Оценка роли пыли в формировании резервуара мультирезистентных госпитальных штаммов микроорганизмов в отделениях хирургического профиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Оценка роли пыли в формировании резервуара мультирезистентных госпитальных штаммов микроорганизмов в отделениях хирургического профиля

Чезганова Е.А., Ефимова О.С., Сахарова В.М.,

Ефимова А.Р., Созинов С.А., Исмагилов З.Р., Брусина Е.Б.

Резюме

Цель. Изучение микробного состава и органического компонента пыли в отделениях хирургического профиля для оценки риска воздушно-пылевого пути передачи возбудителей инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи.

Материалы и методы. Отбор проб пыли (n=41) осуществлялся в стерильные емкости стерильной перчаткой с внутренней стороны вентиляционных решеток и непосредственно прилежащих к ним частей воздуховодов вытяжных вентиляционных систем в различных медицинских организациях. Форма и размерность пылевых частиц изучена методами сканирующей электронной микроскопии и динамического рассеяния света. Элементный анализ (CHNSO-анализ) проведен посредством высокотемпературного каталитического окисления. Бактериальный состав пыли изучен с помощью биохимического анализатора VITEK®2 Compact (Франция), присутствие вирусов подтверждалось полимеразной цепной реакцией.

Результаты. Выявлены два морфологических типа образцов пыли: с глобулярными частицами и микроразмерными волокнами. Независимо от профиля отделений преобладали образцы пыли с глобулярными частицами. Установлено наличие наночастиц во всех исследованных образцах пыли со средним первым пиком 85,6±12,6 нм и средним вторым пиком 307,1±76,2нм. Пыль, отобранная в отделениях нехирургического профиля, содержала больший весовой процент азота, чем пыль отделений хирургического профиля (р<0,001). По другим элементам (водород, сера, углерод) различия не выявлены. Пыль, отобранная в медицинских организациях разных городов, различалась по содержанию азота (р<0,033). По другим элементам (водород, сера, углерод) различия не установлены. Выявлено широкое микробное разнообразие микроорганизмов в образцах пыли и высокая частота ее контаминации (46,34% исследованных образцов). В отделениях хирургического профиля преобладала контаминация пыли мультирезистентными штаммами бактерий (28,57%) с высоким эпидемическим потенциалом, в то время как в отделениях нехирургического профиля - вирусами (23,3%).

Заключение. Пыль, образующаяся в отделениях хирургического профиля, содержит наноразмерные частицы, контаминирована муль- тирезистентными микроорганизмами, имеет органический субстрат, определяющий возможность накопления и размножения в ней возбудителей инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, с последующим воздушно-пылевым путем передачи.

Ключевые слова: хирургические отделения, пыль, наночастицы, госпитальный штамм, резервуар возбудителей, инфекции, связанные с оказанием медицинской помощи,

Particulate matter as a possible reservoir of multidrug-resistant microorganisms in surgical healthcare settings

Abstract

Aim. To study the microbial diversity and dust organic component in surgical healthcare settings and to assess the risk of dust-mediated transmission of healthcare-associated infections.

Materials and Methods. Dust sampling (n = 41) was carried out using sterile gloves and containers from ventilation grilles and adjacent air ducts of the exhaust ventilation systems in various healthcare settings. Size and shape of dust particles were studied by means of scanning electron microscopy and dynamic light scattering. Elemental analysis (CHNSO) was conducted employing high temperature catalytic oxidation. Bacterial composition of the dust was investigated using a VITEK 2 Compact biochemical analyzer while viral diversity was screened by polymerase chain reaction.

Results. Dust in healthcare units consisted of globular particles and/or microsized fibers. Regardless of the healthcare setting, globular particles prevailed in the dust structure. Dust nanoparticles was characterised by an average first size peak of 85.6 ± 12.6 nm and an average second peak of 307.1 ± 76.2 nm. Dust collected in non-surgical units contained a higher nitrogen content than surgical settings (p < 0.001). Proportions of hydrogen, carbon, and sulfur did not differ between non-surgical and surgical units. The dust collected from healthcare settings in different cities also varied in nitrogen content (p = 0.033). A wide microbial diversity was detected in dust samples and a high frequency (46.34%) of its contamination was found. In surgical departments, dust contamination was notable for multidrug-resistant bacteria (28.57%), while viruses prevailed in non-surgical departments (23.3%).

Conclusions. Dust generated in surgical departments contains nanosized particulate matter, multidrug-resistant microorganisms, and a prominent organic component all defining it as a possible reservoir of multidrug-resistant microorganisms which may potentially cause healthcare-associated infections via airborne transmission.

Keywords: surgical units, dust, nanoparticles, hospital strain, reservoir of pathogens, health care-associated infections, airborne transmission.

Введение

Микрочастицы пыли и содержащиеся в ней токсические вещества - широко распространенный загрязнитель атмосферного воздуха, представляющий серьезную угрозу для здоровья человека и экосистем [1]. Антропогенные выбросы содержат в основном твердые частицы размерами от 0,5 до 200 мкм [1]. В угледобывающем регионе одним из факторов, способствующих развитию генотоксических эффектов, является присутствие в атмосферном воздухе угольной пыли, образующейся на всех этапах угледобычи. Наибольшую опасность представляют мелкодисперсная пыль и наноразмерные частицы. Наночастица - твердый объект размером до 1 мкм, имеющий сравнительно малый объем при большой площади поверхности, магнитные особенности, часто содержащий полость [2]. Эти характеристики определяют особые свойства наночастиц. В литературе рассмотрены различные аспекты влияния пылевых наночастиц на здоровье человека. Убедительно доказано, что мелкодисперсные частицы являются фактором риска развития заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой систем, подробно описан патогенез повреждающего действия клеток наночастицами с последующим развитием системных реакций [2, 3].

Вместе с тем отсутствуют фундаментальные исследования о роли пылевых частиц в механизме формирования резервуаров госпитальных клонов микроорганизмов, закономерностях и зависимости распространения пылевых частиц от ряда факторов больничной среды, их вкладе в заболеваемость инфекциями, в том числе, связанными с оказанием медицинской помощи (ИСМП) [4]. Образование и свойства пыли в медицинской организации зависят как от загрязнений атмосферного воздуха, так и от характера применяемых медицинских технологий и материалов [5].

Особый интерес с позиций вклада воздушно-пылевого пути передачи в эпидемический процесс ИСМП и распространения мультирезистентных клонов микроорганизмов представляют отделения хирургического профиля [6, 7].

Цель исследования

Изучение микробного состава и органического компонента пыли в отделениях хирургического профиля для оценки риска воздушно-пылевого пути передачи возбудителей инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи.

Материалы и методы

Отбор проб пыли (п=41) осуществлялся в стерильные емкости стерильной перчаткой с внутренней стороны вентиляционных решеток и непосредственно прилежащих к ним частей воздуховодов вытяжных вентиляционных систем в различных медицинских организациях. Все образцы были дифференцированы на образцы из отделений хирургического профиля (п=11) и отделений нехирургического профиля (п=30).

Исследование формы, размерности и элементного состава частиц пыли для отделений хирургического профиля (п = 9) и для отделений нехирургического профиля (п = 11) проводили при помощи сканирующей электронной микроскопии на микроскопе JEOL JSM- 6390 LA (JEOL, Япония). Частицы исследуемых объектов были нанесены на двусторонний углеродный скотч, приклеенный на алюминиевый предметный столик. Микрофотографии были получены в режиме регистрации вторичных электронов. Определение содержания элементов (C, H, N, S) в составе органической массы было проведено методом высокотемпературного каталитического окисления (CHNSO-анализ) с использованием элементного анализатора Flash 2000 (ThermoScientific, США). Средний размер и распределение размерности частиц пыли в растворе (n = 15) были определены методом динамического рассеяния света на лазерном анализаторе ZetasizerNano ZS (Malvernlnstruments, Великобритания). Перед проведением съемки исследуемые частицы были ресуспендированы в фильтрованной (220 нм) стерильной бидистиллированной воде и обработаны ультразвуком в течение 20 минут до получения устойчивых дисперсных систем. Далее было проведено удаление крупных частиц фильтрованием через бумажный фильтр и фильтрующие насадки с диаметром пор 450 и 220 нм. Для каждого образца было выполнено от 10 до 50 измерений, осуществлявшихся до получения не менее 5 сходящихся результатов. Температура при проведении измерения составила 25°С (с предварительным 20-минутным термостатированием). Результаты получены с использованием оборудования Кемеровского центра коллективного пользования института углехимии и химического материаловедения Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук.

Выявление и дифференцирование РНК ротавирусов группы А (Rotavirus A), астровирусов (Astrovirus) и норовирусов 2 генотипа (Norovirus 2 генотип) во всех пробах (n = 41) проводилось методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с гибридизационно-флуорес- центной детекцией при помощи тест-системы АмплиСенсRotavirus/Norovirus/Astrovirus-FL (ФБУН ЦНИИЭ Роспотребнадзора, г. Москва). Аналогичным образом была выполнена идентификация РНК энтеровирусов (Enterovirus) (n = 41, тест-система АмплиСенсEnterovirus-FL), РНК вируса гепатита A (n = 41, тест-система АмплиСенс HAV-FL), а также ДНК Shigella spp., энтероинвазивных E. coli, Salmonella spp. и термофильных Campylobacter spp. (n = 41, АмплиСенс Shigella spp. и EIEC/Salmonella spp./Campylobacter spp.-FL).

Для изучения бактериального состава пробы пыли (n = 41) засевали в 1% сахарный бульон и далее инкубировали при 37°С в течение 24 часов. Затем культуры пересевали на кровяной агар, агар Candida, агар Orientation с последующей инкубацией аналогичной температуры и времени. Для выделения чистой культуры возбудителя осуществляли пересев на среду Клиглера с дальнейшим выращиванием в термостате по вышеуказанному протоколу. Определение видовой принадлежности бактерий проводили на биохимическом автоматическом анализаторе VITEK®2 Compact (BioMerieux, Франция) с использованием карт VITEK®2GN, предназначенных для идентификации клинически значимых ферментирующих и неферментирующих грамотрица- тельных палочек и включающих 47 индивидуальных биохимических тестов, а также карт VITEK®2GP, позволяющих идентифицировать 120 грамположительных микроорганизмов. Для заполнения соответствующих карт прибора из полученных культур готовили суспензию с оптической плотностью в 0,5-0,63 стандарта МакФарланда согласно инструкции производителя (BioMerieux, Франция). Время получения результата составляло 5-10 часов. На каждую исследуемую культуру был получен протокол идентификации микроорганизма с подробной информацией об его биохимической активности. Рассчитывалась относительная вероятность, отражающая степень соответствия биохимической активности каждого вида из базы данных анализатора. Система делала единственный выбор при относительной вероятности 85-99%. Чувствительность к антимикробным препаратам определялась на анализаторе VITEK^®2 Compact (Франция). Статистическая обработка результатов осуществлялась в программе GraphPad Prism7 (GraphPad Software). Две независимые группы сравнивались по U-критерию Манна-Уитни. Статистические различия считали значимыми при p<0.05.

Результаты

пыль инфекция хирургический

Морфологическая характеристика поверхности образцов пыли. Методом сканирующей электронной микроскопии выявлены два морфологических типа образцов пыли: с глобулярными частицами и микроразмерными волокнами. Независимо от профиля отделений преобладали образцы пыли с глобулярными частицами (рисунки 1, 2).

Размерность частиц пыли

Интерес представляли наличие и размерность микрочастиц пыли, поскольку микроорганизмы могут длительное время находиться на пылевых частицах и в зависимости от их характеристик проникать в нижние отделы дыхательных путей, контаминировать раневые поверхности [4]. Исследование распределения размерности частиц пыли в растворе методом динамического рассеяния, отобранных в отделениях хирургического профиля, выявило на- норазмерную фракцию пыли со средним первым пиком 85,6±12,6 нм и средним вторым пиком 302,5±75,6 нм (таблица 1).

Таблица 1. Распределение пи-ков наноразмерной фракции частиц пы-ли, отобранной в от-делениях хирургиче-ского профиля

Table 1. Particle-size distribution of nanoscale particulate matter in surgical healthcare settings

Рисунок 1. Морфологическая характеристика образцов пыли хирургических отделений

Figure 1. Morphological characteristics of dust samples in surgical units

Рисунок 2. Морфологическая характеристика образцов пыли отделений нехирургического профиля

Figure 2. Morphological characteristics of dust samples of non- surgical units

При этом наноразмерная фракция пыли, отобранной в отделениях нехирургического профиля, имела средний первый пик 92,9±13,9 нм и средний второй пик 307,1±76,2нм (таблица 2). Таким образом, установлено наличие наночастиц во всех исследованных образцах пыли.

Таблица 2. Распределение пиков наноразмерной фракции частиц пыли, отобранной в от-делениях нехирургического профиля

Table 2. Particle-size distribution of nanoscale particulate matter in non-surgical healthcare settings

Органический компонент пыли

Ранее нами был исследован элементный состав образцов пыли, который выявил наличие органического (белкового) субстрата, необходимого для накопления и размножения микроорганизмов [4].

Далее при исследовании органического компонента образцов пыли CHNSO-анализом с использованием высокотемпературного каталитического окисления было установлено, что пыль, отобранная в отделениях нехирургического профиля, содержала больший весовой процент азота, чем пыль отделений хирургического профиля ф<0,001). По другим элементам (водород, сера, углерод) различия не выявлены (рисунок 3).

Рисунок 3. Содержание угле-рода, азота, серы, водорода (весовые проценты) в пыли от-делений хирургического и нехирургического профиля

Figure 3. Proportions (weight percent) of carbon, nitrogen, sulfur, and hydrogen in the dust collected in surgical and non-surgical unit

Вместе с тем установлено, что пыль, отобранная в медицинских организациях города Прокопьевска, содержала больший весовой процент азота, чем пыль, отобранная в медицинских организациях города Кемерово (p<0,033). По другим элементам (водород, сера, углерод) различия не выявлены (рисунок 4).

Рисунок 4. Содержание углерода, азота, серы, водорода (весовые проценты) в пыли в медицинских организациях городов Кемерово и Прокопьевска

Figure 4. Proportions (weight percent) of carbon, nitrogen, sulfur, and hydrogen in the dust collected in healthcare units in Kemerovo and Prokopyevsk

Контаминация пыли

При исследовании 41 пробы пыли установлено, что в 19 пробах (46,34%) обнаружены различные микроорганизмы. При исследовании пыли, отобранной в отделениях хирургического профиля, из 11 проб (26,83%) бактерии обнаружены в 7 пробах (63, 64 %), в 1 пробе (9,09%) была обнаружена РНК Rotavirus А. При этом выделен окса- циллинрезистентный штамм Staphylococcus pseudintermedius,мультирезистентный штамм Raoultella ornithinolytica и штамм Klebsiella pneumoniae, карбапенемрезистентные бактерии рода Pantoea, азтреонам- и ко- листин-резистентый штамм Shewanella pu- trefaciens, азтреонам-резистентный штамм Sphingomonas paucimobilis и чувствительные к антибиотикам Pasteurella canis, Aer- omonas sobria, Chromobacterium violaceum, Enterococcus faecium.

При исследовании пыли отделений нехирургического профиля из 30 проб (40,0%) бактерии обнаружены в 10 (33,33%), в 7 пробах (23, 3%) была обнаружена РНК Rotavirus A. Бактерии представлены Salmonella spp., термофильными Campylobacter spp., Cronobacter dublin- ensis, ванкомицин- и фторхинолонрезистент- ным штаммом Enterococcus faecium, ампици- лин- и фосфомицин резистентным штаммом Kluyvera intermedia, резистентными к цефало- споринам III и IV поколений штаммами Sphin gomonas paucimobilis, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, азтреонам- и коли- стин-резистентным штаммом Moraxella lacu- nata.

Выявлены различия микроорганизмов, контаминирующих пыль, в зависимости от профиля отделений. В отделениях хирургического профиля преобладала контаминация пыли мультирезистентными штаммами бактерий (28,57%) с высоким эпидемическим потенциалом, в то время как в отделениях нехирургического профиля - вирусами (23,3%).

Обсуждение

Пылевые частицы, осажденные на вентиляционных решетках вытяжных вентиляционных систем и прилежащих к ним частях воздуховодов, могут служить дополнительным резервуаром мультирезистентных госпитальных штаммов микроорганизмов.

В публикациях имеются данные, подтверждающие реализацию воздушно-пылевого пути передачи таких возбудителей, как Salmonella ty- phimurium, Mycobacterium tuberculosis [8].

Можно предположить, что вероятность формирования резервуара госпитальных клонов микроорганизмов может зависеть от наличия в пыли органических веществ, необходимых для роста и размножения микроорганизмов, от ее структуры, неорганического элементного состава, морфологии поверхности пылевых частиц [4].

Кроме того, от размера частиц зависит их способность к длительной циркуляции во внешней среде медицинских организаций и перемещение воздушными потоками в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что представляет эпидемиологическую опасность как для пациентов, так и для персонала в связи с возможностью проникновения микроразмер- ных частиц в нижние отделы дыхательных путей [6].

В литературе риск развития заболеваний, ассоциированных с наноразмерными частицами, достаточно подробно освещен [9]. Однако их возможная связь с мультирезистент- ными микрооганизмами ранее не обсуждалась.

Современные медицинские технологии и условия медицинских организаций существенно изменились за последнее десятилетие [10]. Это определяет необходимость изучения характеристик пыли, риска реализации воздушно-пылевого пути передачи возбудителей в отделениях хирургического профиля, отличающихся по инвазивным технологиям, материалам и условиям от других отделений [11].

По результатам настоящего исследования было выявлено два типа образцов пыли: с глобулярными частицами и микроразмерными волокнами. Однако не было установлено различий в структуре пылевых частиц в отделениях хирургического и нехирургического профиля.

Пыль хирургических отделений содержала меньше азота в сравнении с отделениями нехирургического профиля, однако присутствие органических веществ определяет вероятность возможного сохранения и размножения микроорганизмов.

Содержание углерода в пыли медицинских организаций существенно меньше, чем в угольной пыли, однако это не исключает присутствие ее как одного из компонентов пыли медицинских организаций, проникающей из атмосферного воздуха. Присутствие угольной пыли может увеличивать сорбционные свойства пыли и риск ее контаминации микроорганизмами.

Выявленное в нашем исследовании наличие наноразмерных частиц пыли в отделениях различного профиля, подтверждает опасность длительной циркуляции и проникновения частиц в нижние отделы дыхательных путей [12].

Установлена высокая частота контаминации пыли микроорганизмами. При этом выявлены чувствительные и мультирезистентные формы бактерий как в отделениях хирургического, так и нехирургического профиля [13]. В отделениях нехирургического профиля преобладала частота контаминации вирусами, в отделениях хирургического профиля - бактериями.

Заключение

Пыль, образующаяся в условиях медицинских организаций, а именно в отделениях хирургического профиля, содержит наноразмерные частицы, контаминирована мультирезистентными микроорганизмами, имеет органический субстрат, определяющий возможность накопления и размножения в ней возбудителей ИСМП с последующим воздушно-пылевым путем передачи.

Литература / References

1. Калаева С.З., Чистяков Я.В., Муратова К.М., Чеботарев П.В. Влияние мелкодисперсной пыли на биосферу и человека. Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016; 3: 40-63 [Kala- yeva C.Z., Chistyakov Y.V., Muratova K.M., Chebotarev P.V. Influencing fine-dispersed dust upon biosphere and human. Bulletin of Tula State University. Earth Sciences. 2016; 3: 4063 (In Russ.).]

2. Mannucci PM, Harari S, Martinelli I, Franchini M. Effects on health of air pollution: a narrative review. Intern Emerg Med. 2015;10(6.):657-662. https://doi.org/10.1007/s11739-015-1276-7

3. Кутихин А.Г., Ефимова О.С., Исмагилов З.Р., Барбараш О.Л. Влияние пылевого загрязнения от угольной и углехимической промышленности на риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. Химия в интересах устойчивого развития. [Kutikhin A.G., Efimova O.S., Ismagilov Z.R., Barbarash O.L. Air pollution from coal mines and coal chemistry: impact on cardiovascular diseases. Chemistry and Sustainable Development. 2018; 26(6): 647-655. (In Russ.).] https:// doi.org/10.15372/KhUR20180612.

4. Чезганова Е.А., Ефимова О.С., Созинов С.А. и др. Больничная пыль как потенциальный резервуар госпитальных штаммов. Эпидемиология и Вакцинопрофилактика. 2019; 18 (3): 82-92 [Chezganova E.A., Efimova O.S., Sozinov S.A. et al. Particulate Matter in a Hospital Environment: as Potential Reservoir for Hospital Strains. Epidemiology and Vaccinal Prevention. 2019; 18(4):82-92. (In Russ.).] https://doi. org/10.31631/2073-3046-2019-18-4-82-92

5. Baures E, Blanchard O, Mercier Fetal. Indoor air quality in two French hospitals: Measurement of chemical and microbiological contaminants. Sci Total Environ. 2018; 642: 168-179.

6. Шестопалов Н.В., Скопин А.Ю., Федорова Л.С. Гололобова Т.В. Совершенствование методических подходов к управлению риском распространения инфекций с аэрозольным механизмом передачи возбудителя. Анализ риска здоровью. 2019. (1): 84-92. [Shestopalov NV, Skopin AYu, Fedorova LS, Gololobova TV. Improving methodological approaches to managing the risk of spreading infections with an aerosol pathogen transmission mechanism. Health Risk Analysis. 2019. (1): 84-92. (In Russ.).]

7. Noguchi C, Koseki H, Horiuchi H et al. Factors contributing to airborne particle dispersal in the operating room. BMC Surg. 2017; 17(1):78. https://doi.org/10.1186/s12893-017-0275-1.

8. Акимкин В.Г., Покровский В.И. Нозокомиальный сальмонеллез взрослых. М.: Издательство РАМН; 2002; 136. [Akimkin VG, Pokrovsky VI. Nosocomial salmonellosis in adults. Publishing House of Russian Academy of Medical Sciences. 2002; 136 (In Russ.).]

9. Kim KH, Kabir E, Kabir S. A review on the human health impact of airborne particulate matter. Environ Int. 2015; 74: 136143. https://doi.org/10.1016/j.envint.2014.10.005

10. Брусина Е.Б., Ковалишена О.В., Цигельник А.М. Инфекции, связанные с оказанием медицинской помощи в хирургии: тенденции и перспективы профилактики.

11. Эпидемиология и Вакцинопрофилактика. 2017; 16(4):73-80. [Brusina E.B., Kovalishena O.V., Tsigelnik A.M. Healthcare-Associated Infections: Trends and Prevention Prospectives. Epidemiology and Vaccinal Prevention. 2017; 16(4): 73-80. (In Russ.)] https://doi.org/10.31631/2073-3046-2017-16-4-73-80

12. Spagnolo AM, Ottria G, Amicizia D el al. Operating theatre quality and prevention of surgical site infections. J Prev Med Hyg. 2013;54(3):131-137

Хадарцев А.А., Хрупачев А.Г., Кашинцева Л.В., Волков А.В. Оценки риска загрязнения приземной атмосферы как угрозы устойчивому развитию территорий индустриального природопользования. Известия Самарского научного центра РАН. 2016; 2-3 [Khadartsev A.A., Khrupachev A.G., Kashintseva L.V., Volkov A.V.

13. Risk assessments of ground atmosphere pollution as threats to sustainable development of the territories of industrial nature management. Bulletin of Samara Research Center of the Russian Academy of Sciences. 2016; 2-3 (In Russ.).]

14. Solomon FB, Wadilo FW, Arota AA, Abraham YL. Antibiotic resistant airborne bacteria and their multidrug resistance pattern at University teaching referral Hospital in South Ethiopia. Ann Clin Microbiol Antimicrob. 2017; 12; 16(1): 29. https:// doi.org/10.1186/s12941-017-0204-2

Размещено на Allbest.ru