Sanitaryzatory do rąk: mechanizm działania i skuteczność wobec koronawirusów

Pojawienie się nowych patogenów, bakteryjnych lub wirusowych, zawsze stanowi wyzwanie dla naukowców i lekarzy na całym świecie. Jednym z najskuteczniejszych środków przeciwdziałania stały się sanitazery do rąk. Aktualnym przykładem jest choroba wirusowa COVID-19, którą Światowa Organizacja Zdrowia uznała za globalną pandemię na początku 2020 roku.

Wśród skutecznych metod zapobiegania zakażeniu i rozprzestrzenianiu się wirusa uznano częste i dokładne oczyszczanie skóry rąk. Zarówno wśród społeczeństwa, jak i wśród pracowników ochrony zdrowia, środki na bazie alkoholu do dezynfekcji rąk stały się skuteczną alternatywą dla tradycyjnego mycia rąk mydłem i wodą. Obecnie środki do dezynfekcji rąk na bazie alkoholu są częścią protokołów ograniczających rozprzestrzenianie się bakterii i wirusów [1,2]. Preparaty dezynfekcyjne na bazie alkoholu są dostępne w różnych formach (żele, spraye) i mają zróżnicowany skład. Biorąc pod uwagę ich rosnącą popularność w okresie pandemii, ważne jest zrozumienie, które rodzaje preparatów działają skutecznie właśnie przeciwko temu patogenowi.

Struktura wirusów i bakterii

Wirusy to czynniki zakaźne o stosunkowo prostej organizacji, posiadające dwa minimalnie niezbędne elementy strukturalne. Przede wszystkim wirusy zawierają materiał genetyczny: DNA lub RNA. Informacja genetyczna może być reprezentowana przez jednoniciową lub dwuniciową cząsteczkę. Do ochrony materiału genetycznego wirusa oraz jego inkapsulacji służy otoczka białkowa, czyli kapsyd. Wirusy dzielą się także w zależności od tego, czy posiadają warstwę lipidową. Mimo że skład wirusów jest podobny do składu wszystkich żywych komórek (białka, lipidy, materiał genetyczny), warunkiem koniecznym ich namnażania jest komórka gospodarza — poza nią wirusy nie wykazują żadnych oznak życia.

Bakterie to jednokomórkowe organizmy żywe, które w przeciwieństwie do wirusów zazwyczaj mogą funkcjonować poza organizmem gospodarza. Materiał genetyczny bakterii jest swobodnie rozmieszczony wewnątrz komórki i, podobnie jak u wirusów, bakterie nie posiadają wykształconego jądra. W komórkach bakteryjnych wyróżnia się stosunkowo dużą liczbę struktur: wewnętrzną błonę komórkową oraz zewnętrzną ścianę komórkową, chociaż budowa niektórych gatunków może różnić się od klasycznej.

Peptydoglikan jest składnikiem zewnętrznej ściany komórkowej bakterii; to polimer zbudowany z cukrów i aminokwasów. Grubość warstwy peptydoglikanu różni się u poszczególnych gatunków bakterii. To właśnie grubość tej warstwy decyduje o tym, jak bakterie barwią się metodą Grama: im grubsza warstwa peptydoglikanu, tym lepiej bakteria barwi się na różowo, co czyni ją Gram-dodatnią. Bakterie, które w ogóle nie zawierają peptydoglikanu, zostały zaliczone do grupy „atypowych” bakterii.

Składniki sanitazerów do rąk

Wyróżnia się dwie główne grupy sanitazerów:

1. sanitazery na bazie alkoholu;
2. sanitazery oparte na składnikach oczyszczających innych niż alkohol.

Najczęściej zamiast alkoholu w sanitazerach drugiej grupy stosuje się chlorek benzalkoniowy — czwartorzędowy związek amoniowy, który jest często używany jako środek dezynfekujący [3]. Środki dezynfekujące na bazie chlorku benzalkoniowego przez długi czas uważano za mniej drażniące niż środki na bazie alkoholu, jednak najnowsze badania potwierdzają ich znaczny potencjał w wywoływaniu zapaleń kontaktowych skóry (dermatitis) [4]. Chociaż sanitazery na bazie alkoholu rzeczywiście mogą podrażniać skórę, stosuje się je najczęściej ze względu na ich skuteczność w zapobieganiu rozprzestrzenianiu się czynników zakaźnych oraz opłacalność ekonomiczną [5].

Sanitazery na bazie alkoholu mogą zawierać etanol, alkohol izopropylowy, n-propanol lub ich kombinacje [7], wodę, a także substancje pomocnicze i czasami humektanty. Formuły sanitazerów o zawartości alkoholu w zakresie 60–95% objętościowo są najczęściej spotykane i uznawane za najbardziej skuteczne. Humektanty w składzie sanitazerów zapobiegają przesuszaniu skóry, natomiast substancje pomocnicze utrzymują stabilność i skuteczność formuły w czasie, zmniejszając szybkość parowania alkoholi i tym samym zwiększając aktywność biobójczą sanitazera [6].

Mechanizm działania alkoholi na komórki bakteryjne

N-propanol jest często stosowany jako składnik alkoholowy w substancjach biobójczych [7]. Dokładny mechanizm działania przeciwdrobnoustrojowego alkoholi nie został w pełni poznany, jednak najprawdopodobniej ich działanie wiąże się z naruszeniem integralności błon bakteryjnych, hamowaniem syntezy białek [8] i/lub denaturacją białek [7]. Dla właściwości antybakteryjnych idealne stężenie alkoholi mieści się w zakresie 60–90% [9]. Stężenia powyżej 90% wykazują mniej wyraźne właściwości bakteriobójcze [9]. Woda jest niezbędna w procesie denaturacji białek. Warto również zaznaczyć, że alkohole działają przeciwko komórkom bakteryjnym znajdującym się w stanie aktywnych procesów metabolicznych i podziału, ale nie przeciwko ich sporom [10].

Mechanizm działania alkoholi na cząsteczki wirusowe

Wszystkie trzy składniki cząsteczek wirusowych — otoczka lipidowa (jeśli występuje), kapsyd białkowy oraz sam materiał genetyczny — są celami działania sanitazerów na bazie alkoholu [7]. Biorąc pod uwagę, że wszystkie wymienione elementy cząsteczki wirusa są istotne dla cyklu życiowego wirusów (przyłączanie do komórek gospodarza, penetracja, biosynteza, dojrzewanie i lizys komórek), a zatem kluczowe dla dalszej transmisji wirusa z gospodarza na gospodarza, zmiana struktury lub funkcjonalności któregokolwiek z tych składników może zmniejszyć zakaźność wirusa.

W porównaniu z mechanizmem działania alkoholi na bakterie, mniej wiadomo o ich skuteczności wobec wirusów. Wykazano, że etanol działa skuteczniej na cząsteczki wirusowe i ma szersze spektrum działania niż inne alkohole, zwłaszcza propanole. Wysokie stężenia etanolu są bardzo skuteczne przeciwko wirusom posiadającym otoczkę lipidową (do których należy większość wirusów o znaczeniu klinicznym, w tym koronawirusy) [11]. Należy podkreślić, że kapsyd białkowy wirusów jest dość odporny, dlatego większość sanitazerów wciąż pozostaje nieskuteczna wobec wirusów pozbawionych otoczki lipidowej [12].

Ogólnie rzecz biorąc, stężenie etanolu potrzebne do inaktywacji wirusów jest takie samo, jak w przypadku inaktywacji komórek bakteryjnych. Badania jednak wykazują, że etanol w stężeniu 70% może skutecznie przeciwdziałać szerokiemu spektrum wirusów [13].

Ze względu na strukturalne podobieństwo patogenu COVID-19 do wcześniej przebadanych przedstawicieli, informacje o skuteczności sanitazerów w zapobieganiu rozprzestrzenianiu się choroby mogą być ekstrapolowane.

Centrum Kontroli i Prewencji Chorób zaleca mycie rąk wodą z mydłem zawsze, gdy jest to możliwe, a stosowanie sanitazerów jedynie w przypadku braku takiej możliwości [14]. Wynika to z faktu, że oprócz chemicznego działania na czynniki zakaźne możliwe jest również ich mechaniczne usuwanie strumieniem wody z powierzchni skóry rąk. Badania wykazują jednak taką samą skuteczność sanitazerów i mydła przeciwbakteryjnego w redukcji liczby potencjalnie patogennych wirusów z otoczką lipidową w zawiesinie [11,15,16]. Należy jednak pamiętać, że częste mycie rąk mydłem i gorącą wodą może usuwać naturalną warstwę lipidową ze skóry, prowadzić do jej przesuszania, podrażnień i pęknięć, co zwiększa ryzyko przenikania patogenów do organizmu. Aby zapobiec takim skutkom, należy stosować sanitazery z formułami zawierającymi humektanty, które nawilżają skórę i zapobiegają jej przesuszaniu [17].

Obecnie na rynku dostępne są sanitazery w różnych formach: pianki, sprayu lub żelu. Badania nie wykazały różnic w stopniu pokrycia (a co za tym idzie — skuteczności) pomiędzy produktami różnych typów [18,19]. Stwierdzono jednak istotne zmniejszenie pokrycia przy stosowaniu zbyt małej ilości produktu (mniej niż 2 ml). Istnieją także różnice w odczuciach dotykowych podczas używania sanitazerów o różnych konsystencjach. Według opinii konsumentów, sanitazery w formie pianki wchłaniają się dłużej, co powoduje nakładanie mniejszej ich ilości, a tym samym zmniejsza pokrycie. Konsystencja żelu postrzegana jest przez konsumentów jako bardziej atrakcyjna dzięki zdolności szybkiego wchłaniania, uczuciu miękkiej i nawilżonej skóry po zastosowaniu oraz neutralnemu zapachowi [20]. Na compliance wpływa jednak wiele czynników: obecność dodatkowych składników (np. barwników i substancji zapachowych), składników nawilżających, objętość opakowania i inne.

Wnioski

Czynnik zakaźny wywołujący COVID-19 — chorobę, która obecnie osiągnęła skalę globalnej pandemii — może być skutecznie inaktywowany dzięki przestrzeganiu zasad higieny skóry rąk. Tym samym sanitazery do rąk pozostają niezastąpionym środkiem profilaktyki COVID-19.

Źródła:

1. Pittet D, Allegranzi B, Boyce J. The World Health Organization guidelines on hand hygiene in health care and their consensus recommendations. Infect Control Hosp Epidemiol. 2009;30:611–622.
2. Boyce JM, Pittet D, Healthcare Infection Control Practices Advisory Committee. Society for Healthcare Epidemiology of America. Association for Professionals in Infection Control. Infectious Diseases Society of America. Hand Hygiene Task Force. Guideline for hand hygiene in health-care settings: recommendations of the healthcare infection control practices advisory committee and the HICPAC/SHEA/APIC/IDSA hand hygiene task force. Infect Control Hosp Epidemiol. 2002;23 (12 Suppl):S3–40.
3. Gold NA, Avva U. Alcohol Sanitizer. StatPearls Publishing; 2018. Available at: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30020626. Accessed July 10,2020.
4. Wentworth AB, Yiannias JA, Davis MDP, Killian JM. Benzalkonium chloride: a known irritant and novel allergen. Dermatitis. 2016;27:14–20.
5. Fleur P la, Jones S. Non-alcohol based hand rubs: a review of clinical effectiveness and guidelines [Internet]. CADTH Rapid Response Report. 2017. Available at: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29266912. Accessed July 10, 2020.
6. Bush LW, Benson LM, White JH. Pig skin as test substrate for evaluating topical antimicrobial activity. J Clin Microbiol. 1986;24:343–348.
7. Mcdonnell G, Russell AD. Antiseptics and disinfectants: activity, action, and resistance. Clin Microbiol Rev. 1999;12:147–179. American Society for Microbiology (ASM).
8. Haft RJF, Keating DH, Schwaegler T, et al. Correcting direct effects of ethanol on translation and transcription machinery confers ethanol tolerance in bacteria. Proc Natl Acad Sci USA. 2014;111:E2576.
9. Morton HE. The relationship of concentration and germicidal efficiency of ethyl alcohol. Ann N Y Acad Sci.. 1950;53:191–196.
10. Thomas P. Long-term survival of bacillus spores in alcohol and identification of 90% ethanol as relatively more spori/bactericidal. Curr Microbiol. 2012;64:130–139.
11. Kampf G. Efficacy of ethanol against viruses in hand disinfection. J Hosp Infect. 2018;98:331–338. W.B. Saunders Ltd.
12. Dastider D, Jyoti Sen D, Kumar Mandal S, Bose S, Ray S, Mahanti B. Hand sanitizers bid farewell to germs on surface area of hands. Eur J Pharm Med Res. 2020;7:648–656.
13. Sattar SA, Abebe M, Bueti AJ, Jampani H, Newman J, Hua S. Activity of an alcoholbased hand gel against human adeno-, rhino-, and rotaviruses using the fingerpad method. Infect Control Hosp Epidemiol. 2000;21:516–519.
14. Gerberding JL, Director David Fleming MW, Snider DE, et al. Morbidity and mortality weekly report guideline for hand hygiene in health-care settings recommendations of the healthcare infection control practices advisory committee and the HICPAC/SHEA/APIC/IDSA Hand Hygiene task force centers for disease control and prevention. MMWR 2002;51 (No. RR-16):2-29.
15. Fendler EJ, Ali Y, Hammond BS, Lyons MK, Kelley MB, Vowell NA. The impact of alcohol hand sanitizer use on infection rates in an extended care facility. Am J Infect Control. 2002;30:226–233.
16. Steinmann J, Paulmann D, Becker B, Bischoff B, Steinmann E, Steinmann J. Comparison of virucidal activity of alcohol-based hand sanitizers versus antimicrobial hand soaps in vitro and in vivo. J Hosp Infect. 2012;82:277–280.
17. Lauharanta J, Ojajärvi J, Sarna S, Mäkelä P. Prevention of dryness and eczema of the hands of hospital staff by emulsion cleansing instead of washing with soap. J Hosp Infect. 1991;17:207–215.
18. Larson EL, Cohen B, Baxter KA. Analysis of alcohol-based hand sanitizer delivery systems: efficacy of foam, gel, and wipes against influenza A (H1N1) virus on hands. Am J Infect Control. 2012;40:806–809.
19. Grayson ML, Melvani S, Druce J, et al. Efficacy of soap and water and alcohol-based hand_rub preparations against live H1N1 influenza virus on the hands of human volunteers. Clin Infect Dis. 2009;48:285–291.
20. Greenaway RE, Ormandy K, Fellows C, Hollowood T. Impact of hand sanitizer format (gel/foam/liquid) and dose amount on its sensory properties and acceptability for improving hand hygiene compliance. J Hosp Infect. 2018;100: 195–201.

Evgeniy EROSHKIN — dr nauk medycznych, dermatowenerolog (Ukraina)