Superoxidované roztoky mají vysoké antimikrobiální účinky vůči řadě bakterií, virů, hub, kvasinek a plísní, a jsou účinné vůči sporám, biofilmům a jednoduchým eukaryotním organismům.
Literární rešerše – připravila MVDr. Martina Mudráková
Superoxidované roztoky mají vysoké antimikrobiální účinky vůči řadě bakterií, virů, hub, kvasinek a plísní, a jsou účinné vůči sporám, biofilmům a jednoduchým eukaryotním organismům. Produkty na bázi superoxidů zabíjí mikroorganismy přímo díky své oxidativní kapacitě, jelikož reagují s buněčnou stěnou a membránou a způsobují rychlou smrt bakterií. Superoxidované roztoky a gely jsou používány pro ošetření ran, dezinfekci kůže, sliznic a povrchů po celém světě již řadu let. Je prokázána jejich účinnost i na takové patogeny, jako jsou vysoce infekční virus slintavky a kulhavky, virus ptačí chřipky (LPAIV, subtyp H7N1), virus Newcastleské choroby (NDV) drůbeže, hepatitis B, HIV, bakterií Escherichia coli, Salmonella spp., Pseudomonas aeruginosa, sporoformním bakteriím, Mycobacterium tuberculosis a Aspergillus niger.
Přímý postřik deaktivuje viry a bakterie během minut. Vzhledem k mechanismu účinku roztoku nevzniká rezistence. Velkou výhodou také je, že nejsou cytotoxické a mají významný pozitivní vliv na rychlost hojení ran v důsledku pozitivního vlivu na migraci keratinocytů a fibroblastů v ráně, stabilizaci membrán mastocytů a angiogenní reperfuzi. Jejich výborný vliv na hojení vykazuje lepší výsledky ve srovnání s fyziologickým roztokem, povidon jodidem, chlorhexidinem, benzoyl peroxidem a systemickými antibiotiky. Používá se k ošetření ran, včetně silně infikovaných (vředy, sinusitida …), kožních problémů (atopie, dermatitida, popáleniny …) anebo jako dezinfektant v nemocničním prostředí. V dnešní době je také velmi podstatné, že jsou šetrné a nepoškozují životní prostředí.
V květnu 2015 podala skupina expertů žádost Světové zdravotnické organizaci (World Health Organization, WHO) o zařazení stabilizovaného, pH neutrálního, superoxidovaného roztoku a hydrogelu na seznam nepostradatelných léků WHO.
Článek dále popisuje jejich složení, základní způsob výroby, stabilitu, mechanismus účinku, nejčastější indikace a použití a výsledky studií k antimikrobiálním a antivirovým účinkům.
Superoxidované roztoky zabíjejí mikroorganismy přímo díky své oxidativní kapacitě, jelikož reagují s buněčnou stěnou a membránou a způsobují rychlou smrt bakterií. Superoxidované roztoky a gely jsou používány pro ošetření ran, dezinfekci kůže, sliznic a povrchů po celém světě již řadu let.
Superoxidované roztoky a gely jsou účinné proti bakteriálním, virálním a plísňovým patogenům člověka a zvířat, včetně vysoce infekčního viru slintavky a kulhavky, viru ptačí chřipky (LPAIV, subtyp H7N1), viru Newcastleské choroby (NDV) drůbeže, hepatitis B, HIV, bakterií Escherichia coli, Salmonella spp., Pseudomonas aeruginosa, sporoformním bakteriím, Mycobacterium tuberculosis a Aspergillus niger. Přímý postřik deaktivuje viry a bakterie během minut. Vzhledem k mechanismu účinku roztoku nevzniká rezistence. Superoxidované roztoky a gely jsou používány pod různými názvy pro ošetření ran po celém světě již řadu let. V květnu 2015 podala skupina expertů žádost Světové zdravotnické organizaci (World Health Organization, WHO) o zařazení stabilizovaného, pH neutrálního, superoxidovaného roztoku a hydrogelu na seznam nepostradatelných léků WHO.
Složení
Superoxidované roztoky a gely (taktéž nazývané elektrolyzovaná voda nebo elektrochemicky aktivované roztoky) jsou charakteristické tím, že jejich hlavními aktivními komponentami jsou kyselina chlorná, chlornan sodný, reaktivní formy kyslíku a ozón. Jedná se tedy o směs anorganických oxidantů, zejména kyselinu chlornou (HClO) a její kyselý anion (ClO-), volný chlor (Cl2), Na+, Cl-, O2 ionty, hydroxidovou skupinu (OH) a ozón (O3).
Základní popis výroby:
Čistá HClO se vyrábí okyselením chlornanu sodného (NaClO) roztokem HCI v přítomnosti ~ 150 mM NaCl, takže výsledné pH dosahuje 3,5 až 4,5. Standardní reakční rovnice mezi chlornanem a vodíkem je NaClO + H202 → O2 + NaCl + H2O, přičemž kyslík je zpočátku vyráběn v singletové formě. Tato vysoce exotermická reakce za normálních podmínek není reverzibilní. Enzymy, jako je myoperoxidáza v neutrofilech, tuto reakci mohou zvrátit za vzniku HClO. Tohoto však může být také dosaženo elektrolýzou zředěného roztoku chloridu sodného. Tento elektrochemický proces produkuje řadu reaktivních molekul ve velmi malých množstvích (Armstrong D. a kol., 2015).
Fyziochemické vlastnosti HClO mají zásadní vliv na konečný klinický účinek. Produkty, které jsou v současné době na trhu, mají neutrální nebo mírně acidické pH, jsou necytotoxické, a jejich stabilita je až 2 roky. V literatuře jsou tyto roztoky nazývány „superoxidované roztoky“, „elektrolyzované roztoky” či „elektrochemicky aktivované roztoky” (Del Rosso, J. a Bhatia, N., 2018).
Stabilita:
Nadbytek NH2-, organické hmoty a anorganických iontů (NO2-, SO3-, PO3-, Fe2+, Cu2+ a CuS) má za následek rychlou deaktivaci HClO. K udržení antimikrobiální aktivity by se roztoky kyseliny chlorné měly skladovat v chladu a temnu, s minimálním kontaktem se vzduchem, a zabránit kontaminaci při používání (Ishihara, M a kol., 2017).
Mechanismus účinku
Hlavním mechanismem účinku na bakterie je vazba na bakteriální stěnu, zvýšení permeability membrán a denaturace proteinů (Gold MH a kol., 2017). Působení Na+, Cl- a O2 iontů na bakteriální stěnu rychle způsobují denaturaci proteinů a fragmentaci sacharidů a lipidů a virových kapsidů, DNáz a RNáz. Superoxidované molekuly proto zabíjejí mikroorganismy přímo díky své oxidativní kapacitě, jelikož reagují s buněčnou stěnou a membránou a způsobují rychlou smrt bakterií.
Vysoký oxidační potenciál elektrolyzovaných roztoků déle inhibuje bakteriální růst oxidací sulfydrylových skupin a dalších klíčových struktur na povrchu buněk. Elektrolyzované roztoky mají taktéž schopnost zničit bakteriální spóry narušením a inaktivací povrchových proteinů. Úplná destrukce proteinů a nukleových kyselin E.coli nastává do 5 minut po vystavení bakterií elektrolyzovaným roztokům (Cloete a kol., 2009). Kyselina chlorná (HClO) vykazuje antimikrobiální účinky jak in vitro, tak in vivo. Důležitou funkcí v hostitelském imunitním systému je uvolnění kyseliny chlorné neutrofily za účelem zničení patogenních mikroorganismů. Kyselina chlorná je obsažena ve fagocytech, kde má nezastupitelnou funkci při eliminaci mikroorganismů. Na rozdíl od antibiotik, antimikrobiální funkce kyseliny chlorné je založena na její přímé toxicitě vůči bakteriální buňkám a biofilmům, které produkují různé patogeny (Del Rosso, J. a Bhatia, N., 2018).
Kromě antimikrobiálních vlastností HClO snižuje aktivitu histaminu, leukotrienů produkovaných neutrofily (např. LTB4), interleukiny (IL-6 a IL-2) a ve vyšších koncentracích taktéž reguluje aktivitu matrix metaloproteináz (včetně MMP-7, kolagenáz), snižuje degranulaci mastocytů a uvolňuje cytokiny indukované imunoglobulinem IgE, a pozitivně ovlivňuje migraci keratinocytů a fibroblastů (Del Rosso, J. a Bhatia, N., 2018).
V mechanismu účinku se uplatňuje také vliv pH. Z důvodu kompatibility s živými tkáněmi a udržení stability jsou superoxidované roztoky a gely vesměs vyráběny jako neutrální, většinou v pH v rozmezí 6,2 až 7,8. Přesné vlastnosti závisí na typu roztoku (Landa-Solis a kol., 2004). Neutrální superoxidované roztoky a gely obsahují volné kyslíkové radikály podobné těm, které jsou produkovány v mitochondriích při produkci ATP a v sekrečních granulích leukocytů.
Indikace:
Díky svým antimikrobiálním a protizánětlivým vlastnostem je kyselina chlorná HClO používána v řadě klinických situací, zejména k ošetření ran, snížení pruritu, a k léčbě diabetických vředů a jiných chronických ran, a taktéž některých kožních onemocnění, jako je seborhoická dermatitida a atopická dermatitida. HClO je v produktech pro lokální použití dobře tolerována a nejsou hlášeny žádné významné nežádoucí účinky. Kyselina chlorná je účinná proti bakteriálním, virálním a plísňovým patogenům včetně Mycobacterium tuberculosis a Aspergillus niger. Kyselina chlorná účinně narušuje biofilm.
Elektrochemicky aktivované roztoky a gely byly prokázány jako ne- cytotoxické. Testy genotoxicity a mutagenicity byly ve všech studiích negativní, stejně jako studie urychlení stárnutí buněk. Tyto produkty nezpůsobují iritaci a senzitizaci a není nutno je z rány odstraňovat (Mena-Mendivil a kol., 2013).
Použití:
Roztok se aplikuje lokálně k dezinfekci, sterilizaci, irigaci a čištění ran a k odstranění biofilmu. Roztok je taktéž možno použít jako dezinfekční prostředek na povrchy.
Hydrogel je aplikován lokálně na gáze nebo kompresní bandáži do ran, které je nutno zvlhčit. Hydrogely se aplikují zpočátku několikrát denně, poté se frekvence snižuje na 2-3 krát týdně. Hydrogel je taktéž možno použít k dezinfekci rukou.
Z hlediska veřejného zdraví je významné, že se po použití superoxidovaných roztoků a gelů snižuje spotřeba antibiotik a nerozvíjí se vůči nim rezistence. Skupina těchto produktů není korozivní a nepředstavuje hrozbu pro personál (Armstrong D. a kol., .2015).
Výsledky studií k antimikrobiálním a antivirovým účinkům:
Čisté kultury Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi a Candida albicans (1 mL mikrobiální suspenze, 108 CFU /mL) byly smíchány s 10 ml superoxidovaného roztoku, což vedlo ke snížení mikrobiální zátěže o log10 redukční faktor 8 do 30 vteřin. Spory Bacillus atrophaeus (B. subtilis) byly zcela inaktivovány po 2-3 minutách. Tento roztok je taktéž vysoce účinný proti viru HIV-1 (Landa-Solis (2004).
používání přípravku SkinMed® Super
Elektrolyzovaný solný roztok (jak neředěný, tak dokonce i naředěný 1:10) má baktericidní účinek na Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Staphylococcus aureus a vegetativní formu Bacillus subtillis. Smrt bakterií nastává následkem destrukce proteinů v důsledku oxidačního stresu, který způsobil fragmentaci bakteriálního proteinu (Cloete a kol., 2009).
Rossi-Fedele a kol. (2010) testovali vhodnost superoxidovaných roztoků pro použití v zubním lékařství jako irigační roztok pro výplach kořenových kanálků a potvrdili vhodnost jejich použití. Také potvrdili, že superoxidované roztoky inhibují formování biofilmu a účinkují jako antibakteriální prostředek na povrchu zubních miniimplantátů. Při porovnání s chlorhexidinem bylo zjištěno, že chlorhexidin je sice účinnější proti mikrobiálnímu povlaku, ale je také daleko více cytotoxický. Výhodou superoxidovaných roztoků je, že neinhibují hojení (TorresCapetillo a kol., 2013).
Bui a kol. (2017) testovali účinnost superoxidovaných roztoků proti vysoce infekčnímu viru slintavky a kulhavky (SLAK). Při výskytu SLAK lze dle USDA použít zejména chlornan sodný, kyselinu octovou, peroxymonosulfát sodný, sůl, karbonát sodný a hydroxid sodný. Většina těchto přípravků je ovšem v účinných koncentracích korozivní na oce- lové povrchy a má kaustické (žíravé, leptavé) účinky na personál, který s nimi zachází. Tato studie vyhodnotila účinnost superoxidovaného roztoku na virus SLAK. Alkalický (pH and 11,7) superoxidovaný roztok se ukázal jako účinný a prakticky použitelný (Bui a kol., 2017).
Hakim (2016) zpracoval účinnost kyseliny chlorné na virové a bakteriální aviární patogeny a její účinky při aplikaci sprejováním na povrchy a do kontaminovaného vzduchu. Autor testoval kyselinu chlornou na patogenním viru ptačí chřipky (AIV) subtyp H7N1, viru Newcastle disease (NDV) kmen B1, Escherichia coli (E. coli) a Salmonella Infantis (S. Infantis), ověřil její dezinfekční kapacitu při pH 6, její bezpečnost při použití u drůbeže, a taktéž korozivní vlastnosti vůči kovům. Kyselina chlorná je poměrně rychle deaktivována v prostředí. Přímý postřik 100 ppm a 200 ppm deaktivuje viry AIV a NDV spolehlivě během minut. Kromě toho je HClO bezpečná pro použití v přítomnosti kuřat a sprejování haly nepůsobí zpomalení růstu brojlerů. HClO se taktéž osvědčila pro sprejování vaječných skořápek a fumigaci vajec v líhních. Roztok byl navíc potvrzen jako nekorozivní vůči kovovým povrchům (Hakim, 2016).
Nakano T a kol. (2015) vyhodnotili podmínky, za nichž je možno dezinfikovat Mycobacterium bovis s použitím kyselého elektrolyzovaného roztoku. A usoudili, že elektrolyzované roztoky jsou vynikající alternativou pro dezinfekci povrchů v nákazových situacích z důvodu ochrany životního prostředí. Tato studie testovala laboratorní kmen M. bovis (BCG Tokyo kmen) a klinické izoláty M. tuberculosis, M. avium, M. in- tracellulare a M. kansasii.
Souhrn
Kyselina chlorná vykazuje nástup antimikrobiálního účinku po expozici trvající 30 vteřin až 5 minut. Kyselina chlorná má dobrou antimikrobiální účinnost, zlepšuje hojení ran, je možno ji použít pro laváž peritoneální dutiny, může přijít do kontaktu s centrálním nervovým systémem, může přijít do kontaktu s chrupavkou. Kyselinu chlornou je možnou použít k prevenci infekce na místě chirurgického zákroku (Surgical Site Infection, SSI). Ve srovnání s ionty stříbra má kyselina chlorná tendenci být mírně lepší. Ve srovnání s povidon jodidem je významně lepší. Studie srovnávající kyselinu chlornou a chlorhexidin nejsou k dispozici (Kramer a kol., 2018). Rozvoj resistence není možný z důvodu mechanismu účinku. Kyselina chlorná nezpůsobuje sensibilizaci a nevykazuje rizika systemického působení.
Elektrochemicky aktivované roztoky taktéž účinně narušují biofilm produkovaný Pseudomonas aeruginosa, E. coli a Listeria monocytogenes. Biofilmy jsou obzvláště problematické v ústní dutině a na povrchu zubů, kde přispívají ke vzniku paradentózy, proti nimž jsou elektrochemicky aktivované roztoky taktéž účinné. Elektrochemicky aktivované roztoky navíc vykazují aktivitu vůči eukaryotickým organismům, ze- jména oocystám Cryptosporidium parvum. Snad nejpozoruhodnější vlastností HClO je její schopnost zničit právě tyto bakteriální biofilmy. Přerůstání mikroorganismů charakterizované jako biofilmy postihne téměř dvě třetiny chronických pacientů. Biofilmy se liší od planktonových mikrobiálních kolonií, pokud jde o strukturu, genovou expresi, rezistenci vůči antibiotikům a interakci s hostiteli, a to především důsledkem toho, že 5% až 30% biofilmu se skládá z extracelulárních polymerních látek, zejména glykoproteinů. Biofilmy mohou navíc obsahovat anaerobní bakterie, které v klasických kultivačních postupech často chybí. Biofilmy rostou souvislým rozšiřováním nebo vylučováním planktonických bakterií, naočkováním na okolní povrchy a výsledkem je šíření infekce. Biofilmy jsou také známé svou perzistencí, jsou rezistentní vůči hostitelskému imunnímu systému, systémovým antibiotikům a lokálním antimikrobiálním látkám. Metody jako agresivní vyčištění, podání enzymů zaměřujících se na polymerní matrici, podávání laktoferinu a ultrazvukové a jiné fyzikální rozrušení nebyly zatím prokázány jako účinné. HClO byla schopna snížit množství biofilmu in vitro a množství mikroorganismů v biofilmech v koncentracích mezi 5,5 a 11 μg / μl (Armstrong D. a kol., 2015).
Relativně nízké koncentrace roztoků HClO s neutrálním pH byly schopny snížit životaschopnost biofilmů Pseudomonas aeruginosa in vitro o přibližně 3 logy během 30 minut. Rozrušení biofilmu je považováno za hlavní mechanismus zodpovědný za baktericidní účinek. V experimentech s biofilmy se Staphylococcus aureus byly počty bakterií po 1 minutě působení HClO sníženy o 5 logs a po 10 minutách o 6 logs. Asi 70% polysacharidu biofilmu a více než 90% proteinu biofilmu bylo také odstraněno po 10 minutách působení HClO.
Závěr:
Superoxidované roztoky s různými obchodními názvy jsou primárně klasifikovány jako zdravotnické prostředek třídy IIb (FDA, EMA a TGA) a následně schváleny jako veterinární přípravky. Všechny obsahují stabilizovaný, pH neutrální, hypotonický roztok nebo gel reaktivních oxidujících molekul včetně kyseliny chlorné, peroxidu vodíku, ozónu a superoxidu. Mají vysoké antimikrobiální účinky vůči řadě bakterií, virů, hub, kvasinek a plísní, a jsou účinné vůči sporám, biofilmům a jednoduchým eukaryotním organismům. Mechanismus účinku je založen na oxidativním poškození povrchových struktur membrány a následné rychlé osmolýze buňky. Superoxidované roztoky a gely napodobují přirozené obranné mechanismy organismu. Z tohoto důvodu není rozvoj rezistence možný (Armstrong D. a kol., .2015).
Nejsou cytotoxické a mají významný pozitivní vliv na rychlost hojení ran v důsledku pozitivního vlivu na migraci keratinocytů a fibroblastů v ráně, stabilizaci membrán mastocytů a angiogenní reperfuzi. Jejich výborný vliv na hojení vykazuje lepší výsledky ve srovnání s fyziologickým roztokem, povidon jodidem, chlorhexidinem, benzoyl peroxidem a systemickými antibiotiky. Používá se k ošetření ran, včet- ně silně infikovaných (vředy, sinusitida …), kožních problémů (atopie, dermatitida, popáleniny …) anebo jako dezinfektant v nemocničním prostředí (Armstrong D. a kol., .2015). V dnešní době je také velmi podstatné, že je šetrný a nepoškozuje životní prostředí.
Kompletní seznam článků a studií (References) je k dispozici na vyžádání ve společnosti Cymedica.