Протимікробна дія світлодіодного випромінювання на збудників опортуністичних інфекцій

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДВНЗ «Ужгородський національний університет»

Протимікробна дія світлодіодного випромінювання на збудників опортуністичних інфекцій

В.В. Пантьо, В.І. Пантьо

Проблема антибіотикорезистентності виникла практично відразу після відкриття перших антибіотиків, проте в останні десятиліття набула загрозливих масштабів [11, 13]. Основними причинами цього є недотримання правил раціональної антибіотикотерапії, масове та безконтрольне використання антибактеріальних препаратів з метою самолікування, широке їх впровадження у ветеринарії та харчовій промисловості [1, 5, 6, 9].

Стійкість до антибіотиків зустрічається серед неферментуючих грам- негативних паличок, зокрема, серед клінічно значимих видів, включаючи Pseudomonas aeruginosa [10].

Незважаючи на наявність великої кількості лікарських засобів для місцевого та загального впливу на грибкову флору, внаслідок зростання стійкості, дедалі частіше спостерігається зниження ефективності медикаментозної терапії кандидозних інфекцій [1, 4].

Серед шляхів подолання цієї проблеми можна виділити розробку протимікробних засобів, до яких ще не виробилась стійкість, санітарно-епідемічні заходи, які включають моніторинг за антибіотикорезистентними штамами мікроорганізмів, а також використання фізичних факторів у комплексній терапії інфекційних захворювань [1, 7, 12].

Перспективність дослідження впливу світлодіодного випромінювання на мікроорганізми зумовлена його позитивним впливом на біологічні процеси макроорганізму. Зокрема, доведено, що світло, будучи незамінним фізичним чинником, підтримує життєві процеси на всіх рівнях організації біологічних об'єктів. [2]. Проте, механізм впливу випромінювання, зокрема, світлодіодного, на фізіологічні та біохімічні процеси мікроорганізмів залишається відкритим та потребує детального вивчення.

Різні види оптичного випромінювання суттєво впливають на такі властивості мікроорганізмів, як біоплівкоутворення, інтенсивність росту та чутливість до антибіотиків і дезінфектантів [3, 7, 8]. Тому можлива протимікробна активність світлодіодного випромінювання дозволить покращити результати лікування опортуністичних інфекцій, зумовлених Pseudomonas aeruginosa та Candida albicans.

Метою роботи було дослідження безпосереднього впливу світлодіодного випромінювання різних довжин хвиль, тривалостей експозицій та частот на інтенсивність росту колекційних тест-штамів Pseudomonas aeruginosa АТСС 27853 та Candida albicans ATCC 90028.

Матеріали і методи дослідження

Колекційні тест-штами Pseudomonas aeruginosa АТСС 27853 та Candida albicans ATCC 90028 вирощували на твердих поживних середовищах (МПА для бактерій та Сабуро для грибів).

Для проведення експериментальних досліджень використовували добові агарові культури мікроорганізмів, доведені до стандарту мутності 0,5 за МакФарландом (1,5*108 КУО/мл) та розведені у 160 тис. разів. Отриманий іно- кулюм в об'ємі 0,1 мл пересівали у чашки Петрі з поживним середовищем та рівномірно розподіляли шпателем Дригальського. Після цього здійснювали опромінення бактеріальних культур світлодіодним випромінюванням з відстані 1 см. Далі чашки культивували в термостаті при 37 °С протягом 24 годин. Результати визначали шляхом підрахунку кількості колоній мікроорганізмів та порівнювали з контролем - неопроміненими культурами (рис. 1).

Джерелами світлодіодного випромінювання червоно-інфрачервоного (^=630 та 870 нм) та синьо-інфрачервоного (^=470 та 870 нм) діапазонів були апарати, відповідно, Medolight-Red та Medolight-BluDoc виробництва Biop- tron light therapy system by Zepter Group. Щільність потужності світла апарата Medolight Red складає 5,35 мВт/см2, тоді як випромінювання апарату Medolight

BluDoc володіє щільністю потужності 8,2-10,15 мВт/см2 з відстані 0-1 см. Дані апарати генерують випромінювання при частотах 0, 10, 600, 3000 та 8000 Гц.

Рис. 1. Опромінення мікроорганізмів світлодіодним випромінюванням

Дослідження впливу світлодіодного випромінювання різних довжин хвиль (червоно-інфрачервоний та синьо-інфрачервоний спектри), частот (0; 10; 600; 3000 та 8000 Гц), а також експозицій (5; 10; 15; 20; 25 хв) проводили окремими серіями.

Результати дослідження та їх обговорення

Встановлено, що світлодіодне випромінювання як червоно-інфрачервоного, так і синьо-інфрачервоного діапазонів за безпосереднього впливу на досліджені штами Pseudomonas aeruginosa та Candida albicans змінює інтенсивність їх росту на твердих поживних середовищах.

Результати досліджень показали, що даний вплив проявляється у певному стимулюванні росту бактерій при нетривалих експозиціях (5-10 хв) та у вираженій бактеріостатичній дії при використанні експозицій опромінення 2025 хвилин (рис. 2).

Окрім тривалості експозиції, суттєвий вплив на інтенсивність росту мікроорганізмів мала частота світлодіодного випромінювання: найбільш значний бактерицидний вплив за тривалих експозицій та найменш стимулювальний за нетривалих був притаманний світлу з частотою 8000 Гц (рис. 3).

При використанні світлодіодного випромінювання червоно-інфрачервоного діапазону з експозицією 20 хвилин при частоті 8000 Гц кількість колоній P aeruginosa АТСС 27853 та C. albicans ATCC 90028 на чашці Петрі з поживним середовищем зменшувалася в середньому, відповідно, на 79,3 та 48,2 % порівняно з контролем. Аналогічне опромінення з частотами 0, 10, 600 та 3000 Гц призводило до зменшення кількості колоній P aeruginosa на 73-77 % та C. albicans - на 30-42 %. (табл. 1).

Рис. 2. Вплив світлодіодного випромінювання синьо-інфрачервоного діапазону на інтенсивність росту P. aeruginosa АТСС 27853 (а) та C. albicans ATCC 90028 (б) при експозиції 20 хв

1 - культура, опромінена світлодіодним випромінюванням при частоті 8000 Гц; 2 - контроль.

Рис. 3. Вплив світлодіодного випромінювання червоно-інфрачервоного діапазону на інтенсивність росту P. aeruginosa АТСС 27853 (а) та C. albicans ATCC 90028 (б) при експозиції 20 хв

1 - контроль; 2 - культура, опромінена світлодіодним випромінюванням при безперервній частоті 0 Гц; 3 - культура, опромінена світлодіодним випромінюванням при частоті 8000 Гц.

Таблиця 1 Кількість колоній мікроорганізмів, при дії світлодіодного випромінювання червоно-інфрачервоного спектру

Використання світлодіодного випромінювання синьо-інфрачервоного діапазону, в свою чергу, зумовлювало зменшення кількості колоній P aeruginosa АТСС 27853 та C. albicans ATCC 90028 на, відповідно, 70-79 % та 16-28 %. Як і у випадку з червоно-інфрачервоним світлодіодним випромінюванням, найбільш виражена бактерицидна дія була притаманна світлу з частотою 8000 Гц (табл. 2).

Таким чином, дещо більш виражений протимікробний, зокрема фунгіцидний, ефект мало світлодіодне випромінювання червоно-інфрачервоного діапазону. Враховуючи швидкі темпи зростання стійкості умовно-патогенних мікроорганізмів до антибіотиків, а також побічні ефекти використання антибіотиків широкого спектру (дисбіози, токсична дія тощо) світлодіодне випромінювання може бути використане у комплексній терапії опортуністичних інфекцій, зумовлених Pseudomonas aeruginosa та Candida albicans.

Таблиця 2 Кількість колоній мікроорганізмів при дії світлодіодного випромінювання синьо-інфрачервоного спектру

Слід відзначити, що отримані результати узгоджуються з даними, отриманими в ході дослідження впливу світлодіодного випромінювання на інтенсивність росту клінічних ізолятів мікроорганізмів, які були опубліковані раніше [3, 7].

Висновки

Безпосереднє опромінення світлодіодним випромінюванням колекційних тест-штамів Pseudomonas aeruginosa АТСС 27853 та Candida albicans ATCC 90028 має виражений вплив на інтенсивність їх росту на твердих поживних середовищах.

Ступінь впливу світлодіодного випромінювання залежить від довжини хвилі, частоти та тривалості експозиції.

20-хвилинне опромінення світлодіодним випромінюванням синьо-інфрачервоного та червоно-інфрачервоного діапазонів при частоті 8000 Гц зменшує кількість колоній Pseudomonas aeruginosa АТСС 27853 та Candida albicans ATCC 90028 на поживних середовищах, відповідно на 79,1-79,3 % та 25,848,2 %. світлодіодний випромінювання поживний культура

Список використаної літератури

1. Боднар М. В. Антибіотикорезистентність мікроорганізмів: механізми розвитку та шляхи запобігання / М. В. Боднар, М. М. Пилипенко, Л. А. Харченко та ін. // Медицина неотложных состояний. - N° 3(74). - 2016. - С. 11-17.

2. Гуляр С. О. Медолайт: основи лікувальної дії світлодіодної техніки вид. 4-е, доповнене / С. О. Гуляр. - К.: ІМІЦ, 2015. - 64 с.

3. Воронкіна, І. А. Експериментальне визначення здатності до біоплівкоутворення метицилінорезистентних та метициліночутливих штамів стафілококу / І. А. Воронкіна, С. А. Деркач, І. А. Крилова, Л. С. Габише- ва // Annals of Mechnikov Institute. - 2015. - № 4. - С. 59-65.

4. Данко Е. М. Вплив світлодіодного випромінювання на мікрофлору ротової порожнини хворих на хронічний генералізований пародонтит ІІ-ІІІ ступенів / Е. М. Данко, С. Б. Костенко, Є. Я. Костенко, М. К. Добровольська // Современная стоматология. - 2017. - № 4 (88). - С. 24-27.

5. Куля А. Антибіотикорезистентність умовно-патогенних мікроорганізмів, ізольованих в угорській та українській неінфекційній клініці / А. Куля, В. О. Петров, Ю Сабо та ін.. // Науковий вісник Ужгородського університету, серія «Медицина». - 2009. - № 37. - С. 92-101.

6. Куля А. Ф. Порівняльний аналіз методів визначення антибіотикочутливості умовно-патогенних бактерій - збудників опортуністичних інфекцій людини / А. Ф. Куля, Ю. Сабо, Г М.Коваль // Мікробіологічний журнал. - 2011. - Т. 73, № 5. - С. 47-53.

7. Пантьо В. В. Вплив низькоінтенсивного лазерного випромінювання на антибіотикочутливість мікроорганізмів - збудників гнійно-запальних захворювань / В. В. Пантьо, Г. М. Коваль, В. І. Пан- тьо // Biomedical and Biosocial Anthropology: Official Journal of the International Academy of Integrative Anthropology. - 2016.- № 26. - С. 33-37.

8. Пантьо В. В. Вплив світлодіодного випромінювання різних довжин хвиль на інтенсивність росту Staphylococcus aureus / В. В. Пантьо, Г М. Коваль, В. І. Пантьо, С. О. Гуляр // Scientific Journal «ScienceRise:Biological Science». - 2017. - № 4 (7).- С. 16-20.

9. Салманов, А. Г. Антимікробна резистентність та інфекції, асоційовані з медичною допомогою в Україні. Епідеміологічній звіт мультіцентрового дослідження (2010-2014 рр.) : монографія / А. Г Салманов. - К.: Аграр Медіа Груп, 2015. - 452 с.

Анотація

Досліджено вплив світлодіодного випромінювання червоно-інфрачервоного та синьо-інфрачервоного спектрів на ріст Pseudomonas aeruginosa та Candida albicans на твердих поживних середовищах. Встановлено кореляцію між інтенсивністю росту досліджених культур та параметрами випромінювання - довжиною хвилі, тривалістю експозиції та частотою. Доведено, що безпосередній вплив світлодіодного випромінювання оптимальних параметрів (експозиція 20 хвилин, частота 8000 Гц) зумовлює зменшення кількості колоній мікроорганізмів на 28-79 %, порівняно з контролем.

Ключові слова: Pseudomonas aeruginosa; Candida albicans; світлодіодне випромінювання; антибіотикорезистентність, бактерицидний вплив.

Антибиотикорезистентность микроорганизмов-возбудителей оппортунистических инфекций существенно снижает эффективность лечения заболеваний, вызванных Pseudomonas aeruginosa и Candida albicans.

Цель работы - исследование непосредственного влияния светодиодного излучения разных длин волн на интенсивность роста P aeruginosa и C. albicans на твердых питательных средах.

Материалы и методы. Для исследований использовали чистые культуры коллекционных штаммов P aeruginosa АТСС 27853 и C. albicans АТСС 90028. Облучение стандартизированных культур проводили светодиодным излучением красно-инфракрасного и сине-инфракрасного диапазонов. Результаты измеряли путем подсчета количества колоний микроорганизмов после 24-часовой инкубации в термостате при 37 °С и сравнивали с контролем - необлученными культурами. Отдельными сериями изучали влияние излучения разных длин волн, экспозиций и частот.

Результаты исследований. Показано, что светодиодное излучение имеет выраженное влияние на интенсивность роста исследуемой микрофлоры. При этом эффект влияния напрямую зависит от экспозиции облучения: 5-10-минутное облучение стимулирует рост микробов, тогда как 20-25-минутные экспозиции обладают выраженным бактерицидным (фунгицидным) действием. Кроме экспозиции, существенное влияние на интенсивность роста оказывает частота светодиодного излучения - наиболее значительное ингибирующее действие оказывало излучение с частотой 8000 Гц.

Выводы. Светодиодное излучение красно-инфракрасного и сине-инфракрасного диапазонов при непосредственном воздействии на исследуемые коллекционные штаммы P aeruginosa АТСС 27853 и C. albicans АТСС 90028 оказывает фотомодифицируещее действие на интенсивность их роста. При установленных оптимальных параметрах излучения - экспозиция 20 минут, частота 8000 Гц - количество колоний P. aeruginosa и C. albicans уменьшалась, соответственно, на 79,1-79,3 % и 25,8-48,2 %.

Ключевые слова: Pseudomonas aeruginosa; Candida albicans; светодиодное излучение; антибиотикорезистентность, бактерицидное влияние.

The antibiotic resistance of microorganisms-causative agents of opportunistic infections significantly reduces the effectiveness of treatment of diseases caused by Pseudomonas aeruginosa and Candida albicans.

The aim of the study was to investigate the direct influence of LED radiation of different wavelengths on the growth rate of P aeruginosa and C. albicans on solid nutrient media.

Materials and methods. Pure cultures of the collection strains of P aeruginosa ATCC 27853 and C. albicans ATCC 90028 were used for the studies. Irradiation of standardized cultures was carried out with LED radiation of red-infrared and blue- infrared ranges. The results were measured by counting the number of microorganisms' colonies after 24-hours incubation in a thermostat at 37 °C and compared with the control - unirradiated cultures. Studying the effect of radiation of different wavelengths, exposures and frequencies has been done by separate series.

Results of the research. It is shown that LED radiation has a pronounced effect on the growth rate of the studied microflora. The effect of influence directly depends on the exposure to the irradiation: 5-10-minute irradiation stimulates the growth of microbes, whereas 20-25-minute exposures have a pronounced bactericidal (fungicidal) effect. In addition to the exposure, the frequency of LED radiation has a significant effect on the intensity of growth - the most significant inhibitory effect was provided by radiation with frequency of 8000 Hz.

Conclusions. In case of direct exposure of the studied collection strains of P aeruginosa ATCC 27853 and C. albicans ATCC 90028 LED radiation of red-infrared and blue-infrared ranges produces a photomodifying effect on the intensity of their growth. With the optimum radiation parameters set - exposure 20 minutes, frequency 8000 Hz - the number of colonies P aeruginosa and C. albicans decreased, respectively, by 79,1-79,3 % and 25,8-48.2%.

Key words: Pseudomonas aeruginosa; Candida albicans; LED radiation; antibiotic resistance, bactericidal effect.

Размещено на Allbest.ru