四　细菌的分布与外界环境对细菌的影响·2 外界因素对细菌的影响

细菌在自然界必然不断经受周围环境中各种因素的影响。当环境适宜时，细菌能进行正常的新陈代谢而生长繁殖；若环境条件变化，可引起细菌的代谢和其他十性十状发生变异；若环境条件改变剧烈，可使细菌生长受到抑制或导致死亡。因此掌握微生物对周围环境的依赖关系，在医疗实践中，一方面可创造有利条件，促进微生物的生长繁殖，从病理材料中分离培养病原微生物，有助于传染病的诊断以及制备疫苗，来预防某些传染病；另一方面，也可利用环境对细菌不利因素，抑制或杀灭病原微生物，以达到消毒灭菌的目的。本节重点介绍外界环境对细菌不利因素，提高对消毒灭菌的认识以便在实际工作中加以应用。

消毒（Disinfection）杀灭病原微生物的方法。用以消毒的药物称为消毒剂(Disinfectants)一般消毒剂在常用浓度下，只对细菌繁殖体有效。对于芽胞则需要提高消毒剂的浓度和延长作用的时间。

灭菌（Sterilization）杀灭物体上所有的微生物（包括病原体和非病原体的繁殖体和芽胞）的方法。因此，灭菌比消毒的要求高；但在日常生活中，消毒和灭菌这两个术语往往通用。

无菌（Asepsis）物体上或容器内无活菌存在的意思。无菌十操十作是防止微生物进入机体或其他物品的十操十作技术。例如，进行外科手术或微生物学实验时，须注意无菌十操十作。

防腐（Antisepsis）防止或抑制微生物生长繁殖的方法。用于防腐的化学药物称为防腐剂。许多药物在低浓度时只有　抑菌作用，浓度增高或延长作用时间，则有杀菌作用。

消毒与灭菌技术的选择，取决于多种因素。在实际工作中应根据消毒灭菌的对象和目的要求不同，以及条件的不同，选择不同的合适方法。

一、物理因素

各种物理因素对细菌都能产生一定的影响作用。

（一）热力灭菌

高十温十对细菌有明显的致死作用。热力灭菌主要是利用高十温十使菌体变十性十或凝固，酶失去活十性十，而使细菌死亡。但是，更细微的变化已发生于细菌凝固之前。有人认为DNA单螺旋的断裂可能是主要的致死因素。细菌蛋白质、核酸等化学结构是由氢键连接的，而氢键是较弱的化学键，当菌体受热时，氢键遭到破坏，蛋白质、核酸、酶等结构也随之被破坏，失去其生物学活十性十，与细菌致死有关。此外，高十温十亦可导致胞膜功能损伤而使小分子物质以及降解的核糖体漏出。干热的致死作用与湿十热不尽相同，一般属于蛋白变十性十、氧化作用受损和电解质水平增高的毒力效应。

热力灭菌时最可靠而普遍应用的灭菌法，包括湿十热灭菌和干热灭菌法。

1．湿十热灭菌法

在同样的十温十度下，十温十十热的杀菌效果比干热好，其原因有：①蛋白质凝固所需的十温十度与其含水量有关，含水量愈大，发生凝固所需的十温十度愈低。湿十热灭菌的菌体蛋白质吸收水分，因较大同一十温十度的干热空气中易于凝固。②十温十十热灭菌过程中蒸气放出大量潜热，加速提高湿度。因而湿十热灭菌比干热所要十温十度低，如在同一十温十度下，则湿十热灭菌所需时间比干热短。③湿十热的穿透力比干热大，使深部也能达到灭菌十温十度，故湿十热比干热收效好。

湿十热灭菌法包括有：

（1）煮沸法：煮沸100℃，5分钟，能杀死一般细菌的繁殖体。许多芽胞需经煮潮5～6小时才死亡。水中加入2%碳酸钠，可提高其沸点达105℃。既可促进芽胞的杀灭，又能防止金属器皿生锈。煮沸法可用于饮水和一般器械（刀剪、注射器等）的消毒。

（2）流通蒸汽灭菌法：利用100℃左右的水蒸汽进行消毒，一般采用流通蒸汽灭菌器（其原理相当于我国的蒸笼），加热15到39分钟，可杀死细菌繁殖体。消毒物品的包装不宜过大、过紧以利于蒸汽穿透。

（3）间歇灭菌法：利用反复多次的流通蒸汽，以达到灭菌的目的。一般用流通蒸汽灭菌器，100℃加热15～30分钟，可杀死其中的繁殖体；但芽胞尚有残存。取出后放37℃孵箱过夜，使芽胞发育成繁殖体，次日再蒸一次，如此连续三次以上。本法适用于不耐高十温十的营养物（如血清培养基）的灭菌。

（4）巴氏消毒法（Pasteurization）：利用热力杀死液体中的病原菌或一般的杂菌，同时不致严重损害其质量的消耗方法。由巴斯德创用以消毒酒十精十类，故名。加十温十61.1～62.8℃半小时，或71.7℃15～30秒钟。常用于消毒牛十奶十和酒类等。

（5）高十压蒸汽灭菌法：压力蒸汽灭菌是在专门的压力蒸汽灭菌器中进行的，是热力灭菌中使用最普遍、效果最可靠的一种方法。其优点是穿透力强，灭菌效果可靠，能杀灭所有微生物。

目前使用的压力灭菌器可分为两类：下排气式压力灭菌器和预真空压力灭菌器。适用于耐高十温十、耐水物品的灭菌。

2．干热灭菌法

干热灭菌比湿十热灭菌需要更高的十温十度与较长的时间。

（1）干烤：利用干烤箱，加热160～180℃2小时，可杀死一切微生物，包括芽胞菌。主要用于玻璃器皿、瓷器等的灭菌。

（2）烧灼和焚烧：烧灼是直接用火焰杀死微生物，适用于微生物实验室的接种针等不怕热的金属器材的灭菌。焚烧是彻底的消毒方法，但只限于处理废弃的污染物品，如无用的衣物、纸张、垃圾等。焚烧应在专用的焚烧炉内进行。

(3) 红外线：红外线辐射是一种0.77～1000微米波长的电磁波,有较好的热效应,尤以1～10微米波长的热效应最强。亦被认为一种干热灭菌。红外线由红外线灯泡产生,不需要经空气传导，所以加热速度快，但热效应只能在照射十到的表面产生，因此不能使一个物体的前后左右均匀加热。红外线的杀菌作用与干热相似，利用红外线烤箱灭菌的所需十温十度和时间亦同于干烤。多用于医疗器械的灭菌。

人受红外线照射较长会感觉眼睛疲劳及头疼；长期照射会造成眼内损伤。因此，工作人至少应戴能防红外线伤害的防护镜。

（4）微波：微波是一种波长为1毫米到1米左右的电磁波，频率较高，可穿透玻璃、塑料薄膜与陶瓷等物质，但不能穿透金属表面。微波能使介质内杂乱无章的极十性十分子在微波场的作用下，按波的频率往返运动，互相冲撞和磨十擦而产生热，介质的十温十度可随之升高，因而在较低的十温十度下能起到消毒作用。一般认为其杀菌机理除热效应以外，还有电磁共振效应，场致力效应等的作用。消毒中常用的微波有2450MHZ与915MHZ两种。微波照射多用于食品加工。在医院中可用于检验室用品、非金属器械、无菌病室的食品食具、药杯及其它用品的消毒。

微波长期照射可引起眼睛的晶状混浊、十睾十丸损伤和神经功能紊乱等全身十性十反应，因此必须关好门后才开始十操十作。

（二）电磁波与射线

1．日光与紫与外

日光是有效的天然杀菌法，对大多数微生物均有损害作用，直射杀菌效果尤佳，其主要的作用因素为紫外线，此外，热与氧气起辅助作用。但光线效应受很多因素的影响，如烟尘笼罩的空气、玻璃及有机物等都能减弱日光的杀菌力。

紫外线是一种低能量的电磁辐射，波长范围为240～280nm,最适的波长为260nm，这与DNA吸收光谱范围相一致。其杀菌原理是紫外线易被核蛋白吸收，使DNA的同一条螺旋体上相邻的碱基形成胸腺嘧啶二聚体，从而干拢DNA的复制，导致细菌死亡或变异。紫外线的穿透能力弱，不能通过普通玻璃、尘埃，只能用于消毒物体表面及空气、手术室、无菌十操十作实验室及烧伤病房，亦可用于不耐热物品表面消毒。杀菌波长的紫外线对人十体皮肤、眼睛均有损伤作用，使用时应注意防护。

2．电离辐射

包括高速电子、X线和r线等。具有较高的能量与穿透力，可在常十温十下对不耐热的物品灭菌，故又称“冷灭菌”。其机理在于产生游离基，破坏DNA。可用于消毒不耐热的塑料注射器和导管等；亦能用于食品消毒而不破坏其营养成份。

（三）滤过除菌法

将液体或空气通过含有微细小孔的滤器，只允许小于孔径的物体如液体和空气通过，大于孔径的的物体不能通过。主要用于一些不耐热的血清、毒素、抗生素、药液、空气等除菌。一般不能除去病毒、支原体和细菌的L型。滤器的种类很多常用的有：

滤膜滤器（Membrane filter）由硝基纤维素制成薄膜，装于滤器上，其孔径大小不一，常用于除菌的为0.22um。硝基纤维素的优点是本身不带电荷，故当液体滤过后，其中有效成分丧失较少。

蔡氏滤器（Seitz）是用金属制成，中间夹石棉滤板，按石棉K、EK、EK-S三种，常用EK号除菌。

玻璃滤器是用玻璃细砂加热压成小碟，嵌于玻璃漏斗中一般为G1、G2、G3、G4、G5、G6六种，G5、G6可阻止细菌通过。

实验室等处应用的超净工作台，就是利用过滤除菌的原理去除进入工作台空气中的细菌。

（四）超声与超声波（Ultrasonic and sonic waves）

每秒钟超过200，000次振动的声波不被人耳感受，称为超声波。微生物对强度高的超声波很敏十感。其中以革兰氏十陰十性十菌最敏十感，而葡萄球抵抗最强。虽然声波强烈地振动可使菌群死亡，但往往有残存者。因此，这种方法在消毒灭菌方面无实用价值。主要用以裂解细胞分离提取细胞组分或制备抗原。超声波灭菌的机理尚不清楚，可能是细菌外表受细微气泡的作用，扰乱细胞内容物及破坏细胞壁致细菌崩解而死亡。

（五）干燥

多数细菌的繁殖体在空气中干燥时很快死亡，例如脑膜炎双球菌、淋十球十菌、霍乱弧菌、梅毒螺旋体等。有些细菌抗干燥力较强，尤其有蛋白质等物质保护时。例如溶血十性十链球菌在尘埃中存活25日，结核杆菌在干痰中数月不死。芽胞抵抗力更强，例如炭疽杆菌耐干燥20余年。干燥法常用于保存食物。浓盐或糖渍食品，可使细菌体内水分逸出，造成生理十性十干燥，使细菌的生命活动停止。

（六）低十温十

多数细菌耐低十温十。在低十温十状态下，这些细菌的代谢减慢，当十温十度如回升到适宜范围又能恢复生长繁殖，故低十温十常用作保存菌种。

二、化学因素

化学药物能影响细菌的化学组成、物理结构和生理活动，从而发挥防腐，消毒，甚至灭菌的作用。防腐剂的浓度高或作用时间长，也可达到消毒的目的。消毒及防腐药物对人十体组织有害，只能外用或用于环境消毒。

（一）化学消毒剂

1．化学消毒剂的种类

化学消毒剂的种类很多，其杀菌作用亦不尽相同。一般可根据用途与消毒剂的特点选择使用（见表4-2）

表4-2 消毒剂种类、十性十质与用途

0.1%溶液

2．化学消毒剂的作用机制

不同的化学消毒剂其作用原理也不完全相同，大致归纳为三个方面。一种化学消毒剂对细菌的影响常以其中一方面为主，兼有其他方面的作用。

（1）改变细胞膜通透十性十 表面活十性十剂（Surface-active agent）、酚类及醇类可导致胞浆膜结构紊乱并干扰其正常功能。使小分子代谢物质溢出胞外，影响细胞传递活十性十和能量代谢。甚至引起细胞破裂。

（2）蛋白变十性十或凝固酸、碱和醇类等有机溶剂可改变蛋白构型而拢乱多肽链的折叠方式，造成蛋白变十性十。如乙醇、大多数重金属盐、氧化剂、醛类、染料和酸碱等。

（3）改变蛋白与核酸功能基十十团十十的因子作用于细菌胞内酶的功能基（如SH基）而改变或抑制其活十性十。如某些氧化剂和重金属盐类能与细菌的-SH基结合并使之失去活十性十。

3．影响消毒剂作用的因素

（1）消毒剂的十性十质、浓度与作用时间各种消毒剂的理化十性十质不同，对微生物的作用大小也差异。例如表面活十性十剂对革兰氏十陽十性十菌的灭菌效果比对革兰氏十陰十性十菌好，龙胆紫对葡萄球菌的效果特别强。

同一种消毒剂的浓度不同，其消毒效果也不一样。大多数消毒剂在高浓度时起杀菌作用，低浓度时则只有抑菌作用。在一定浓度下，消毒剂对某种细菌的作用时间越长，其效果也越强。若十温十度升高，则化学物质的活化分子增多，分子运动速度增加使化学反应加速，消毒所需要的时间可以缩短。

（2）微生物的污染程度微生物污染程度越严重，消毒就越困难，因为微生物彼此重叠，加强了机械保护作用。所以在处理污染严重的物品时，必须加大消毒剂浓度，或延长消毒作用的时间。

（3）微生物的种类和生活状态不同的细菌对消毒剂的抵抗力不同，细菌芽胞的抵抗力最强，幼龄菌比老龄菌敏十感。

（4）环境因素当细菌和有机物特别是蛋白质混在一起时，某些消毒剂的杀菌效果可受到明显影响。因此在消毒皮肤及器械前应先清洁再消毒。

（5）十温十度、湿度、酸碱度消毒速度一般随十温十度的升高而加快，所以十温十度越高消毒效果越好。湿度对许多气体消毒剂有影响。酸碱度的变化可影响剂杀灭微生物的作用。例如，季胺盐类化合物的戊二醛药物在碱十性十环境中杀灭微生物效果较好；酚类和次氯酸盐药剂则在酸十性十条件下杀灭微生物的作用较强。

（6）化学拮抗物十陰十离子表面活十性十剂可降低季胺盐类和洗比泰的消毒作用，因此不能将新洁尔灭等消毒剂与肥皂、十陰十离子洗涤剂合用。次氯酸盐和过氧乙酸会被硫代硫酸钠中和，金属离子的存在对消毒效果也有一定影响，可降低或增加消毒作用。

（二）防腐剂

用于防腐的药物称为防腐剂。生物制剂（如疫苗、类毒素、抗毒素等）中常加入防腐剂，以防止杂菌生长。常用防腐剂有0.5%石炭酸、0.01%硫柳汞和0.1～0.2%甲醛等。

（三）化学疗剂

用于治疗由微生物或寄生虫所引起疾病的化学药物，称为化学治疗剂，化学治疗剂具有选择十性十毒十性十作用，能在体内抑制微生物的生长繁殖或使其死亡，对人十体细胞一般毒十性十较小，可以口服、注射。化学治疗剂的种类很多，常用的有磺胺类、呋喃类和异烟肼等。

三、生物因素的影响

（一）噬菌体（Bacteriophage）

噬菌体是能感染细菌、放线菌、真菌、螺旋体的病毒。噬菌体分布广泛，凡是有细菌存在的场所，就可能有相应噬菌体的存在。噬菌体有严格的宿主特异十性十，只寄居于易感宿主菌体内。

在电镜下噬菌体有三种外形，蝌蚪形、微球形和线形。大多数噬菌体呈蜊蚪形，由头部和尾部两部分组成（图4-1）。但也有无尾的噬菌体。较大的噬菌体头部的形状常为六棱柱体，头部含有核酸，外围绕一层蛋白质外壳。少数噬菌体还具有包膜。噬菌体的尾部为噬菌体与细菌接触的器官。不同的噬菌体尾部结构差异很大。噬菌体的化学成份仅含蛋白质及一种核酸，大部分噬菌体的核酸是DNA。噬菌体对理化因素的抵抗力较强。

图4-1 大肠杆菌T2噬菌体结构模十式图

1．噬菌体和宿主菌细胞的关系

噬菌体感染细菌时，先通过尾刺或尾丝等特异地吸附到敏十感细菌表面相应受体上，当噬菌体的尾插十入细菌体时，借助于尾部含有的一种溶菌酶类物质，将胞壁溶一小孔使尾鞘插十入，噬菌体的核酸很快从尾部注入细菌细胞，而致细菌发生感染。细菌感染后可出现菌体裂解或形成溶源十性十细菌两种结果（图4-2）。

图4-2 噬菌体与细菌的相互作用（噬菌体-宿主生活周期）示意图

噬菌体核酸进入细胞浆后，宿主细胞即停止合成细菌自身的DNA，转而按噬菌体DNA所提供的遗传信息合成新的蛋白质，包括一些合成噬菌体DNA所需的酶及噬菌体头、尾部蛋白质亚单位等。当噬菌体DNA和蛋白质分别合成以后，在细菌胞浆内装配成为完整的成熟噬菌全。当它们增殖到一定程度，菌细胞发生裂解，释放出游离的噬菌体。噬菌体进入细菌细胞后，能在敏十感宿主菌内复制增殖并使之裂解的噬菌体称为毒十性十噬菌体（Virulent phage）。

有些噬菌体不在敏十感细菌内增殖，其基因整合于细菌基因组中，成为细菌DNA的一部分，当细菌分裂时，噬菌体的基因亦随着分布至两个子代细菌的基因中。这种噬菌体称为溶源十性十噬菌体（Lysogenic phage）或十温十和噬菌体(Temperat phage)。整合在细菌DNA上的噬菌体基因称为前噬菌体(Prophage)，带有前噬菌体的细菌称为溶源十性十细菌(Lysogeneic bacteria)。

溶源十性十噬菌体能正常繁殖，但这种带噬菌体的溶源状态有时能自发终止，结果导致噬菌体增殖而引起细菌裂解。用紫外线照射或过氧化氢等处理溶源十性十细菌，可诱导前噬菌体从细菌的DNA分开，而开始其溶菌十性十周期。偶尔溶源十性十细菌也可失去前噬菌体。

2．噬菌体在医学和生物学中的应用

（1）细菌的鉴定与分型噬菌体的作用具有高度特异十性十。一种噬菌体只能裂解一种或与该种相近的细菌，故可用于细菌的鉴定和分型。目前已利用噬菌体将金黄色葡萄球菌分为四个群数百个型，这种用噬菌体分型的方法，在流行病学调查上，对追查和分析这些细菌十性十感染的传染源很有帮助。

（2）检测标本中的细菌应用噬菌体效价增长试验检查标本中的相应细菌，若在检材中检出某种噬菌体时，常提示有相应细菌存在。

（3）分子生物学研究的重要工具噬菌体基因数量少，有些噬菌体为某种遗传基因缺陷株，有些噬菌体经人工诱导的变异和遗传容易控制和辩认，并且可用于基因的转导和变换等研究。近年来，噬菌体已成为遗传研究中的主要的基因载体工具。

（二）抗生素（Antibiotic）

某些微生物在代谢过程中产生的，能抑制或杀灭其他微生物的一种化学物质。抗生素主要来源于放线菌、某些真菌和细菌。目前生产的抗生素，除从微生物培养液中提取外，有些已能人工合成或半合成。

抗生素的作用主要干扰病原微生物的代谢过程，从而起到抑菌或杀菌作用。抗生素的作用原理大体可概括以下方式：（1）抑制细菌细胞壁的合成（如青霉素）；（2）影响细菌细胞膜的通透十性十（如多粘菌素）；（3）抑制菌体蛋白质的合成（如氯霉素、四环素）；（4）抑制细菌核酸合成（如灰黄霉素）。

（三）细菌素（Bacteriocin）

是某些细菌产生的一类抗菌物质，作用谱窄，因而治疗应用价值不大。目前认为有一定应用价值的，只是在细菌的分型及流行病学的调查上。