Инновационная заслонка из наноматериалов, препятствующая распространению аэрозолей и микробных аэрозолей в процессе бесконтактной тонометрии | Shen X., Guo Y., Wang X., Ye Y., Chi Q., Zhou W., Xu Y., Wu P., Zhou H., Chen Y., Li C.

Введение

Загрязненные частицы, передающиеся по воздуху, служат причиной миллионов смертей во всем мире и являются ведущим фактором риска для здоровья человека [1].

Глаз представляет собой «передовую линию» на пути инфекционных заболеваний. При бесконтактной тонометрии воздушные потоки воздействуют на глазную поверхность, в результате чего происходит разрыв слезной пленки с образованием аэрозолей [2]. Глаз человека является рецептором, но также играет роль распространителя инфекций. Слеза и отделяемое из глаз содержат микроорганизмы, некоторые из которых высокопатогенны [3]. Мы выделили возбудителя из биоаэрозолей, образующихся при воздействии на глаз воздушного потока при бесконтактной тонометрии [4]. Таким образом, при бесконтактной тонометрии как процедуре, способствующей генерации аэрозоля, глазная среда несет более высокий риск для здоровья человека. Некоторые простые методы, например обычная заслонка, продемонстрировали положительный эффект [5].

Цель исследования: разработать специальную заслонку для уменьшения генерации аэрозолей (в частности, микробных) при бесконтактной тонометрии.

Материал и методы

Участники

В анализ включены данные 1594 человеко-измерений. Отбор пациентов офтальмологической больницы для участия в исследовании осуществляли в период с сентября 2021 г. по октябрь 2023 г. Участники были набраны напрямую в ходе проведения клинико-диа­гностических процедур. Жители эндемичных районов и лица, которым по тем или иным причинам запрещено проводить бесконтактную тонометрию, были исключены из исследования.

Исследование распространения аэрозолей микроорганизмов глазной поверхности

Проведен кластерный анализ с оценкой взаимосвязей на основе древовидных диаграмм и сходства спектров. Образцы аэрозолей микроорганизмов, собранные в ходе бесконтактной тонометрии, сравнивали с образцами из воздуха и конъюнктивальной полости, а также с типичными штаммами из базы данных (при наличии соответствующих микробов в базе данных). Кластерный анализ выполняли с помощью программного обеспечения Autof Analyzer MALDI-TOF MS (Autof MS 600, Autobio, Китай), как описано ранее [4].

Эксперименты по проверке эффекта заслонки

Эксперимент проводили в условиях офтальмологического кабинета. На первом этапе перед каждым экспериментом были удалены фоновые и микробные аэрозоли. До и в процессе каждого эксперимента влияние факторов, не имеющих отношения к человеку и окружающей среде, ограничивалось, контролировалось и поддерживалось на постоянном уровне. Все находившиеся в кабинете, где проводился эксперимент, пользовались средствами индивидуальной защиты. Бесконтактную тонометрию выполняли на приборе производства фирмы Canon (Япония).

Лица, отобранные для участия в исследовании, были рандомизированы по группам. В группе 1 бесконтактную тонометрию проводили с инновационной заслонкой, в группе 2 — с пластиковой заслонкой, в группе 3 — без заслонки. В группе 4 бесконтактная тонометрия не проводилась (на глаз воздействовал только воздушный поток), заслонка не использовалась. В группу 1 были включены 332 человеко-измерения, в ней было 137 (42,3%) мужчин и 187 (57,7%) женщин, средний возраст обследованных составил 50,23±19,21 года. В группу 2 были включены 499 человеко-измерений, в ней было 204 (42%) мужчины и 282 (58%) женщины, средний возраст — 54,37±17,6 года. В группу 3 были включены 444 человеко-измерения, в ней было 189 (43,9%) мужчин и 242 (56,1%) женщины, средний возраст — 52,04±17,89 года. Данные по возрасту и полу участников исследования были потеряны в 8 и 4 случаях соответственно в группе 1, в 13 и 12 случаях соответственно в группе 2, в 13 и 13 случаях соответственно в группе 3. Отсутствующие данные были полностью случайными. Статистически значимой разницы между группами по полу (H=0,360, p=0,835) и по возрасту (F=5,306, p=0,005) не выявлено.

Процесс производства инновационной заслонки из антимикробного аэрозольного нанокомпозитного материала на основе полидопамина происходил следующим образом. В качестве подложки использовали полистирол (FZCL-026) (Yifangxincailiao, Китай). Затем подготавливали гидро­хлорид допамина (D103111) (Aladdin, Шанхай), поли(этиленимин) (разветвленный полиэтиленимин/PEI, 25 кДа) (P434400) (Aladdin, Китай) и нитрат серебра (S128479) (Aladdin, Китай).

Далее полиакриловую кислоту (ПАК) (25 кДа) (P199190) (Aladdin, Китай) (4 г, 35 масс.%), 1-этил-3-(3-диметил­аминопропил)карбодиимид (EDC) (E106172) (Aladdin, Китай) (0,2 г), допа (0,35 г) и N-гидроксисукцинимид (NHS) (H109330) (Aladdin, Китай) (0,05 г) растворяли в 50 мл деионизированной воды и перемешивали в течение 8 ч. Полученный продукт подвергали диализу в течение 72 ч и лиофилизировали при -20°C. Подложки (полистирол) очищали и высушивали. Затем подложки погружали в ПАК-допа (pH=3,2) и трижды промывали (по 15 с) в буферном растворе с тем же значением pH (3,2). Затем субстраты погружали в PEI-Ag+ (pH=10,8) и трижды промывали (по 15 с) в буферном растворе с тем же значением pH (10,8). Концентрация ПАК-допа и PEI-Ag+ должна была составлять 0,4 мг/мл, а субстраты должны были находиться в ПАК-допа и PEI-Ag+ в течение 6–8 мин соответственно. Плотность AgNO3, использованного в исследовании, составляла 0,05 мг/мл. По окончании цикла производства получался один бислой. Инновационная заслонка содержала 7 бислоев. Этот цикл можно повторять столько раз, сколько необходимо.

Для мониторинга аэрозолей в процессе бесконтактной тонометрии мы установили детектор аэрозолей (Temtop Co, США) на медицинском терминале (М) и детектор качества воздуха на терминале пациента (П) для одновременной регистрации изменений в составе аэрозолей после каждого измерения. Для количественного определения состава микробных аэрозолей в процессе бесконтактной тонометрии были использованы пробоотборники воздуха Air Ideal® 3P (BioMérieux, Франция). Скорость отбора проб составляла 100 л/мин, а объем — около 30 л от каждого участника. Скорость отбора проб и объем были одинаковыми во всех группах [4]. Проводился кумулятивный отбор проб микробного аэрозоля из каждого 20-го глаза, затем плашки культивировали и однократно подсчитывали. Культивирование осуществлялось после 20, 40, 60, 80, 100 и 120-го глаза от М и П соответственно.

В группе 4 частицы регистрировали и отбирали с тем же временным интервалом (в среднем 1–2 мин) и в том же месте, что и в группах 1–3 [6].

Для культивирования проб микробных аэрозолей использовали кровяной агар в чашках Петри 90 мм (Bio-kont, Китай). Образцы выдерживали в аэробных условиях при температуре около 25°C в течение 3–5 дней, затем подсчитывали колонии бактерий, а результаты калибровали по калибровочной таблице с пробоотборником.

В изучении аэрозолей и микробных аэрозолей без проведения бесконтактной тонометрии (только воздушный поток) приняли участие 258 человек. Условия эксперимента и прочие условия в группе были аналогичны таковым в группах 1–3. Во всех группах было как минимум 3 разных партии участников, а эксперименты дублировались не менее 3 раз. В группах с одинаковыми и хорошо контролируемыми условиями эксперимента подсчитывали средние результаты в каждой группе и обозначали их как количество аэрозолей и микробных аэрозолей. Тенденции сравнивали между группами, также проанализированы результаты в других группах [7, 8].

Статистический анализ

Для создания базы данных использована программа EpiData 3.1 (The EpiData Association, Дания). Полученные данные анализировали с помощью программного обеспечения SPSS 25.0 (IBM Corp., США). Применяли тест МакНемара, критерий Краскела — Уоллиса и дисперсионный анализ при сохранении уровня значимости 0,05.

Результаты исследования

Кластерный анализ аэрозолей микроорганизмов глазной поверхности в процессе бесконтактной тонометрии

Почти все штаммы Staphylococcus epidermidis из микробных аэрозолей были аналогичны штаммам, выделенным из соскобов с конъюнктивы [6]. Staphylococcus spp., Burkholderia spp. и другие микроорганизмы в образцах микробных аэрозолей, полученных в процессе бесконтактной тонометрии, также имели близкое родство [6]. Точность нового метода отбора проб оказалась выше, чем у традиционного метода (49,2 и 38,3% соответственно, р=0,111). Чувствительность нового метода также была выше, чем у традиционного (50% против 35,7% соответственно, p=0,625). Специфичность нового метода отбора проб выше, чем у традиционного метода (49,1 и 38,7% соответственно, р=0,169).

Влияние заслонки на аэрозоли и микробные аэрозоли в процессе бесконтактной тонометрии

PM2,5, PM10, аэрозольные частицы и микробные аэрозоли не могут демонстрировать стабильный эффект накопления и тенденцию к росту [6]. В группе 3 имело место стабильное накопление и тенденция к росту по сравнению с группой 4. По сравнению с высокой и растущей тенденцией аэрозолей и микробных аэрозолей в группах 2 и 3, в группе 1 они были низкими, демонстрируя значительную тенденцию к снижению [6].

Обсуждение

Микроорганизмы с глазной поверхности могут распространяться в процессе бесконтактной тонометрии

Точность, чувствительность и спе­ци­фичность результатов нового метода отбора проб оказались выше, чем у традиционного метода. Почти все штаммы S. epidermidis из микробных аэрозолей были аналогичны штаммам, выделенным из соскобов с конъюнктивы, а не из воздуха, что согласуется с результатами предыдущих исследований [4, 9]. Полученные данные подтверждают, что микробы с глазной поверхности (среди них могут быть такие патогены, как Burkholderia spp.) способны распространяться в процессе бесконтактной тонометрии [4]. Частицы в фоновом режиме не демонстрируют ни стабильного эффекта накопления, ни тенденции к росту [6], что, впрочем, имеет место в группе 3. Полученные данные демонстрируют количественную генерацию аэрозолей и микробных аэрозолей в процессе бесконтактной тонометрии. В группе 3 аэрозоли и микробные аэрозоли могут накапливаться как в M, так и в П, перемещаться из П в M и распространяться повсеместно. Для снижения риска передачи инфекции воздушно-капельным путем пластиковая заслонка полезна, но ее эффект неустойчив, поскольку при достижении критической массы и после преодоления физической защиты частицы аэрозоля перемещаются в M.

Новая заслонка эффективна в снижении уровня аэрозолей и микробных аэрозолей

Если в случае с пластиковой заслонкой и без нее имела место высокая и растущая тенденция к увеличению уровня аэрозолей, то в случае с инновационной заслонкой наблюдалась низкая и значительная тенденция к снижению. Инновационная заслонка останавливает частицы в широком диапазоне размеров, позволяет снизить риск заболевания и предотвратить воздушно-капельную передачу путем уменьшения количества аэрозолей и микробных аэрозолей.

Новый метод отбора проб и материал заслонки могут быть применены в местах потенциального риска заражения по всему миру [4, 10]. Метод производства материала прост, быстр и может быть серийным.

Впрочем, наше исследование имеет и ряд ограничений. Во-первых, оно является одноцентровым, и поэтому мы призываем клиники всего мира провести аналогичные эксперименты, чтобы подтвердить полученные нами результаты. Во-вторых, следует использовать более безвредные материалы для производства заслонки.

Заключение

Аэрозоли микроорганизмов глазной поверхности могут распространяться с глазной поверхности в процессе контактной тонометрии и плавать в воздушном пространстве. Среди этих микроорганизмов могут оказаться и патогенные формы. Аэрозоли и микробные аэрозоли способны накапливаться в процессе бесконтактной тонометрии, а частицы, оказавшиеся в воздухе, увеличивают риск перекрестного инфицирования и заболевания. Пластиковая заслонка полезна, но ее эффект неустойчив. Антимикробная нанокомпозитная заслонка эффективно уменьшает количество частиц в процессе бесконтактной тонометрии. Мы предлагаем новую стратегию модификации поверхности заслонок с целью уменьшить риск передачи микроорганизмов воздушно-капельным путем, предотвратить перекрестное инфицирование и защитить здоровье человека.

Сведения об авторах:

Xinyi Shen — магистр, младшая медсестра, дипломированный студент, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0000-0002-3305-0229

Yishun Guo — магистр, студент, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0000-0001-7461-7992

Xinyi Wang — бакалавр, студент, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0009-0007-2050-4707

Yuee Ye — бакалавр, старшая медсестра, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0009-0001-4031-3402

Quan Chi — магистр, практикующая медсестра, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0009-0002-5165-2802

Weihe Zhou — магистр, статистик, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0000-0003-2679-0883

Yi Xu — бакалавр, старший инспектор, медицинский проверяющий, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0009-0003-5409-7098

Peiyu Wu — магистр, старшая медсестра, главная медсестра, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0009-0008-2460-4999

Haidao Zhou — дипломированный студент, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0009-0004-7239-6443

Yi Chen — студент, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0009-0006-4981-2941

Chunchun Li — магистр, практикующая медсестра, секретарь, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0000-0002-7474-7639

Yanyan Chen — магистр, главная медсестра, Национальный клинический научно-исследовательский центр глазных болезней, Глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу, Вэньчжоу, 325027, Китай; ORCID iD 0000-0002-0948-5011

Контактная информация: Yanyan Chen, e-mail: wzcyymail@163.com

Источник финансирования: исследование выполнено при поддержке Проекта научно-технического плана г. Вэньчжоу, Китай (номер гранта: Y2020720) и Глазной больницы Медицинского университета Вэньчжоу (номер гранта: YNHL2202001). Финансирующая организация не принимала участия в разработке и проведении исследования.

Конфликт интересов отсутствует.

Статья поступила 24.04.2024.

Поступила после рецензирования 22.05.2024.

Принята в печать 17.06.2024.

About the authors:

Xinyi Shen — Master’s degree, junior nurse, the graduated student from National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye Hospital, Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0000-0002-3305-0229

Yishun Guo — Master’s degree, student of National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye Hospital, Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0000-0001-7461-7992

Xinyi Wang — Bachelor’s degree, student of National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye Hospital, Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0009-0007-2050-4707

Yuee Ye — Bachelor’s degree, nurse-in-charge, associate head nurse of National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye Hospital, Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0009-0001-4031-3402

Quan Chi — Master’s degree, nurse practitioner, nurse of National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye Hospital, Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0009-0002- 5165-2802.

Weihe Zhou — Master’s degree, statistician of National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye Hospital, Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0000-0003-2679-0883

Xu Yi — Bachelor’s degree, inspector-in-charge, the medical checker of National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye Hospital,Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0009-0003-5409-7098

Peiyu Wu — Master’s degree, nurse-in-charge, head nurse of National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye Hospital, Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0009-0008-2460-4999

Haidao Zhou — College degree, the student graduated from National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye

Hospital, Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0009-0004-7239-6443

Yi Chen — College degree, a student of National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye Hospital, Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0009-0006-4981-2941

Chunchun Li — Master’s degree, nurse practitioner, secretary of National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye Hospital,Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0000-0002-7474-7639

Yanyan Chen — Master’s degree, chief superintendent nurse of National Clinical Research Center for Ocular Diseases, Eye Hospital, Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027, China; ORCID iD 0000-0002-0948-5011

Contact information: Yanyan Chen, e-mail: wzcyymail@163.com

Financial Disclosure: this work was supported by the Science and Technology Plan Project of Wenzhou, China (grant number: Y2020720) and The Eye Hospital, Wenzhou Medical University (grant number: YNHL2202001). The funding organization hadn’t take part in the design or implement of the study.

There is no conflict of interest.

Received 24.04.2024.

Revised 22.05.2024.

Accepted 17.06.2024.