Санитайзеры для рук: механизм действия и эффективность против коронавирусов

Появление новых патогенов, бактериальных или вирусных, всегда становится вызовом для учёных и медиков по всему миру. Одним из самых актуальных примеров является вирусное заболевание COVID-19, которое Всемирная организация здравоохранения признала глобальной пандемией в начале 2020 года.

Среди действенных способов предотвращения заражения и распространения вируса признали частое и эффективное очищение кожи рук. Как среди населения, так и среди работников медицинской сферы спиртовые средства для очистки кожи рук стали эффективной альтернативой классическому мытью рук с применением мыла и воды. Сейчас очищающие средства для кожи рук на основе спирта является частью протоколов по ограничению распространения бактерий и вирусов [1,2]. Санитайзеры на основе спирта сейчас доступны в различных формах (гели, спреи) и имеют разный состав. Учитывая их растущую популярность в период пандемии, важно понимать какие типы санитайзеров эффективно действуют именно против этого возбудителя.

Структура вирусов и бактерий

Вирусы — инфекционные агенты относительно простой организации с двумя минимально необходимыми структурными компонентами. Прежде всего вирусы содержат генетический материал: ДНК или РНК. Генетическая информация может быть представлена ​​одноцепочечной или двухцепочечной молекулой. Для защиты генетического материала вируса и для его инкапсуляции является протеиновая оболочка, или белковый капсид. Вирусы также делятся в зависимости от того, имеют ли они липидный слой. Несмотря на то, что состав вирусов подобный составу всех живых клеток (белки, липиды, генетический материал), для вируса обязательным условием для размножения является клетка хозяина — вне клетки вирусы не проявляют никаких признаков жизни.

Бактерии — одноклеточные живые организмы, которые, в отличие от вирусов, обычно могут вести жизнь вне организма хозяина. Генетический материал бактерий свободно расположен внутри клетки и, так же как и у вирусов, у бактерий нет оформленного ядра. В бактериальных клетках выделяют достаточно большое количество структур: внутреннюю клеточную мембрану и наружную клеточную стенку, хотя структура определённых видов может отличаться от классической.

Пептидогликан является компонентом наружной клеточной стенки бактерий; это полимер, состоящий из сахаров и аминокислот. У разных видов бактерий различная толщина слоя пептидогликана. Толщина этого слоя определяет, как бактерии будут краситься по Граму: чем толще слой пептидогликана, тем лучше бактерия прокрашивается в розовый цвет, что делает её грамположительной. Бактерии, которые вообще не содержат пептидогликана, объединены в группу «атипичных» бактерий.

Ингредиенты санитайзеров

Всего выделяют две большие группы санитайзеров:

1. санитайзеры на спиртовой основе;
2. санитайзеры на основе очищающих компонентов, отличных от спирта.

Чаще всего вместо спирта в санитайзерах второй группы используется бензалкония хлорид, четвертичное аммониевое соединение, который часто применяется как дезинфектант [3]. Дезинфектанты на базе бензалкония хлорида длительное время считались менее раздражающими, чем дезинфектанты на основе спиртов, однако последние исследования подтверждают их значительный потенциал в провоцировании контактных дерматитов [4]. Хотя санитайзеры на основе спиртов действительно могут раздражать кожу, но они применяются чаще всего через свою эффективность в профилактике распространения инфекционных агентов и экономическую выгодность [5].

Санитайзеры на основе спиртов могут содержать этанол, изопропиловый спирт, n-пропанол, или же их комбинации [7], воду, а также вспомогательные вещества и иногда хумектанты. Формулы санитайзеров с содержанием спиртов в пределах 60-95 % по объёму являются наиболее распространёнными и считаются наиболее эффективными. Хумектанты в составе формулы санитайзеров предотвращают пересыхание кожи, а вспомогательные вещества сохраняют стабильность и эффективность формулы в течение времени, уменьшая степень испарения спиртов и, таким образом, увеличивая биоцидную активность санитайзера [6].

Механизм действия спиртов на бактериальные клетки

N-пропанол часто используют как спиртовой компонент в биоцидных веществах [7]. Точный механизм антимикробных свойств спиртов изучен недостаточно, однако наиболее вероятно, что их действие связано с нарушением целостности бактериальных мембран, ингибированием синтеза белков [8] и/или денатурации белков [7]. Для антибактериальных свойств идеальная концентрация спиртов варьируется в пределах 60-90 % [9]. Концентрации выше 90 % имеют менее выраженные бактерицидные свойства [9]. Вода является необходимой в процессе денатурации белков. Также стоит отметить: спирты действуют против бактериальных клеток, находящихся в состоянии активных метаболических процессов и деления, однако не против их спор [10].

Механизм действия спиртов на вирусные частицы

Все три компонента вирусных частиц — липидная оболочка (если присутствует), белковый капсид и собственно генетический материал — есть таргетными для действия санитайзеров на основе спиртов [7]. Принимая во внимание, что все перечисленные компоненты вирусной частицы важны для жизненного цикла вирусов (прикрепление к клеткам хозяина, проникновение, биосинтез, созревание и лизис клеток), а следовательно, важны для дальнейшей передачи вируса от хозяина к хозяину, поэтому изменение структуры или функциональности какого-либо из этих компонентов смогут уменьшить инфекционность вируса.

По сравнению с механизмом воздействия спиртов на бактерии, менее известно об их эффективности от вирусов. На сегодня показано, что этанол лучше действует на вирусные частицы и имеет широкий спектр действия, чем другие спирты, в частности пропанолы. Высокие концентрации этанола очень эффективны против вирусов, имеющих липидную оболочку (к которым относится большая часть вирусов, имеющих клиническое значение, в том числе и коронавирусы) [11]. Стоит отметить, что белковый капсид вирусов достаточно устойчив, поэтому большинство санитайзеров до сих пор остаются неэффективными против вирусов, не имеющих липидной оболочки [12].

В общем концентрация этанола для инактивации вирусов такая же, как и для инактивациии бактериальных клеток. Однако исследования показывают, что этанол в концентрации 70 % способен эффективно противодействовать широкому спектру вирусов [13].

Через структурное сходство возбудителя COVID-19 с предварительно изученными представителями информация об эффективности санитайзеров в распространении заболевания может быть экстраполирована.

Центр по контролю заболеваний рекомендует мыть руки с применением воды и мыла всегда, когда есть такая возможность, и отдавать предпочтение санитайзерам только при отсутствии такой возможности [14]. Это связано с тем, что, кроме химического воздействия на инфекционные агенты, возможно их механическое удаление потоком воды с поверхности кожи рук. Однако исследования показывают одинаковую эффективность санитайзеров и антимикробного мыла в уменьшении количества потенциально патогенных вирусов с липидной оболочкой в ​​суспензии [11,15,16]. Вместе с тем следует помнить, что постоянное мытьё рук с применением мыла и горячей воды способно удалять природный липидный слой с поверхности кожи, приводить к пересушиванию кожи, её раздражению и трещинам, что увеличивает вероятность попадания патогенов в организм. Для обеспечения безопасности от таких последствий применения санитайзеров следует использовать средства с формулами, содержащими хумектанты, они способны увлажнять кожу и предотвращать её пересушивание [17].

Сегодня на рынке имеются санитайзеры в различных формах выпуска: в виде пены, спрея или геля. Исследования не выявили разницы в покрытии (и, соответственно, эффективности) средствами различных типов [18,19]. Однако было обнаружено существенное уменьшение покрытия через нанесения средства в недостаточном количестве (менее 2 мл). Однако существуют различия в тактильных ощущениях при использовании санитайзеров различных текстур. В частности, по отзывам потребителей, санитайзеры в виде пены дольше впитываются, что заставляет наносить меньшее их количество, таким образом уменьшая покрытие. Текстура геля выдаётся потребителям более привлекательной из-за способности быстро впитываться, ощущения мягкой и увлажнённой кожи после применения и нейтральный аромат [20]. Однако на комплаенс влияют многие факторы: наличие дополнительных ингредиентов (например, красители и ароматизаторы), наличие ингредиентов для увлажнения кожи, объём и тому подобное.

Выводы

Инфекционный агент, вызывающий COVID-19 — заболевание, которое сейчас приобрело масштабы глобальной пандемии, — может быть эффективно инактивированный вследствие соблюдения правил гигиены кожи рук.

Использованные источники:

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.

Евгений ЕРОШКИН — д. м. н., дерматовенеролог