Публикации

Анализ публикаций об эффективности обеззараживания воздуха и поверхностей импульсными ксеноновыми лампами.

Публикации
Обеззараживание ультрафиолетовым (УФ) излучением более пятидесяти лет является общепризнанным физическим методом с высокой эффективностью [1, 2, 17].

В настоящее время наибольшее распространение для обеззараживания воздуха и поверхностей получили системы на основе ртутных ламп низкого давления, в том числе, амальгамных. Механизмы обеззараживания излучением этих систем достаточно хорошо изучены и описаны в справочной и научной литературе.

В последнее время появились предложения использовать для обеззараживания импульсные ксеноновые лампы с пиковой мощностью импульса излучения 5-10 МВт [3-7], в спектре излучения которых содержится значительная доля УФ излучения. Рассмотрим бактерицидную обработку воздуха и поверхностей импульсным излучением ксеноновых ламп со сплошным спектром в сравнении с традиционной обработкой постоянным УФ излучением на одной длине волны 254 нм с применением бактерицидных амальгамных и ртутных ламп низкого давления.

Поскольку пиковая мощность импульса излучения ксеноновой лампы существенно выше, чем мощность ртутных и амальгамных ламп, то возникает естественный вопрос, есть ли различия при бактерицидной обработке сред УФ излучением такой импульсной лампы и обычных ртутных ламп.

Вопрос об отличиях воздействия импульсного излучения по сравнению с непрерывным был достаточно хорошо исследован в Европе и Америке. К настоящему времени установлено, что импульсное излучение обладает бактерицидным действием, и что механизм его воздействия на микроорганизмы зависит от пиковой плотности мощности УФ излучения. Согласно полученным данным [3,4], механизм дезинфекции импульсным излучением имеет две составляющих: одна из них — общеизвестное воздействие бактерицидным УФ излучением 200-300 нм на ДНК (РНК) микроорганизмов, которое работает всегда, другая — разрушение микроорганизма в результате его перегрева при поглощении всего УФ излучения. При интенсивности импульса УФ излучения в спектральных диапазонах A, B, C (200-400 нм) выше 1-3 кВт/см2 происходит перегрев микроорганизмов и их термическое разрушение, поскольку скорость подвода лучистой энергии превышает скорость сброса тепловой энергии микроорганизмом в окружающую среду [3,4]. В этих же работах [3,4] экспериментально показано, что излучение из видимой и ИК областей спектра не вносит существенного вклада в нагрев микроорганизмов.

Ряд производителей оборудования на основе импульсных ксеноновых ламп ясно понимает условия и границы, когда проявляются оба механизма обеззараживания [3-6]. Так, даже если импульсная ксеноновая лампа с КПД 100% обеспечивает пиковую мощность УФ излучения в диапазоне 200-400 нм около 10 МВт и представляет собой линейный источник длиной около 50 см, то критическая мощность 1 кВт/см2 будет достигнута на границах цилиндрической поверхности с радиусом не более 30 см (для этой оценки взяты запредельные параметры импульса излучения). Поэтому они применяют импульсные ксеноновые лампы для обработки поверхностей в закрытых боксах, на конвейере и т.д., когда расстояние до объекта обеззараживания мало и четко контролируется [6]. Только в этих условиях проявляются преимущества импульсных ксеноновых ламп. Это прежде всего: а) безртутность, например, принципиальная недопустимость в любой аварийной ситуации попадания следов ртути в объем или на поверхность образца (космические аппараты, микроэлектроника); б) возможность обеззараживания за счет термического перегрева излучением 300-400 нм образцов, находящихся под пленкой, не пропускающей излучение с длиной волны 200-300 нм.

В последние годы появились разработчики и производители [7-14, 18], которые заявляют и пропагандируют некоторые особые свойства систем на основе импульсных ксеноновых ламп применительно к задачам обеззараживания воздуха и поверхностей в помещениях медицинских учреждений, где необходимо обеззараживать воздух и поверхности на расстояниях 1-2 м и более от УФ источника, и где вышеуказанный термический механизм заведомо не будет проявляться.

Они утверждают, что обеззараживание воздуха и поверхностей в условиях ЛПУ с помощью импульсных ксеноновых ламп (одноламповые системы типа «Альфа-01» производства «НПП Мелитта», системы «Yanex”) достигается гораздо меньшими УФ дозами, нежели в случае традиционных ртутных ламп [7-14, 18]. В этих статьях заявлено: «Высокая интенсивность бактерицидного излучения импульсных ксеноновых ламп позволяет практически не ограниченно расширить радиус действия импульсных установок. С помощью импульсных УФ установок можно обеззараживать помещения больших объемов», «Многократное снижение бактерицидных доз, высокая мощность позволяют проводить обработку помещений за короткий срок».

Мы утверждаем, что наличие эффекта «малых импульсных УФ доз» для условий обеззараживания воздуха и поверхностей в ЛПУ не является экспериментально доказанным.

Мы проанализировали публикации этой группы исследователей и разработчиков. Несмотря на обилие публикаций общего характера, пропагандирующих системы с импульсными ксеноновыми лампами, нам удалось обнаружить только одну экспериментальную работу [12], в которой более или менее полно представлены одновременно электротехнические, светотехнические и микробиологические данные и методическое описание экспериментов.

Несмотря на тщательность микробиологических исследований, проведение и трактовка электрофизических и оптических измерений вызывают большие сомнения, хотя именно на их основе построена идея «особо низких доз для импульсного ксенона».
1. Авторы [12] на примере экспериментов на установке "Yanex-2" (импульсная ксеноновая лампа) заявляют, что "полученные пороговые бактерицидные дозы значительно ниже аналогичных значений для ртутных бактерицидных облучателей, что позволяет значительно сократить время проведения дезинфекционных процедур мероприятий". Этот вывод не соответствует их собственным экспериментальным данным [12]: достигнутые снижения контаминации по St. Aureus при дозе 336 Дж/м2 составляют 7,3-7,1 lg, а рассчитанная по этим данным доза для обеззараживания на 90% составит 46,7 Дж/м2, что полностью соответствуют справочным дозам для стандартных ртутных облучателей с длиной волны 254 нм (49 Дж/м2 [16], 19–66 Дж/м2 [17]).

2. Радиационные характеристики импульса УФ излучения в [12] контролировались фотоприемником UV Sensor “TOCON-probe”. Однако, согласно данным производителя «SGLUX», серийные приборы этого типа не предназначены для измерения коротких импульсов излучения с длительностью на полувысоте 120 мкс, как в [12] (серийные приборы этого типа являются «медленными»: время нарастания сигнала (10-90%) составляет 0,058-0,18 с). Применение такого типа приборов для измерений коротких импульсов излучения требует существенной модернизации фотоприемника и применения высокоскоростной схемы регистрации, о чем в [12] не сказано ни слова (в общем случае для качественного измерения импульсного УФ излучения применяют высокоскоростные фотоэлектронные умножители). Кроме того, чувствительность регистратора UV Sensor “TOCON-probe” сильно зависит от угла падения излучения и снижается на порядок при угле 45○. Однако оптическая схема измерений не представлена. На наш взгляд, столь легковесное отношение к измерениям характеристик импульсных УФ источников высокой мощности может приводить к существенным ошибкам и, в частности, к существенному занижению измеряемых УФ доз.

3. Спектры излучения для используемых ксеноновых ламп в разных работах приводятся разные, например, в статьях [11, 12, 18], что делает неясным, какие конкретно лампы применяются. (Производители импульсных ксеноновых ламп для установок "Альфа-01" и "Yanex-2" неизвестны!)

Исходя из вышеизложенного, рассуждения об «особости» обеззараживания различных микроорганизмов в зависимости от спектрального состава УФ излучения импульсной ксеноновой лампы являются необоснованными. Авторы [12] утверждают «…достигнутые в работе высокие значения эффективностей обеззараживания различных объектов, контаминированных клиническими штаммами микроорганизмов, …обусловлены одновременным воздействием УФ излучения широкого спектрального состава практически на все структуры клетки. Такое многоканальное воздействие на клетку обеспечивает резкое снижение бактерицидных доз…», — тем самым авторы претендуют на фундаментальную ревизию современных научных представлений о механизмах бактерицидного действия УФ излучения на микроорганизмы [1, 2, 17]. При этом собственные экспериментальные результаты авторов, приведенные в этой же работе, противоречат этим утверждениям.

Отметим, что сравнительные испытания установки «Хenex» с импульсной ксеноновой лампой и установки с традиционными ртутными лампами, выполненные независимыми исследователями в США [15] в условиях ЛПУ, не показали принципиальных отличий в эффективности обеззараживания импульсным и непрерывным УФ излучением.

Литература


1. Ультрафиолетовые технологии в современном мире: Коллективная монография/ под ред. Ф.В. Кармазинов, С.В. Костюченко, Н.Н. Кудрявцев, С.В. Храменков. Долгопрудный: Издательский дом "Интеллект", 2012.
2. Вассерман А.Л., Шандала М.Г., Юзбашев В.Г. Ультрафиолетовое излучение в профилактике инфекционных заболеваний. М: Медицина, 2003. 208 с.
3. Wekhof A. Disinfection with flash lamps. // PDA J. of Pharmaceutical Science and Technology. 2000. V. 54. P. 264-267.
4. Wekhof A., Trompeter F-J., Franken O. Pulsed UV Disintegration (PUVD): a new sterilization mechanism for packing and broad medical-hospital application. //The First International Conference on Ultraviolet Technologies, June 14-16, 2001, Washington D.C. USA. P. 1-15.
5. Gomez-Lopez V.M., Devlieghere F., Bonduelle V., Debevere J. Factors affecting the inactivation of micro-organisms by intense light pulses// Journal of Applied Microbiology. 2005. V. 99. P. 460–470.
6. steribeam.com
7. melitta-uv.com
8. Шашковский С.Г., Калинчук Т.А., Поликарпов Н.А., Гольдштейн Я.А., Гончаренко И.В. Оборудование для обеззараживания помещений в ЛПУ на основе импульсной ультрафиолетовой технологии. // Поликлиника. 2009. №3. С. 42-46.
9. Гольштейн Я.А., Голубцов А.А. Экстренная (экспресс) дезинфекция воздуха открытых поверхностей помещений медицинских организаций на основе применения импульсных ультрафиолетовых установок.//Медицинский альманах. 2014. №2(32). С.43-44.
10. Голубцов А.А. Экстренная (неотложная) дезинфекция воздуха и поверхностей помещений в комплексной системе инфекционной безопасности медицинских организаций. // Менеджер здравоохранения. 2013. №7. С. 57-62.
11. Камруков А.С., Козлов Н.П., Ушаков И.Б., Шашковский С.Г. Разработка и внедрение импульсных плазменно-оптических технологий и установок в космическую медицину и практическое здравоохранение // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2011. С.107-119
12. Исследование эффективности воздействия импульсным ультрафиолетовым излучением сплошного спектра на полирезистентные госпитальные штаммы.
Evaluation of pulsed xenon ultraviolet irradiation of continuous spectrum for efficacy against multidrug-resistant nosocomial strains. S. Kireev, S. Shashkovskiy, T. Grenkova, Ya. Goldshteyn, I. Goncharenko, E. Selkova. //IOA World Congress, Barcelona, Spain. 28 June-3 July, 2015. №18.1
13. Гольштейн Я.А., Голубцов А.А., Шашковский С.Г. Обеззараживание воздуха и поверхностей помещений импульсным УФ излучением. //Вестник судебной экспертизы. 2016. Т.5. №1. С. 50-55.
14. Гольштейн Я.А., Голубцов А.А., Шашковский С.Г. Обеззараживание воздуха и открытых поверхностей помещений импульсным УФ излучением в медицинских организациях. //Поликлиника. 2014. №3. С. 51-54.
15. Nerandzic M. M., Thota P., Sankar T., Jencson A., Cadnum J. L., Ray A.J., Salata R. A., Watkins R. R., Donskey C. J. Evaluation of a Pulsed Xenon Ultraviolet Disinfection System for Reduction of Healthcare-Associated Pathogens in Hospital Rooms//Infection control & hospital epidemiology. 2014. 00(0):1–6. DOI: 10.1017/ice.2014.36.
16. Руководство Р 3.5.1904-04 «Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях».
17. W. Kowalski, Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook, p.474, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009.
18. Ушаков И.Б., Новикова Н.Д., Шашковский С.Г. Стерилизующий свет. // Наука России. Проблемы. Поиск. Решения. 2011. С. 11-16.