CN101366955A - 一种减少机械通气期间气管导管内壁细菌定植的光催化消毒方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机械通气期间可对气管导管内进行光催化消毒的方法：使用表面镀纳米TiO2膜气管导管或套管进行机械通气，通气期间通过侧发光紫外光纤向导管内引入紫外光，进行光催化灭菌；所使用的光纤前端设置一个保护套，避免光线直接向前照射。本发明的方法可以预防和控制机械通气期间气管导管表面细菌的定植、细菌生物被膜的形成和避免光照可能导致的气道损伤；处理简单、成本低廉、速度快、效率高、抗菌时间长，无毒副作用。
Description
技术领域
本发明属于光催化消毒技术领域，更具体涉及一种减少机械通气期间气管导管和气管套管内细菌定植、细菌生物被膜形成的光催化消毒方法。
背景技术
生物材料的应用在极大促进医学诊疗技术飞速发展的同时，也增加了细菌入侵宿主的途径。由生物材料引起感染(biomaterial centered infections，BCI)的病例近年来逐年上升。其中，呼吸系统医用级别聚氯乙烯(PVC)气管导管长时间置入后的发生的感染，特别是，呼吸机相关肺炎(ventilator associated pneumonia，VAP)成为重症监护病房内患者致死的主要原因，这在机械通气患者中的发生率为18％～60％，病死率超过50％。导管内的定植细菌会导致90％的机械通气患者反复发生感染，通过这条途径由某些病原体(如铜绿假单胞菌)所引起VAP的病死率甚至高达70％～80％；对于那些气管切开需长期置入PVC气管套管的患者，细菌感染更是难以避免。据报道，生物材料作为异物不仅影响宿主的免疫机制，也影响诱发感染的最低细菌数量，主要原因是生物材料为游离细菌提供粘附的位点，促进了细菌粘附和细菌生物膜(Bacterial Biofilm，BF)的形成，BF中的细菌在形态结构、理化特性、抗生素抗性及对抗机体免疫防御等方面与普通浮游生长的细菌有显著的不同，这使PVC气管导管表面的BF成为BCI致病菌重要的、持续的来源，是导致VAP临床治疗极为困难的的一个重要原因。因此有效控制和清除PVC导管表面BF的形成是防治VAP的重要方面。
相当多的注意力和研究已集中于通过使用抗菌剂，比如在导管表面涂敷抗生素防止导管表面细菌的定植(美国专利4895566、4107121号)。也有使用无抗生效果的抗菌化合物的，如欧洲专利EP1104311使用银作为抗菌剂以达到相同的目的。但是，这些方法较为昂贵且生产程序复杂，另外推荐使用的抗生素也存在诸多对机体的毒副作用，并有促进细菌耐药性形成的可能性。
近年来TiO2材料在化学中已经被广泛的研究。它化学性质稳定、无毒、抗菌谱广、抗菌时间长且具有良好的生物相容性。TiO2作为纳米薄膜可以很好地附着在陶瓷、玻璃、塑料等各种材料的表面，在光照或光照激发后表现出催化氧化性能和超亲水性，这两个性质已经被成功地应用于有机污染物的光催化氧化消除(空气净化、污水处理和抑菌及杀菌)和自清洁、超亲水性涂层材料的制造。TiO2光催化剂及其掺杂TiO2复合物在PVC材料表面的成膜并制备出表面具有抑菌和高亲水性的纳米薄膜，可提供强氧化还原能力，氧化破坏细菌的化学结构导致其丧失生物活性，使细菌难以存活和繁殖。但是光催化所必需的光照不可避免的会导致气道组织损伤，严重制约了临床上利用光催化技术对置入气道内的导管表面进行消毒的应用前景。
发明内容
本发明目的在于提供一种机械通气期间可对气管导管内进行光催化消毒的方法，该方法可以预防和控制机械通气期间气管导管表面细菌的定植、细菌生物被膜的形成和避免光照可能导致的气道损伤；处理简单、成本低廉、速度快、效率高、抗菌时间长，无毒副作用。
本发明的减少机械通气期间气管导管内壁细菌定植的光催化消毒方法，其特征在于：使用表面镀纳米TiO2膜气管导管或套管进行机械通气，通气期间通过侧发光紫外光纤向导管内引入紫外光，进行光催化灭菌；所使用的光纤前端设置一个保护套，避免光线直接向前照射。
本发明的显著优点是：
1)采用本发明可将光催化技术应用于预防和控制机械通气期间气管导管内细菌定植和细菌生物被膜形成，处理简单、成本低廉、速度快、效率高、抗菌时间长，只需通过侧光纤对表面镀膜气管导管内表面进行紫外光光照即可。通气期间使用侧发光紫外光纤对导管内面进行紫外光照射；所使用的光纤插入深度为距导管插入端1.5～3cm，光纤前端设置一个保护套，避免了光线直接向前照射可能导致的气道损伤，同时也提供了激发光催化剂薄膜光催化作用的必要光照条件。本发明基于光催化剂在光激发下能产生电子-空穴对，可以破坏和分解细菌和病毒，产生的少量水及二氧化碳对人体不会造成毒副作用的原理。与使用易于导致细菌耐药的抗生素、有一定毒副作用的消毒剂方法相比，所发明的方法有明显的优越性，是一种理想的预防和控制机械通气期间导管表面细菌定植及细菌生物被膜形成的方法。
2)本发明提出的通过侧发光紫外光纤对气管导管内表面进行紫外光照的方法有效解决了光催化消毒方法在预防和控制机械通气期间导管表面细菌定植实际应用过程中光照可能造成的气道组织损伤问题。本发明提出的光催化消毒方法可使机械通气期间气管导管内细菌生物被膜形成厚度及细菌定植量减少80％～95％。
3)本发明技术的应用将大大提高光催化技术在预防和控制机械通气期间导管表面细菌定植及细菌生物被膜形成的应用前景。
具体实施方式
使用表面镀纳米TiO2膜气管导管或套管进行机械通气，通气期间通过侧发光紫外光纤向导管内引入紫外光，进行光催化灭菌；所使用的光纤前端设置一个保护套，避免光线直接向前照射。
光催化灭菌的光照条件为：紫外光波长为210～365nm，光照时间为机械通气期间每8～12小时光照30～40min，光照强度为0.15～2mw/cm2，温度36～38℃，管腔内湿度100％。
紫外光主波长为258nm或365nm。
紫外光通过侧发光紫外光纤进行导管腔内照射；侧发光紫外光纤直径为1.5mm～3.5mm；导管内表面距光纤0～5mm。
所使用的光纤插入气管导管深度为距导管尖端1.5～3cm处。所述的气管导管插入端是指插入患者气管的一端。
以下结合具体的实施例进一步说明本发明的技术内容和效果，但是本发明不仅限于此。
实施例1
机械通气期间气管导管内的光催化消毒方法对动物气道的损伤作用。
将内径为3.5mm的高容低压套囊气管导管表面镀TiO2纳米薄膜，环氧乙烷消毒备用。
兔随机分为三组：
T1组，兔麻醉后经口插入镀TiO2膜气管导管行自主通气，维持呼气末二氧化碳分压正常，气道内压低于14cmH2O，动物持续通气4天。通气期间每8小时导管内紫外光照射一次，每次30min。光照时经气管导管插入的侧发光紫外光纤引入紫外光。光纤前端距气管导管插入端1.5cm，光纤前端设计有一个保护套，可避免光线直接进入兔的气管而引起气管损伤。使用光纤直径1.5mm，不会影响正常通气。光照条件：紫外光波长365nm，导管内光照强度为2mw/cm2，温度37～38℃，管腔内湿度100％。
T2组，动物处理同T1组。光照条件：紫外光波长258nm，导管内光照强度为2mw/cm2，温度37～38℃，管腔内湿度100％。
C组，动物经口插入标准气管导管，不进行光照。
动物机械通气4天后，过量麻醉处死。切取邻近气管导管下方气道粘膜，2.5％戊二醛固定，行扫描电镜、透射电镜检测分析，同时另取一份粘膜标本，10％中性福尔马林固定后，石蜡包埋切片，HE染色，光镜观察。
结果：扫描电镜、透射电镜、光镜下观察显示，三组动物导管下方的气道粘膜均完整，未见损伤。提示发明提供的气管导管内的光催化消毒方法不会对动物气道造成损伤。
实施例2
1、将内径为3.5mm的高容低压套囊气管导管表面镀TiO2纳米薄膜，环氧乙烷消毒备用。
2、兔麻醉后经口插入镀TiO2膜气管导管或标准气管导管行间歇正压机械通气，维持呼气末二氧化碳分压正常，气道内压低于14cmH2O，经气管导管注入含1.5×108cfu/ml绿脓杆菌临床分离株菌液0.5ml，动物持续通气2天建立呼吸机相关性肺炎模型。通气期间每8小时导管内紫外光照射一次，每次30min。
3、光照时经气管导管插入的侧发光紫外光纤引入紫外光。光纤前端距气管导管插入端1.5cm，光纤前端设计有一个保护套，可避免光线直接进入兔的气管而引起气管损伤。使用光纤直径1.5mm，这样不会影响正常通气。
4、光照条件如下：紫外光波长365nm，导管内光照强度为0.3mw/cm2，温度37～38℃，管腔内湿度100％。
动物持续通气2天后，过量麻醉处死。距导管尖端1cm、3cm、6cm处各横断切取3mm厚度片段，置于1ml无菌生理盐水中超声震荡，平板计数法检测导管表面细菌定植量。同时在上述取样点各切取1mm厚度导管片段，美国invitrogen公司LIVE/DEAD细菌检测试剂盒对其染色后，德国TCS sp2型激光扫描共聚焦显微镜系统检测导管表面细菌生物被膜形成情况。
结果：与采用标准气管导管相比，镀TiO2膜导管内细菌定植数量明显减少了82％；激光共聚焦显微镜显示，与比标准气管导管相比较，镀TiO2膜膜导管内细菌生物被膜形成厚度减少了83％。
实施例3
1、将内径为3.5mm的高容低压套囊气管导管表面镀TiO2纳米薄膜，环氧乙烷消毒备用。
2、兔麻醉后经口插入镀TiO2膜气管导管或标准气管导管行间歇正压机械通气，维持呼气末二氧化碳分压正常，气道内压低于14cmH2O，经气管导管注入含1.5×108cfu/ml绿脓杆菌临床分离株菌液0.5ml，动物持续通气2天建立呼吸机相关性肺炎模型。通气期间每8小时导管内紫外光照射一次，每次30min。
3、光照时经气管导管插入的侧发光紫外光纤引入紫外光。光纤前端距气管导管插入端1.5cm，光纤前端设计有一个保护套，可避免光线直接进入兔的气管而引起气管损伤。使用光纤直径1.5mm，这样不会影响正常通气。
4、光照条件如下：紫外光波长258nm，导管内光照强度为0.3mw/cm2，温度37～38℃，管腔内湿度100％。
动物持续通气2天后，过量麻醉处死。距导管尖端1cm、3cm、6cm处各横断切取3mm厚度片段，置于1ml无菌生理盐水中超声震荡，平板计数法检测导管表面细菌定植量。同时在上述取样点各切取1mm厚度导管片段，美国invitrogen公司LIVE/DEAD细菌检测试剂盒对其染色后，德国TCS sp2型激光扫描共聚焦显微镜系统检测导管表面细菌生物被膜形成情况。
结果：与采用标准气管导管相比，镀TiO2膜导管内细菌定植数量明显减少了90％；激光共聚焦显微镜显示，与比标准气管导管相比较，镀TiO2膜膜导管内细菌生物被膜形成厚度减少了89.3％。
Claims (5)
1.一种减少机械通气期间气管导管内壁细菌定植的光催化消毒方法，其特征在于：使用表面镀纳米TiO2膜气管导管或套管进行机械通气，通气期间通过侧发光紫外光纤向导管内引入紫外光，进行光催化灭菌；所使用的光纤前端设置一个保护套，避免光线直接向前照射。
2.根据权利要求1所述的减少机械通气期间气管导管内壁细菌定植的光催化消毒方法，其特征在于：所述光催化灭菌的光照条件为：紫外光波长为210～365nm，光照时间为机械通气期间每8～12小时光照30～40min，光照强度为0.15～2mw/cm2，温度36～38℃，管腔内湿度100％。
3.根据权利要求2所述的减少机械通气期间气管导管内壁细菌定植的光催化消毒方法，其特征在于：所述的紫外光主波长为258nm或365nm。
4.根据权利要求1所述的减少机械通气期间气管导管内壁细菌定植的光催化消毒方法，其特征在于：所述紫外光通过侧发光紫外光纤进行导管腔内照射；侧发光紫外光纤直径为1.5mm～3.5mm；导管内表面距光纤0～5mm。
5.根据权利要求1所述的减少机械通气期间气管导管内壁细菌定植的光催化消毒方法，其特征在于：所使用的光纤插入气管导管深度为距气管导管插入端1.5～3cm处；所述的气管导管插入端是指插入患者气管的一端。
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