The comparative study of the bactericidal properties of laser and photodiode radiation in the violet region of the spectrum (405 nm) on the bacteria of the mouth cavity

Full Text

На сегодняшний день в среднем у 30% больных с хирургической патологией, в том числе челюстно-лицевой области, в послеоперационном периоде развиваются гнойные осложнения [1]. Это зависит от различных факторов, в том числе от присутствия в ране антибиотикоустойчивых штаммов патогенных микроорганизмов, количество которых в последние годы значительно увеличилось [2-4]. Излучения ультрафиолетовой области (УФО), оказывающие бактерицидное действие, используются для обработки воды, воздуха и различных поверхностей. В медицине излучение УФО давно и широко применяется, особенно в дерматологии, благодаря его воздействию на синтез ДНК в клетках кожи [5]. Известна также фотодинамическая инактивация - разрушение различных клеток при воздействии видимого излучения с фотосенсибилизирующими молекулами [6, 7]. Источники света различных длин волн с успехом использовались в условиях in vitro для фотоинактивации бактерий и грибов [8, 9] . Недостатком излучения УФО является его повреждающее воздействие при облучении тканей и слизистых оболочек из-за короткой длины волны (200-300 нм) и поглощении в тонком поверхностном слое тканей. С этой точки зрения перспективно изучение бактерицидных свойств излучений, граничащих с УФО, но имеющих более высокую длину волны. Таким излучением является фиолетовая область спектра (405 нм). Нами выполнено исследование фотоинактивации бактерий без участия фотосенсибилизатора при воздействии лазерного и нелазерного светодиодного излучений фиолетовой области спектра в экспериментах in vitro. Исследование микрофлоры посевов раневого отделяемого при гнойных осложнениях заболеваний полости рта в 37% случаев выявило наличие Staphylococcus aureus, в 12% - Escherichia coli [10]. Исследования, проводимые ранее, показали, что воздействие излучения ксенона широкополосного белого источника света в сочетании с набором оптических фильтров с длиной волны 400-420 нм на золотистый стафилококк приводит к его гибели [11, 12]. Целью настоящей работы является изучение бактерицидных свойств лазерного и светодиодного излучений фиолетового спектра на бактерии полости рта. Материал и методы В качестве источника светодиодного излучения мы применяли аппарат светодиодный терапевтический АСТ (ООО «ВЕНД», Россия), для лазерного излучения использовали аппарат ЛАЗУРИТ (ООО «ТРИМА», Россия), который в настоящее время проходит официальную клиническую апробацию. До проведения экспериментов была измерена плотность мощности облучения, которая учитывает расходимость луча и является более объективной характеристикой воздействующего излучения. Результаты измерений показаны в табл. 1. Нами выполнено экспериментальное исследование влияния лазерного и светодиодного излучений фиолетовой области спектра на референсные и свежевыделенные от человека штаммы бактерий. Материалом для исследования являлись референс- ные штаммы S. aureus АТСС 25923, E. coli АТСС 25922, Enterococcus faecalis АТСС 29912 и свежевыделенные от человека штаммы Candida albicans, идентифицированные с помощью метода MALDI-ToF-масс-спектрометрии на масс-спектрометре Bruker Daltonics. В эксперименте использовали суспензии микроорганизмов в концентрации 1»104 м. кл/мл. Подготовку суспензии осуществляли в 2 мл 0,9% раствора хлорида натрия для S. aureus, E. coli и E. faecalis по отраслевому стандартному образцу мутности 10 МЕ (ОСО 42-28-59-85П) (ФГБУ «НЦЭСМП», Россия), для C. albicans - по стандартному образцу мутности McFarland (0,5 МЕ). Затем проводили разведение подготовленных суспензий до конечной концентрации Н104 м. кл/мл. По 0,3 мл суспензии микроорганизмов в концентрации 1Н04 м. кл/мл наносили на агаровую пластинку чашки Петри (по 5 чашек с одной культурой микроорганизмов), затем облучали лазером и светодиодным излучением по 5 мин с расстояния 1, 2 и 3 см (рис. 1). При облучении лазером использовали две методики - стабильную и лабильную. При стабильной методике излучатель фиксировали над центром чашки, при лабильной он медленно перемещался над всей поверхностью в течение времени облучения (5 мин). При облучении светодиодом методика была только стабильная с учетом высоких рассеивающих свойств светодиода. Чашки с посевами инкубировали в термостате при 37 °С в течение 18-24 ч. Лабильную методику применяли для выявления дозозависимого эффекта облучения и косвенного обоснования адекватности выбранной экспозиции (5 мин). Таблица 1 Плотность мощности излучения двух видов при удалении от поверхности облучения Вид излучения (аппарат) Выходная мощность, мВт Плотность мощности (в мВт/см2) при удалении от облучаемой поверхности на 1 см 2 см 3 см Лазерное (ЛАЗУРИТ) 120 ± 5 150 ± 5 120 ± 5 70 ± 3 Светодиодное (АСТ) 500 ± 5 195 ± 5 90 ± 5 40 ± 3 Результаты подсчета числа колоний после облучения микроорганизмов лазером (аппарат ЛАЗУРИТ) с различных расстояний и без облучения Оригинальные статьи Рис. 1. Схема проведения эксперимента по изучению бактерицидного действия лазерного излучения фиолетовой области спектра. 1 - чашка Петри; 2 - облучатель; 3 - аппарат. Микроорганизм Методика облучения Количество КОЕ на поверхности питательной среды чашки Петри при расстоянии до облучаемой поверхности Количество КОЕ на поверхности питательной 1 см 2 см 3 см среды чашки Петри без облучения E. coli Стабильная Лабильная 12*104* 16*104 32*103* 11*103* 18*104 54*104* 216*104 S. aureus Стабильная Лабильная 29*104* 19*104 44*103 36*103* 28*104 39*104* 260*104 E. faecalis Стабильная Лабильная 36*104* 14*104 28*103* 26*103 15*104 27*104* 190*104 C. albicans Стабильная Лабильная 52*104 41*104* 34*103* 12*103 С\ О о 4^ 4^ Ж 140*104 Таблица 2 Примечание. Здесь и в табл. 3: * - р < 0,05 по сравнению с результатами без облучения. -d. Рост микроорганизмов оценивали визуально, результаты получали путем подсчета по формуле: ж=n где N - количество колониеобразующих единиц (КОЕ) микроорганизмов; - количество колоний на всех чашках Петри в данном эксперименте; n - число чашек Петри в данном эксперименте; d - коэффициент разведения. Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета прикладных программ Statistica v.10.0. Таблица 3 Результаты подсчета числа колоний после облучения микроорганизмов светодиодным облучателем (аппарат АСТ) с различных расстояний и без облучения Микроорганизмы Количество КОЕ на поверхности питательной среды чашки Петри при расстоянии до облучаемой поверхности Количество КОЕ на поверхности питательной среды чашки Петри без облучения 1 см 2 см 3 см E. coli - 96*104* 122*104* 216*104 S. aureus -- 111*104* 148*104 260*104 E. faecalis -- 48*104 108*104* 190*104 C. albicans - 60*104* 144*104* 140*104 Для определения достоверности различий использовали параметрический (t - критерий Стьюдента) и непараметрический (U - критерий Манна-Уитни) критерии. Результаты Полученные результаты представлены в табл. 2 и 3. Из табл. 2 следует. что лазерное излучение оказывает выраженное бактерицидное действие. которое тем активнее. чем выше плотность излучения (см. табл. 1) (р < 0. 05). При расстоянии от облучаемой поверхности чашки Петри 1 и 2 см и стабильной методике зона действия луча оказывается четко очерченной. и рост бактерий в этой зоне практически отсутствует (см. рис. 2. б. в). Подсчет числа колоний по всей поверхности роста дает усредненный результат. Облучение на периферии практически отсутствует. что влияет на итоговый результат. который тем не менее на 1-2 порядка лучше контрольного. Лабильная методика облучения подтверждает этот вывод. Рост колоний в этом случае ограничен равномерно по поверхности. и можно предположить. что при увеличении времени экспозиции результат будет более выражен (см. рис. 2. г). Светодиодное облучение (см. табл. 3) также дает эффект подавления роста. но при плотности мощности. сравнимой с плотностью лазерного излучения. т. е. на расстоянии от облучаемой поверхности 2 см и более. Изa 6 в Зона полного Зона полного подавления роста подавления роста где Рис. 2. Результаты облучения чашек с посевами E. coli лазерным (б, в, г) и светодиодным (д, е) излучателем с различных расстояний по разным методикам: стабильной с расстояния 1 и 2 см соответственно (б, в), лабильной с расстояния 1 см (г), стабильной методике фотодиодного облучения с расстояния 3 и 2 см соответственно (д, е); контроль - без облучения (а). за рассеяния светодиодного излучения зоны полного подавления роста здесь не наблюдается. На расстоянии 1 см наблюдается выраженное тепловое воздействие, которое не может учитываться в нашем эксперименте. Необходимо отметить, что ввиду высокой выходной мощности светодиодного облучателя, которая почти в 5 раз выше лазерной, облучение с расстояния 1 см некорректно из-за теплового эффекта, а при расстоянии 2 и 3 см приходилось пользоваться вентилятором с боковым направлением обдува. Выводы 1. Представленные результаты микробиологического исследования убедительно свидетельствуют о наличии бактерицидного действия лазерного излучения фиолетовой области спектра (405 нм). 2. При использовании лазера в полости рта при стабильной методике (например, при лечении гингивита или послеоперационной раны) оптимальными являются расстояние воздействия на облучаемую поверхность 1-2 см и время проведения процедуры 5 мин. 3. При облучении более обширных участков слизистой оболочки экспозиция должна быть пропорционально увеличена, а методика заменена на лабильную или облучение по зонам. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

About the authors

Aleksandr Viktorovich Lepilin

State budgetary educational institution of additional professional education “V.I. Razumovsky Saratov State Medical University”, Russian Ministry of Health

Author for correspondence.
Email: lepilins@mail.ru

doctor med. sci., professor, head of the Department of Surgical Stomatology and Maxillofacial Surgery

Saratov, Russia

Yu. M Raigorodsky

“TRIMA” Ltd

Email: info@eco-vector.com
410012, Saratov, Russia

D. A Grigor’eva

State budgetary educational institution of additional professional education “V.I. Razumovsky Saratov State Medical University”, Russian Ministry of Health

Email: info@eco-vector.com
Saratov, Russia

N. L Erokina

State budgetary educational institution of additional professional education “V.I. Razumovsky Saratov State Medical University”, Russian Ministry of Health

Email: info@eco-vector.com
Saratov, Russia

I. A Kas’yan

Federal government healthcare facility Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”, Russian Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing (Rospotrebnadzor)

Email: info@eco-vector.com
Saratov, Russia

A. S Abdrashitova

Federal government healthcare facility Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”, Russian Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing (Rospotrebnadzor)

Email: info@eco-vector.com
Saratov, Russia

References

Supplementary files