Проекты

Радиационные и физические методы предотвращения распространения внутрибольничной инфекции

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Биофизика»

Направление работы: Биофизика
Авторы работы: ГБОУ Школа «Кузьминки»
Предметы: Физика, Биология
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину» 12−14 апреля 2018 года

Цель

Демонстрация преимущества радиационного метода борьбы с внутрибольничными инфекциями перед уже существующими методами.

Описание

Одна из важнейших проблем современной медицины и здравоохранения – проблема внутрибольничных инфекций (ВБИ), большое негативное влияние которых определяется повсеместным распространением, развитием новой, нередко тяжёлой патологии, отягчающей основное заболевание, значительным изменением времени пребывания в стационаре и огромным экономическим ущербом.

Задачи:

  1. Сравнение радиационного метода борьбы с ВБИ с химическим методом.
  2. Сравнение радиационного метода борьбы с ВБИ с термическим методом.
  3. Сравнение радиационного метода борьбы с ВБИ с СВЧ-методом.
  4. Сравнение радиационного метода борьбы с ВБИ с обезвреживанием на изотопных источниках (на источниках изотопа кобальта 60).
  5. Разработка программного обеспечения для численного моделирования радиационного и СВЧ-метода стерилизации.

Внутрибольничные инфекции могут передаваться через умывальники, питьевые резервуары, увлажнители кондиционеров, инструменты, медаппаратуру, постельное белье, мебель в палате, предметы и материалы ухода за больными. В большинстве медицинских учреждений при локальном обеззараживании используются стерилизаторы с предварительным измельчением отходов или автоклавы при температуре 135° С в течение 20 минут, которые вызывают деформирование полимерных изделий. Сейчас же основной метод обеззараживания – химический (до 98%). Однако применение физических методов позволяет решить проблему обеззараживания отходов в промышленных масштабах, в основном это могут быть различные виды радиационной стерилизации или использование сверхвысокочастотных полей.

Линейный ускоритель электронов (ЛУЭ) более безопасен в эксплуатации. ЛУЭ обеспечивает непрерывный режим обработки, возможность обработки в электронной моде обеспечивает высокую производительность комплекса, режим обработки с дозой 25 и более кГр приводит к охрупчиванию полимеров и обезвреживанию медицинских изделий. Конкурирующими данному методу являются:

  • химический метод, однако химические препараты нестойки и токсичны или обладают узким микробиологическим спектром действия (ЧАСы);
  • термический метод, однако установки для сжигания (инсинераторы) дороги и не свободны от экологических проблем. При сжигании отходов не всегда гарантируется стопроцентная гибель микроорганизмов, а особенно – их спор. Технология паровой стерилизации достаточно сложна, производительность установки не превышает 60 кг/час;
  • изотопные источники (например, на основе изотопа кобальта 60), у которых существует опасность загрязнения при транспортировке кобальта и замене отработанного изотопа. Требуется утилизация отработанного кобальта, излучение источника происходит постоянно и во всех направлениях, что предъявляет особые требования к биологической защите.

В ходе исследований выяснилось, что достаточная доза облучения для полной гибели бактерий рода сальмонелла составляет 0,25–2,5 кГр. После обработки пробу снимают через сутки после облучения, так как гибель микроорганизмов не происходит мгновенно. Опасная доза концентрации разных видов бактерий составляет 1∙105 на 1м3. После облучения скорость распространения бактерий значительно падает, как и их начальная концентрация. В ходе работы были рассчитаны необходимые дозы для стерилизации от ещё нескольких видов бактерий, например синегнойной палочки. Они находятся в пределах от 0,02 до 1,8 кГр. Также действие облучения на туберкулезную палочку обнаружено при дозах 7–10 кГр, облучение при более низких дозах не давало никакого эффекта.

Планируется рассмотреть различные ускорители электронов и их возможное использование для борьбы с внутрибольничной инфекцией, а также исследовать эффективность облучения электромагнитным излучением сверхвысокочастотного диапазона для решения этой же задачи.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

  • рабочая станция НИЛ «ДИНУС»,
  • ускоритель У-28 на энергию10 МэВ.

Результаты

Показано, что стерилизация с помощью ускорителя электронов является эффективным способом борьбы с внутрибольничными инфекциями.

Преимущества радиационного метода очевидны:

  1. Энергоёмкость.
  2. Высокая производительность по сравнению с другими методами.
  3. Стерилизация объектов излучением занимает минимум времени.
  4. Экологически чистый способ стерилизации.
  5. После облучения бактерий стафилококка время распространения увеличилось в 4 раза.
  6. После облучения бактерий синегнойной палочки время распространения увеличилось в 3,8 раза.
  7. После облучения бактерий палочки туберкулеза время распространения увеличилось в 8 раз.

Перспективы использования результатов работы

Возможность в будущем оснащать большинство больниц линейными ускорителями электронов для стерилизации отходов и изделий медицинского назначения.

Сотрудничество с вузом при создании работы

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ».

Награды/достижения

Всероссийский конкурс научных работ школьников «Юниор» – участник финала.

Особое мнение

«Данный проект мне показался весьма интересным, и я крайне благодарен за то, что университет имени Сеченова предоставил возможность найти многогранное применение моим знаниям. В ходе своей работы я узнал много нового, познакомился с интересными людьми. У меня была отличная возможность реализоваться и ярко показать свои способности. Конференция «Старт в медицину» – одно из значимых мероприятий в моей жизни. Она помогла побороть мой страх выступления перед публикой, благодаря ей я обрёл бесценный опыт, который пригодится мне в жизни»