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Microbiologia Aplicada à Fisioterapia Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof.ª Dr.ª Roberta Tancredi Francesco dos Santos Revisão Textual: Prof.ª Dr.ª Selma Aparecida Cesarin Crescimento e Controle Microbiano • Comparando as Células Procarióticas e as Eucarióticas; • Parede Celular; • Danos à Parede Celular e suas Estruturas Internas; • Crescimento Microbiano (Fatores Físicos e Químicos); • Fases do Crescimento; • Métodos Físicos de Controle Microbiano; • Métodos Químicos para o Controle Microbiano; • Princípios da Desinfecção Efetiva; • Tipos de Desinfetantes; • Características e Controle Microbiano. • Rediscutir as diferenças entre as células procarióticas e as eucarióticas; • Conhecer os fatores e as fases do crescimento microbiano; • Compreender os seguintes termos relacionados ao controle microbiano: esterilização, desinfecção, antissepsia e assepsia. OBJETIVOS DE APRENDIZADO Crescimento e Controle Microbiano Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Crescimento e Controle Microbiano Comparando as Células Procarióticas e as Eucarióticas Como visto na anteriormente, a célula eucariota é mais complexa do que a proca- riótica, devido à abundância em compartimentos membranosos denominados orga- nelas e, principalmente, por apresentar o núcleo, local onde o material genético está envolto por uma membrana denominada carioteca, enquanto nas células procariotas, caracterizadas pelos grupos das bactérias e das arquibactérias, diferentemente por não possuir núcleo e seu material genético estar disperso no citoplasma. Figura 1 – Comparação entre as células eucariotas mostrando a presença do núcleo e rica em organelas, e a célula procariota, ausência de núcleo e organelas Fonte: Adaptado de vidaesaude.org As bactérias são formadas por células procariotas e podem ser encontradas com diferentes tamanhos e formatos. A maioria das bactérias varia de 0,2 a 2,0μm de diâmetro e de 2 a 8μm de comprimento. São realmente seres muito pequenos e, se comparados a uma célula eucariota de um óvulo humano, por exemplo, que tem em média 100μm, o tamanho das bactérias pode chegar a ser 500 vezes menor. Ao estudar mais profundamente as bactérias, os microbiologistas verificaram que elas possuem algumas formas básicas denominadas cocos esféricas, bacilos em forma de bastão (que significa bastonete) e espiral. Os cocos normalmente são redondos, mas podem também ter a forma oval, alongada ou achatada em uma das extremidades. Durante a reprodução, as células podem permanecer ligadas umas às outras. Existem características desse grupo que são úteis na identificação. Cocos que permanecem aos pares após a divisão são chamados de diplococos; aqueles que se dividem e permanecem ligados uns aos outros em forma de cadeia 8 9 são chamados de estreptococos; os que se dividem em dois planos e permanecem em grupos de quatro são conhecidos como tétrades; aqueles que se dividem em três planos e permanecem unidos em forma de cubo, com oito bactérias, são chamados de sarcinas; e aqueles que se dividem em múltiplos planos e formam agrupamentos tipo cacho de uva ou lâminas amplas são chamados de estafilococos. Os bacilos são bactérias cujas células, geralmente, possuem a forma de cadeias longas e curvadas. Em relação aos cocos, possuem menor número de agrupamentos. A maioria dos bacilos se apresenta como bastonetes simples. Os diplobacilos apresentam-se aos pares após a divisão e os estreptobacilos ocorrem em cadeias. Alguns bacilos possuem a aparência de “canudinhos”; outros possuem extremi- dades cônicas, como charutos e outros, ainda, são ovais e tão parecidos com os cocos que são chamados de cocobacilos As bactérias espirais possuem uma ou mais curvaturas. Elas nunca são retas. As bactérias que se assemelham a bastões curvos são chamadas de vibriões. Outras, denominadas espirilos, possuem uma forma helicoidal, como um saca-rolha, e um corpo bastante rígido. Já outro grupo de espirais tem forma helicoidal e flexível, sendo chamado de espiroqueta. Ao contrário dos espirilos, que utilizam um apêndice para se mover, semelhante a uma hélice e chamado de flagelo, as espiroquetas se movem por meio de filamentos axiais, os quais lembram um flagelo, mas estão contidos dentro de uma bainha externa flexível. Geneticamente, a maioria das bactérias é monomórfica, ou seja, mantém uma forma única. Entretanto, uma série de condições ambientais pode alterar sua forma que, quando alterada, dificulta uma identificação. Além disso, algumas bactérias, como o Rhizobium e a Corynebacterium, são geneticamente pleomórficas, o que significa que elas podem ter muitas formas, não somente uma. Figura 2 – Morfologia das bactérias Fonte: ODONTO/USP 9 UNIDADE Crescimento e Controle Microbiano Parede Celular Ao estudarmos o formato das bactérias, temos que a parede celular de uma cé- lula bacteriana é responsável por esse formato e, além disso, a parede celular tem uma estrutura na célula procariótica complexa, semirrígida, e uma série de funções que vale a pena discutirmos com mais detalhes. Sabe-se que as células procariotas possuem um citoplasma com elevado grau de solutos dissolvidos, o que faz com que seu interior tenha grande pressão osmóti- ca, 2 ATM, e a parede celular circunda a frágil membrana plasmática (membrana citoplasmática), protegendo-a e ao interior da célula das alterações adversas no ambiente externo. Devido à alta pressão, a principal função da parede celular é proteger a lise bac- teriana, ou seja, o rompimento da membrana. Quase todos os procariotos possuem paredes celulares. A prevenção é devida à sua estrutura semirrígida, que não permite a ruptura das células bacterianas quando a pressão da água dentro da célula é maior que fora dela. À medida que o volume de uma célula bacteriana aumenta, sua membrana plasmática e parede celular se estendem conforme necessário. Em relação à composição química da parede celular, é usada para diferenciar os principais tipos de bactérias. Embora as células de alguns eucariotos, incluindo plantas, algas e fungos, te- nham paredes celulares, suas paredes diferem quimicamente daquelas dos proca- riotos, sendo mais simplesestruturalmente, e menos rígidas. O conhecimento da estrutura e das funções é importante, pois contribui para a capacidade de algumas espécies causarem doenças e também por ser o local de ação de alguns antibióticos. Danos à Parede Celular e suas Estruturas Internas A parede celular bacteriana é composta de um polissacarídeo, denominado pepti- deoglicano que está presente isoladamente ou em combinação com outras substâncias. Essa camada de peptideoglicano consiste na combinação de dois derivados do açúcar, N-acetilglicosamina (NAG) e ácido N-acetilmurâmico (NAM) (de murus, sig- nificando parede), que estão relacionados à glicose. Moléculas alternadas de NAM e NAG são ligadas em filas de 10 a 65 açúcares para formar um “esqueleto” de carboidratos (a porção glicana da peptideoglicano). 10 11 Filas adjacentes são ligadas por polipeptídeos (a porção peptídica da peptideo- glicano). Embora a estrutura da ligação polipeptídica possa variar, ela sempre inclui cadeias laterais de tetrapeptídeos, as quais consistem em quatro aminoácidos ligados ao NAM no esqueleto, incluindo D-alanina, L-alanina, ácido D-glutânico ou L-lisina. As cadeias laterais paralelas de tetrapeptídeos podem ser ligadas diretamente umas às outras ou unidas por uma ponte cruzada peptídica, consistindo em uma cadeia curta de aminoácidos. Figura 3 – Estrutura interna de uma bactéria Gram-positiva Fonte: policiamilitar.mg.gov.br A coloração de Gram foi desenvolvida em 1884, pelo bacteriologista dinamarquês Hans Christian Gram. Ela é um dos procedimentos de coloração mais úteis, pois classifica as bactérias em dois grandes grupos: gram-positivas e gram-negativas. Na maioria das bactérias gram-positivas, a parede celular consiste em muitas camadas de peptideoglicano, formando uma estrutura espessa e rígida. Por outro lado, as paredes celulares de gram-negativas contêm somente uma camada fina de peptideoglicano. Também as paredes celulares das bactérias gram-positivas contêm ácidos tei- coicos, que consistem, principalmente, de um álcool (como o glicerol ou ribitol) e fosfato e fornecem boa parte da especificidade antigênica da parede e, portanto, tornam possível identificar bactérias gram-positivas utilizando determinados testes de coloração de Gram. Paredes celulares de gram-negativas consistem em uma ou poucas camadas de peptideoglicano e uma membrana externa. A camada de peptideoglicano está ligada a lipoproteínas (lipídeos covalente- mente ligados a proteínas) na membrana externa e está no periplasma, um fluido semelhante a um gel, entre a membrana externa e a membrana plasmática. O periplasma contém uma alta concentração de enzimas de degradação e proteí- nas de transporte. As paredes celulares gram-negativas não contêm ácidos teicoicos. 11 UNIDADE Crescimento e Controle Microbiano Como as paredes celulares das bactérias gram-negativas contêm somente uma pe- quena quantidade de peptideoglicano, são mais suscetíveis ao rompimento mecânico. A membrana externa da célula gram-negativa consiste em lipopolissacarídeos (LPS), lipoproteínas e fosfolipídios. A membrana externa tem várias funções especializadas. Sua forte carga negativa é um fator importante na evasão da fagocitose e nas ações do complemento (causa lise de células e promove a fagocitose), dois componentes das defesas do hospedeiro. Existem duas classes de ácidos teicoicos: ácido lipoteicoico, que atravessa a ca- mada de peptideoglicano e está ligado à membrana plasmática, e ácido teicoico da parede, que está ligado à camada de peptideoglicano. Devido à sua carga negativa (proveniente dos grupos fosfato), os ácidos teicoicos podem se ligar e regular o movimento de cátions (íons positivos) para dentro e para fora da célula. Figura 4 – Comparação entre as bactérias gram-positivas e gram-negativas Fonte: ODONTO/USP Há diferentes graus de permeabilidade na parede dos microrganismos gram- -positivos e gram-negativos. As bactérias gram-positivas retêm o cristal violeta devido à presença de uma espessa camada de peptideoglicano (polímero constituído por açúcares e aminoá- cidos que originam uma espécie de malha na região exterior à membrana celular das bactérias) em suas paredes celulares, apresentando-se na cor roxa. Já as bactérias gram-negativas possuem uma parede de peptideoglicano mais fina, que não retém o cristal violeta durante o processo de descoloração e recebem a cor vermelha no processo de coloração final. • Exemplos de bactérias gram-positivas: Bacillus, Nocardia, Clostridium, Propionibacterium, Actinomyces, Enterococcus, Cornyebacterium, Listria, 12 13 Lactobacillus, Gardnerella, Mycoplasma, Staphylococcus e Streptomyces, Streptococcus e exemplos de bactérias gram-negativas: Escherichia, Helicobcater, Hemophilus, Neisseria, Klebsiella, Enterobacter, Chlamydia, Pseudomonas, Salmonella e Shigella. Resumidamente, as diferenças entre as bactérias gram-positivas e gram-negati- vas podem ser verificadas na Tabela a seguir: Tabela 1 – Tabela comparativa entre as bactérias gram-positiva e gram-negativa Característica Gram Positiva Gram Negativa Reação com o teste de Gram Retém cristais de violeta e fica roxa-púrpura Não retém os cristais e recebe coloração vermelha Camada de Peptideoglicano Grossa Fina Ácidos teólicos Presente Ausentes Lipopolissacarídeo Nenhum Alto Conteúdo lipídico e lipoproteínas Baixo Alto Fonte: TORTORA; FUNKE; KASE, 2012, Cap.4, pág 87 A penicilina interfere na ligação final das filas de peptideoglicanas pelas pontes cruzadas peptídicas. Como resultado, a parede celular é muito enfraquecida e a célula sofre lise, uma destruição causada pela ruptura da membrana plasmática e pela perda do conteúdo do interior da bactéria. As substâncias químicas que danificam a parede celular bacteriana ou interferem com sua síntese, frequentemente, não danificam as células de um hospedeiro ani- mal, pois a parede celular bacteriana é composta de substâncias diferentes daquelas presentes nas células eucarióticas. Portanto, a síntese da parede celular é o alvo de algumas drogas antimicrobianas. Um meio pelo qual a parede celular pode ser danificada é pela exposição à enzima digestiva lisozima. Essa enzima ocorre naturalmente em algumas células eucarióticas, sendo um constituinte das lágrimas, do muco e da saliva. A lisozima é particularmente ativa sobre os principais componentes da parede celular da maioria das bactérias gram-positivas, tornando-as vulneráveis à lise. A lisozima catalisa a hidrólise das pontes entre os açúcares nos dissacarídeos repetitivos do “esqueleto” de peptideoglicano Essa ação é análoga a cortar os cabos de aço que suportam uma ponte: a parede celular gram-positiva é destruída quase completamente pela lisozima. Em relação à estrutura interna, de fato, a membrana plasmática (citoplasmática) (ou membrana interna) é a estrutura fina que fica situada no interior da parede ce- lular, revestindo o citoplasma da célula, cuja função é a permeabilidade seletiva, ou seja, separa o que entra e o que sai da célula. A membrana plasmática dos procariotos consiste, principalmente, de fosfolípi- des que são as substâncias químicas mais abundantes na membrana, e proteínas. 13 UNIDADE Crescimento e Controle Microbiano As membranas plasmáticas eucarióticas também contêm carboidrato e esteróis, como o colesterol. Como não possuem esteróis, as membranas plasmáticas pro- carióticas são menos rígidas que as membranas eucarióticas. Uma exceção é o procarioto sem parede Mycoplasma, que contém esteróis na membrana. Crescimento Microbiano (Fatores Físicos e Químicos) Iremos estudar agora em nossa Disciplina o crescimento microbiano. Inicialmen- te, o crescimento microbiano refere-se ao aumento do número de células e não ao tamanho, formando populações microbianas. As bactérias crescem de maneira muito rápida, e podem ficar muito grandes em um espaço de tempo muito curto. Existem vários fatores necessários para o crescimento microbiano, que podemser classificados em duas categorias principais: físicos e químicos. Os fatores físicos incluem temperatura, pH e pressão osmótica. Em relação à temperatura, existe uma faixa em os micro-organismos, reprodu- zem-se mais e são classificados em três grupos principais com base em sua faixa preferida de temperatura: em psicrófilos, crescem em baixas temperaturas, foram inicialmente considerados micro-organismos capazes de crescer a 0°C. Contudo, existem dois grupos diferentes capazes de crescer nessa temperatura. Um grupo, composto somente por psicrófilos, pode crescer a 0°C, mas tem uma temperatura ótima de crescimento em cerca de 15°C, os mesófilos, crescem em temperaturas moderadas, com uma temperatura ótima de crescimento em 25 a 40°C e os termófilos crescem em altas temperaturas, em 50 a 60°C. Existem também alguns micro-organismos membros das arquibactérias, que têm uma temperatura ótima de crescimento em 80°C ou mais. Esses organismos são chamados de hipertermófilos ou, algumas vezes, termófilos extremos. A maioria das bactérias cresce em uma faixa limitada de temperatura, sendo que há somente 30ºC de diferença entre a temperatura máxima e a mínima de crescimento. Agora, na faixa de pH, a maior parte das bactérias cresce melhor em uma faixa estreita de pH perto da neutralidade. Os fungos e as leveduras crescem em uma faixa maior de pH que as bactérias, mas o pH ótimo dos fungos e das leveduras, geralmente, é menor que o bacteriano, entre pH 5 e 6. O meio em que são cultivadas as bactérias é quase somente de água. Por exemplo, a concentração de Agar (um polissacarídeo complexo isolado de uma alga marinha) utilizada para solidificar os meios de cultura, normalmente, é de cerca de 1,5%. 14 15 Se concentrações bem mais altas são utilizadas, a pressão osmótica aumentada pode inibir o crescimento de algumas bactérias. Se a pressão osmótica é anormalmente baixa (o ambiente é hipotônico) – tal como na água destilada, por exemplo – a água tende a entrar na célula em vez de sair. Alguns micro-organismos têm fatores químicos que incluem fontes de carbono, sendo esqueleto estrutural das moléculas orgânicas, o nitrogênio para síntese de proteínas, RNA e DNA, enxofre, fósforo, oxigênio, sendo que os micro-organismos que utilizam o oxigênio molecular (aeróbicos) produzem mais energia a partir dos nutrientes que os micro-organismos que não utilizam o oxigênio (anaeróbicos). Os organismos que requerem oxigênio para viver são chamados de aeróbi- cos obrigatórios. Fases do Crescimento Normalmente, as bactérias se reproduzem por fissão binária ou por brotamento. Quando algumas bactérias são inoculadas em um meio líquido de crescimento e a população é contada em intervalos regulares, é possível representar graficamente a curva de crescimento bacteriano, que mostra o crescimento das células em função do tempo. Há quatro fases básicas de crescimento: a fase lag, a fase log, a fase estacio- nária e a fase de morte celular. Durante a fase lag, também conhecida como fase de latência, num certo tem- po, as células estão em adaptação e o número de células muda pouco, pois elas não se reproduzem imediatamente em um novo meio. Esse período de pouca ou nenhuma divisão é chamado de fase lag, podendo durar de uma hora a vários dias. Durante esse tempo, contudo, as células não estão dormentes. A população microbiana passa por um período de intensa atividade metabólica, envolvendo, principalmente, a síntese de enzimas e várias moléculas. A fase log, conhecida como exponencial, as células começam a se dividir e entram em um período de crescimento logarítmico e reprodução sexual extrema- mente ativa. A reprodução celular é mais ativa durante esse período, e o tempo de geração atinge um valor constante. Como o tempo de geração é constante, uma represen- tação logarítmica do crescimento durante a fase log gera uma linha reta. A fase log é o momento de maior atividade metabólica, sendo o preferido para fins industriais, pois o produto precisa ser produzido de maneira eficiente. 15 UNIDADE Crescimento e Controle Microbiano A fase estacionária é a fase de crescimento contínua, sem controle. Nela, ocor- re a formação de um grande número de células. No final do crescimento, a velocidade de reprodução se reduz, o número de mortes microbianas é equivalente ao número de células novas, e a população se estabiliza. Esse período de equilíbrio é chamado de fase estacionária. A causa da interrup- ção do crescimento exponencial não é sempre clara. O esgotamento dos nutrientes e o acúmulo de resíduos são as explicações aceitas. Figura 5 – Curva de crescimento típica de microrganismos em alimentos expressa em logaritmo de unidades formadoras de colônia/gramas/hora Fonte: RABAZZA, TELEKEN, GOMER, 2010 Métodos Físicos de Controle Microbiano Desde os primórdios, ou seja, desde a Idade da Pedra, a secagem (dessecação) e o uso do sal (pressão osmótica), provavelmente, estiveram entre as técnicas iniciais que os seres humanos utilizavam de controle microbiano para preservar os alimentos. Entre as diversas técnicas de controle microbiano, devem ser considerados os efeitos desses métodos sobre outras coisas, além dos micro-organismos. Por exemplo, certas vitaminas ou antibióticos em uma solução podem ser inati- vados pelo calor. Muitos materiais de laboratório ou hospitalares, como as sondas de borracha e látex, são danificados por ciclos repetidos de aquecimento. Existem também considerações econômicas: pode ser mais barato usar instru- mentos plásticos pré-esterilizados, descartáveis, do que lavar e reesterilizar repeti- damente objetos de vidro. Um dos métodos mais utilizados para o controle microbiano é o calor. Um exem- plo é a preservação pelo uso de calor em alimentos enlatados, que representa um dos métodos mais comuns de conservação de alimentos. 16 17 Meios de cultura e vidrarias de Laboratório, assim como muitos instrumentos hos- pitalares, também são normalmente esterilizados pelo calor. O mecanismo de ação do calor aparentemente mata os micro-organismos pela desnaturação de suas enzimas, o que resulta em mudanças na forma tridimensional dessas proteínas, inativando-as. Existe resistência ao calor, que varia entre diferentes micro-organismos. Essas diferenças podem ser expressas pelo conceito de ponto de morte térmica. O tempo é outro fator a ser considerado na esterilização. Esse período é expres- so como tempo de morte térmica, que significa o tempo mínimo em que todas as bactérias em uma cultura líquida específica serão mortas, em dada temperatura. Existe também o método de esterilização por calor úmido. Um tipo de esterilização por calor úmido é a fervura, que mata as formas vegetativas dos patógenos bacterianos, quase todos os vírus, os fungos e seus esporos, dentro de cerca de 10 minutos. O vapor de fluxo livre (não pressurizado) é equivalente em temperatura à água fervente, em torno de 100ºC. O calor úmido mata os micro-organismos, principal- mente, pela desnaturação, que é causada pela ruptura de ligações que mantêm a estrutura tridimensional das proteínas. Porém, os endósporos e alguns vírus não são destruídos tão rapidamente, como o caso do vírus da hepatite, que pode so- breviver a até 30 minutos de fervura, e alguns endósporos bacterianos, que podem resistir à fervura por mais de 20 horas. Desse modo, a fervura nem sempre é um procedimento confiável de esterilização. Contudo, a fervura breve, mesmo em altitudes elevadas, matará a maioria dos pató- genos. O uso da fervura para sanitizar mamadeiras de bebê é um exemplo conhecido. A esterilização confiável com calor úmido que consegue atingir temperaturas mais elevadas que a da água fervente é comumente obtida em uma autoclave. A autoclave é o método por vapor sob pressão preferido de sanitização, a não ser que o material a ser esterilizado possa ser danificado por calor ou umidade. Quanto maior a pressão na autoclave, maior a temperatura. Por exemplo,quan- do o vapor de fluxo livre a uma temperatura de 100°C é colocado sob uma pressão de 1 atmosfera acima da pressão ao nível do mar – isto é, cerca de 15 libras de pressão por polegada quadrada (psi) – a temperatura sobe para 121°C. A esterilização com autoclave é mais eficaz quando os organismos são contata- dos diretamente pelo vapor ou estão contidos em um pequeno volume de solução aquosa (constituída primariamente por água). Sob essas condições, o vapor a uma pressão em torno de 121ºC matará todos os organismos seus endósporos em cerca de 15 minutos. A autoclave é um método usado para esterilizar meios de cultura, instrumentos, ves- timentas, equipamento intravenoso, aplicadores, soluções, seringas, equipamento de transfusão e diversos outros itens que podem suportar altas temperaturas e pressões. 17 UNIDADE Crescimento e Controle Microbiano Para a esterilização de vidros secos, bandagens e similares, deve-se ter o cuidado de assegurar que o vapor entre em contato com todas as superfícies, pois os reci- pientes que podem aprisionar ar devem ser colocados em uma posição invertida, para que o vapor force o ar para fora e, assim, evitar o aprisionamento de ar no fundo de um recipiente seco. Os produtos que não permitem a penetração de umidade, como o óleo mineral ou a vaselina, não são esterilizados pelos mesmos métodos usados para soluções aquosas. Vários métodos comercialmente disponíveis indicarão se a esterilização foi obti- da por tratamento com calor. Um teste amplamente usado para verificar a validade da esterilização é a prepa- ração de espécies de endósporos bacterianos impregnados em tiras de papel. Após o procedimento de serem autoclavadas, as tiras são então inoculadas as- septicamente em meios de cultura. O crescimento nos meios de cultura indica a sobrevivência dos endósporos e, assim, o processamento inadequado. Os tratamentos de calor ilustram o conceito de tratamentos equivalentes: à me- dida que a temperatura é aumentada, muito menos tempo é necessário para matar o mesmo número de micro-organismos. Por exemplo, a destruição de endósporos altamente resistentes pode levar 70 minutos a 115°C, enquanto apenas 7 minutos seriam necessários a 125°C. Ambos os tratamentos produzem o mesmo resultado. O calor corresponde a uma forma eficaz de descontaminação da maioria dos líquidos, entretanto, gases e líquidos sensíveis ao calor podem utilizar outro método, como a filtração. Alguns hospitais em suas salas de cirurgia e salas ocupadas por pacientes quei- mados recebem ar filtrado para reduzir o número de micro-organismos transmiti- dos pelo ar. Em Farmácias de Manipulação, esses filtros são obrigatórios no Labo- ratório de Desenvolvimento de Medicamentos. Os filtros usados são denominados eficiência HEPA, de High-Efficiency Particulate Air, que removem quase todos os micro-organismos maiores que cerca de 0,3μm de diâmetro. Outros exemplos que usam a filtração para esterilizar os materiais sensíveis ao calor, tais como alguns meios de cultura, enzimas, vacinas e soluções antibióticas. Recentemente, os filtros de membrana, compostos de substâncias como ésteres de celulose ou polímeros plásticos, tornaram-se populares para uso industrial e laboratorial. Esses filtros possuem apenas 0,1mm de espessura. Os poros de um filtro de membrana incluem, por exemplo, tamanhos de 0,22μm e 0,45μm, que são desti- nados a bactérias. 18 19 Entretanto, algumas bactérias muito flexíveis, como as espiroquetas ou os mico- plasmas sem parede celular, algumas vezes passam através desses filtros. Existem filtros com poros tão pequenos quanto 0,01μm, um tamanho que retém os vírus e mesmo algumas moléculas grandes de proteína. A radiação é também um método físico para esterilização. A radiação ionizante é usada na esterilização de produtos farmacêuticos e materiais descartáveis dentários e médicos, como seringas plásticas, luvas cirúrgicas, materiais de sutura e cateteres. Como forma de proteção contra o bioterrorismo, os Correios frequentemente usam a radiação para esterilizar certos tipos de correspondências. Utilizam os raios X e gama e destroem o DNA, promovendo a esterilização. A radiação não ionizante é a luz ultravioleta que causa danos ao DNA das células expostas, produzindo ligações entre as bases pirimídicas adjacentes, normalmente timinas, nas cadeias de DNA. Esses dímeros de timina inibem a replicação correta do DNA durante a repro- dução da célula. Os comprimentos de onda UV mais eficazes para matar os micro- -organismos são os de cerca de 260nm. Esses comprimentos são absorvidos especificamente pelo DNA celular. A radia- ção UV também é usada para controlar os micro-organismos no ar. Uma lâmpada UV ou “germicida” é comumente encontrada em salas de hospitais, enfermarias, salas de cirurgia e refeitórios. A luz UV também é usada para desinfetar vacinas e outros produtos médicos. Uma grande desvantagem da luz UV como desinfetante é que a radiação não é muito penetrante. Assim, os organismos a serem mortos devem ser expostos dire- tamente aos raios. Organismos protegidos por sólidos e coberturas como papel, vidro e tecidos não são afetados, sendo mais usada em ambientes fechados. Métodos Químicos para o Controle Microbiano Os métodos químicos de controle microbiano são utilizados tanto para controlar o crescimento de microrganismos em ambos os tecidos vivos quanto em objetos inanimados. Poucas substâncias têm ação esterilizante e apenas reduzem o número de microrganismos. Os principais grupos são álcoois, compostos fenólicos, aldeídos e derivados, halogênios e derivados, biguanidas e detergentes. A atividade de uma substância pode ser testada pelos métodos de uso-diluição ou de disco-difusão. 19 UNIDADE Crescimento e Controle Microbiano A Figura 9 mostra um experimento: discos de papel são embebidos em uma solução de desinfetante e colocados na superfície de meio nutriente em que uma cultura de bactérias-teste foi semeada para produzir um crescimento uniforme. No alto de cada placa, verifica-se que o cloro (como no hipoclorito de só- dio) foi efetivo contra todas as bactérias-teste, mas foi mais efetivo contra as bactérias gram-positivas. Na fileira inferior de cada placa, os testes mostraram que o composto de amônio quaternário (“quat”) também foi mais efetivo contra as bactérias gram-positivas, mas não afetou as pseudomonas. No lado esquerdo de cada placa, o hexaclorofeno foi efetivo somente contra as bactérias gram-positivas. No lado direito, o O-fenilfenol foi ineficaz contra pseudomonas, mas foi quase igualmente eficaz contra as bactérias gram-positivas e as gram-negativas. Todas as quatro substâncias químicas funcionaram contra as bactérias-teste gram-positivas, mas somente uma das quatro afetou as pseudomonas. Figura 6 – Experimento difusão-difusão de vários agentes químicos mostrando a inibição eficaz das bactérias gram-positivas e gram-negativas Fonte: TORTORA; FUNKE; KASE, 2012, p. 187 Princípios da Desinfecção Efetiva Primeiramente, é importante diferenciar o significado de termos comumente usa- dos, tais como: desinfetantes, antisséptico, sanitizante, detergente e esterilização. Os desinfetantes são substâncias usadas para destruir todas as formas vegeta- tivas de microrganismos em superfícies ou objetos inanimados, mas esse processo não promove necessariamente a esterilização do material. Os antissépticos são usados no tratamento e na profilaxia antimicrobiana em tecidos do organismo, pele e mucosas; já o sanitizante é uma substância usada para 20 21 reduzir o número de microrganismos até um nível seguro. Um sanitizante deve ser ca- paz de eliminar 99,999% de uma população específica de bactérias em 30 segundos. Os detergentes são substâncias que, quando adicionadas à água, reduzem a tensão superficial, aumentando a capacidade de penetração da água e o poder de remoção da sujeira aderida aos materiais. E a esterilização é o ato ou processo, químico ou físico,que destrói ou elimina todas as formas de vida, especialmente os micro-organismos. A seguir, serão apresentados e descritos os desinfetantes mais utilizados. Tipos de Desinfetantes Existe o fenol, que exerce ação bactericida (principalmente, contra bactérias gram-positiva) e fungicida. Sua ação viricida depende da formulação, já que nem todos os produtos são iguais. Os halogênios, particularmente o iodo e o cloro, são agentes antimicrobianos eficazes, tanto isoladamente quanto como constituintes de compostos inorgânicos ou orgânicos. O iodo (I2) é um dos antissépticos mais antigos e mais eficazes, sendo eficiente contra todos os tipos de bactérias, muitos endósporos, vários fungos e alguns vírus e, assim como os iodados, os clorados têm ação germicida e poder residual pobre. O cloro tem boa ação fungicida, algicida, protozoocida, viricida e contra formas vegetativas de bactérias, mas não é tão efetivo contra esporos bacterianos; contudo, a atividade do cloro aumenta na presença de água quente ou fervente. Características e Controle Microbiano As propriedades de um desinfetante estão no rótulo, em que, geralmente, está indicado contra quais grupos de organismos ele será efetivo. Fatores que implicam a eficácia de um desinfetante são: a concentração influen- cia sua ação, o tempo de contato e o local onde será usado. Os desinfetantes sempre devem ser diluídos exatamente como especificado pelo fabricante. Considere, também, a natureza do material a ser desinfetado. Por exemplo, estão presentes materiais orgânicos que podem interferir com a ação do desinfetante? 21 UNIDADE Crescimento e Controle Microbiano De modo similar, o pH do meio frequentemente tem grande efeito na atividade de um desinfetante. Outra consideração muito importante é se o desinfetante entrará facilmente em contato com os micro-organismos. Uma área pode precisar ser esfregada e lavada antes da aplicação do desinfetante. Em geral, a desinfecção é um processo gradual. Portanto, para ser efetivo, pode ser necessário deixar um desinfetante em contato com uma superfície por várias horas. 22 23 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Sites Structure of Prokaryotes: Bacteria and Archaea https://bit.ly/2Zd7CH0 Vídeos Microbiology: Bacteria Structure and Function | 3D Animation View https://youtu.be/ei6Z7orCpPk Growth and Reproduction in Bacteria https://youtu.be/R5WrU72Ja4A Leitura Morfologia e Estrutura da Célula Bacteriana https://bit.ly/2ZjVH5q 23 UNIDADE Crescimento e Controle Microbiano Referências BROOKS, G. F. et. al. Microbiologia Médica. 25.ed. Porto Alegre: AMGH, 2012. (E-Book) CHAMBO FILHO, A. et. al. Estudo do perfil de resistência antimicrobiana das infecções urinárias em mulheres atendidas em hospital terciário. Rev. Bras. Clin. Médica, São Paulo, v. 11, n. 2, p. 102-7, abr. – jun., 2013. Disponível em: <http:// files.bvs.br/upload/S/1679-1010/2013/v11n2/a3559.pdf>. MC PHERSON, R. A.; PINCUS, M.R. Diagnósticos Clínicos e Tratamentos por Métodos Laboratoriais. 21.ed. Barueri: Manole, 2012. (E-Book) MORSE, S. A.; BUTEL, J. S.; BROOKS, G. F. Microbiologia Médica de Jawetz, Melnick e Adelberg. 26.ed. Porto Alegre: Mcgraw Hill, 2014. TORTORA, Geralg J.; CASE, Christiane L.; FUNKE, Berdell R. Microbiologia. 10.ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. TRABULSI, L. R.; ALTELTHUN, F. Microbiologia. 5.ed. São Paulo: Rio de Janeiro: Atheneu, 2008. 24
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