Skip to main content
Global

13.2: استخدام الطرق الفيزيائية للتحكم في الكائنات الحية الدقيقة

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    194507

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    أهداف التعلم

    • فهم ومقارنة الطرق الفيزيائية المختلفة للتحكم في نمو الميكروبات، بما في ذلك التدفئة والتبريد والتجميد والمعالجة بالضغط العالي والتجفيف والتجميد والإشعاع والترشيح

    منذ آلاف السنين، استخدم البشر طرقًا فيزيائية مختلفة للتحكم الميكروبي لحفظ الطعام. تشمل طرق التحكم الشائعة تطبيق درجات الحرارة المرتفعة والإشعاع والترشيح والتجفيف (التجفيف) وغيرها. تقتل العديد من هذه الطرق الخلايا بشكل غير محدد عن طريق تعطيل الأغشية أو تغيير نفاذية الأغشية أو إتلاف البروتينات والأحماض النووية عن طريق التشويه أو التحلل أو التعديل الكيميائي. تم وصف الطرق الفيزيائية المختلفة المستخدمة للتحكم الميكروبي في هذا القسم.

    الحرارة

    التدفئة هي واحدة من أكثر أشكال التحكم الميكروبي شيوعًا وأقدمها. يتم استخدامه في تقنيات بسيطة مثل الطهي والتعليب. يمكن للحرارة أن تقتل الميكروبات عن طريق تغيير أغشيتها وتغيير طبيعة البروتينات. نقطة الموت الحراري (TDP) للكائنات الحية الدقيقة هي أدنى درجة حرارة يتم فيها قتل جميع الميكروبات في التعرض لمدة 10 دقائق. سوف تستجيب الكائنات الحية الدقيقة المختلفة بشكل مختلف لدرجات الحرارة المرتفعة، حيث يكون بعضها (على سبيل المثال، مُشكِّلات الغدد الصماء مثل C. البوتولينوم) أكثر تحملاً للحرارة. هناك عامل مماثل، وهو وقت الموت الحراري (TDT)، وهو طول الوقت اللازم لقتل جميع الكائنات الحية الدقيقة في العينة عند درجة حرارة معينة. غالبًا ما تستخدم هذه المعلمات لوصف إجراءات التعقيم التي تستخدم حرارة عالية، مثل الأوتوكلاف. يعتبر الغليان من أقدم طرق التحكم في حرارة الرطوبة للميكروبات، وعادة ما يكون فعالًا جدًا في قتل الخلايا النباتية وبعض الفيروسات. ومع ذلك، فإن الغليان أقل فعالية في قتل المسام الداخلية؛ فبعض المسام الداخلية قادرة على البقاء على قيد الحياة لمدة تصل إلى 20 ساعة من الغليان. بالإضافة إلى ذلك، قد يكون الغليان أقل فعالية على ارتفاعات أعلى، حيث تكون نقطة غليان الماء أقل وبالتالي يكون وقت الغليان اللازم لقتل الميكروبات أطول. لهذه الأسباب، لا يعتبر الغليان تقنية تعقيم مفيدة في المختبر أو البيئة السريرية.

    يمكن استخدام العديد من بروتوكولات التدفئة المختلفة للتعقيم في المختبر أو العيادة، ويمكن تقسيم هذه البروتوكولات إلى فئتين رئيسيتين: التعقيم بالحرارة الجافة والتعقيم بالحرارة الرطبة. عادةً ما تتضمن تقنية التعقيم في المختبر بعض بروتوكولات التعقيم بالحرارة الجافة باستخدام التطبيق المباشر للحرارة العالية، مثل تعقيم حلقات التلقيح (الشكل\(\PageIndex{1}\)). الحرق في درجات حرارة عالية جدًا يدمر جميع الكائنات الحية الدقيقة. يمكن أيضًا استخدام الحرارة الجافة لفترات طويلة نسبيًا (ساعتان على الأقل) في درجات حرارة تصل إلى 170 درجة مئوية باستخدام معقم حراري جاف، مثل الفرن. ومع ذلك، عادةً ما يكون التعقيم بالحرارة الرطبة هو البروتوكول الأكثر فعالية لأنه يخترق الخلايا بشكل أفضل من الحرارة الجافة.

    أ) صورة ليد ممسكة بحلقة فوق اللهب المكشوف. آلة مزودة بأسطوانة معدنية سلكية تناسب حلقة في المنتصف.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): (أ) يعد تعقيم الحلقة، التي يشار إليها غالبًا باسم «الحلقة المشتعلة»، مكونًا شائعًا لتقنية التعقيم في مختبر الأحياء الدقيقة ويستخدم لحرق أي كائنات دقيقة في الحلقة. (ب) وكبديل لذلك، يمكن استخدام مبيد للجراثيم للحد من الهباء الجوي للميكروبات وإزالة اللهب المكشوف في المختبر. هذه أمثلة للتعقيم بالحرارة الجافة من خلال التطبيق المباشر للحرارة العالية القادرة على الحرق. (الفضل أ: تعديل عمل آنه هيو تو؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل بريان فورستر)

    الأوتوكلاف

    تعتمد الأوتوكلاف على التعقيم بالحرارة الرطبة. يتم استخدامها لرفع درجات الحرارة فوق نقطة غليان الماء لتعقيم مواد مثل المعدات الجراحية من الخلايا النباتية والفيروسات وخاصة المسام الداخلية، والتي من المعروف أنها تتحمل درجات حرارة الغليان، دون الإضرار بالعناصر. صمم تشارلز تشامبرلاند (1851-1908) الأوتوكلاف الحديث في عام 1879 أثناء عمله في مختبر لويس باستير. لا يزال الأوتوكلاف يعتبر الطريقة الأكثر فعالية للتعقيم (الشكل\(\PageIndex{2}\)). خارج البيئات المختبرية والسريرية، تسمح الأوتوكلاف الصناعية الكبيرة التي تسمى المعوجة بالتعقيم بالحرارة الرطبة على نطاق واسع.

    بشكل عام، تتم إزالة الهواء الموجود في غرفة الأوتوكلاف واستبداله بكميات متزايدة من البخار المحبوس داخل الغرفة المغلقة، مما يؤدي إلى زيادة الضغط الداخلي ودرجات الحرارة فوق درجة غليان الماء. يختلف النوعان الرئيسيان من الأوتوكلاف في طريقة إزالة الهواء من الغرفة. في أجهزة الأوتوكلاف ذات الإزاحة بالجاذبية، يتم إدخال البخار إلى الغرفة من الأعلى أو الجوانب. ويغرق الهواء، الذي يكون أثقل من البخار، إلى أسفل الغرفة، حيث يتم إجباره على الخروج من خلال فتحة تهوية. يعد الإزاحة الكاملة للهواء أمرًا صعبًا، خاصة في الأحمال الكبيرة، لذلك قد تكون هناك حاجة لدورات أطول لمثل هذه الأحمال. في أجهزة التعقيم قبل التفريغ، تتم إزالة الهواء تمامًا باستخدام مكنسة كهربائية عالية السرعة قبل إدخال البخار إلى الغرفة. نظرًا للتخلص من الهواء بشكل كامل، يمكن للبخار اختراق العناصر الملفوفة بسهولة أكبر. العديد من أجهزة الأوتوكلاف قادرة على كل من دورات الجاذبية والاستفراغ، حيث تستخدم الأولى لإزالة التلوث من النفايات وتعقيم الوسائط والأواني الزجاجية غير المغلفة، والأخيرة لتعقيم الأدوات المعبأة.

    أ) رسم الأوتوكلاف. هناك أسطوانة معدنية كبيرة بمقياس ضغط. يسمح الصمام التشغيلي بالبخار من الغلاف إلى الغرفة؛ يوجد أيضًا صمام أمان. تتصل الغرفة الرئيسية بصمام العادم وخط النفايات وصمام القاذف وخط إمداد البخار ومنظم الضغط. ب) صورة الأوتوكلاف؛ صندوق معدني كبير بطول المشغل يقف أمامه.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): (أ) يشيع استخدام الأوتوكلاف للتعقيم في المختبر وفي البيئات السريرية. من خلال إزاحة الهواء في الغرفة بكميات متزايدة من البخار، يمكن زيادة الضغط، ويمكن تحقيق درجات حرارة تتجاوز 100 درجة مئوية، مما يسمح بالتعقيم الكامل. (ب) يقوم الباحث ببرمجة الأوتوكلاف لتعقيم العينة. (المصدر: تعديل عمل لكورتني هارينغتون؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل لاكيمير إم جي، كوك-ميركادو إف دي، وادا جيه، بولينجر إل، كيندراتشوك جيه، واهل-جنسن الخامس، كوهن جي، جاهرلينغ بي بي)

    درجات حرارة التشغيل القياسية للأوتوكلاف هي 121 درجة مئوية أو، في بعض الحالات، 132 درجة مئوية، عادةً عند ضغط يتراوح من 15 إلى 20 رطلاً لكل بوصة مربعة (psi). يعتمد طول التعرض على حجم وطبيعة المواد التي يتم تعقيمها، ولكنه عادة ما يكون 20 دقيقة أو أكثر، مع أحجام أكبر تتطلب أوقات تعرض أطول لضمان نقل الحرارة الكافي إلى المواد التي يتم تعقيمها. يجب أن يتصل البخار مباشرة بالسوائل أو المواد الجافة التي يتم تعقيمها، بحيث يتم ترك الحاويات مغلقة بشكل فضفاض ويتم تغليف الأدوات بشكل فضفاض بالورق أو الرقائق. مفتاح الأوتوكلاف هو أن درجة الحرارة يجب أن تكون عالية بما يكفي لقتل المسام الداخلية لتحقيق التعقيم الكامل.

    نظرًا لأن التعقيم مهم جدًا للبروتوكولات الطبية والمخبرية الآمنة، فإن مراقبة الجودة ضرورية. يمكن تجهيز أجهزة الأوتوكلاف بمسجلات لتوثيق الضغوط ودرجات الحرارة التي يتم تحقيقها خلال كل جولة. بالإضافة إلى ذلك، يجب تعقيم المؤشرات الداخلية من مختلف الأنواع جنبًا إلى جنب مع المواد المراد تعقيمها لضمان الوصول إلى درجة حرارة التعقيم المناسبة (الشكل\(\PageIndex{3}\)). أحد الأنواع الشائعة من المؤشرات هو استخدام شريط الأوتوكلاف الحساس للحرارة، والذي يحتوي على خطوط بيضاء تتحول إلى اللون الأسود عند تحقيق درجة الحرارة المناسبة أثناء تشغيل الأوتوكلاف الناجح. هذا النوع من المؤشرات غير مكلف نسبيًا ويمكن استخدامه أثناء كل جولة. ومع ذلك، لا يوفر شريط الأوتوكلاف أي مؤشر على طول التعرض، لذلك لا يمكن استخدامه كمؤشر للعقم. يستخدم نوع آخر من المؤشرات، وهو اختبار بوغ المؤشر البيولوجي، إما شريطًا من الورق أو معلقًا سائلًا من المسام الداخلية لـ Geobacillus stearothermophilus لتحديد ما إذا كانت هذه العملية قد قتلت المسام الداخلية. تعتبر المسامات الداخلية للبكتيريا المحبة للحرارة G. stearothermophilus هي المعيار الذهبي المستخدم لهذا الغرض بسبب مقاومتها الشديدة للحرارة. يمكن أيضًا استخدام مؤشرات الجراثيم البيولوجية لاختبار فعالية بروتوكولات التعقيم الأخرى، بما في ذلك أكسيد الإيثيلين والحرارة الجافة والفورمالديهايد وإشعاع جاما وتعقيم البلازما ببيروكسيد الهيدروجين باستخدام أي من G. ستيارثيرموفيلوس، أو عصيات أتروفايوس، أو بكتيريا ب. سوبتيليس، أو جراثيم B. pumilus. في حالة التحقق من وظيفة الأوتوكلاف، يتم احتضان المسام الداخلية بعد التعقيم لضمان عدم وجود مسام داخلية قابلة للحياة. يمكن مراقبة نمو البكتيريا بعد إنبات الإندوسبور من خلال اختبارات بوغ المؤشر البيولوجي التي تكشف عن المستقلبات الحمضية أو الفلورة التي تنتجها الإنزيمات المشتقة من G. stearothermophilus القابل للحياة. النوع الثالث من مؤشرات الأوتوكلاف هو أنبوب Diack، وهو أمبولة زجاجية تحتوي على حبيبات حساسة لدرجة الحرارة تذوب عند درجة حرارة التعقيم المناسبة. يتم استخدام شرائط البوغ أو أنابيب Diack بشكل دوري لضمان عمل الأوتوكلاف بشكل صحيح.

    صورة لأنابيب الاختبار. يحتوي الشريط الموجود على اليسار على شريط أبيض، بينما يحتوي الشريط الموجود على اليمين على نفس الشريط الأبيض ولكنه يحتوي الآن على خط أسود.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): تتحول الشرائط البيضاء الموجودة على شريط الأوتوكلاف (الأنبوب الأيسر) إلى اللون الداكن أثناء تشغيل الأوتوكلاف الناجح (الأنبوب الأيمن). (الائتمان: تعديل العمل من قبل بريان فورستر)

    البسترة

    على الرغم من أن التعقيم الكامل مثالي للعديد من التطبيقات الطبية، إلا أنه ليس عمليًا دائمًا للتطبيقات الأخرى وقد يغير أيضًا جودة المنتج. لا يعد الغليان والأوتوكلاف طرقًا مثالية للتحكم في نمو الميكروبات في العديد من الأطعمة لأن هذه الطرق قد تدمر الاتساق والصفات الحسية الأخرى للطعام. البسترة هي شكل من أشكال التحكم الميكروبي للأغذية التي تستخدم الحرارة ولكنها لا تجعل الطعام معقمًا. تقتل البسترة التقليدية مسببات الأمراض وتقلل من عدد الميكروبات المسببة للتلف مع الحفاظ على جودة الغذاء. تم تطوير عملية البسترة لأول مرة من قبل لويس باستير في ستينيات القرن التاسع عشر كطريقة لمنع تلف البيرة والنبيذ. اليوم، تُستخدم البسترة بشكل شائع لقتل مسببات الأمراض الحساسة للحرارة في الحليب والمنتجات الغذائية الأخرى (مثل عصير التفاح والعسل) (الشكل\(\PageIndex{4}\)). ومع ذلك، نظرًا لأن المنتجات الغذائية المبسترة ليست معقمة، فإنها ستفسد في النهاية.

    تعمل الطرق المستخدمة في بسترة الحليب على موازنة درجة الحرارة وطول فترة العلاج. إحدى الطرق، وهي البسترة ذات درجة الحرارة العالية القصيرة (HTST)، تعرض الحليب لدرجة حرارة 72 درجة مئوية لمدة 15 ثانية، مما يقلل من أعداد البكتيريا مع الحفاظ على جودة الحليب. البديل هو البسترة ذات درجة الحرارة العالية (UHT)، حيث يتعرض الحليب لدرجة حرارة 138 درجة مئوية لمدة ثانيتين أو أكثر. يمكن تخزين الحليب المبستر UHT لفترة طويلة في حاويات محكمة الغلق دون تبريده؛ ومع ذلك، فإن درجات الحرارة العالية جدًا تغير البروتينات الموجودة في الحليب، مما يسبب تغيرات طفيفة في الطعم والرائحة. ومع ذلك، فإن طريقة البسترة هذه مفيدة في المناطق التي يكون فيها الوصول إلى التبريد محدودًا.

    تُظهر البسترة صورة لآلة كبيرة. إلى اليسار توجد بسترة HTST حيث يتم تسخين الحليب عند 72 درجة مئوية لمدة 15 ثانية، ثم يتم غليه وتبريده. إلى اليمين توجد بسترة UHT حيث يتم تسخين الحليب عند 138 درجة مئوية لمدة ثانيتين أو أكثر، ثم يتم غلقه في حاويات محكمة الإغلاق لمدة تصل إلى 90 يومًا بدون تبريد. في الأسفل يوجد الاختبار التالي: الكائنات الحية المنقولة بالحليب التي تُقتل بالبسترة: كامبيلوباكتر جيجوني، كوكسييلا بورنيتي، الليستيريا أحادية الخلية، الإشريكية القولونية O157: H7، المتفطرة السُّلية، بكتيريا السل، M. paratuberclous، السالمونيلا spp.، اليرسينيا إنتيروكوليتيكا.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): يشيع استخدام طريقتين مختلفتين للبسترة، HTST و UHT، لقتل مسببات الأمراض المرتبطة بتلف الحليب. (اليسار الائتماني: تعديل عمل مارك هيلاري؛ حق الائتمان: تعديل العمل من قبل كيري سيزيك)

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{1}\)

    1. في الأوتوكلاف، كيف يتم تحقيق درجات حرارة أعلى من الغليان؟
    2. كيف يمكن مقارنة بداية التلف بين الحليب المبستر بـ HTST والحليب المبستر بـ UHT؟
    3. لماذا لا يستخدم الغليان كطريقة تعقيم في بيئة سريرية؟

    التبريد والتجميد

    تمامًا كما أن درجات الحرارة المرتفعة فعالة للتحكم في نمو الميكروبات، فإن تعريض الميكروبات لدرجات حرارة منخفضة يمكن أن يكون أيضًا طريقة سهلة وفعالة للتحكم في الميكروبات، باستثناء المرضى النفسيين، الذين يفضلون درجات الحرارة الباردة (انظر درجة الحرارة والنمو الميكروبي). تحافظ الثلاجات المستخدمة في المطابخ المنزلية أو في المختبر على درجات حرارة تتراوح بين 0 و 7 درجات مئوية، ويثبط نطاق درجات الحرارة هذا عملية التمثيل الغذائي الميكروبي، مما يبطئ نمو الكائنات الحية الدقيقة بشكل كبير ويساعد في الحفاظ على المنتجات المبردة مثل الأطعمة أو المستلزمات الطبية. يمكن الحفاظ على أنواع معينة من الثقافات المختبرية عن طريق التبريد لاستخدامها لاحقًا.

    قد يؤدي التجمد تحت درجة حرارة أقل من -2 درجة مئوية إلى إيقاف نمو الميكروبات وحتى قتل الكائنات الحية الحساسة. وفقًا لوزارة الزراعة الأمريكية (USDA)، فإن الطرق الآمنة الوحيدة لإذابة الأطعمة المجمدة هي في الثلاجة، أو غمرها في الماء البارد الذي يتم تغييره كل 30 دقيقة، أو في الميكروويف، مع الحفاظ على الطعام في درجات حرارة لا تساعد على نمو البكتيريا. 1 بالإضافة إلى ذلك، يمكن إعادة نمو البكتيريا المتوقفة في الأطعمة المذابة، لذلك يجب معالجة الأطعمة المذابة مثل المواد سريعة التلف الطازجة.

    غالبًا ما يتم تجميد الثقافات البكتيرية والعينات الطبية التي تتطلب التخزين أو النقل على المدى الطويل في درجات حرارة منخفضة للغاية تصل إلى -70 درجة مئوية أو أقل. يمكن تحقيق درجات الحرارة المنخفضة للغاية عن طريق تخزين العينات على الثلج الجاف في الفريزر المنخفض للغاية أو في خزانات النيتروجين السائل الخاصة، والتي تحافظ على درجات حرارة أقل من −196 درجة مئوية (الشكل\(\PageIndex{5}\)).

    صورة لشخص يقف أمام ثلاجة كبيرة. صورة لشخص يقف أمام ثلاجة كبيرة.
    الشكل\(\PageIndex{5}\): يمكن تخزين الثقافات والعينات الطبية الأخرى لفترات طويلة في درجات حرارة منخفضة للغاية. (أ) يحافظ الفريزر المنخفض للغاية على درجات حرارة عند أو أقل من -70 درجة مئوية. (ب) يمكن تحقيق درجات حرارة أقل من خلال التجميد والتخزين في النيتروجين السائل. (المرجع: تعديل العمل من قبل «المشاة الخبراء» /فليكر؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل وزارة الزراعة الأمريكية)

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{2}\)

    هل وضع الطعام في الثلاجة يقتل البكتيريا الموجودة على الطعام؟

    الضغط

    يؤدي التعرض للضغط العالي إلى قتل العديد من الميكروبات. في صناعة الأغذية، تُستخدم المعالجة عالية الضغط (وتسمى أيضًا الباسكالينغ) لقتل البكتيريا والخميرة والعفن والطفيليات والفيروسات في الأطعمة مع الحفاظ على جودة الطعام وإطالة مدة الصلاحية. يعد تطبيق الضغط العالي بين 100 و 800 ميجا باسكال (يبلغ الضغط الجوي لمستوى سطح البحر حوالي 0.1 ميجا باسكال) كافيًا لقتل الخلايا النباتية عن طريق تمسخ البروتين، ولكن قد تنجو المسام الداخلية من هذه الضغوط. 2 3

    في البيئات السريرية، يُستخدم العلاج بالأكسجين عالي الضغط أحيانًا لعلاج العدوى. في هذا النوع من العلاج، يتنفس المريض الأكسجين النقي عند ضغط أعلى من الضغط الجوي العادي، عادةً بين 1 و 3 أجواء (atm). يتم تحقيق ذلك عن طريق وضع المريض في غرفة الضغط العالي أو عن طريق توفير الأكسجين المضغوط من خلال أنبوب التنفس. يساعد العلاج بالأكسجين عالي الضغط على زيادة تشبع الأكسجين في الأنسجة التي تعاني من نقص الأكسجين بسبب العدوى والالتهابات. يعزز تركيز الأكسجين المتزايد الاستجابة المناعية للجسم من خلال زيادة أنشطة العدلات والبلاعم وخلايا الدم البيضاء التي تحارب العدوى. تساهم مستويات الأكسجين المتزايدة أيضًا في تكوين الجذور الحرة السامة التي تمنع نمو البكتيريا الحساسة للأكسجين أو البكتيريا اللاهوائية مثل Clostridium perfringens، وهو سبب شائع للغرغرينا الغازية. في حالات عدوى C. perfrengens، يمكن أن يقلل العلاج بالأكسجين عالي الضغط أيضًا من إفراز السم البكتيري الذي يسبب تدمير الأنسجة. يبدو أيضًا أن العلاج بالأكسجين عالي الضغط يعزز فعالية العلاجات بالمضادات الحيوية. لسوء الحظ، تشمل بعض المخاطر النادرة سمية الأكسجين والتأثيرات على الأنسجة الحساسة، مثل العينين والأذن الوسطى والرئتين، والتي قد تتضرر بسبب زيادة ضغط الهواء.

    لا تستخدم المعالجة بالضغط العالي بشكل شائع لتطهير أو تعقيم الفوميت. على الرغم من أن تطبيق الضغط والبخار في الأوتوكلاف فعال لقتل المسام الداخلية، إلا أن درجة الحرارة المرتفعة التي يتم تحقيقها، وليس الضغط المباشر، هي التي تؤدي إلى موت المسام.

    سلسلة من الطعام السيئ

    في يوم الاثنين من ربيع عام 2015، بدأت امرأة من ولاية أوهايو تعاني من عدم وضوح الرؤية وازدواجها وصعوبة البلع وتدلي الجفون. تم نقلها إلى قسم الطوارئ في المستشفى المحلي. خلال الفحص، بدأت تعاني من تشنج البطن والغثيان والشلل وجفاف الفم وضعف عضلات الوجه وصعوبة التحدث والتنفس. بناءً على هذه الأعراض، تم تنشيط مركز قيادة الحوادث بالمستشفى، وتم إخطار مسؤولي الصحة العامة في أوهايو بحالة محتملة من التسمم الغذائي. وفي الوقت نفسه، بدأ مرضى آخرون يعانون من أعراض مشابهة بالظهور في مستشفيات محلية أخرى. بسبب الاشتباه في التسمم الغذائي، تم شحن مضاد السموم بين عشية وضحاها من مركز السيطرة على الأمراض إلى هذه المرافق الطبية، ليتم إعطاؤه للمرضى المصابين. توفي المريض الأول بسبب فشل الجهاز التنفسي نتيجة الشلل، وكان حوالي نصف الضحايا المتبقين بحاجة إلى دخول المستشفى بشكل إضافي بعد تناول مضادات السموم، حيث احتاج اثنان على الأقل إلى أجهزة تنفس للتنفس.

    قام مسؤولو الصحة العامة بالتحقيق في كل حالة وقرروا أن جميع المرضى قد حضروا نفس طعام الكنيسة في اليوم السابق. علاوة على ذلك، قاموا بتتبع مصدر تفشي المرض إلى سلطة البطاطس المصنوعة من البطاطس المعلبة محليًا. على الأرجح، تم تعليب البطاطس باستخدام الماء المغلي، وهي طريقة تسمح لبصيلات كلوستريديوم البوتولينوم بالبقاء على قيد الحياة. ينتج المطثية البوتولينوم توكسين البوتولينوم، وهو سم عصبي غالبًا ما يكون مميتًا بمجرد تناوله. وفقًا لمركز مكافحة الأمراض والوقاية منها (CDC)، كانت حالة أوهايو أكبر تفشي للتسمم الغذائي في الولايات المتحدة منذ ما يقرب من 40 عامًا. 4

    يتطلب قتل جراثيم بكتيريا البوتولينوم درجة حرارة لا تقل عن 116 درجة مئوية (240 درجة فهرنهايت)، وهي أعلى بكثير من درجة غليان الماء. لا يمكن الوصول إلى درجة الحرارة هذه إلا في معلب الضغط، والذي يوصى به للتعليب المنزلي للأطعمة منخفضة الحموضة مثل اللحوم والأسماك والدواجن والخضروات (الشكل\(\PageIndex{6}\)). بالإضافة إلى ذلك، يوصي مركز السيطرة على الأمراض بغلي الأطعمة المعلبة في المنزل لمدة 10 دقائق تقريبًا قبل الاستهلاك. نظرًا لأن توكسين البوتولينوم قابل للتعديل بالحرارة (بمعنى أنه مشوه بالحرارة)، فإن 10 دقائق من الغليان ستجعل أي توكسين البوتولينوم قد يحتوي عليه الطعام غير فعال.

    أ) رسم لصورة المجهر. خلايا صغيرة على شكل قضيب مع دائرة صغيرة واضحة في أحد طرفيها. تظهر أيضًا قضبان بدون دوائر واضحة ودوائر صغيرة خارج القضبان. ب) أوعية تعليب منزلية في وعاء.
    الشكل\(\PageIndex{6}\): (أ) كلوستريديوم البوتولينوم هو العامل المسبب للتسمم. (ب) يوصى باستخدام معلبة ضغط للتعليب المنزلي لأن المسامات الداخلية للكولينوم يمكن أن تتحمل درجات حرارة أعلى من درجة غليان الماء. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل المركز الوطني لحفظ الأغذية المنزلية)
    رابط التعلم

    لمعرفة المزيد حول تقنيات التعليب المنزلي المناسبة، قم بزيارة موقع CDC على الويب.

    الجفاف

    التجفيف، المعروف أيضًا باسم التجفيف أو الجفاف، هو طريقة تم استخدامها منذ آلاف السنين لحفظ الأطعمة مثل الزبيب والخوخ والتشنج. إنه يعمل لأن جميع الخلايا، بما في ذلك الميكروبات، تتطلب الماء لعملية التمثيل الغذائي والبقاء على قيد الحياة. على الرغم من أن التجفيف يتحكم في نمو الميكروبات، إلا أنه قد لا يقتل جميع الميكروبات أو مسامها الداخلية، والتي قد تبدأ في النمو مرة أخرى عندما تكون الظروف أكثر ملاءمة ويتم استعادة محتوى الماء.

    في بعض الحالات، يتم تجفيف الأطعمة في الشمس، بالاعتماد على التبخر لتحقيق الجفاف. التجفيف بالتجميد، أو التجفيد، هو طريقة أخرى للتجفيف يتم فيها تجميد العنصر بسرعة («التجميد السريع») ووضعه تحت المكنسة الكهربائية بحيث يتم فقد الماء بسبب التسامي. تجمع عملية التجفيد بين التعرض لدرجات الحرارة الباردة والجفاف، مما يجعلها فعالة جدًا للتحكم في نمو الميكروبات. بالإضافة إلى ذلك، يسبب التجفيد ضررًا أقل للعنصر مقارنة بالتجفيف التقليدي ويحافظ بشكل أفضل على الصفات الأصلية للعنصر. يمكن تخزين المواد المجففة بالتجميد في درجة حرارة الغرفة إذا تم تعبئتها بشكل مناسب لمنع اكتساب الرطوبة. يستخدم التجفيد للحفظ في صناعة الأغذية ويستخدم أيضًا في المختبر لتخزين ونقل الثقافات الميكروبية على المدى الطويل.

    يمكن خفض محتوى الماء في الأطعمة والمواد، والتي تسمى النشاط المائي، دون تجفيف مادي عن طريق إضافة المواد المذابة مثل الأملاح أو السكريات. عند التركيزات العالية جدًا من الأملاح أو السكريات، تقل كمية المياه المتاحة في الخلايا الميكروبية بشكل كبير لأن الماء سيتم سحبه من منطقة ذات تركيز مذاب منخفض (داخل الخلية) إلى منطقة ذات تركيز مذاب عالي (خارج الخلية) (الشكل\(\PageIndex{7}\)). العديد من الكائنات الحية الدقيقة لا تنجو من ظروف الضغط الاسموزي العالي. العسل، على سبيل المثال، يحتوي على 80٪ من السكروز، وهي بيئة لا يستطيع فيها سوى عدد قليل جدًا من الكائنات الحية الدقيقة النمو، مما يلغي الحاجة إلى التبريد. كانت اللحوم والأسماك المملحة، مثل لحم الخنزير وسمك القد، على التوالي، من الأطعمة ذات الأهمية البالغة قبل عصر التبريد. تم حفظ الفواكه عن طريق إضافة السكر وصنع المربى والجيلي. ومع ذلك، تميل بعض الميكروبات، مثل العفن والخمائر، إلى أن تكون أكثر تحملاً للجفاف والضغوط التناضحية العالية، وبالتالي قد لا تزال تلوث هذه الأنواع من الأطعمة.

    أ) رسم يوضح الماء الخارج من الخلية والخلية تذبل. ب) صور الزبيب ولحم البقر المقدد والأسماك المملحة والمربى.
    الشكل\(\PageIndex{7}\): (أ) تؤدي إضافة مادة مذابة إلى خلق بيئة شديدة التوتر، مما يؤدي إلى سحب الماء من الخلايا. (ب) يمكن تجفيف بعض الأطعمة مباشرة، مثل الزبيب والمتشنج. يتم تجفيف الأطعمة الأخرى بإضافة الملح، كما هو الحال في الأسماك المملحة، أو السكر، كما هو الحال في المربى. (المصدر: تعديل عمل لـ «بروس بلاوس» /ويكيميديا كومنز؛ نسب التقدير: تعديل عمل لكريستيان شنيتلكر؛ الائتمان المتشنج: تعديل عمل لاري جاكوبسن؛ الأسماك المملحة الائتمانية: تعديل العمل من قبل «المصور» /ويكيميديا كومنز؛ ازدحام الائتمان: تعديل عمل كيم بيكر )

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{3}\)

    كيف تؤثر إضافة الملح أو السكر إلى الطعام على نشاطه المائي؟

    الإشعاع

    يمكن استخدام الإشعاع بأشكال مختلفة، من الإشعاع عالي الطاقة إلى ضوء الشمس، لقتل الميكروبات أو منع نموها. يشمل الإشعاع المؤين الأشعة السينية وأشعة جاما وأشعة الإلكترون عالية الطاقة. الإشعاع المؤين قوي بما يكفي لتمريره إلى الخلية، حيث يغير الهياكل الجزيئية ويتلف مكونات الخلية. على سبيل المثال، يؤدي الإشعاع المؤين إلى حدوث فواصل مزدوجة في جزيئات الحمض النووي. قد يتسبب هذا بشكل مباشر في حدوث طفرات الحمض النووي، أو قد تحدث طفرات عندما تحاول الخلية إصلاح تلف الحمض النووي. وعندما تتراكم هذه الطفرات، فإنها تؤدي في النهاية إلى موت الخلايا.

    تخترق كل من الأشعة السينية وأشعة جاما الورق والبلاستيك بسهولة وبالتالي يمكن استخدامها لتعقيم العديد من المواد المعبأة. في المختبر، يشيع استخدام الإشعاع المؤين لتعقيم المواد التي لا يمكن تعقيمها، مثل أطباق بيتري البلاستيكية وحلقات التلقيح البلاستيكية التي تستخدم لمرة واحدة. للاستخدام السريري، يتم استخدام الإشعاع المؤين لتعقيم القفازات والأنابيب الوريدية وغيرها من مواد اللاتكس والبلاستيك المستخدمة لرعاية المرضى. يستخدم الإشعاع المؤين أيضًا لتعقيم أنواع أخرى من المواد الحساسة للحرارة المستخدمة سريريًا، بما في ذلك الأنسجة المستخدمة في الزرع والأدوية الصيدلانية والمعدات الطبية.

    في أوروبا، يتم استخدام أشعة جاما لحفظ الطعام على نطاق واسع، على الرغم من بطء اكتشافها في الولايات المتحدة (انظر مربع الاتصالات الدقيقة حول هذا الموضوع). غالبًا ما تكون التوابل المجففة المعبأة أيضًا مشععة بأشعة جاما. نظرًا لقدرتها على اختراق الورق والبلاستيك والألواح الرقيقة من الخشب والمعدن والأنسجة، يجب توخي الحذر الشديد عند استخدام الأشعة السينية وأشعة جاما. لا يمكن لهذه الأنواع من الإشعاع المؤين اختراق طبقات سميكة من الحديد أو الرصاص، لذلك تستخدم هذه المعادن بشكل شائع لحماية البشر الذين قد يتعرضون لها.

    يشيع استخدام نوع آخر من الإشعاع، وهو الإشعاع غير المؤين، للتعقيم ويستخدم طاقة أقل من الإشعاع المؤين. لا تخترق الخلايا أو العبوات. يعد ضوء الأشعة فوق البنفسجية (UV) أحد الأمثلة على ذلك؛ فهو يتسبب في تكوين مخفتات الثايمين بين الثايمين المتجاورة داخل خيط واحد من الحمض النووي (الشكل\(\PageIndex{8}\)). عندما يصادف بوليميراز الحمض النووي ديمر الثيامين، فإنه لا يشتمل دائمًا على النيوكليوتيدات التكميلية المناسبة (الأدينين)، وهذا يؤدي إلى تكوين طفرات يمكنها في النهاية قتل الكائنات الحية الدقيقة.

    يمكن استخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية بشكل فعال من قبل كل من المستهلكين وموظفي المختبرات للتحكم في نمو الميكروبات. يتم الآن دمج مصابيح الأشعة فوق البنفسجية بشكل شائع في أنظمة تنقية المياه لاستخدامها في المنازل. بالإضافة إلى ذلك، يشيع استخدام مصابيح الأشعة فوق البنفسجية المحمولة الصغيرة من قبل المخيمين لتنقية المياه من البيئات الطبيعية قبل الشرب. تُستخدم مصابيح مبيدات الجراثيم أيضًا في الأجنحة الجراحية وخزانات السلامة البيولوجية وأغطية النقل، وعادة ما تنبعث منها ضوء الأشعة فوق البنفسجية بطول موجة 260 نانومتر. نظرًا لأن ضوء الأشعة فوق البنفسجية لا يخترق الأسطح ولن يمر عبر البلاستيك أو الزجاج، يجب أن تتعرض الخلايا مباشرة لمصدر الضوء.

    يحتوي ضوء الشمس على طيف واسع جدًا يشمل الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. في بعض الحالات، يمكن أن يكون ضوء الشمس فعالًا ضد بكتيريا معينة بسبب تكوين مخففات الثيامين بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية وإنتاج منتجات الأكسجين التفاعلية المستحثة بكميات منخفضة بسبب التعرض للضوء المرئي.

    أ) مقطع مزدوج من الحمض النووي يُظهر الروابط الهيدروجينية المناسبة بين A/T و C/G على جانبي الشريط المزدوج. ومع ذلك، فإن 2 حرف T الموجود على نفس الخيط مرتبط ببعضهما البعض بدلاً من حرف A المقابل لهما. هذه الرابطة بين قطعتي 2 T تسمى ثيمين ديمر. ب) صورة لغطاء المختبر مع الضوء الأزرق.
    الشكل\(\PageIndex{8}\): (أ) تتسبب الأشعة فوق البنفسجية في تكوين ثنائيات الثيامين في الحمض النووي، مما يؤدي إلى طفرات قاتلة في الميكروبات المكشوفة. (ب) يشيع استخدام مصابيح مبيدات الجراثيم التي تنبعث منها الأشعة فوق البنفسجية في المختبر لتعقيم المعدات.

    التمارين\(\PageIndex{4}\)

    1. ما ميزتان للإشعاع المؤين كطريقة للتعقيم؟
    2. كيف تقارن فعالية الإشعاع المؤين بالإشعاع غير المؤين؟

    الطعام المشعع: هل ستأكل ذلك؟

    من بين جميع الطرق لمنع تلف الطعام والأمراض المنقولة بالغذاء، قد يكون إشعاع جاما هو الأكثر إزعاجًا. على الرغم من أن أشعة جاما هي طريقة مجربة للتخلص من الميكروبات الضارة المحتملة من الطعام، إلا أن الجمهور لم يشتريها بعد. ومع ذلك، فإن معظم مخاوفهم تنبع من المعلومات الخاطئة والفهم الضعيف للمبادئ الأساسية للإشعاع.

    الطريقة الأكثر شيوعًا للإشعاع هي تعريض الطعام للكوبالت-60 أو السيزيوم 137 عن طريق تمريره عبر غرفة الإشعاع على حزام ناقل. لا يتصل الطعام مباشرة بالمواد المشعة ولا يصبح مشعًا بحد ذاته. وبالتالي، لا يوجد خطر التعرض للمواد المشعة من خلال تناول الأطعمة المشععة بأشعة جاما. بالإضافة إلى ذلك، لا تتغير الأطعمة المشععة بشكل كبير من حيث الجودة الغذائية، بصرف النظر عن فقدان بعض الفيتامينات، والذي يتفاقم أيضًا بسبب التخزين الموسع. قد تحدث تغيرات في المذاق أو الرائحة في الأطعمة المشععة ذات المحتوى العالي من الدهون، مثل اللحوم الدهنية ومنتجات الألبان، ولكن يمكن تقليل هذا التأثير باستخدام جرعات أقل من الإشعاع في درجات الحرارة الباردة.

    في الولايات المتحدة، اعتبرت مراكز مكافحة الأمراض والوقاية منها (CDC) ووكالة حماية البيئة (EPA) وإدارة الغذاء والدواء (FDA) أن التشعيع آمن وفعال لأنواع مختلفة من اللحوم والدواجن والمحار والفواكه والخضروات الطازجة والبيض مع القشور والتوابل والتوابل. كما تمت الموافقة على استخدام أشعة جاما للأغذية في العديد من البلدان الأخرى، بما في ذلك فرنسا وهولندا والبرتغال وإسرائيل وروسيا والصين وتايلاند وبلجيكا وأستراليا وجنوب إفريقيا. للمساعدة في تخفيف مخاوف المستهلكين والمساعدة في جهود التعليم، يتم الآن تصنيف الأطعمة المشععة بوضوح وتمييزها برمز التشعيع الدولي، المسمى «الرادورا» (الشكل\(\PageIndex{9}\)). يبدو أن قبول المستهلك آخذ في الارتفاع، كما تشير إلى ذلك العديد من الدراسات الحديثة.

    أ) الخوخ على الحزام الناقل. ب) رمز أشعة جاما. زهرة منمقة (دائرة فوق شكلين من الأوراق) داخل دائرة بها 4 خطوط واضحة تمر عبر الدائرة بالقرب من القمة.
    الشكل\(\PageIndex{9}\): (أ) تتعرض الأطعمة لإشعاع جاما بالمرور على الحزام الناقل عبر غرفة الإشعاع. (ب) يجب وضع علامات واضحة على الأطعمة المشععة بأشعة جاما وعرض رمز التشعيع، المعروف باسم «الرادورا». (الائتمان أ، ب: تعديل العمل من قبل وزارة الزراعة الأمريكية)

    سونيكيشن

    يُطلق على استخدام الموجات فوق الصوتية عالية التردد لتعطيل هياكل الخلايا اسم الصوت. يؤدي تطبيق الموجات فوق الصوتية إلى تغيرات سريعة في الضغط داخل السائل داخل الخلايا؛ وهذا يؤدي إلى التجويف وتشكيل فقاعات داخل الخلية، مما قد يعطل هياكل الخلية ويؤدي في النهاية إلى تحلل الخلية أو انهيارها. يُعد العلاج الصوتي مفيدًا في المختبر في مسح الخلايا الدقيقة بكفاءة لإطلاق محتوياتها لمزيد من البحث؛ خارج المختبر، يتم استخدام الصوت لتنظيف الأدوات الجراحية والعدسات ومجموعة متنوعة من الأشياء الأخرى مثل العملات المعدنية والأدوات والآلات الموسيقية.

    ترشيح

    الترشيح هو طريقة لفصل الميكروبات جسديًا عن العينات. يتم ترشيح الهواء بشكل شائع من خلال مرشحات الهواء الجسيمي عالية الكفاءة (HEPA) (الشكل\(\PageIndex{10}\)). تتميز فلاتر HEPA بأحجام مسام فعالة تبلغ 0.3 ميكرومتر، وهي صغيرة بما يكفي لالتقاط الخلايا البكتيرية والمسام الداخلية والعديد من الفيروسات، حيث يمر الهواء عبر هذه الفلاتر، مما يؤدي إلى تعقيم الهواء تقريبًا على الجانب الآخر من الفلتر. تحتوي فلاتر HEPA على مجموعة متنوعة من التطبيقات وتستخدم على نطاق واسع في البيئات السريرية، وفي السيارات والطائرات، وحتى في المنزل. على سبيل المثال، يمكن العثور عليها في المكانس الكهربائية وأنظمة التدفئة وتكييف الهواء وأجهزة تنقية الهواء.

    أ) مربع كبير مع مركز أبيض. ب) رسم تخطيطي للمرشح يوضح أن المركز الأبيض مصنوع من ورقة متواصلة من وسيط المرشح مفصولة بفواصل من الألومنيوم. رسم تخطيطي يوضح ورقة التصفية للألياف المرتبة عشوائيًا. يتم الاعتراض (<100 نانومتر) عندما يصطدم الجسيم بألياف. يحدث التأثير (1um) عندما يصبح الجسيم مثبتًا بين الألياف. يحدث الانتشار (<0.01) عندما يتحرك الجسيم بين الألياف." style="width: 866px; height: 391px;" width="866px" height="391px" src="https://bio.libretexts.org/@api/deki...13_02_HEPA.jpg">
    الشكل\(\PageIndex{10}\): (أ) تعمل فلاتر HEPA مثل هذه على إزالة الميكروبات والمسام الداخلية والفيروسات أثناء تدفق الهواء عبرها. (ب) رسم تخطيطي لمرشح HEPA. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل CSIRO؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل «LadyOfHats» /ماريانا رويز فيلاريال)

    خزانات السلامة البيولوجية

    تعتبر خزانات السلامة البيولوجية مثالًا جيدًا على استخدام فلاتر HEPA. تُستخدم فلاتر HEPA في خزانات السلامة البيولوجية (BSCs) لإزالة الجسيمات في الهواء إما عند دخول الخزانة (مدخل الهواء) أو مغادرة الخزانة (عادم الهواء) أو معالجة كل من المدخل والعادم. استخدام مرشح HEPA لسحب الهواء يمنع الملوثات البيئية من دخول BSC، مما يخلق منطقة نظيفة للتعامل مع المواد البيولوجية. استخدام فلتر HEPA لعادم الهواء يمنع مسببات الأمراض المختبرية من تلويث المختبر، وبالتالي الحفاظ على منطقة عمل آمنة لموظفي المختبر.

    هناك ثلاث فئات من BSCs: الأولى والثانية والثالثة. تم تصميم كل فئة لتوفير مستوى مختلف من الحماية لموظفي المختبرات والبيئة؛ تم تصميم BSC II و III أيضًا لحماية المواد أو الأجهزة في الخزانة. \(\PageIndex{1}\)يلخص الجدول مستوى الأمان الذي توفره كل فئة من فئات BSC لكل BSL.

    الجدول\(\PageIndex{1}\): المخاطر البيولوجية وBSCs
    تقييم المخاطر البيولوجية فئة البكالوريوس حماية الموظفين حماية البيئة حماية المنتج
    الكرة 1، الكرة -2، الكرة 3 أنا نعم نعم لا
    الكرة 1، الكرة -2، الكرة 3 ثانيا نعم نعم نعم
    الكرة 4 III؛ II عند استخدامها في غرفة البدلة مع البدلة نعم نعم نعم

    تحمي BSCs من الفئة الأولى عمال المختبرات والبيئة من مخاطر منخفضة إلى متوسطة للتعرض للعوامل البيولوجية المستخدمة في المختبر. يتم سحب الهواء إلى الخزانة ثم تصفيته قبل الخروج من خلال نظام العادم في المبنى. تستخدم BSCs من الفئة الثانية تدفق الهواء الاتجاهي وأنظمة الحاجز الجزئي لاحتواء العوامل المعدية. تم تصميم BSCs من الفئة الثالثة للعمل مع العوامل شديدة العدوى مثل تلك المستخدمة في مختبرات BSL-4. إنها مانعة لتسرب الغاز، ويجب تمرير المواد التي تدخل الخزانة أو تخرج منها من خلال نظام مزدوج الباب، مما يسمح بإزالة التلوث من المساحة المتداخلة بين الاستخدامات. يتم تمرير كل الهواء من خلال مرشح أو اثنين من فلاتر HEPA ونظام حرق الهواء قبل استنفاده مباشرة إلى الهواء الطلق (وليس من خلال نظام العادم في المبنى). يمكن للموظفين معالجة المواد داخل خزانة الفئة الثالثة باستخدام قفازات مطاطية طويلة محكمة الغلق على الخزانة.

    رابط التعلم

    يوضح هذا الفيديو كيفية تصميم BSCs ويشرح كيفية حمايتها للأفراد والبيئة والمنتج.

    الترشيح في المستشفيات

    تُستخدم فلاتر HEPA أيضًا بشكل شائع في المستشفيات والأجنحة الجراحية لمنع التلوث وانتشار الميكروبات المحمولة جواً من خلال أنظمة التهوية. قد يتم تصميم أنظمة فلترة HEPA للمباني بأكملها أو للغرف الفردية. على سبيل المثال، قد تتطلب وحدات الحروق أو غرف العمليات أو وحدات العزل أنظمة خاصة لترشيح HEPA لإزالة مسببات الأمراض الانتهازية من البيئة لأن المرضى في هذه الغرف معرضون بشكل خاص للعدوى.

    فلاتر غشائية

    يمكن أيضًا استخدام الترشيح لإزالة الميكروبات من العينات السائلة باستخدام الترشيح الغشائي. تعمل المرشحات الغشائية للسوائل بشكل مشابه لفلاتر HEPA للهواء. عادةً ما يكون للمرشحات الغشائية المستخدمة لإزالة البكتيريا حجم مسام فعال يبلغ 0.2 ميكرومتر، وهو أصغر من متوسط حجم البكتيريا (1 ميكرومتر)، ولكن المرشحات ذات أحجام المسام الأصغر متاحة لتلبية احتياجات أكثر تحديدًا. يعتبر الترشيح الغشائي مفيدًا لإزالة البكتيريا من أنواع مختلفة من المحاليل الحساسة للحرارة المستخدمة في المختبر، مثل محاليل المضادات الحيوية ومحاليل الفيتامينات. يمكن أيضًا تعقيم كميات كبيرة من وسائط الثقافة بدلاً من تعقيمها لحماية المكونات الحساسة للحرارة. في كثير من الأحيان عند تصفية الأحجام الصغيرة، يتم استخدام مرشحات الحقن، ولكن عادة ما تستخدم المرشحات الفراغية لتصفية الأحجام الكبيرة (الشكل\(\PageIndex{11}\)).

    أ) صورة لغرفتين يفصل بينهما مرشح؛ يمتد الأنبوب من أسفل الفلتر إلى الجهاز. ب) صورة حقنة بفلتر في نهايتها.
    الشكل\(\PageIndex{11}\): تأتي الفلاتر الغشائية بأحجام متنوعة، اعتمادًا على حجم المحلول الذي تتم تصفيته. (أ) يتم تصفية الأحجام الكبيرة في وحدات مثل هذه. يتم سحب المحلول من خلال الفلتر عن طريق توصيل الوحدة بالمكنسة الكهربائية. (ب) غالبًا ما تتم تصفية الأحجام الصغيرة باستخدام مرشحات المحاقن، وهي وحدات توضع في نهاية الحقنة. في هذه الحالة، يتم دفع المحلول من خلال الضغط على مكبس الحقنة. (الائتمان أ، ب: تعديل العمل من قبل بريان فورستر)

    التمارين\(\PageIndex{5}\)

    1. هل من المحتمل أن يؤدي الترشيح الغشائي بفلتر 0.2 ميكرومتر إلى إزالة الفيروسات من المحلول؟ اشرح.
    2. اذكر اثنين على الأقل من الاستخدامات الشائعة لترشيح HEPA في البيئات السريرية أو المعملية.

    \(\PageIndex{13}\)يلخص الشكل\(\PageIndex{12}\) والشكل طرق التحكم المادية التي تمت مناقشتها في هذا القسم.

    جدول بعنوان طرق التحكم المادية؛ 4 أعمدة - الطريقة والشروط وطريقة العمل وأمثلة الاستخدام. المجموعات هي: الحرارة والبرودة والضغط والتجفيف والإشعاع والصوت والترشيح. الحرارة. الغليان، 100 درجة مئوية عند مستوى سطح البحر، يغير البروتينات ويغير الأغشية؛ استخدم الطهي والاستخدام الشخصي وإعداد وسائط مختبرية معينة. فرن يعمل بالحرارة الجافة، 170 درجة مئوية لمدة ساعتين، يغير البروتينات ويغير الأغشية والجفاف والجفاف؛ يستخدم تعقيم المعدات الطبية والمخبرية والأواني الزجاجية المستقرة للحرارة. الحرق، التعرض للهب، التدمير بالحرق، الحلقة المشتعلة، المحرقة الدقيقة. الأوتوكلاف، الإعدادات النموذجية: 121 درجة مئوية لمدة 15-40 دقيقة عند 15 رطل/بوصة مربعة، يغير البروتينات ويغير الأغشية، تعقيم الوسائط الميكروبيولوجية، المعدات الطبية والمخبرية المستقرة للحرارة، وغيرها من المواد المستقرة للحرارة. البسترة، 72 درجة مئوية لمدة 15 ثانية (HTST) أو 138 درجة مئوية لمدة ≥ 2 ثانية (UHT)، تشوه البروتينات وتغير الأغشية، تمنع تلف الحليب وعصير التفاح والعسل والسوائل الأخرى القابلة للابتلاع. باردة. التبريد، من 0 درجة مئوية إلى 7 درجات مئوية، يمنع عملية التمثيل الغذائي (يبطئ أو يوقف انقسام الخلايا)، حفظ المواد الغذائية أو المختبرية (المحاليل، الثقافات). التجميد، أقل من -2 درجة مئوية، يوقف عملية التمثيل الغذائي، قد يقتل الميكروبات، تخزين الطعام على المدى الطويل، المزارع المختبرية، أو العينات الطبية. الضغط. المعالجة بالضغط العالي، التعرض لضغوط تتراوح من 100 إلى 800 ميجا باسكال، تؤدي إلى تغيير طبيعة البروتينات ويمكن أن تسبب تحلل الخلايا. الحفاظ على الطعام، العلاج بالأكسجين الهيبرباري. استنشاق الأكسجين النقي عند ضغط 1-3 atm، يمنع التمثيل الغذائي ونمو الميكروبات اللاهوائية، علاج بعض أنواع العدوى (مثل الغرغرينا الغازية). الجفاف. التجفيف البسيط، التجفيف، يمنع التمثيل الغذائي، الفواكه المجففة، المتشنج. يقلل من نشاط الماء، إضافة الملح أو الماء يمنع عملية التمثيل الغذائي ويمكن أن يسبب التحلل واللحوم المملحة والأسماك والعسل والمربى والهلام. التجفيد، التجميد السريع تحت الفراغ، يمنع التمثيل الغذائي، الحفاظ على الغذاء، المزروعات المختبرية، أو الكواشف. الإشعاع. الإشعاع المؤين، التعرض للأشعة السينية أو أشعة جاما، يغير الهياكل الجزيئية، يدخل فواصل مزدوجة في الحمض النووي، تعقيم التوابل والمواد المختبرية والطبية الحساسة للحرارة؛ يستخدم لتعقيم الطعام في أوروبا ولكنه غير مقبول على نطاق واسع في الولايات المتحدة. الإشعاع غير المؤين، التعرض للأشعة فوق البنفسجية، يدخل مخففات الثايمين، مما يؤدي إلى حدوث طفرات، التعقيم السطحي للمواد المختبرية، تنقية المياه. يعمل الصوت والتعرض للموجات فوق الصوتية والتجويف (تكوين مساحة فارغة) على تعطيل الخلايا وتحطيمها والبحث المختبري لتحليل الخلايا وتنظيف المجوهرات والعدسات والمعدات. الفلترة. ترشيح HEPA، استخدام فلتر HEPA بحجم مسام 0.3 ميكرومتر يزيل فعليًا الميكروبات من الهواء، وخزانات السلامة البيولوجية للمختبرات، وغرف العمليات، ووحدات العزل، وأنظمة التدفئة وتكييف الهواء، والمكانس الكهربائية. الترشيح الغشائي استخدام مرشح الغشاء بحجم 0.2 ميكرومتر أو أصغر، ويزيل الميكروبات فعليًا من المحاليل السائلة، ويزيل البكتيريا من المحاليل الحساسة للحرارة مثل الفيتامينات والمضادات الحيوية والوسائط ذات المكونات الحساسة للحرارة.
    الشكل\(\PageIndex{12}\): طرق التحكم الفيزيائية
    راجع النص البديل للشكل السابق. هذا الشكل هو استمرار لشكل مكون من جزأين، تم وصف محتوياته بالكامل في النص البديل للشكل السابق.
    الشكل\(\PageIndex{13}\): طرق التحكم الفيزيائية (تابع)

    المفاهيم الأساسية والملخص

    • الحرارة هي طريقة مستخدمة على نطاق واسع وفعالة للغاية للتحكم في نمو الميكروبات.
    • تُستخدم بروتوكولات التعقيم بالحرارة الجافة بشكل شائع في تقنيات التعقيم في المختبر. ومع ذلك، عادةً ما يكون التعقيم بالحرارة الرطبة هو البروتوكول الأكثر فعالية لأنه يخترق الخلايا بشكل أفضل من الحرارة الجافة.
    • تستخدم البسترة لقتل مسببات الأمراض وتقليل عدد الميكروبات التي تسبب تلف الطعام. يشيع استخدام البسترة ذات درجة الحرارة العالية والقصيرة لبسترة الحليب الذي سيتم تبريده؛ يمكن استخدام البسترة بدرجة حرارة عالية لبسترة الحليب لتخزينه على المدى الطويل دون تبريد.
    • يؤدي التبريد إلى إبطاء نمو الميكروبات؛ فالتجميد يوقف النمو ويقتل بعض الكائنات الحية. يمكن تجميد العينات المختبرية والطبية على الثلج الجاف أو في درجات حرارة منخفضة للغاية للتخزين والنقل.
    • يمكن استخدام المعالجة عالية الضغط لقتل الميكروبات في الطعام. كما تم استخدام العلاج بالأكسجين عالي الضغط لزيادة تشبع الأكسجين لعلاج بعض أنواع العدوى.
    • يستخدم التجفيف منذ فترة طويلة للحفاظ على الأطعمة ويتم تسريعه من خلال إضافة الملح أو السكر، مما يقلل من نشاط الماء في الأطعمة.
    • تجمع عملية التجفيد بين التعرض للبرد والجفاف لتخزين الأطعمة والمواد المختبرية على المدى الطويل، ولكن الميكروبات تبقى ويمكن إعادة ترطيبها.
    • يعتبر الإشعاع المؤين، بما في ذلك أشعة جاما، طريقة فعالة لتعقيم المواد الحساسة للحرارة والمعبأة. الإشعاع غير المؤين، مثل الأشعة فوق البنفسجية، غير قادر على اختراق الأسطح ولكنه مفيد لتعقيم الأسطح.
    • يستخدم ترشيح HEPA بشكل شائع في أنظمة تهوية المستشفيات وخزانات السلامة البيولوجية في المختبرات لمنع انتقال الميكروبات المحمولة جواً. يشيع استخدام الترشيح الغشائي لإزالة البكتيريا من المحاليل الحساسة للحرارة.

    الحواشي

    1. 1 وزارة الزراعة الأمريكية. «التجميد وسلامة الغذاء». 2013. http://www.fsis.usda.gov/wps/portal/...afety/CT_Index. تم الوصول إليه في 8 يونيو 2016.
    2. 2 سي فيرستل. «المعالجة بالضغط العالي: رؤى حول التكنولوجيا والمتطلبات التنظيمية.» غذاء للفكر/الورق الأبيض. مجلد السلسلة 10. ليفرمور، كاليفورنيا: مختبر الغذاء الوطني؛ يوليو 2013.
    3. 3 إدارة الغذاء والدواء الأمريكية. «حركية التعطيل الميكروبي لتقنيات معالجة الأغذية البديلة: المعالجة بالضغط العالي». 2000. www.fda.gov/food/FoodSciencer... /ucm101456. htm. تم الوصول إليه في 19 يوليو 2016.
    4. 4 سي إل مكارتي وآخرون. «اندلاع كبير للتسمم الوشيقي المرتبط بوجبة طعام الكنيسة في أوهايو، 2015". التقرير الأسبوعي للمراضة والوفيات 64، رقم 29 (2015): 802-803.
    5. 5 صباحًا جونسون وآخرون. «قبول المستهلك لحوم الدواجن الجاهزة للأكل والمشعة بشعاع إلكتروني.» حفظ تجهيز الأغذية، 28 رقم 4 (2004): 302-319.