בשפכים מוצא את דרכו למים עיליים, נחלים, אגמים, משקעים וקרקעות, ומשבש אוכלוסיות טבעיות של חיידקים המבצעים פונקציות סביבתיות חשובות, כגון עיכוב אצות. טריקלוזן מוצא את דרכו גם לגופם של דו-חיים ודגים, שם הוא יכול לשמש כמשבש אנדוקריני. רמות ניתנות לזיהוי של טריקלוזן נמצאו גם בנוזלי גוף אנושיים שונים, כולל חלב אם, פלזמה ושתן. למעשה, מחקר שנערך על ידי ה- CDC מצא רמות ניתנות לזיהוי של טריקלוזן בשתן של 75% מתוך 2,517 אנשים שנבדקו בשנים 2003-2004. 6 ממצא זה מטריד עוד יותר בהתחשב בראיות לכך שטריקלוזן עשוי להשפיע על תפקוד המערכת החיסונית בבני אדם. 7
בדצמבר 2013, ה- FDA נתן ליצרני סבון עד 2016 להוכיח כי סבונים אנטיבקטריאליים מספקים יתרון משמעותי על פני סבונים מסורתיים; אם לא יוכלו לעשות זאת, היצרנים ייאלצו להסיר מוצרים אלה מהשוק.
![מבנה כימי של טריקלוזן. שתי טבעות פחמן (6 פחמנים) המחוברות באמצעות חמצן; לכל טבעת יש עוד 2 חמצן הקשורים אליה. תמונה של מישהו שוטף ידיים.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8822/OSC_Microbio_13_03_Triclosan.jpg)
תרגיל \PageIndex{1}
מדוע טריקלוזן דומה יותר לאנטיביוטיקה מאשר לחומר חיטוי מסורתי?
מתכות כבדות
חלק מחומרי החיטוי הכימיים והחיטוי הראשונים ששימשו היו מתכות כבדות. מתכות כבדות הורגות חיידקים על ידי קשירה לחלבונים, ובכך מעכבות פעילות אנזימטית (איור\PageIndex{3}). מתכות כבדות הן אוליגודינמיות, כלומר ריכוזים קטנים מאוד מראים פעילות אנטי-מיקרוביאלית משמעותית. יונים של מתכות כבדות נקשרים לחומצות אמינו המכילות גופרית בחוזקה ומצטברים ביולוגית בתוך התאים, ומאפשרים למתכות אלו להגיע לריכוזים מקומיים גבוהים. זה גורם לחלבונים לדנטורציה.
מתכות כבדות אינן רעילות באופן סלקטיבי לתאים מיקרוביאליים. הם עשויים להצטבר ביולוגית גם בתאים אנושיים או בעלי חיים, ולריכוזים מוגזמים עלולות להיות השפעות רעילות על בני אדם. אם יותר מדי כסף מצטבר בגוף, למשל, זה יכול לגרום למצב שנקרא ארגיריה, בו העור הופך לכחול-אפור באופן בלתי הפיך. אחת הדרכים להפחית את הרעילות הפוטנציאלית של מתכות כבדות היא על ידי שליטה קפדנית על משך החשיפה והריכוז של המתכת הכבדה.
![א) תצלום של ידית דלת נחושת. ב) תמונה של מזלגות כסף. ג) תמונה של חממה ד) תמונה של שטיפת פה ליסטרין. ה) תמונה של אדם עם עור אפור.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8823/OSC_Microbio_13_03_HeavyMetal.jpg)
מרקורי
כספית היא דוגמה למתכת כבדה המשמשת שנים רבות לשליטה על צמיחת החיידקים. הוא שימש במשך מאות שנים לטיפול בעגבת. תרכובות כספית כמו כלוריד כספית הן בעיקר בקטריוסטטיות ובעלות קשת פעילות רחבה מאוד. צורות שונות של כספית נקשרות לחומצות אמינו המכילות גופרית בתוך חלבונים, ומעכבות את תפקידיהן.
בעשורים האחרונים, השימוש בתרכובות כאלה פחת בגלל הרעילות של כספית. הוא רעיל למערכת העצבים המרכזית, העיכול והכליות בריכוזים גבוהים, ויש לו השפעות סביבתיות שליליות, כולל הצטברות ביולוגית בדגים. חיטוי מקומי כגון mercurochrome, המכיל כספית בריכוזים נמוכים, ו merthiolate, תמיסה (פתרון של כספית מומס באלכוהול) היו פעם בשימוש נפוץ. עם זאת, בגלל החששות משימוש בתרכובות כספית, חומרי חיטוי אלה אינם נמכרים עוד בארצות הברית.
כסף
כסף כבר זמן רב משמש חיטוי. בימי קדם, מי שתייה אוחסנו בכדים מכסף. 8 קרם סילבדן משמש בדרך כלל לטיפול בפצעים מקומיים ועוזר במיוחד במניעת זיהום בפצעי כוויות. טיפות חנקתי כסף הוחלו פעם באופן שגרתי על עיניהם של הילודים כדי להגן מפני neonatorum ophthalmia, דלקות עיניים שיכולות להופיע כתוצאה מחשיפה לפתוגנים בתעלת הלידה, אך כיום משתמשים בקרמים אנטיביוטיים. כסף משולב לעיתים קרובות עם אנטיביוטיקה, מה שהופך את האנטיביוטיקה ליעילה פי אלפי. 9 כסף משולב בדרך כלל גם בצנתרים ותחבושות, מה שהופך אותם לאנטי-מיקרוביאליים; עם זאת, ישנן עדויות לכך שמתכות כבדות עשויות גם לשפר את הבחירה לעמידות לאנטיביוטיקה. 10
נחושת, ניקל ואבץ
מספר מתכות כבדות אחרות מפגינות גם פעילות אנטי-מיקרוביאלית. נחושת גופרתית היא קוטל אצות נפוץ המשמש לשליטה בצמיחת אצות בבריכות שחייה ובמיכלי דגים. השימוש בנחושת מתכתית כדי למזער את צמיחת החיידקים הופך גם הוא לנפוץ יותר. רפידות נחושת באינקובטורים עוזרות להפחית זיהום של תרביות תאים. השימוש בעציצי נחושת לאגירת מים במדינות לא מפותחות נחקר כדרך להילחם במחלות שלשול. ציפויי נחושת הופכים פופולריים גם עבור חפצים המטופלים לעתים קרובות כגון ידיות דלתות, חומרת ארונות ומתקנים אחרים במתקני בריאות בניסיון להפחית את התפשטות החיידקים.
ציפויי ניקל ואבץ משמשים כעת באופן דומה. צורות אחרות של אבץ, כולל אבץ כלוריד ותחמוצת אבץ, משמשות גם באופן מסחרי. אבץ כלוריד בטוח למדי לבני אדם ונמצא בדרך כלל בשטיפות פה, מה שמגדיל משמעותית את אורך היעילות שלהם. תחמוצת אבץ נמצאת במגוון מוצרים, כולל משחות חיטוי אקטואליות כמו קרם קלמין, משחות חיתולים, אבקת תינוקות ושמפו קשקשים.
תרגיל \PageIndex{2}
מדוע מתכות כבדות רבות הן אנטי-מיקרוביאליות והן רעילות לבני אדם?
הלוגנים
כימיקלים אחרים הנפוצים לחיטוי הם הלוגנים יוד, כלור ופלואור. יוד פועל על ידי חמצון רכיבים תאיים, כולל חומצות אמינו המכילות גופרית, נוקלאוטידים וחומצות שומן, וערעור יציבות המקרומולקולות המכילות מולקולות אלו. זה משמש לעתים קרובות כמו תמיסת אקטואלי, אבל זה עלול לגרום מכתים או גירוי בעור. יודופור הוא תרכובת של יוד המורכבת במולקולה אורגנית, ובכך מגבירה את יציבות היוד, ובתורו, את יעילותה. יודופור נפוץ אחד הוא פובידון-יוד, הכולל חומר הרטבה המשחרר יוד לאט יחסית. בטאדין הוא מותג של יוד פובידון המשמש בדרך כלל כקרצוף ידיים על ידי אנשי רפואה לפני הניתוח ולחיטוי מקומי של עור המטופל לפני החתך (איור). \PageIndex{4}
![א) מבנה כימי של בטאדין. ב) תמונה של איש מקצוע רפואי שמניח משחת תפוזים על מטופל.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8824/OSC_Microbio_13_03_Betadine.jpg)
כלור הוא הלוגן נוסף המשמש בדרך כלל לחיטוי. כאשר מערבבים גז כלור במים, הוא מייצר חמצון חזק הנקרא חומצה היפוכלורית, שאינו טעון ונכנס לתאים בקלות. גז כלור משמש בדרך כלל במי שתייה עירוניים ובמתקני טיהור שפכים, כאשר החומצה ההיפוכלורית המתקבלת מייצרת את ההשפעה האנטי-מיקרוביאלית בפועל. העובדים במתקני טיפול במים צריכים להקפיד מאוד על צמצום החשיפה האישית לגז כלור. נתרן היפוכלוריט הוא המרכיב הכימי של אקונומיקה ביתית נפוצה, והוא משמש גם למגוון רחב של מטרות חיטוי. מלחי היפוכלוריט, כולל נתרן וסידן היפוכלוריטים, משמשים לחיטוי בריכות שחייה. גז כלור, נתרן היפוכלוריט וסידן היפוכלוריט הם גם חומרי חיטוי נפוצים בתעשיית עיבוד המזון והמסעדות כדי להפחית את התפשטות המחלות הנישאות במזון. עובדים בענפים אלה צריכים גם לדאוג להשתמש במוצרים אלה בצורה נכונה כדי להבטיח את בטיחותם שלהם כמו גם את בטיחות הצרכנים. הצהרה משותפת שפורסמה לאחרונה על ידי ארגון המזון והחקלאות (FAO) של האו"ם וארגון הבריאות העולמי הצביעה על כך שאף אחד מהשימושים המועילים הרבים במוצרי כלור בעיבוד מזון להפחתת התפשטות מחלות הנישאות במזון אינו מהווה סיכונים לצרכנים. 11
סוג אחר של תרכובות כלור הנקראות כלורמינים נמצאים בשימוש נרחב כחומרי חיטוי. כלורמינים יציבים יחסית, ומשחררים כלור לאורך תקופות ארוכות. כלורמינים הם נגזרות של אמוניה על ידי החלפה של אחד, שניים או כל שלושת אטומי המימן באטומי כלור (איור\PageIndex{5}).
![לאמוניה יש N ו- 3 Hs. לכלורמין יש N, 2 Hs ו- 1 Cl.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8825/OSC_Microbio_13_02_chloram.jpg)
כלורמינים ותרכובות כולורין אחרות עשויות לשמש לחיטוי מי שתייה, וטבליות כלורמין משמשות לעתים קרובות על ידי הצבא למטרה זו. לאחר אסון טבע או אירוע אחר המסכן את אספקת המים הציבורית, ה- CDC ממליץ לחטא מי ברז על ידי הוספת כמויות קטנות של אקונומיקה ביתית רגילה. מחקרים אחרונים מצביעים על כך שנתרן דיכלורואיזוציאנוראט (NADCC) עשוי להיות גם אלטרנטיבה טובה לחיטוי מי שתייה. נכון לעכשיו, טבליות NadCC זמינות לשימוש כללי ולשימוש על ידי הצבא, החניכים או בעלי צרכי חירום; לשימושים אלה, NadCC עדיף על פני טבליות כלורמין. כלור דו חמצני, חומר גזי המשמש לחיטוי ועיקור אזורים סגורים, משמש בדרך כלל גם לחיטוי מים.
למרות שתרכובות כלור הן חומרי חיטוי יעילים יחסית, יש להן חסרונות. חלקם עלולים לגרות את העור, האף או העיניים של אנשים מסוימים, והם עשויים שלא לחסל לחלוטין אורגניזמים עמידים מסוימים ממי שתייה מזוהמים. לפטרייה Cryptosporidium, למשל, יש מעטפת חיצונית מגנה ההופכת אותה לעמידה בפני חומרי חיטוי כלוריים. לפיכך, מומלץ להרתיח מי שתייה במצבי חירום במידת האפשר.
פלואור ההלוגן ידוע גם כבעל תכונות אנטי-מיקרוביאליות התורמות למניעת עששת שיניים (חללים). 12 פלואוריד הוא המרכיב הפעיל העיקרי במשחת שיניים והוא מתווסף בדרך כלל למי ברז כדי לעזור לקהילות לשמור על בריאות הפה. מבחינה כימית, פלואוריד יכול להשתלב בהידרוקסיאפטיט של אמייל השיניים, מה שהופך אותו לעמיד יותר בפני חומצות קורוזיביות המיוצרות על ידי תסיסה של חיידקים דרך הפה. פלואוריד גם משפר את ספיגת יוני הסידן והפוספט באמייל השיניים, ומקדם רמינרליזציה. בנוסף לחיזוק האמייל, נראה כי פלואוריד גם הוא בקטריוסטטי. הוא מצטבר בחיידקים היוצרים פלאק, מפריע לחילוף החומרים שלהם ומפחית את ייצור החומצות התורמות לעששת.
תרגיל \PageIndex{3}
מה היתרון של כלורמין על פני היפוכלוריט לחיטוי?
אלכוהולים
אלכוהולים מהווים קבוצה נוספת של כימיקלים המשמשים בדרך כלל כחומרי חיטוי וחיטוי. הם פועלים על ידי דנטורציה מהירה של חלבונים, המעכבים את חילוף החומרים של התא, ועל ידי שיבוש ממברנות, מה שמוביל לתמוגה של התא. לאחר הדנטורציה, החלבונים עשויים להתקפל מחדש אם יש מספיק מים בתמיסה. בדרך כלל משתמשים באלכוהול בריכוזים של כ -70% תמיסה מימית ולמעשה עובדים טוב יותר בתמיסות מימיות מאשר בתמיסות אלכוהול של 100%. הסיבה לכך היא שאלכוהולים מקרישים חלבונים. בריכוזי אלכוהול גבוהים יותר, קרישה מהירה של חלבוני שטח מונעת חדירה יעילה של תאים. האלכוהולים הנפוצים ביותר לחיטוי הם אלכוהול אתילי (אתנול) ואלכוהול איזופרופיל (איזופרופנול, אלכוהול לחיטוי) (איור). \PageIndex{6}
אלכוהולים נוטים להיות קוטלי חיידקים ופטריות, אך עשויים להיות גם קוטלי וירוסים לנגיפים עטופים בלבד. למרות שאלכוהולים אינם קוטלים, הם מעכבים את תהליכי הספורולציה והנביטה. אלכוהולים נדיפים ומתייבשים במהירות, אך הם עלולים גם לגרום לגירוי בעור מכיוון שהם מייבשים את העור במקום היישום. שימוש קליני נפוץ אחד באלכוהול הוא ניקוי העור לצורך פירוק לפני הזרקת מחט. אלכוהולים הם גם החומרים הפעילים בחיטוי ידיים מיידי, שצברו פופולריות בשנים האחרונות. האלכוהול בחיטוי הידיים הללו פועל הן על ידי דנטורציה של חלבונים והן על ידי שיבוש קרום התא המיקרוביאלי, אך לא יעבוד ביעילות בנוכחות לכלוך גלוי.
לבסוף, אלכוהולים משמשים לייצור תמיסות עם חומרי חיטוי אחרים, כגון תמיסות היוד שנדונו בעבר בפרק זה. בסך הכל, אלכוהולים זולים ויעילים למדי לחיטוי מגוון רחב של חיידקים צמחיים. עם זאת, חסרון אחד של אלכוהולים הוא התנודתיות הגבוהה שלהם, מה שמגביל את יעילותם מיד לאחר היישום.
![א) לאלכוהול אתילי יש 2 C ו- OH. ב) לאלכוהול איזופרופיל יש 3 C ו- OH.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8826/OSC_Microbio_13_03_Alcohols.jpg)
תרגיל \PageIndex{4}
- ציין לפחות שלושה יתרונות של אלכוהולים כחומרי חיטוי.
- תאר מספר יישומים ספציפיים של אלכוהולים המשמשים במוצרי חיטוי.
פעילי שטח
חומרים פעילים על פני השטח, או פעילי שטח, הם קבוצה של תרכובות כימיות שמורידות את מתח הפנים של המים. חומרים פעילי שטח הם המרכיבים העיקריים בסבונים וחומרי ניקוי. סבונים הם מלחים של חומצות שומן ארוכות שרשרת ויש להם אזורים קוטביים ולא קוטביים, המאפשרים להם לקיים אינטראקציה עם אזורים קוטביים ולא קוטביים במולקולות אחרות (איור). \PageIndex{7} הם יכולים לקיים אינטראקציה עם שמנים ושומנים לא קוטביים כדי ליצור תחליבים במים, לשחרר ולהרים לכלוך וחיידקים ממשטחים ועור. סבונים אינם הורגים או מעכבים צמיחה מיקרוביאלית ולכן אינם נחשבים לחיטוי או חומרי חיטוי. עם זאת, שימוש נכון בסבונים נושא מכנית מיקרואורגניזמים, ומנטרל ביעילות משטח. חלק מהסבונים מכילים חומרים בקטריוסטטיים נוספים כמו טריקלוקרבן או קלופלוקרבן, תרכובות הקשורות מבנית לטריקלוזן, המכניסות לסבונים תכונות חיטוי או חיטוי.
![מבנה כימי עם שרשרת פחמן ארוכה ושני חמצן בקצה אחד. הסוף עם החמצן הוא הראש ההידרופובי שמתרחק מחומרים דמויי פחמימנים אך נמשך למולקולות מים. זהו החלק האניוני של המולקולה. שרשראות הפחמן הארוכות הן הזנב ההידרופילי שמתרחק ממים אך נמשך לחומרים דמויי פחמימנים שמנוניים.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8827/OSC_Microbio_13_03_soap.jpg)
סבונים, לעומת זאת, יוצרים לרוב סרטים שקשה לשטוף אותם, במיוחד במים קשים, המכילים ריכוזים גבוהים של מלחי מינרלים סידן ומגנזיום. חומרי ניקוי מכילים מולקולות פעילי שטח סינתטיים עם אזורים קוטביים ולא קוטביים בעלי פעילות ניקוי חזקה אך מסיסים יותר, אפילו במים קשים, ולכן אינם משאירים אחריהם מרבצי סבון. לחומרי ניקוי אניוניים, כמו אלה המשמשים לכביסה, יש אניון טעון שלילי בקצה אחד המחובר לשרשרת הידרופובית ארוכה, ואילו לחומרי ניקוי קטיוניים יש קטיון טעון חיובי במקום. חומרי ניקוי קטיוניים כוללים סוג חשוב של חומרי חיטוי וחומרי חיטוי הנקראים מלחי אמוניום רבעוניים (quats), על שם אטום החנקן הרבעוני האופייני המעניק את המטען החיובי (איור). \PageIndex{8} בסך הכל, לקוואטים יש תכונות הדומות לפוספוליפידים, בעלי קצוות הידרופיליים והידרופוביים. ככזה, ל-quats יש את היכולת להכניס לדו-שכבת הפוספוליפידים החיידקית ולשבש את שלמות הממברנה. נראה שהמטען הקטיוני של quats מעניק את התכונות האנטי-מיקרוביאליות שלהם, אשר מצטמצמות כאשר מנוטרלות. Quats יש כמה תכונות שימושיות. הם יציבים, לא רעילים, זולים, חסרי צבע, חסרי ריח וחסרי טעם. הם נוטים להיות קוטלי חיידקים על ידי שיבוש ממברנות. הם פעילים גם נגד פטריות, פרוטוזואנים ווירוסים עטופים, אך אנדוספורים אינם מושפעים. במסגרות קליניות, הם עשויים לשמש כחיטוי או לחיטוי משטחים. תערובות של קוואטים נמצאות בדרך כלל גם בחומרי ניקוי וחיטוי ביתיים, כולל ניסוחים עדכניים רבים של מוצרי המותג Lysol, המכילים בנזלקוניום כלורידים כמרכיבים הפעילים. בנזלקוניום כלורידים, יחד עם quat cetylpyrimidine כלוריד, נמצאים גם במוצרים כמו חיטוי לעור, שטיפות פה ושטיפות פה.
![א) תרשים של ציטילפירידינום - טבעת עם 5 פחמנים וחנקן. החנקן מחובר לשרשרת פחמן ארוכה. מבנה כימי של בנזלקוניום - טבעת שישה פחמנים. פחמן אחד מחובר לפחמן המחובר לחנקן המחובר לשרשרת פחמן ארוכה. ב) תמונה של מולקולות פעילי שטח הנכנסות לממברנה ושוברות את הממברנה.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8828/OSC_Microbio_13_03_Quats.jpg)
תרגיל \PageIndex{5}
מדוע סבונים אינם נחשבים לחומרי חיטוי?
שטיפת ידיים בדרך הנכונה
שטיפת ידיים היא קריטית לבריאות הציבור ויש להדגיש אותה במסגרת קלינית. לציבור הרחב, ה- CDC ממליץ על שטיפת ידיים לפני, במהלך ואחרי טיפול במזון; לפני האכילה; לפני ואחרי אינטראקציה עם מישהו חולה; לפני ואחרי טיפול בפצע; לאחר שימוש בשירותים או החלפת חיתולים; לאחר שיעול, התעטשות או ניפוח האף; לאחר טיפול בזבל; ואחרי אינטראקציה עם בעל חיים, הזנתו או הפסולת שלו. איור \PageIndex{9} ממחיש את חמשת השלבים של שטיפת ידיים נכונה המומלצת על ידי ה- CDC.
שטיפת ידיים חשובה עוד יותר לעובדי שירותי הבריאות, שצריכים לשטוף את ידיהם ביסודיות בין כל מגע של מטופל, לאחר הסרת כפפות, לאחר מגע עם נוזלי גוף ופומיטים שעלולים להיות זיהומיים, ולפני ואחרי סיוע למנתח בהליכים פולשניים. אפילו בשימוש בלבוש כירורגי מתאים, כולל כפפות, קרצוף לניתוח מעורב יותר משטיפת ידיים שגרתית. המטרה של קרצוף כירורגי היא להפחית את המיקרוביוטה הרגילה על פני העור כדי למנוע הכנסת חיידקים אלה לפצעים הכירורגיים של המטופל.
אין פרוטוקול מקובל אחד לקרצוף כירורגי. פרוטוקולים למשך זמן הקרצוף עשויים להיות תלויים בחומר האנטי-מיקרוביאלי המשמש; עובדי שירותי הבריאות צריכים תמיד לבדוק את המלצות היצרן. על פי איגוד הטכנולוגים הכירורגיים (AST), ניתן לבצע קרצוף כירורגי עם או בלי שימוש במברשות (איור\PageIndex{9}).
![א) המלצות שטיפת ידיים של CDC לקהל הרחב. 1 - הרטיבו את הידיים במים נקיים וזורמים (חמים או קרים). כבו את הברז ומרחו סבון. 2 - קצף את הידיים על ידי שפשוף אותן יחד עם הסבון. הקפידו להקציף את גב הידיים, בין האצבעות ומתחת לציפורניים. 3 - קרצפו את הידיים למשך 20 שניות לפחות. צריך טיימר? זמזמו את השיר "יום הולדת שמח" מתחילתו ועד סופו פעמיים. 4 - שטפו היטב את הידיים במים נקיים וזורמים. 5 - יבש את הידיים בעזרת מגבת נקייה או ייבש אותן באוויר. ב) תמונה של אדם שוטף ידיים.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8829/OSC_Microbio_13_03_HandwashAB.jpg)
למידע נוסף על שטיפת ידיים נכונה, בקר באתר האינטרנט של ה- CDC.
ביביגואנידים
ביביגואנידים סונתזו לראשונה במאה ה-20 והם מולקולות קטיוניות (טעונות חיוביות) הידועות בתכונות החיטוי שלהן (איור). \PageIndex{10} חיטוי חשוב אחד של ביסביגואניד הוא כלורהקסידין. יש לו פעילות רחבת טווח נגד שמרים, חיידקים גרם חיוביים וחיידקים גרם שליליים, למעט Pseudomonas aeruginosa, שעלול לפתח עמידות בחשיפה חוזרת. 13 כלורהקסידין משבש את ממברנות התא והוא בקטריוסטטי בריכוזים נמוכים יותר או קוטל חיידקים בריכוזים גבוהים יותר, שבו הוא למעשה גורם לתוכן הציטופלזמי של התאים להתקרש. יש לו גם פעילות נגד וירוסים עטופים. עם זאת, כלורהקסידין יעיל בצורה גרועה כנגד שחפת Mycobacterium ווירוסים לא עטופים, והוא אינו קוטל חרקים. כלורהקסידין משמש בדרך כלל במסגרת הקלינית כקרצוף כירורגי ולצרכי שטיפת ידיים אחרים עבור אנשי רפואה, כמו גם לחיטוי מקומי לחולים לפני ניתוח או הזרקת מחט. זה מתמשך יותר מיודופורים, ומספק פעילות מיקרוביאלית לאורך זמן. פתרונות כלורהקסידין עשויים לשמש גם כשטיפות פה לאחר הליכים דרך הפה או לטיפול בדלקת חניכיים. ביסביגואניד נוסף, אלכסידין, צובר פופולריות כקרצוף כירורגי ושטיפה דרך הפה מכיוון שהוא פועל מהר יותר מאשר כלורהקסידין.
![מבנה כימי של כלורהקסידין. טבעת 6 פחמן עם CL על פחמן אחד; בצד השני של הטבעת שרשרת של ניטרוגנים ופחמן. מבנה כימי של אלקסידין. שרשרת של פחמנים וחנקנים; בסוף יש ענף עם 2 שרשראות פחמן.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8830/OSC_Microbio_13_03_bisbi.jpg)
תרגיל \PageIndex{6}
אילו שתי השפעות יש לכלורהקסידין על תאי חיידקים?
סוכני אלקילציה
חומרי האלקילציה הם קבוצה של כימיקלים מחטאים חזקים הפועלים על ידי החלפת אטום מימן בתוך מולקולה בקבוצת אלקיל (C n H 2n+1), ובכך משביתים אנזימים וחומצות גרעין (איור). \PageIndex{11} חומר האלקילציה פורמלדהיד (CH 2 OH) משמש בדרך כלל בתמיסה בריכוז של 37% (המכונה פורמלין) או כחומר חיטוי גזי וביוציד. זהו חומר חיטוי חזק ורחב טווח וביוציד בעל יכולת להרוג חיידקים, וירוסים, פטריות ואנדוספורים, מה שמוביל לעיקור בטמפרטורות נמוכות, שלעתים מהווה אלטרנטיבה נוחה לשיטות עיקור החום עתירות העבודה. הוא גם מקשר בין חלבונים והיה בשימוש נרחב כמקבע כימי. בגלל זה, הוא משמש לאחסון דגימות רקמות וכנוזל חניטה. זה שימש גם כדי להשבית חומרים זיהומיים בהכנת החיסון. פורמלדהיד מגרה מאוד את הרקמות החיות והוא גם מסרטן, ולכן הוא אינו משמש כחומר חיטוי.
גלוטאראלדהיד דומה מבחינה מבנית לפורמלדהיד אך יש לו שתי קבוצות אלדהיד תגובתיות, המאפשרות לו לפעול מהר יותר מאשר פורמלדהיד. הוא משמש בדרך כלל כפתרון של 2% לעיקור ומשווק תחת שם המותג Cidex. הוא משמש לחיטוי מגוון משטחים וציוד כירורגי ורפואי. עם זאת, בדומה פורמלדהיד, glutaraldehyde מגרה את העור ואינו משמש חיטוי.
סוג חדש של חומר חיטוי שצובר פופולריות לחיטוי ציוד רפואי הוא o-phthalaldehyde (OPA), שנמצא בכמה ניסוחים חדשים יותר של Cidex ומוצרים דומים, ומחליף גלוטאראלדהיד. ל- O-phthalaldehyde יש גם שתי קבוצות אלדהיד תגובתיות, אך הן מקושרות על ידי גשר ארומטי. O-phthalaldehyde נחשב לעבוד באופן דומה לגלוטאראלדהיד ופורמלדהיד, אך הוא הרבה פחות מגרה את מעברי העור והאף, מייצר ריח מינימלי, כן לא דורש עיבוד לפני השימוש, והוא יעיל יותר נגד mycobacteria.
תחמוצת אתילן היא סוג של חומר אלקילציה המשמש לעיקור גזי. הוא חודר מאוד ויכול לעקר פריטים בתוך שקיות ניילון כגון צנתרים, פריטים חד פעמיים במעבדות ובמסגרות קליניות (כמו צלחות פטרי ארוזות) וציוד אחר. חשיפה לאתילן תחמוצת היא סוג של עיקור קר, מה שהופך אותה לשימושית לעיקור פריטים רגישים לחום. עם זאת, יש לנקוט בזהירות רבה בשימוש בתחמוצת אתילן; הוא מסרטן, כמו שאר חומרי האלקילציה, והוא גם נפיץ מאוד. עם שימוש זהיר ואוורור נכון של המוצרים לאחר הטיפול, תחמוצת אתילן יעילה ביותר, ומעקרי תחמוצת אתילן נמצאים בדרך כלל במסגרות רפואיות לעיקור חומרים ארוזים.
β-פרופיונולקטון הוא חומר אלקילציה בעל מבנה כימי שונה מהאחרים שכבר דנו בהם. כמו סוכני אלקילציה אחרים, β-פרופיונולקטון נקשר ל-DNA, ובכך משבית אותו (איור). \PageIndex{11} זהו נוזל צלול עם ריח חזק ובעל יכולת להרוג אנדוספורים. ככזה, הוא שימש בצורה נוזלית או כאדים לעיקור מכשירים רפואיים ושתלי רקמות, והוא מרכיב נפוץ בחיסונים, המשמשים לשמירה על סטריליות שלהם. הוא שימש גם לעיקור מרק מזין, כמו גם פלזמה בדם, חלב ומים. הוא עובר חילוף חומרים במהירות על ידי בעלי חיים ובני אדם לחומצה לקטית. זה גם מגרה, עם זאת, ועלול להוביל לנזק קבוע של העיניים, הכליות או הכבד. בנוסף, הוכח שהוא מסרטן בבעלי חיים; לפיכך, יש צורך באמצעי זהירות כדי למזער את החשיפה האנושית ל- β-propionolactone. 14
![א) לגואנין יש 2 טבעות פחמן וחנקן. אם אטומי המימן משתנים לקבוצות אלקיל, הגואנין נקשר לתימין. ב) לפורמלדהיד יש פחמן אחד, לגלוטאראלדהיד יש 5 פחמנים, ל- o-phthalaldehyde יש טבעת פחמן עם 2 פחמנים מחוץ לטבעת, לתחמוצת אתילן יש 2 פחמנים וחמצן היוצר טריאנג '. בטא-פרופיונולקטון יש 3 פחמנים וחמצן היוצרים ריבוע.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8831/OSC_Microbio_13_03_Alkylators.jpg)
תרגיל \PageIndex{7}
- באיזו תגובה כימית משתתפים סוכני אלקילציה?
- מדוע חומרי אלקילציה אינם משמשים כחיטוי?
פריונים דיאהרד
פריונים, החלבונים התאיים, המקופלים בצורה לא נכונה האחראים למחלות חשוכות מרפא וקטלניות כמו קורו ומחלת קרויצפלד-יעקב (ראה וירואידים, וירואידים ופריונים), קשים לשמצה להשמדה. פריונים עמידים במיוחד בפני חום, כימיקלים וקרינה. הם גם מדבקים וקטלניים ביותר; לפיכך, טיפול וסילוק של פריטים נגועים בפריון דורש הכשרה מקיפה וזהירות יתרה.
שיטות חיטוי אופייניות יכולות להפחית אך לא לחסל את זיהומיות הפריונים. חיטוי אוטומטי אינו יעיל לחלוטין, וגם כימיקלים כגון פנול, אלכוהולים, פורמלין ו- β-propiolactone. גם כאשר הם קבועים בפורמלין, רקמות המוח וחוט השדרה המושפעות נותרות זיהומיות.
אנשי צוות המטפלים בדגימות או בציוד מזוהמים או עובדים עם חולים נגועים חייבים ללבוש מעיל מגן, הגנת פנים וכפפות עמידות לחתוך. כל מגע עם העור יש לשטוף מיד עם חומר ניקוי ומים חמים ללא קרצוף. לאחר מכן יש לשטוף את העור עם 1 N NaOH או דילול של 1:10 של אקונומיקה למשך דקה אחת. יש לשרוף או לחטא פסולת מזוהמת בתמיסה בסיסית חזקה, ויש לנקות ולהשרות מכשירים בתמיסה בסיסית חזקה.
פרוקסיגנס
פרוקסיגנים הם חומרים מחמצנים חזקים שיכולים לשמש כחומרי חיטוי או חיטוי. החמצן הנפוץ ביותר הוא מי חמצן (H 2 O 2), המשמש לעתים קרובות בתמיסה לחיטוי משטחים ועשוי לשמש גם כחומר גזי. תמיסות מי חמצן הן חיטוי עור זול המתפרק למים וגז חמצן, שניהם בטוחים לסביבה. פירוק זה מואץ בנוכחות אור, ולכן פתרונות מי חמצן נמכרים בדרך כלל בבקבוקים חומים או אטומים. חסרון אחד בשימוש במי חמצן כחומר חיטוי הוא שהוא גורם גם נזק לעור שעלול לעכב את הריפוי או להוביל להצטלקות. חומרי ניקוי עדשות מגע כוללים לרוב מי חמצן כחומר חיטוי.
מי חמצן פועלים על ידי ייצור רדיקלים חופשיים הפוגעים במקרומולקולות התאיות. למי חמצן יש פעילות רחבת טווח, הפועלת נגד חיידקים גרם חיוביים וגרם שליליים (עם יעילות מעט יותר גדולה נגד חיידקים גרם חיוביים), פטריות, וירוסים ואנדוספורים. עם זאת, לחיידקים המייצרים את האנזימים לניקוי רעלים מחמצן קטלאז או פרוקסידאז עשויה להיות סובלנות מובנית לריכוזי מי חמצן נמוכים (איור). \PageIndex{12} כדי להרוג אנדוספורים, יש להגדיל את אורך החשיפה או הריכוז של תמיסות מי חמצן. מי חמצן גזי יש יעילות רבה יותר והוא יכול לשמש מעקר עבור חדרים או ציוד.
![משוואה כימית המציגה מי חמצן מתפרק למים וחמצן על ידי קטלאז. להלן תמונה של מי חמצן בבקבוק ומנקה מגע.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8832/OSC_Microbio_13_03_Catalase.jpg)
פלזמה, גז חם ומיונן, המתואר כמצב הרביעי של החומר, שימושי לעיקור ציוד מכיוון שהוא חודר למשטחים והורג תאים וגטטיביים ואנדוספורים. מי חמצן וחומצה פרצטית, עוד חמצן נפוץ, כל אחד מהם עשוי להיות מוצג כפלזמה. חומצה פראצטית יכולה לשמש כחומר סטרילי נוזלי או פלזמה במידה שהיא הורגת בקלות אנדוספורים, יעילה יותר ממי חמצן אפילו בריכוזים נמוכים למדי, והיא חסינה מפני אי-הפעלה על ידי קטלאזות ופרוקסידאזים. זה גם מתפרק לתרכובות מזיקות לסביבה; במקרה זה, חומצה אצטית וחמצן.
דוגמאות נוספות לפרוקסיגנים כוללות בנזואיל מי חמצן וקרבמיד מי חמצן. חמצן בנזואיל הוא חמצן המשמש בתמיסות תרופות לאקנה. זה הורג את החיידק Propionibacterium acnes, אשר מזוהה עם אקנה. חמצן קרבמיד, מרכיב המשמש במשחת שיניים, הוא חמצן הנלחם בביופילמים דרך הפה הגורמים לשינוי צבע בשיניים ובאשת הנשימה (ריח רע מהפה). 15 אחרון, גז האוזון הוא חמצן בעל תכונות חיטוי ומשמש לניקוי אספקת אוויר או מים. בסך הכל, פרוקסיגנים יעילים ביותר ונפוצים בשימוש, ללא סכנה סביבתית קשורה.
תרגיל \PageIndex{8}
כיצד פרוקסידים הורגים תאים?
נוזלים סופר קריטיים
במהלך 15 השנים האחרונות, השימוש בנוזלים סופר-קריטיים, במיוחד פחמן דו חמצני סופר קריטי (ScCO 2), צבר פופולריות עבור יישומי עיקור מסוימים. כאשר פחמן דו חמצני מובא ללחץ אטמוספרי פי 10 בערך, הוא מגיע למצב סופר-קריטי שיש לו תכונות פיזיקליות בין אלו של נוזלים וגזים. ניתן לעקר חומרים המוכנסים לתא בו לחץ פחמן דו חמצני בדרך זו בגלל יכולתו של ScCO 2 לחדור למשטחים.
פחמן דו חמצני סופר קריטי פועל על ידי חדירת תאים ויצירת חומצה פחמנית, ובכך מוריד את ה- pH של התא במידה ניכרת. טכניקה זו יעילה כנגד תאים צמחיים ומשמשת גם בשילוב עם חומצה פרצטית להרוג אנדוספורים. ניתן להגביר את יעילותו גם עם טמפרטורה מוגברת או על ידי מחזורים מהירים של לחץ ודיכאון, אשר סביר יותר לייצר תמוגה של תאים.
היתרונות של ScCO 2 כוללים את התכונות הלא תגובתיות, הלא רעילות והלא דליקות של פחמן דו חמצני, ופרוטוקול זה יעיל בטמפרטורות נמוכות. בניגוד לשיטות אחרות, כגון חום והקרנה, העלולות לפגוע בחפץ המעוקר, השימוש ב- ScCO 2 שומר על שלמות האובייקט ומשמש בדרך כלל לטיפול במזונות (כולל תבלינים ומיצים) ומכשירים רפואיים כגון אנדוסקופים. זה גם צובר פופולריות לחיטוי רקמות כגון עור, עצמות, גידים ורצועות לפני ההשתלה. ScCO 2 יכול לשמש גם להדברה מכיוון שהוא יכול להרוג ביצי חרקים וזחלים בתוך מוצרים.
תרגיל \PageIndex{9}
מדוע השימוש בפחמן דו חמצני סופר קריטי צובר פופולריות לשימושים מסחריים ורפואיים?
חומרים משמרים כימיים למזון
חומרים משמרים כימיים משמשים לעיכוב צמיחת חיידקים ולמזער קלקול במזונות מסוימים. חומרים משמרים כימיים נפוצים כוללים חומצה סורבית, חומצה בנזואית וחומצה פרופיונית, ומלחים מסיסים יותר שלהם אשלגן סורבט, נתרן בנזואט וסידן פרופיונאט, כולם משמשים לשליטה על צמיחת העובשים במזונות חומציים. כל אחד מחומרים משמרים אלה אינו רעיל ומטבוליזם בקלות על ידי בני אדם. הם גם חסרי טעם, כך שהם לא מתפשרים על טעם המזונות שהם משמרים.
חומצות סורביות ובנזואיות מציגות יעילות מוגברת ככל שה- pH יורד. חומצה סורבית נחשבת לפעול על ידי עיכוב אנזימים תאיים שונים, כולל אלה במחזור חומצת לימון, כמו גם קטלאזות ופרוקסידאזות. הוא מתווסף כחומר משמר במגוון רחב של מזונות, כולל מוצרי חלב, לחם, פירות וירקות. חומצה בנזואית נמצאת באופן טבעי בסוגים רבים של פירות וגרגרים, תבלינים ומוצרים מותססים. הוא נחשב לפעול על ידי הפחתת ה- pH התוך תאי, הפרעה למנגנונים כמו זרחון חמצוני וספיגת מולקולות כגון חומצות אמינו לתאים. מזונות המשומרים בחומצה בנזואית או נתרן בנזואט כוללים מיצי פירות, ריבות, גלידות, מאפים, שתייה קלה, מסטיקים וחמוצים.
חומצה פרופיונית נחשבת גם מעכבת אנזימים וגם מורידה את ה- pH התוך תאי, ועובדת באופן דומה לחומצה בנזואית. עם זאת, חומצה פרופיונית היא חומר משמר יעיל יותר ב- pH גבוה יותר מאשר חומצה סורבית או חומצה בנזואית. חומצה פרופיונית מיוצרת באופן טבעי על ידי חלק מהגבינות במהלך הבשלתן ומתווספת לסוגים אחרים של גבינות ומאפים כדי למנוע זיהום עובש. הוא מתווסף גם לבצק גולמי כדי למנוע זיהום על ידי החיידק Bacillus mesentericus, הגורם ללחם להפוך לחבל.
חומרים משמרים כימיים נפוצים אחרים כוללים דו תחמוצת הגופרית וניטריטים. דו תחמוצת הגופרית מונעת השחמת מזון ומשמשת לשימור פירות יבשים; היא משמשת בייצור יין עוד מימי קדם. גז דו תחמוצת הגופרית מתמוסס במים בקלות ויוצר סולפיטים. למרות שהגוף יכול לעבור חילוף חומרים של סולפיטים, יש אנשים הסובלים מאלרגיות סולפיט, כולל תגובות אסתמטיות. בנוסף, סולפיטים מפרקים תיאמין, חומר מזין חשוב במזונות מסוימים. אופן הפעולה של סולפיטים אינו ברור לחלוטין, אך הם עלולים להפריע ליצירת הקשר הדיסולפיד (ראה איור 7.4.5) בחלבונים, ולעכב פעילות אנזימטית. לחלופין, הם עשויים להפחית את ה- pH התוך תאי של התא, ולהפריע למנגנונים המונעים על ידי כוח פרוטון.
ניטריטים מתווספים לבשרים מעובדים כדי לשמור על צבע ולעצור את נביטת האנדוספורים של קלוסטרידיום בוטולינום. ניטריטים מופחתים לתחמוצת החנקן, המגיבה עם קבוצות heme וקבוצות ברזל-גופרית. כאשר תחמוצת החנקן מגיבה עם קבוצת ההמה בתוך המיוגלובין של הבשרים, נוצר מוצר אדום המעניק לבשר את צבעו האדום. לחלופין, נהוג לחשוב שכאשר חומצה חנקתית מגיבה עם האנזים ברזל-גופרית פרדוקסין בתוך חיידקים, נשא שרשרת הובלת אלקטרונים זה נהרס, ומונע סינתזת ATP. ניטרוסמינים, לעומת זאת, הם מסרטנים וניתן לייצר אותם באמצעות חשיפה של בשרים משומרים בניטריט (למשל נקניקיות, בשר צהריים, נקניקיית ארוחת בוקר, בייקון, בשר במרקים משומרים) לחום במהלך הבישול.
חומרים משמרים טבעיים למזון כימי
גילוי חומרים אנטי-מיקרוביאליים טבעיים המיוצרים על ידי חיידקים אחרים הוסיף לארסנל החומרים המשמרים המשמשים במזון. ניסין הוא פפטיד אנטי-מיקרוביאלי המיוצר על ידי החיידק לקטוקוקוס לקטיס ויעיל במיוחד כנגד אורגניזמים חיוביים לגרם. ניסין פועל על ידי שיבוש ייצור דופן התא, ומשאיר תאים מועדים יותר לתמוגה. הוא משמש לשימור גבינות, בשרים ומשקאות.
נטמיצין הוא אנטיביוטיקה מקרוליד נגד פטריות המיוצרת על ידי החיידק Streptomyces natalensis. הוא אושר על ידי ה- FDA בשנת 1982 ומשמש למניעת גידול פטרייתי בסוגים שונים של מוצרי חלב, כולל גבינת קוטג ', גבינה פרוסה וגבינה מגורדת. נטמיצין משמש גם לשימור בשר במדינות מחוץ לארצות הברית.
תרגיל \PageIndex{10}
מהם היתרונות והחסרונות בשימוש בסולפיטים וניטריטים כחומרים משמרים למזון?
מושגי מפתח וסיכום
- מתכות כבדות, כולל כספית, כסף, נחושת ואבץ, שימשו זה מכבר לחיטוי ושימור, אם כי לחלקן יש רעילות וסיכונים סביבתיים הקשורים אליהן.
- הלוגנים, כולל כלור, פלואור ויוד, משמשים בדרך כלל גם לחיטוי. תרכובות כלור, כולל נתרן היפוכלוריט, כלורמינים וכלור דו חמצני, משמשות בדרך כלל לחיטוי מים. יוד, הן בצורות תמיסה והן ביודופור, הוא חומר אנטיספטי יעיל.
- אלכוהולים, כולל אלכוהול אתילי ואלכוהול איזופרופיל, הם חומרי חיטוי נפוצים הפועלים על ידי דנטורציה של חלבונים ושיבוש ממברנות.
- פנולים הם חומרי חיטוי יציבים וארוכי פעולה המנתחים חלבונים ומשבשים ממברנות. הם נמצאים בדרך כלל בחומרי ניקוי ביתיים, שטיפות פה וחומרי חיטוי בבתי חולים, ומשמשים גם לשימור יבולים שנקטפו.
- התרכובת הפנולית טריקלוזן, הנמצאת בסבונים אנטיבקטריאליים, פלסטיק וטקסטיל היא מבחינה טכנית אנטיביוטיקה בגלל אופן הפעולה הספציפי שלה לעכב סינתזת חומצות שומן חיידקיות..
- חומרים פעילי שטח, כולל סבונים וחומרי ניקוי, מורידים את מתח הפנים של המים ליצירת תחליבים המובילים מכנית חיידקים. סבונים הם חומצות שומן ארוכות שרשרת, ואילו חומרי ניקוי הם פעילי שטח סינתטיים.
- תרכובות אמוניום רבעוניות (quats) הן חומרי ניקוי קטיוניים המשבשים את הממברנות. הם משמשים בחומרי ניקוי ביתיים, חומרי חיטוי לעור, שטיפות פה ושטיפות פה.
- ביביגואנידים משבשים את קרומי התא וגורמים לתכולת התא להתג'ל. כלורהקסידין ואלכסידין משמשים בדרך כלל לשפשופים כירורגיים, לשטיפת ידיים במסגרות קליניות ובשטיפות פה מרשם.
- חומרי אלקילציה מעקרים ביעילות חומרים בטמפרטורות נמוכות אך הם מסרטנים ועלולים גם לגרות רקמות. גלוטאראלדהיד ו - o-phthalaldehyde משמשים כחומרי חיטוי בבית חולים אך לא כחיטוי. פורמלדהיד משמש לאחסון דגימות רקמות, כנוזל חניטה, ובהכנת חיסון להשבתת חומרים זיהומיים. תחמוצת אתילן היא חומר מעקר גז שיכול לחלחל לחומרים ארוזים רגישים לחום, אך הוא גם נפיץ ומסרטן.
- פרוקסיגנים, כולל מי חמצן, חומצה פרקטית, בנזואיל מי חמצן וגז אוזון, הם חומרים מחמצנים חזקים המייצרים רדיקלים חופשיים בתאים, ופוגעים במקרומולקולות שלהם. הם בטוחים לסביבה והם חומרי חיטוי וחיטוי יעילים ביותר.
- פחמן דו חמצני בלחץ בצורת נוזל סופר-קריטי מחלחל בקלות לחומרים ותאים ארוזים, ויוצר חומצה פחמנית ומוריד את ה- pH התוך תאי. פחמן דו חמצני סופר קריטי אינו מגיב, לא רעיל, לא דליק ויעיל בטמפרטורות נמוכות לעיקור מכשירים רפואיים, שתלים ורקמות מושתלות.
- חומרים משמרים כימיים מתווספים למגוון מזונות. חומצה סורבית, חומצה בנזואית, חומצה פרופיונית ומלחים מסיסים יותר שלהם מעכבים אנזימים או מפחיתים את ה- pH התוך תאי.
- סולפיטים משמשים בייצור יין ועיבוד מזון למניעת השחמת מזון.
- ניטריטים משמשים לשימור בשרים ולשמירה על צבע, אך בישול בשרים המשומרים על ידי ניטריט עלול לייצר ניטרוסמינים מסרטנים.
- ניסין ונטמיצין הם חומרים משמרים המיוצרים באופן טבעי המשמשים בגבינות ובשרים. Nisin יעיל נגד חיידקים חיוביים גרם ו natamycin נגד פטריות.
הערות שוליים
- 1 מנהל המזון והתרופות האמריקני. "טריקלוזן: מה הצרכנים צריכים לדעת." 2015. www.fda.gov/עבור צרכנים/חסרונות... /אוקמ 205999.htm. גישה ל- 9 ביוני 2016.
- 2 ג'יי סטרומברג. "חמש סיבות מדוע אתה כנראה צריך להפסיק להשתמש בסבון אנטיבקטריאלי." סמיתסוניאן. 3 בינואר 2014. www.סמיתסוניאנמג.com/מדע... 948078/? לא-איסט. גישה ל- 9 ביוני 2016.
- 3 SP יזדנקח ואח '. "עמידות לטריקלוזן ואנטי מיקרוביאלית בחיידקים: סקירה כללית." עמידות לתרופות מיקרוביאליות 12 מס '2 (2006): 83—90.
- 4 ל 'בירוסובה, מ' מיקולסובה. "פיתוח עמידות לטריקלוזן ואנטיביוטיקה בסלמונלה אנטריקה serovar Typhimurium." כתב העת למיקרוביולוגיה רפואית 58 מס '4 (2009) :436—441.
- 5 א. ב דן, א 'הונטלה. "טריקלוזן: חשיפה סביבתית, רעילות ומנגנוני פעולה." כתב העת לטוקסיקולוגיה יישומית 31 מס '4 (2011) :285—311.
- 6 מרכזים אמריקאים לבקרת מחלות ומניעתן. "גיליון עובדות טריקלוזן." 2013. www.cdc.gov/ביומוניטורינגורים/טרי... FactSheet.html. גישה ל- 9 ביוני 2016.
- 7 EM קלייטון ואח '. "ההשפעה של ביספנול A וטריקלוזן על פרמטרים חיסוניים באוכלוסיית ארה"ב, NHANES 2003-2006." פרספקטיבות לבריאות הסביבה 119 מס '3 (2011): 390.
- 8 נ 'סילבסטרי-רודריגז ואח '. "כסף כחומר חיטוי." בסקירות על זיהום סביבתי וטוקסיקולוגיה, עמ '23-45. נערך על ידי GW וור ו- DM וויטאקר. ניו יורק: שפרינגר, 2007.
- 9 ב אוונס. "כסף הופך את האנטיביוטיקה לאפקטיבית פי אלפי פעמים." טבע 19 ביוני 2013. http://www.nature.com/news/silver-ma...ective-1.13232
- 10 סי סיילר, TU ברנדונק. "בחירה משותפת מונעת מתכות כבדות של עמידות לאנטיביוטיקה בגופי קרקע ומים המושפעים מחקלאות וחקלאות ימית." גבולות במיקרוביולוגיה 3 (2012) :399.
- 11 ארגון הבריאות העולמי. "היתרונות והסיכונים בשימוש בחומרי חיטוי המכילים כלור בייצור מזון ועיבוד מזון: דוח על פגישת מומחים משותפת של FAO/WHO." ז'נבה, שוויץ: ארגון הבריאות העולמי, 2009.
- 12 RE מרקיז. "פעולות אנטי-מיקרוביאליות של פלואוריד לחיידקים דרך הפה." כתב העת הקנדי למיקרוביולוגיה 41 מס '11 (1995) :955—964.
- 13 ל 'תומאס ואח '. "פיתוח עמידות בפני כלורהקסידין דיאצטט ב- Pseudomonas aeruginosa והשפעת ריכוז 'שיורי'." כתב העת לזיהום בבית חולים 46 מס '4 (2000) :297—303.
- 14 המכון לרפואה. "השפעות בריאותיות ארוכות טווח של השתתפות בפרויקט SHAD (סכנת ספינה והגנה)." וושינגטון הבירה: הוצאת האקדמיות הלאומיות, 2007.
- 15 יאו, C.S. ואח '. "השפעה אנטיבקטריאלית חוץ גופית של חמצן קרבמיד על ביופילם אוראלי." כתב העת למיקרוביולוגיה של הפה 12 ביוני 2013. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3682087/. דוי: 10.3402/ג'ום.v5i0.20392.