Air ozonization for prevention of bacterial and viral infections

Full Text

Введение

Установлено, что основным источником микробиологического загрязнения воздушной среды помещений является человек: так, за один час одним здоровым человеком может продуцироваться до 600–750 микробных тел. Выделение микроорганизмов больным лицом резко возрастает и составляет около 5–6 тыс. [1]. В связи с этим внедрение в практику новых технологий медицинской дезинфекции воздушной среды закрытых помещений является одним из приоритетных направлений профилактики распространения инфекций, особенно передающихся воздушно-капельным, воздушно-пылевым и аэрозольным путями. Наибольшую актуальность данный вопрос приобретает во время пандемии COVID-19 [2–4]. Следует отметить, что одним из наиболее экологичных и перспективных методов обеззараживания воздуха и помещений является озонирование, имеющее ряд преимуществ перед другими видами дезинфекции [5–7]. Вместе с тем работы, посвященные использованию озонирования, немногочисленны. Кроме того, следует отметить, что данный метод до настоящего времени в практическом отношении широко не используется, а эффективность низких доз озона только начинает изучаться.

Цель исследования – оценка эффективности озонирования воздуха в низких дозах для дезинфекции воздушной среды рабочего помещения медицинского профилактического учреждения.

Материалы и методы исследования

На базе Алчевской городской СЭС исследована бактериальная обсемененность воздушной среды помещения для проведения совещаний. Выполнено определение общей бактериальной обсемененности воздуха (микробное число), содержания в воздухе стафилококков и спор плесневых грибов. Пробы воздуха были отобраны с использованием устройства автоматического отбора проб биологических аэрозолей воздуха ПУ-1Б (ЗАО «ХИМКО», г. Москва) после проведения производственных совещаний в два этапа: 1 – до озонирования воздуха и 2 – после его проведения. Определение общего микробного числа (общая бактериальная обсемененность) выполняли в пробе воздуха объемом 100 л. Наличие возбудителей стафилококков и спор плесневых грибов изучались в 250 л воздуха. Посевы для определения интенсивности общей бактериальной обсемененности, стафилококков и плесневых грибов выполняли на соответствующие микробиологические среды согласно методическим указаниям [8].

Процесс озонирования воздуха помещения объемом 83,3 м3 осуществлялся при закрытых окнах в течение 20 мин непосредственно после производственных совещаний, в отсутствие сотрудников, с использованием бытового многофункционального озонатора модели LF-V7 (рисунок) компании ООО «Тайда Ишен» (Китай), с последующим проветриванием. Совещания сотрудников проводили с использованием средств индивидуальной защиты и социального дистанцирования при открытых окнах помещения (на проветривание) [9]. Исследования бактериальной обсемененности воздушной среды осуществлялись в течение 30 рабочих дней (по понедельникам, один раз в неделю). Относительная влажность воздуха в помещении составляла в среднем 52 %, что не превышало допустимой нормы.

На многофункциональный цифровой озонатор модели LF-V7 экспертной комиссией государственной санитарно-эпидемиологической службы МОЗ Украины выдано «Заключение государственной санитарно-эпидемиологической экспертизы» от 01.08.2008 г. № 05.03.02.03/48945.

Статистическая обработка данных проводилась с использованием лицензионной программы MedStat [10]. Был оценен характер распределений на нормальность с помощью Критерия W Шапиро – Уилка. Учитывая отличие характера распределений выборок от нормального, в дальнейшем были использованы методы непараметрической статистики. Рассчитаны медиана, ошибка медианы (Me ± me), левый и правый 95%-ный доверительные интервалы (95 % ДИ). Выполнены парные сравнения для связанных выборок с использованием T-критерия (T–W) Вилкоксона (двусторонняя критическая область) до и после озонирования.

Результаты и их обсуждение

Установлено, что после совещания общая бактериальная обсемененность воздуха составила 56,0 ± 9,3 (47,0–78,0) КОЕ. Содержание в воздухе стафилококков – 85,5 ± 12,5 (76,0–100,0) КОЕ; спор плесневых грибов – 44,5 ± 6,5 (32,0–54,0) КОЕ.

В результате озонирования с использованием бытового многофункционального озонатора воздуха в помещении для проведения совещаний достигнуто достоверное снижение всех трех показателей бактериальной обсемененности воздуха. Так, общая бактериальная обсемененность воздушной среды уменьшилась (T–W = 465,0) практически в 4 раза (табл. 1).

Содержание жизнеспособных стафилококков в воздухе помещения в результате проведения озонирования также значительно снизилось. Количество колониеобразующих единиц данного микроорганизма достоверно уменьшилось (T–W = 465,0) почти в 2,5 раза (табл. 2).

 

Рис. Многофункциональный цифровой озонатор модели LF2V7: 1 – выпускное отверстие; 2 – кнопка уменьшения времени «2»; 3 – электронный таймер; 4 – электропровод; 5 – насадка; 6 – выпускная трубочка; 7 – кнопка включения/выключения; 8 – кнопка увеличения времени

 

Таблица 1

Показатели общей бактериальной обсемененности воздуха в помещении после совещаний до и после озонирования

Время забора проб воздуха	n	Общая бактериальная обсемененность, КОЕ
		Me	me	левый 95 % ДИ	правый 95 % ДИ
После совещания До озонирования	30	56,0	9,3	47,0	78,0
После озонирования	30	14,5	3,6	10,0	21,0
р		< 0,001

Примечание: здесь и в табл. 2, 3 n – количество исследований.

 

Таблица 2

Показатели содержания стафилококков в воздухе помещения после совещаний до и после озонирования

Время забора проб воздуха	n	Содержание стафилококков в воздухе, КОЕ
		Me	me	левый 95 % ДИ	правый 95 % ДИ
После совещания до озонирования	30	85,5	12,5	76,0	100,0
После озонирования	30	35,5	6,7	25,0	52,0
р		< 0,001

 

Таблица 3

Показатели содержания спор плесневых грибов в воздухе помещения после совещаний до и после озонирования

Время забора проб воздуха	n	Содержания жизнеспособных спор плесневых грибов в воздухе, КОЕ
		Me	me	левый 95 % ДИ	правый 95 % ДИ
после совещания до озонирования	30	44,5	6,5	32,0	54,0
после озонирования	30	26,0	5,0	18,0	32,0
р		< 0,001

 

Дезинфекция воздушной среды в помещении для совещаний посредством озонирования также была эффективна в отношении спор плесневых грибов. Их количество в воздухе после обработки уменьшилось (T–W = 362,5) более чем в 1,5 раза (табл. 3).

Для дезинфекции воздуха в медицинской практике, применяются три метода: физический, химический и физико-химический [11]. При этом наиболее часто используются ультрафиолетовое (УФ) облучение, фильтрация, обеззараживание с помощью аэрозолей химических дезинфицирующих средств и др. Метод фильтрации ограничен размером фильтруемых частиц, ресурсом фильтров. Частое следствие его – деионизация фильтруемого воздуха. Использование химических дезинфектантов все более ограничивается вследствие постоянно растущей множественной устойчивости микроорганизмов к действию данных веществ. В отличие от излучения традиционных бактерицидных УФ-ламп, которое распространяется только линейно, активные формы атомарного кислорода (озон) равномерно распределяются по всему объему обрабатываемого помещения, что может существенно повысить качество дезинфекционных мероприятий.

Преимущества озонирования включают эффективность, безопасность, полноту, скорость, экономичность и доступность дезинфекционных мероприятий. Озон быстро заполняет всю комнату. Он доходит до всех труднодоступных мест, проникая во все, даже микроскопические трещины, мягкую мебель и др., где обеззараживание другими методами невозможно. Важно отметить, что озон является нестабильным газом и очень быстро разлагается. Помещения могут использоваться, когда концентрация озона в воздухе падает ниже максимального безопасного значения. Очень важно также, что озон проявляет бактерицидные свойства в низкой концентрации. Показано, что этот газ в 3000 раз быстрее и в 50 раз эффективнее наиболее популярных хлорсодержащих дезинфицирующих средств [12]. Дезинфекция озоном является относительно дешевым методом обеззараживания. Помещения после проветривания можно использовать сразу. В то же время широкое внедрение озонирования в практику и использование его как альтернативы традиционным методам должно быть обосновано и требует объективных исследований, подтверждающих эффективность указанного метода. Исследования показывают, что в некоторых медицинских учреждениях генераторы озона могут использоваться ненадлежащим образом. При этом на сайтах для продаж озонаторов отсутствует достаточная информация о мощностях данных приборов, характеристиках, режимах их использования, включая длительность работы, рекомендуемые объемы помещений для дезинфекции.

Нами показана высокая эффективность использования бытового многофункционального озонатора модели LF-V7 для дезинфекции воздушной среды рабочего помещения после проведения производственных совещаний в медицинском профилактическом учреждении. Необходимо отметить, что одним из основных показателей санитарно-эпидемиологического благополучия является качественное и количественное содержание микрофлоры в воздухе, которое не превышает установленных нормативов. Известно, что воздушная среда является местом пребывания множества микроорганизмов: вирусов, бактерий, плесневых и дрожжевых грибов и др. Исследования SARS-Cov-2 показали длительную циркуляцию данного возбудителя в воздухе с сохранением его жизнеспособности как в аэрозоле (1–3 ч), так и при осаждении на различные поверхности [4, 13].

Учитывая тяжесть течения указанной инфекции и высокую смертность лиц групп риска, наряду с вакцинацией методы снижения циркуляции жизнеспособного вируса в воздушной среде, особенно в замкнутых помещениях, являются приоритетными. Так, при аэрозольном способе передачи данной инфекции SARS-Cov-2 способен даже за час распространяться очень далеко – на расстояния, значительно превышающие 2–3 м от источника инфекции [4, 13]. При этом, как показали результаты исследований, имеют значение направление и скорость потоков воздуха, а также другие факторы.

Кроме того, следует учесть длительность секреции вируса переболевшими лицами, многообразие путей выделения его с различными экскретами (слюна, мокрота, фекалии и пр.) организма и др. [14, 15]. Показано, что в ряде случаев вирусная РНК может обнаруживаться в течение длительного (2–12 недель) времени в различных средах организма, в том числе после клинического выздоровления больного [14, 15]. И хотя, как правило, жизнеспособный вирус не выделяется в течение более 20 дней от начала заболевания, ситуацию многократно усугубляет наличие длительного и интенсивного выделения вируса у лиц, переболевших атипичными, субклиническими и бессимптомными формами инфекции, а также наличие «суперраспространителей» SARS-CoV-2 [13, 14, 16]. При этом установлена высокая индивидуальная вариабельность интенсивности и длительности выделения вируса [16]. Имеются работы, показывающие, что выделение SARS-CoV-2 существенно не отличается при различной тяжести (даже при наличии или отсутствии клинических проявлений болезни) COVID-19 [17, 18]. Вместе с тем ряд исследований показывает все-таки зависимость секреции вируса от тяжести течения инфекции [16]. При этом доказано длительное выделение вируса у асимптоматичных лиц, в том числе имеющих нарушения иммунитета [19, 20].

Следует учитывать также значимость генетической изменчивости вируса. В настоящее время уже известны его мутации, отличающиеся особенностями течения инфекции [21]. Так, в указанных исследованиях говорится, что вариант SARS-CoV-2 B.1.617.2 («Дельта») ассоциирован с повышенной тяжестью заболевания, а также связан с более высокой вирусной нагрузкой и увеличенной продолжительностью выделения вируса.

Наши данные об эффективности использования бытового озонатора подтверждаются исследованиями, показывающими дезинфицирующий эффект озонирования на многие микроорганизмы (бактерии, споры, вирусы и др.) при использовании различных его режимов [5, 6]. Следует отметить, что озон является очень сильным природным окислителем. Его потенциал превышает потенциал хлора (2,07 против 1,36 соответственно).

Необходимо подчеркнуть, что использованный в наших исследованиях озонатор может обеспечивать генерирование, согласно инструкции, довольно большого количества (400 мг озона в час) озона [9]. Концентрация озона, произведенная бытовым озонатором LF-V7 в течение 20 мин, составила –133,3 мг. Использованная нами накопленная доза озона (CT – основной показатель озонирования – концентрация озона, выделяемого в минуту, и умноженная на время работы прибора в минутах) при данном режиме и мощности озонатора в помещении была невысока и составила 1,6 мг в кубическом метре его, однако обусловила существенное снижение в воздухе концентрации бактерий, плесневых грибов. Следует предположить, что данный режим может быть эффективен и для снижения уровня жизнеспособных частиц SARS-Cov-2, так как этот оболочечный вирус чувствителен к озону.

Механизм действия озона до конца не выяснен. Вероятнее всего, он комплексный и включает в себя как повреждение липидов и белков оболочек, мембран возбудителей, так и окисление нуклеокапсида и даже непосредственное взаимодействие озона с рибонуклеиновыми кислотами и/или ДНК. Следует отметить, что оболочечные вирусы считаются более чувствительными к озонированию [6] и не менее чувствительны к озонированию (SARS-CoV-2 и др.), чем ряд тестированных нами бактерий и спор плесневых грибов.

Вместе с тем эффективность дезинфекции озоном, помимо дозы дезинфектанта, зависит от многих других параметров: влажности воздуха, размера экскретируемых капель, частиц аэрозоля, белковых примесей в них и др. Результаты проведенных нами исследований в принципе согласуются с данными единичных работ об эффективности использованных низких доз озона при инактивации аэрозоля отдельных фагов и вирусов [22] на фоне высокой относительной влажности. В то же время эффективная накопленная доза для инактивации вышеуказанных микроорганизмов на поверхностях является более высокой (в 6–25 раз). В недавно вышедшей работе показана эффективность небольших доз озона на инактивацию SARS-CoV-2 на различных поверхностях после двухчасовой экспозиции [23]. Cледует отметить полученные авторами данные о существенном снижении жизнеспособности вируса на большинстве поверхностей при использовании ими низких (0,2 ppm), близких к примененным нами доз озона. Необычным в этих исследованиях явилось то, что более высокая концентрация озона (4 ppm), испытанная авторами, не привела к лучшей дезинфекции поверхностей (учет после 2 ч экспозиции) по сравнению с вышеуказанной более низкой дозой, за исключением пластика. Правда, отмечается более короткое время достижения снижения жизнеспособности вируса при высокой концентрации газа.

Эффективность обработки назофарингеальных мазков, положительных на SARS-CoV-2, озоном в течение 4 мин, помещенных в ламинарный поток воздуха (скорость 3,6 л/мин) аппарата, генерирующего 400 мг указанного газа в час, показана в другой работе [7]. После обработки ни один из мазков не дал положительных проб с праймерами трех генов возбудителя. Эффективно снижали жизнеспособность SARS-CoV-2 концентрации озона от 1 до 4 мг/м3 при дезинфекции (в течение 40 мин) респираторов и хирургических халатов [24].

Подтверждают наши предположения о возможности широкого использования озона также появившиеся в самое последнее время данные отдельных работ об эффективности озонирования в отношении и вирусов данного семейства [6]. В то же время в данных исследованиях использовались широкие вариации генерации концентраций озона. Итак, считается, что накопленная доза озона для обработки воздуха помещений 400–500 мг/м3 эффективна для снижения вирусной нагрузки большого количества вирусов [6, 22]. Большинство исследований проводилось при 50 мг/м3 (25 ppm) в течение 10 мин (более низкие дозы практически не изучались). Для обработки персональных защитных средств, как правило, применяются также большие концентрации озона. Указывается, что очень низкие дозы озона (< 0,1 mg/m3) могут использоваться в присутствии людей для снижения (частичного) возможности передачи SARS-CoV-2 во время вспышки заболеваемости [25]. Отчасти это мнение базируется на установленном влиянии концентрации атмосферного озона на передачу коронавирусной инфекции. Таким образом, предельной концентрацией для работающих считается концентрация озона < 0,1 ppm, или 0,2 мг/м3.

Несомненно, хотя инфицирующая доза при SARS-Cov-2 еще не определена, она может в комплексе с особенностями передачи инфекции и другими факторами иметь значение для возникновения заболевания (как и при SARS-CoV-1). Поэтому снижение вирусной нагрузки является важной задачей для предупреждения и уменьшения её передачи.

Таким образом, нами показано, что даже низкие дозы озона существенно снижают количество бактерий и спор плесневых грибов в воздухе производственного помещения медицинского профилактического учреждения. Следует отметить, что использование озонирования перспективно для обеззараживания воздуха и профилактики передачи SARS-CoV-2. Вместе с тем необходимо продолжить изучение эффективности низких доз озона для выработки обоснованных и эффективных режимов процесса озонирования. Дозы озона необходимо подбирать с учетом относительной влажности и целей проведения озонирования.

Выводы

1. Использование озона в низких дозах (накопленная доза 1,6 мг/м3) эффективно снижает (р < 0,001) количество жизнеспособных бактерий (уровень общей бактериальной обсемененности и стафилококков).
2. Озон в низких дозах (накопленная доза 1,6 мг/м3) существенно снижает (р < 0,001) количество жизнеспособных спор плесневых грибов.
3. Озонирование является важным методом дезинфекции, способным обеспечить снижение уровня жизнеспособных частиц SARS-CoV-2.
4. Полученные нами данные и результаты литературы свидетельствуют о необходимости дальнейшего изучения и разработки научно обоснованных режимов дезинфекции озоном, в том числе и низкими его дозами, а также определения степени эффективности обеззараживания воздуха нетоксичными концентрациями (0,05–0,15 ppm – в зависимости от длительности воздействия) указанного газа.

About the authors

Aleksandr S. Prylutskyi

M. Gorky Donetsk National Medical University

Email: aspr@mail.ru

MD, PhD, Professor, Department of Microbiology, Virology, Immunology and Allergology

Ukraine, Donetsk

Sergey V. Kapranov

Alchevsk City Sanitary and Epidemiological Station

Email: kapranov_sv0209@mail.ru

MD, PhD, Deputy Chief Physician, Deputy Chief State Sanitary Physician of Alchevsk and Perevalsky Region

Ukraine, Lugansk

Kseniia E. Tkachenko

M. Gorky Donetsk National Medical University

Email: t.xeniya@ukr.net

Candidate of Medical Sciences, Assistant, Department of Microbiology, Virology, Immunology and Allergology

Ukraine, Donetsk

Lubov I. Yalovega

Alchevsk City Sanitary and Epidemiological Station

Author for correspondence.
Email: alch_ses_ok@mail.ru

bacteriologist, Head of Bacteriological Laboratory

Ukraine, Lugansk

References

Supplementary files