第二節　外界因素對細菌的影響

　　細菌在自然界必然不斷經受週圍環境中各種因素的影響。當環境適宜時，細菌能進行正常的新陳代謝而生長繁殖；若環境條件變化，可引起細菌的代謝和其他性狀發生變異；若環境條件改變劇烈，可使細菌生長受到抑制或導致死亡。因此掌握微生物對週圍環境的依賴關系，在醫療實踐中，一方面可創造有利條件，促進微生物的生長繁殖，從病理材料中分離培養病原微生物，有助于傳染病的診斷以及制備疫苗，來預防某些傳染病；另一方面，也可利用環境對細菌不利因素，抑制或殺滅病原微生物，以達到消毒滅菌的目的。本節重點介紹外界環境對細菌不利因素，提高對消毒滅菌的認識以便在實際工作中加以應用。

　　消毒（Disinfection）殺滅病原微生物的方法。用以消毒的藥物稱為消毒劑(Disinfectants)一般消毒劑在常用濃度下，只對細菌繁殖體有效。對于芽胞則需要提高消毒劑的濃度和延長作用的時間。

　　滅菌（Sterilization）殺滅物體上所有的微生物（包括病原體和非病原體的繁殖體和芽胞）的方法。因此，滅菌比消毒的要求高；但在日常生活中，消毒和滅菌這兩個術語往往通用。

　　無菌（Asepsis）物體上或容器內無活菌存在的意思。無菌操作是防止微生物進入機體或其他物品的操作技術。例如，進行外科手術或微生物學實驗時，須注意無菌操作。

　　防腐（Antisepsis）防止或抑制微生物生長繁殖的方法。用于防腐的化學藥物稱為防腐劑。許多藥物在低濃度時只有　抑菌作用，濃度增高或延長作用時間，則有殺菌作用。

　　消毒與滅菌技術的選擇，取決于多種因素。在實際工作中應根據消毒滅菌的對象和目的要求不同，以及條件的不同，選擇不同的合適方法。

　　一、物理因素

　　各種物理因素對細菌都能產生一定的影響作用。

　　（一）熱力滅菌

　　高溫對細菌有明顯的致死作用。熱力滅菌主要是利用高溫使菌體變性或凝固，酶失去活性，而使細菌死亡。但是，更細微的變化已發生于細菌凝固之前。有人認為DNA單螺旋的斷裂可能是主要的致死因素。細菌蛋白質、核酸等化學結構是由氫鍵連接的，而氫鍵是較弱的化學鍵，當菌體受熱時，氫鍵遭到破壞，蛋白質、核酸、酶等結構也隨之被破壞，失去其生物學活性，與細菌致死有關。此外，高溫亦可導致胞膜功能損傷而使小分子物質以及降解的核糖體漏出。幹熱的致死作用與濕熱不盡相同，一般屬于蛋白變性、氧化作用受損和電解質水平增高的毒力效應。

　　熱力滅菌時最可靠而普遍應用的滅菌法，包括濕熱滅菌和幹熱滅菌法。

　　1．濕熱滅菌法

　　 在同樣的溫度下，溫熱的殺菌效果比幹熱好，其原因有：①蛋白質凝固所需的溫度與其含水量有關，含水量愈大，發生凝固所需的溫度愈低。濕熱滅菌的菌體蛋白質吸收水分，因較大同一溫度的幹熱空氣中易于凝固。②溫熱滅菌過程中蒸氣放出大量潛熱，加速提高濕度。因而濕熱滅菌比幹熱所要溫度低，如在同一溫度下，則濕熱滅菌所需時間比幹熱短。③濕熱的穿透力比幹熱大，使深部也能達到滅菌溫度，故濕熱比幹熱收效好。

　　濕熱滅菌法包括有：

　　（1）煮沸法：煮沸100℃，5分鐘，能殺死一般細菌的繁殖體。許多芽胞需經煮潮5～6小時才死亡。水中加入2%碳酸鈉，可提高其沸點達105℃。既可促進芽胞的殺滅，又能防止金屬器皿生鏽。煮沸法可用于飲水和一般器械（刀剪、注射器等）的消毒。

　　（2）流通蒸汽滅菌法：利用100℃左右的水蒸汽進行消毒，一般採用流通蒸汽滅菌器（其原理相當于我國的蒸籠），加熱15到39分鐘，可殺死細菌繁殖體。消毒物品的包裝不宜過大、過緊以利于蒸汽穿透。

　　（3）間歇滅菌法：利用反復多次的流通蒸汽，以達到滅菌的目的。一般用流通蒸汽滅菌器，100℃加熱15～30分鐘，可殺死其中的繁殖體；但芽胞尚有殘存。取出後放37℃孵箱過夜，使芽胞發育成繁殖體，次日再蒸一次，如此連續三次以上。本法適用于不耐高溫的營養物（如血清培養基）的滅菌。

　　（4）巴氏消毒法（Pasteurization）：利用熱力殺死液體中的病原菌或一般的雜菌，同時不致嚴重損害其質量的消耗方法。由巴斯德創用以消毒酒精類，故名。加溫61.1～62.8℃半小時，或71.7℃15～30秒鐘。常用于消毒牛奶和酒類等。

　　（5）高壓蒸汽滅菌法：壓力蒸汽滅菌是在專門的壓力蒸汽滅菌器中進行的，是熱力滅菌中使用最普遍、效果最可靠的一種方法。其優點是穿透力強，滅菌效果可靠，能殺滅所有微生物。

　　目前使用的壓力滅菌器可分為兩類：下排氣式壓力滅菌器和預真空壓力滅菌器。適用于耐高溫、耐水物品的滅菌。

　　2．幹熱滅菌法

　　幹熱滅菌比濕熱滅菌需要更高的溫度與較長的時間。

　　（1）幹烤：利用幹烤箱，加熱160～180℃2小時，可殺死一切微生物，包括芽胞菌。主要用于玻璃器皿、瓷器等的滅菌。

　　（2）燒灼和焚燒：燒灼是直接用火燄殺死微生物，適用于微生物實驗室的接種針等不怕熱的金屬器材的滅菌。焚燒是徹底的消毒方法，但只限于處理廢棄的污染物品，如無用的衣物、紙張、垃圾等。焚燒應在專用的焚燒爐內進行。

　　(3) 紅外線：紅外線輻射是一種0.77～1000微米波長的電磁波,有較好的熱效應,尤以1～10微米波長的熱效應最強。亦被認為一種幹熱滅菌。紅外線由紅外線燈泡產生,不需要經空氣傳導，所以加熱速度快，但熱效應只能在照射到的表面產生，因此不能使一個物體的前後左右均勻加熱。紅外線的殺菌作用與幹熱相似，利用紅外線烤箱滅菌的所需溫度和時間亦同于幹烤。多用于醫療器械的滅菌。

　　人受紅外線照射較長會感覺眼睛疲勞及頭疼；長期照射會造成眼內損傷。因此，工作人至少應戴能防紅外線傷害的防護鏡。

　　（4）微波：微波是一種波長為1毫米到1米左右的電磁波，頻率較高，可穿透玻璃、塑料薄膜與陶瓷等物質，但不能穿透金屬表面。微波能使介質內雜亂無章的極性分子在微波場的作用下，按波的頻率往返運動，互相衝撞和磨擦而產生熱，介質的溫度可隨之升高，因而在較低的溫度下能起到消毒作用。一般認為其殺菌機理除熱效應以外，還有電磁共振效應，場致力效應等的作用。消毒中常用的微波有2450MHZ與915MHZ兩種。微波照射多用于食品加工。在醫院中可用于檢驗室用品、非金屬器械、無菌病室的食品食具、藥杯及其它用品的消毒。

　　微波長期照射可引起眼睛的晶狀混濁、睪丸損傷和神經功能紊亂等全身性反應，因此必須關好門後才開始操作。

　　（二）電磁波與射線

　　1．日光與紫與外

　　日光是有效的天然殺菌法，對大多數微生物均有損害作用，直射殺菌效果尤佳，其主要的作用因素為紫外線，此外，熱與氧氣起輔助作用。但光線效應受很多因素的影響，如煙塵籠罩的空氣、玻璃及有機物等都能減弱日光的殺菌力。

　　紫外線是一種低能量的電磁輻射，波長範圍為240～280nm,最適的波長為260nm，這與DNA吸收光譜範圍相一致。其殺菌原理是紫外線易被核蛋白吸收，使DNA的同一條螺旋體上相鄰的堿基形成胸腺嘧啶二聚體，從而幹攏DNA的復制，導致細菌死亡或變異。紫外線的穿透能力弱，不能通過普通玻璃、塵埃，只能用于消毒物體表面及空氣、手術室、無菌操作實驗室及燒傷病房，亦可用于不耐熱物品表面消毒。殺菌波長的紫外線對人體皮膚、眼睛均有損傷作用，使用時應注意防護。

　　2．電離輻射

　　包括高速電子、X線和r線等。具有較高的能量與穿透力，可在常溫下對不耐熱的物品滅菌，故又稱“冷滅菌”。其機理在于產生遊離基，破壞DNA。可用于消毒不耐熱的塑料注射器和導管等；亦能用于食品消毒而不破壞其營養成份。

　　（三）濾過除菌法

　　將液體或空氣通過含有微細小孔的濾器，只允許小于孔徑的物體如液體和空氣通過，大于孔徑的的物體不能通過。主要用于一些不耐熱的血清、毒素、抗生素、藥液、空氣等除菌。一般不能除去病毒、支原體和細菌的L型。濾器的種類很多常用的有：

　　濾膜濾器（Membrane filter）由硝基纖維素制成薄膜，裝于濾器上，其孔徑大小不一，常用于除菌的為0.22um。硝基纖維素的優點是本身不帶電荷，故當液體濾過後，其中有效成分喪失較少。

　　蔡氏濾器（Seitz）是用金屬制成，中間夾石棉濾板，按石棉K、EK、EK-S三種，常用EK號除菌。

　　玻璃濾器是用玻璃細砂加熱壓成小碟，嵌于玻璃漏鬥中一般為G1、G2、G3、G4、G5、G6六種，G5、G6可阻止細菌通過。

　　實驗室等處應用的超淨工作台，就是利用過濾除菌的原理去除進入工作台空氣中的細菌。

　　（四）超聲與超聲波（Ultrasonic and sonic waves）

　　每秒鐘超過200，000次振動的聲波不被人耳感受，稱為超聲波。微生物對強度高的超聲波很敏感。其中以革蘭氏陰性菌最敏感，而葡萄球抵抗最強。雖然聲波強烈地振動可使菌群死亡，但往往有殘存者。因此，這種方法在消毒滅菌方面無實用價值。主要用以裂解細胞分離提取細胞組分或制備抗原。超聲波滅菌的機理尚不清楚，可能是細菌外表受細微氣泡的作用，擾亂細胞內容物及破壞細胞壁致細菌崩解而死亡。

　　（五）幹燥

　　多數細菌的繁殖體在空氣中幹燥時很快死亡，例如腦膜炎雙球菌、淋球菌、霍亂弧菌、梅毒螺旋體等。有些細菌抗幹燥力較強，尤其有蛋白質等物質保護時。例如溶血性鏈球菌在塵埃中存活25日，結核桿菌在幹痰中數月不死。芽胞抵抗力更強，例如炭疽桿菌耐幹燥20餘年。幹燥法常用于保存食物。濃鹽或糖漬食品，可使細菌體內水分逸出，造成生理性幹燥，使細菌的生命活動停止。

　　（六）低溫

　　多數細菌耐低溫。在低溫狀態下，這些細菌的代謝減慢，當溫度如回升到適宜範圍又能恢復生長繁殖，故低溫常用作保存菌種。

　　二、化學因素

　　化學藥物能影響細菌的化學組成、物理結構和生理活動，從而發揮防腐，消毒，甚至滅菌的作用。防腐劑的濃度高或作用時間長，也可達到消毒的目的。消毒及防腐藥物對人體組織有害，只能外用或用于環境消毒。

　　（一）化學消毒劑

　　1．化學消毒劑的種類

　　化學消毒劑的種類很多，其殺菌作用亦不盡相同。一般可根據用途與消毒劑的特點選擇使用（見表4-2）

表4-2 消毒劑種類、性質與用途

　　2．化學消毒劑的作用機制

　　不同的化學消毒劑其作用原理也不完全相同，大致歸納為三個方面。一種化學消毒劑對細菌的影響常以其中一方面為主，兼有其他方面的作用。

　　（1）改變細胞膜通透性 表面活性劑（Surface-active agent）、酚類及醇類可導致胞漿膜結構紊亂並幹擾其正常功能。使小分子代謝物質溢出胞外，影響細胞傳遞活性和能量代謝。甚至引起細胞破裂。

　　（2）蛋白變性或凝固酸、堿和醇類等有機溶劑可改變蛋白構型而攏亂多肽鏈的折疊方式，造成蛋白變性。如乙醇、大多數重金屬鹽、氧化劑、醛類、染料和酸堿等。

　　（3）改變蛋白與核酸功能基團的因子作用于細菌胞內酶的功能基（如SH基）而改變或抑制其活性。如某些氧化劑和重金屬鹽類能與細菌的-SH基結合並使之失去活性。

　　3．影響消毒劑作用的因素

　　（1）消毒劑的性質、濃度與作用時間各種消毒劑的理化性質不同，對微生物的作用大小也差異。例如表面活性劑對革蘭氏陽性菌的滅菌效果比對革蘭氏陰性菌好，龍膽紫對葡萄球菌的效果特別強。

　　同一種消毒劑的濃度不同，其消毒效果也不一樣。大多數消毒劑在高濃度時起殺菌作用，低濃度時則只有抑菌作用。在一定濃度下，消毒劑對某種細菌的作用時間越長，其效果也越強。若溫度升高，則化學物質的活化分子增多，分子運動速度增加使化學反應加速，消毒所需要的時間可以縮短。

　　（2）微生物的污染程度微生物污染程度越嚴重，消毒就越困難，因為微生物彼此重疊，加強了機械保護作用。所以在處理污染嚴重的物品時，必須加大消毒劑濃度，或延長消毒作用的時間。

　　（3）微生物的種類和生活狀態不同的細菌對消毒劑的抵抗力不同，細菌芽胞的抵抗力最強，幼齡菌比老齡菌敏感。

　　（4）環境因素當細菌和有機物特別是蛋白質混在一起時，某些消毒劑的殺菌效果可受到明顯影響。因此在消毒皮膚及器械前應先清潔再消毒。

　　（5）溫度、濕度、酸堿度消毒速度一般隨溫度的升高而加快，所以溫度越高消毒效果越好。濕度對許多氣體消毒劑有影響。酸堿度的變化可影響劑殺滅微生物的作用。例如，季胺鹽類化合物的戊二醛藥物在堿性環境中殺滅微生物效果較好；酚類和次氯酸鹽藥劑則在酸性條件下殺滅微生物的作用較強。

　　（6）化學拮抗物陰離子表面活性劑可降低季胺鹽類和洗比泰的消毒作用，因此不能將新潔爾滅等消毒劑與肥皂、陰離子洗滌劑合用。次氯酸鹽和過氧乙酸會被硫代硫酸鈉中和，金屬離子的存在對消毒效果也有一定影響，可降低或增加消毒作用。

　　（二）防腐劑

　　用于防腐的藥物稱為防腐劑。生物制劑（如疫苗、類毒素、抗毒素等）中常加入防腐劑，以防止雜菌生長。常用防腐劑有0.5%石炭酸、0.01%硫柳汞和0.1～0.2%甲醛等。

　　（三）化學療劑

　　用于治療由微生物或寄生蟲所引起疾病的化學藥物，稱為化學治療劑，化學治療劑具有選擇性毒性作用，能在體內抑制微生物的生長繁殖或使其死亡，對人體細胞一般毒性較小，可以口服、注射。化學治療劑的種類很多，常用的有磺胺類、呋喃類和異煙肼等。

　　三、生物因素的影響

　　（一）噬菌體（Bacteriophage）

　　噬菌體是能感染細菌、放線菌、真菌、螺旋體的病毒。噬菌體分布廣泛，凡是有細菌存在的場所，就可能有相應噬菌體的存在。噬菌體有嚴格的宿主特異性，只寄居于易感宿主菌體內。

　　在電鏡下噬菌體有三種外形，蝌蚪形、微球形和線形。大多數噬菌體呈蜊蚪形，由頭部和尾部兩部分組成（圖4-1）。但也有無尾的噬菌體。較大的噬菌體頭部的形狀常為六稜柱體，頭部含有核酸，外圍繞一層蛋白質外殼。少數噬菌體還具有包膜。噬菌體的尾部為噬菌體與細菌接觸的器官。不同的噬菌體尾部結構差異很大。噬菌體的化學成份僅含蛋白質及一種核酸，大部分噬菌體的核酸是DNA。噬菌體對理化因素的抵抗力較強。

圖4-1 大腸桿菌T2噬菌體結構模式圖

　　1．噬菌體和宿主菌細胞的關系

　　噬菌體感染細菌時，先通過尾刺或尾絲等特異地吸附到敏感細菌表面相應受體上，當噬菌體的尾插入細菌體時，借助于尾部含有的一種溶菌酶類物質，將胞壁溶一小孔使尾鞘插入，噬菌體的核酸很快從尾部注入細菌細胞，而致細菌發生感染。細菌感染後可出現菌體裂解或形成溶源性細菌兩種結果（圖4-2）。

圖4-2 噬菌體與細菌的相互作用（噬菌體-宿主生活週期）示意圖

　　噬菌體核酸進入細胞漿後，宿主細胞即停止合成細菌自身的DNA，轉而按噬菌體DNA所提供的遺傳信息合成新的蛋白質，包括一些合成噬菌體DNA所需的酶及噬菌體頭、尾部蛋白質亞單位等。當噬菌體DNA和蛋白質分別合成以後，在細菌胞漿內裝配成為完整的成熟噬菌全。當它們增殖到一定程度，菌細胞發生裂解，釋放出遊離的噬菌體。噬菌體進入細菌細胞後，能在敏感宿主菌內復制增殖並使之裂解的噬菌體稱為毒性噬菌體（Virulent phage）。

　　有些噬菌體不在敏感細菌內增殖，其基因整合于細菌基因組中，成為細菌DNA的一部分，當細菌分裂時，噬菌體的基因亦隨著分布至兩個子代細菌的基因中。這種噬菌體稱為溶源性噬菌體（Lysogenic phage）或溫和噬菌體(Temperat phage)。整合在細菌DNA上的噬菌體基因稱為前噬菌體(Prophage)，帶有前噬菌體的細菌稱為溶源性細菌(Lysogeneic bacteria)。

　　溶源性噬菌體能正常繁殖，但這種帶噬菌體的溶源狀態有時能自發終止，結果導致噬菌體增殖而引起細菌裂解。用紫外線照射或過氧化氫等處理溶源性細菌，可誘導前噬菌體從細菌的DNA分開，而開始其溶菌性週期。偶爾溶源性細菌也可失去前噬菌體。

　　2．噬菌體在醫學和生物學中的應用

　　（1）細菌的鑑定與分型噬菌體的作用具有高度特異性。一種噬菌體只能裂解一種或與該種相近的細菌，故可用于細菌的鑑定和分型。目前已利用噬菌體將金黃色葡萄球菌分為四個群數百個型，這種用噬菌體分型的方法，在流行病學調查上，對追查和分析這些細菌性感染的傳染源很有幫助。

　　（2）檢測標本中的細菌應用噬菌體效價增長試驗檢查標本中的相應細菌，若在檢材中檢出某種噬菌體時，常提示有相應細菌存在。

　　（3）分子生物學研究的重要工具噬菌體基因數量少，有些噬菌體為某種遺傳基因缺陷株，有些噬菌體經人工誘導的變異和遺傳容易控制和辯認，並且可用于基因的轉導和變換等研究。近年來，噬菌體已成為遺傳研究中的主要的基因載體工具。

　　（二）抗生素（Antibiotic）

　　某些微生物在代謝過程中產生的，能抑制或殺滅其他微生物的一種化學物質。抗生素主要來源于放線菌、某些真菌和細菌。目前生產的抗生素，除從微生物培養液中提取外，有些已能人工合成或半合成。

　　抗生素的作用主要幹擾病原微生物的代謝過程，從而起到抑菌或殺菌作用。抗生素的作用原理大體可概括以下方式：（1）抑制細菌細胞壁的合成（如青霉素）；（2）影響細菌細胞膜的通透性（如多粘菌素）；（3）抑制菌體蛋白質的合成（如氯霉素、四環素）；（4）抑制細菌核酸合成（如灰黃霉素）。

　　（三）細菌素（Bacteriocin）

　　是某些細菌產生的一類抗菌物質，作用譜窄，因而治療應用價值不大。目前認為有一定應用價值的，只是在細菌的分型及流行病學的調查上。

劉利兵