Superoxidované roztoky majú vysoké antimikrobiálne účinky voči sérii baktérií, vírusov, húb, kvasiniek a plesní, a sú účinné voči sporom, biofilmom a jednoduchým eukaryotným organizmom.
Literárne rešerše – pripravila MVDr. Martina Mudráková
Produkty na báze superoxidov zabíjajú mikroorganizmy priamo vďaka svojej oxidatívnej kapacite, pretože reagujú s bunkovou stenou a membránou a spôsobujú rýchlu smrť baktérií. Superoxidované roztoky a gély sú používané na ošetrenie rán, dezinfekciu kože, slizníc a povrchov po celom svete už niekoľko rokov. Je preukázaná ich účinnosť aj na také patogény, ako sú vysoko infekčné vírus slintačky a krívačky, vírus vtáčej chrípky (LPAIV, subtyp H7N1), vírus Newcastleskej choroby (NDV) hydiny, hepatitis B, HIV, baktérií Escherichia coli, Salmonella spp., Pseudomonas aeruginosa, sporoformným baktériám, Mycobacterium tuberculosis a Aspergillus niger.
Priamy postrek deaktivuje vírusy a baktérie počas minút. Vzhľadom na mechanizmus účinku roztoku nevzniká rezistencia. Veľkou výhodou tiež je, že nie sú cytotoxické a majú významný pozitívny vplyv na rýchlosť hojenia rán v dôsledku pozitívneho vplyvu na migráciu keratinocytov a fibroblastov v rane, stabilizáciu membrán mastocytov a angiogénnu reperfúziu. Ich výborný vplyv na hojenie vykazuje lepšie výsledky v porovnaní s fyziologickým roztokom, povidón jodidom, chlórhexidínom, benzoyl peroxidom a systemickými antibiotikami. Používa sa na ošetrenie rán, vrátane silne infikovaných (vredy, sinusitída …), kožných problémov (atopia, dermatitída, popáleniny …) alebo ako dezinfektant v nemocničnom prostredí. V dnešnej dobe je tiež veľmi podstatné, že sú šetrné a nepoškodzujú životné prostredie.
V máji 2015 skupina expertov podala žiadosť Svetovej zdravotníckej organizácii (World Health Organization, WHO) o zaradenie stabilizovaného, pH neutrálneho, superoxidovaného roztoku a hydrogélu na zoznam nenahraditeľných liekov WHO.
Článok ďalej popisuje ich zloženie, základný spôsob výroby, stabilitu, mechanizmus účinku, najčastejšie indikácie a použitie a výsledky štúdií k antimikrobiálnym a antivírusovým účinkom.
Superoxidované roztoky majú vysoké antimikrobiálne účinky voči radu baktérií, vírusov, húb, kvasiniek a plesní, sú účinné voči sporám, biofilmom a jednoduchým eukaryotným organizmom.
Superoxidované roztoky a gély zabíjajú mikroorganizmy priamo vďaka svojej oxidatívnej kapacite, pretože reagujú s bunkovou stenou a membránou a spôsobujú rýchlu smrť baktérií, sú používané na ošetrenie rán, dezinfekciu kože, slizníc a povrchov po celom svete už niekoľko rokov a sú účinné proti bakteriálnym, vírusovým a plesňovým patogénom človeka a zvierat, vrátane vysoko infekčného vírusu slintačky a krívačky, vírusu vtáčej chrípky (LPAIV, subtyp H7N1), vírusu Newcastleskej choroby (NDV) hydiny, hepatitis coli, Salmonella spp., Pseudomonas aeruginosa, sporoformným baktériám, Mycobacterium tuberculosis a Aspergillus niger.
Priamy postrek deaktivuje vírusy a baktérie počas minút. Vzhľadom na mechanizmus účinku roztoku nevzniká rezistencia. Superoxidované roztoky a gély sú používané pod rôznymi názvami na ošetrenie rán po celom svete už niekoľko rokov. V máji 2015 skupina expertov podala žiadosť Svetovej zdravotníckej organizácii (World Health Organization, WHO) o zaradenie stabilizovaného, pH neutrálneho, superoxidovaného roztoku a hydrogélu na zoznam nenahraditeľných liekov WHO.
ZLOŽENIE
Superoxidované roztoky a gély (taktiež nazývané elektrolyzovaná voda alebo elektrochemicky aktivované roztoky) sú charakteristické tým, že ich hlavnými aktívnymi komponentmi sú kyselina chlórna, chlórnan sodný, reaktívne formy kyslíka a ozón. Ide teda o zmes anorganických oxidantov, najmä kyselinu chlórnu (HClO) a jej kyslý anión (ClO-), voľný chlór (Cl2), Na+, Cl-, O2 ióny, hydroxidovú skupinu (OH) a ozón (O3).
ZÁKLADNÝ POPIS VÝROBY:
Čistá HClO sa vyrába okyslením chlórnanu sodného (NaClO) roztokom HCI v prítomnosti ~ 150 mM NaCl, takže výsledné pH dosahuje 3,5 až 4,5. Štandardná reakčná rovnica medzi chlórnanom a vodíkom je NaClO + H202 → O2 + NaCl + H2O, pričom kyslík je spočiatku vyrábaný v singletovej forme. Táto vysoko exotermická reakcia za normálnych podmienok nie je reverzibilná. Enzýmy, ako je myoperoxidáza v neutrofiloch, túto reakciu môžu zvrátiť za vzniku HClO. To však môže byť tiež dosiahnuté elektrolýzou zriedeného roztoku chloridu sodného. Tento elektrochemický proces produkuje rad reaktívnych molekúl vo veľmi malých množstvách (Armstrong D. a kol., 2015).
Fyziochemické vlastnosti HClO majú zásadný vplyv na konečný klinický účinok. Produkty, ktoré sú v súčasnej dobe na trhu, majú neutrálne alebo mierne acidické pH, sú necytotoxické, a ich stabilita je až 2 roky. V literatúre sú tieto roztoky nazývané „superoxidované roztoky“, „elektrolyzované roztoky” alebo „elektrochemicky aktivované roztoky” (Del Rosso, J. a Bhatia, N., 2018).
Stabilita:
Nadbytok NH2-, organickej hmoty a anorganických iónov (NO2-, SO3-, PO3-, Fe2+, Cu2+ a CuS) má za následok rýchlu deaktiváciu HClO. Na udržanie antimikrobiálnej aktivity by sa roztoky kyseliny chlórnej mali skladovať v chlade a tme, s minimálnym kontaktom so vzduchom, a zabrániť kontaminácii pri používaní (Ishihara, M a kol., 2017).
Mechanizmus účinku
Hlavným mechanizmom účinku na baktérie je väzba na bakteriálnu stenu, zvýšenie permeability membrán a denaturácia proteínov (Gold MH a kol., 2017). Pôsobenie Na+, Cl- a O2 iónov na bakteriálnu stenu rýchlo spôsobujú denaturáciu proteínov a fragmentáciu sacharidov a lipidov a vírusových kapsidov, DNáz a RNáz. Superoxidované molekuly preto zabíjajú mikroorganizmy priamo vďaka svojej oxidatívnej kapacite, pretože reagujú s bunkovou stenou a membránou a spôsobujú rýchlu smrť baktérií.
Vysoký oxidačný potenciál elektrolyzovaných roztokov dlhšie inhibuje bakteriálny rast oxidáciou sulfydrylových skupín a ďalších kľúčových štruktúr na povrchu buniek. Elektrolyzované roztoky majú taktiež schopnosť zničiť bakteriálne spóry narušením a inaktiváciou povrchových proteínov. Úplná deštrukcia proteínov a nukleových kyselín E.coli nastáva do 5 minút po vystavení baktérií elektrolyzovaným roztokom (Cloete a kol., 2009). Kyselina chlórna (HClO) vykazuje antimikrobiálne účinky ako in vitro, tak in vivo. Dôležitou funkciou v hostiteľskom imunitnom systéme je uvoľnenie kyseliny chlórnej neutrofily za účelom zničenia patogénnych mikroorganizmov. Kyselina chlórna je obsiahnutá vo fagocytoch, kde má nezastupiteľnú funkciu pri eliminácii mikroorganizmov. Na rozdiel od antibiotík, antimikrobiálna funkcia kyseliny chlórnej je založená na jej priamej toxicite voči bakteriálnym bunkám a biofilmom, ktoré produkujú rôzne patogény (Del Rosso, J. a Bhatia, N., 2018).
Okrem antimikrobiálnych vlastností HClO znižuje aktivitu histamínu, leukotriénov produkovaných neutrofilmi (napr. LTB4), interleukínmi (IL-6 a IL-2) a vo vyšších koncentráciách taktiež reguluje aktivitu matrix metaloproteináz (vrátane MMP-7, kolagenáz), znižuje a uvoľňuje cytokíny indukované imunoglobulínom IgE, a pozitívne ovplyvňuje migráciu keratinocytov a fibroblastov (Del Rosso, J. a Bhatia, N., 2018).
V mechanizme účinku sa uplatňuje aj vplyv pH. Z dôvodu kompatibility so živými tkanivami a udržania stability sú superoxidované roztoky a gély napospol vyrábané ako neutrálne, väčšinou v pH v rozmedzí 6,2 až 7,8. Presné vlastnosti závisia od typu roztoku (Landa-Solis a kol., 2004). Neutrálne superoxidované roztoky a gély obsahujú voľné kyslíkové radikály podobné tým, ktoré sú produkované v mitochondriách pri produkcii ATP a v sekrečných granulách leukocytov.
Indikácia:
Vďaka svojim antimikrobiálnym a protizápalovým vlastnostiam je kyselina chlórna HClO používaná v rade klinických situácií, najmä na ošetrenie rán, zníženie pruritu, na liečbu diabetických vredov a iných chronických rán, taktiež niektorých kožných ochorení, ako je seborhoická dermatitída a atopická dermatitída. HClO je v produktoch na lokálne použitie dobre tolerovaná a nie sú hlásené žiadne významné nežiaduce účinky. Kyselina chlórna je účinná proti bakteriálnym, virálnym a plesňovým patogénom vrátane Mycobacterium tuberculosis a Aspergillus niger. Kyselina chlórna účinne narúša biofilm.
Elektrochemicky aktivované roztoky a gély boli preukázané ako necytotoxické. Testy genotoxicity a mutagenicity boli vo všetkých štúdiách negatívne, rovnako ako štúdie urýchlenia starnutia buniek. Tieto produkty nespôsobujú iritáciu a senzitizáciu a nie je nutné ich z rany odstraňovať (Mena-Mendivil a kol., 2013).
Použitie:
Roztok sa aplikuje lokálne na dezinfekciu, sterilizáciu, irigáciu a čistenie rán a na odstránenie biofilmu. Roztok je taktiež možné použiť ako dezinfekčný prostriedok na povrchy.
Hydrogél je aplikovaný lokálne na gáze alebo kompresnej bandáži do rán, ktoré treba zvlhčiť. Hydrogély sa aplikujú spočiatku niekoľkokrát denne, potom sa frekvencia znižuje na 2-3 krát týždenne. Hydrogél je taktiež možné použiť na dezinfekciu rúk.
Z hľadiska verejného zdravia je významné, že sa po použití superoxidovaných roztokov a gélov znižuje spotreba antibiotík a nerozvíja sa voči nim rezistencia. Skupina týchto produktov nie je korozívna a nepredstavuje hrozbu pre personál (Armstrong D. a kol., .2015).
Výsledky štúdií k antimikrobiálnym a antivírovým účinkom:
Čisté kultúry Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi a Candida albicans (1 mL mikrobiálna suspenzia, 108 CFU/ml) boli zmiešané s 10 ml superoxidovaného roztoku, čo viedlo k zníženiu mikrobiálnej záťaže o 10 logov redukčný faktor 8 do 30 sekúnd. Spory Bacillus atrophaeus (B. subtilis) boli úplne inaktivované po 2-3 minútach. Tento roztok je taktiež vysoko účinný proti vírusu HIV-1 (Landa-Solis) (2004).
Elektrolyzovaný soľný roztok (neriedený, ale dokonca aj zriedený 1:10) má baktericídny účinok na Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Staphylococcus aureus a vegetatívnu formu Bacillus subtillis. Smrť baktérií nastáva následkom deštrukcie proteínov v dôsledku oxidačného stresu, ktorý spôsobil fragmentáciu bakteriálneho proteínu (Cloete a kol., 2009).
Rossi-Fedele a kol. (2010) testovali vhodnosť superoxidovaných roztokov na použitie v zubnom lekárstve ako irigačný roztok na výplach koreňových kanálikov a potvrdili vhodnosť ich použitia. Tiež potvrdili, že superoxidované roztoky inhibujú formovanie biofilmu a účinkujú ako antibakteriálny prostriedok na povrchu zubných miniimplantátov. Pri porovnaní s chlórhexidínom sa zistilo, že chlórhexidín je síce účinnejší proti mikrobiálnemu povlaku, ale je tiež oveľa viac cytotoxický. Výhodou superoxidovaných roztokov je, že neinhibujú hojenie (Torres-Capetillo a kol., 2013).
Bui a kolektív (2017) testovali účinnosť superoxidovaných roztokov proti vysoko infekčnému vírusu slintačky a krívačky (SLAK). Pri výskyte SLAK je možné podľa USDA použiť najmä chlórnan sodný, kyselinu octovú, peroxymonosulfát sodný, soľ, karbonát sodný a hydroxid sodný. Väčšina týchto prípravkov je však v účinných koncentráciách korozívna na oceľové povrchy a má kaustické (žieravé, leptavé) účinky na personál, ktorý s nimi zaobchádza. Táto štúdia vyhodnotila účinnosť superoxidovaného roztoku na vírus SLAK. Alkalický (pH and 11,7) superoxidovaný roztok sa ukázal ako účinný a prakticky použiteľný (Bui a kol., 2017).
používaní prípravku SkinMed® Super
Hakim (2016) spracoval účinnosť kyseliny chlórnej na vírusové a bakteriálne aviárne patogény a jej účinky pri aplikácii sprejovaním na povrchy a do kontaminovaného vzduchu. Autor testoval kyselinu chlórnu na patogénnom víruse vtáčej chrípky (AIV) subtyp H7N1, vírusu Newcastle disease (NDV) kmeň B1, Escherichia coli (E. coli) a Salmonella Infantis (S. Infantis), overil jej dezinfekčnú kapacitu pri pH 6, jej bezpečnosť pri použití u hydiny, a taktiež korozívne vlastnosti voči kovom. Kyselina chlórna je pomerne rýchlo deaktivovaná v prostredí. Priamy postrek 100 ppm a 200 ppm deaktivuje vírusy AIV a NDV spoľahlivo počas minút. Okrem toho je HClO bezpečná pre použitie v prítomnosti kurčiat a sprejovanie haly nespôsobí spomalenie rastu brojlerov. HClO sa taktiež osvedčila pre sprejovanie vaječných škrupín a fumigáciu vajec v liahňach. Roztok bol navyše potvrdený ako nekorozívny voči kovovým povrchom (Hakim, 2016).
Nakano T. a kolektív (2015) vyhodnotili podmienky, za ktorých je možné dezinfikovať Mycobacterium bovis s použitím kyslého elektrolyzovaného roztoku. Usúdili, že elektrolyzované roztoky sú vynikajúcou alternatívou pre dezinfekciu povrchov v nákazových situáciách z dôvodu ochrany životného prostredia. Táto štúdia testovala laboratórny kmeň M. bovis (BCG Tokyo kmeň) a klinické izoláty M. tuberculosis, M. avium, M. intracellulare a M. kansaziu.
Súhrn
Kyselina chlórna vykazuje nástup antimikrobiálneho účinku po expozícii trvajúcej 30 sekúnd až 5 minút. Kyselina chlórna má dobrú antimikrobiálnu účinnosť, zlepšuje hojenie rán, je možné ju použiť na laváž peritoneálnej dutiny, môže prísť do kontaktu s centrálnym nervovým systémom, môže prísť do kontaktu s chrupavkou. Kyselinu chlórnu je možné použiť na prevenciu infekcie na mieste chirurgického zákroku (Surgical Site Infection, SSI). V porovnaní s iónmi striebra má kyselina chlórna tendenciu byť mierne lepšia. V porovnaní s povidón jodidom je významne lepšia. Štúdie porovnávajúce kyselinu chlórnu a chlórhexidín nie sú k dispozícii (Kramer a kol., 2018). Rozvoj rezistencie nie je možný z dôvodu mechanizmu účinku. Kyselina chlórna nespôsobuje senzibilizáciu a nevykazuje riziká systemického pôsobenia.
Elektrochemicky aktivované roztoky tiež účinne narúšajú biofilm produkovaný Pseudomonas aeruginosa, E. coli a Listeria monocytogenes. Biofilmy sú obzvlášť problematické v ústnej dutine a na povrchu zubov, kde prispievajú k vzniku paradentózy, proti ktorým sú elektrochemicky aktivované roztoky taktiež účinné. Elektrochemicky aktivované roztoky navyše vykazujú aktivitu voči eukaryotickým organizmom, najmä oocystám Cryptosporidium parvum. Snáď najpozoruhodnejšou vlastnosťou HClO je jej schopnosť zničiť práve tieto bakteriálne biofilmy. Prerastanie mikroorganizmov charakterizované ako biofilmy postihne takmer dve tretiny chronických pacientov. Biofilmy sa líšia od planktónových mikrobiálnych kolónií, pokiaľ ide o štruktúru, génovú expresiu, rezistenciu voči antibiotikám a interakciu s hostiteľmi, a to predovšetkým dôsledkom toho, že 5% až 30% biofilmu sa skladá z extracelulárnych polymérnych látok, najmä glykoproteínov. Biofilmy môžu navyše obsahovať anaeróbne baktérie, ktoré v klasických kultivačných postupoch často chýbajú. Biofilmy rastú súvislým rozširovaním alebo vylučovaním planktonických baktérií, naočkovaním na okolité povrchy a výsledkom je šírenie infekcie. Biofilmy sú tiež známe svojou perzistenciou, sú rezistentné voči hostiteľskému imunitnému systému, systémovým antibiotikám a lokálnym antimikrobiálnym látkam. Metódy ako agresívne vyčistenie, podanie enzýmov zameriavajúcich sa na polymérnu matricu, podávanie laktoferínu a ultrazvukové a iné fyzikálne rozrušenie neboli zatiaľ preukázané ako účinné. HClO bola schopná znížiť množstvo biofilmu in vitro a množstvo mikroorganizmov v biofilmoch v koncentráciách medzi 5,5 a 11 μg / μl (Armstrong D. a kol., 2015).
Relatívne nízke koncentrácie roztokov HClO s neutrálnym pH boli schopné znížiť životaschopnosť biofilmov Pseudomonas aeruginosa in vitro o približne 3 logy v priebehu 30 minút. Rozrušenie biofilmu je považované za hlavný mechanizmus zodpovedný za baktericídny účinok. V experimentoch s biofilmami so Staphylococcus aureus boli počty baktérií po 1 minúte pôsobenia HClO znížené o 5 logov a po 10 minútach o 6 logov. Asi 70% polysacharidu biofilmu a viac ako 90% proteínu biofilmu bolo tiež odstránených po 10 minútach pôsobenia HClO.
Záver:
Superoxidované roztoky s rôznymi obchodnými názvami sú primárne klasifikované ako zdravotnícka pomôcka triedy IIb (FDA, EMA a TGA) a následne schválené ako veterinárne prípravky. Všetky obsahujú stabilizovaný, pH neutrálny, hypotonický roztok alebo gél reaktívnych oxidujúcich molekúl vrátane kyseliny chlórnej, peroxidu vodíka, ozónu a superoxidu. Majú vysoké antimikrobiálne účinky voči množstvu baktérií, vírusov, húb, kvasiniek a plesní, sú účinné voči sporom, biofilmom a jednoduchým eukaryotným organizmom. Mechanizmus účinku je založený na oxidatívnom poškodení povrchových štruktúr membrány a následnej rýchlej osmolýze bunky. Superoxidované roztoky a gély napodobňujú prirodzené obranné mechanizmy organizmu. Z tohto dôvodu nie je rozvoj rezistencie možný (Armstrong D. a kol., .2015).
Nie sú cytotoxické a majú významný pozitívny vplyv na rýchlosť hojenia rán v dôsledku pozitívneho vplyvu na migráciu keratinocytov a fibroblastov v rane, stabilizáciu membrán mastocytov a angiogénnu reperfúziu. Ich výborný vplyv na hojenie vykazuje lepšie výsledky v porovnaní s fyziologickým roztokom, povidón jodidom, chlórhexidínom, benzoyl peroxidom a systemickými antibiotikami. Používa sa na ošetrenie rán, vrátane silne infikovaných (vredy, sinusitída…), kožných problémov (atopia, dermatitída, popáleniny…) alebo ako dezinfektant v nemocničnom prostredí (Armstrong D. a kol., .2015). V dnešnej dobe je tiež veľmi podstatné, že je šetrný a nepoškodzuje životné prostredie.
Kompletný zoznam článkov a štúdií (References) je k dispozícii na vyžiadanie v spoločnosti Cymedica..