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微生物及无菌知识培训一．前言我们所生活的环境中，到处都存在着大量的微生物。在一般空气中，微生物达800~3500个/m3，在土壤中达1~500×108个/g，在严重污染的水中可达107个/ml。（饮用水要求细菌总数≤100个/ml，大肠杆菌≤3个/ml。经水塔或贮水池贮存后，短期内可繁殖至105~106个/ml。）人的头皮上有140万个/cm2，两手上约有4~40万个，1g指甲污垢有38亿个，1g粪便可达10~1000亿个。可以说微生物是无处不在，无处不有。许多以前被人们认为是极端（高温、高压、强酸、强碱、低温等）甚至是致死的环境，现在已发现生活着各种类型的微生物（称为极端微生物）。事实说明，微生物有特别顽强的生存、繁殖和变异能力来适应环境。微生物种类繁多，有的对人有益，有的有害，有的无益也无害。但在药品生产过程中，不可能对环境中的各种微生物加以区别对待，为保证药品的安全有效，需要对其进行控制。空气中的微生物多数附着在灰尘上，或以芽孢形式悬浮于空气中，1μm以下者处于悬浮状态，10μm以上者会逐渐沉下来而形成菌尘。所以也要对尘粒进行控制。大量临床资料表明，注射剂（尤其是静脉注射剂）如污染了7~12μm的尘粒，可导致热原反应、肺动脉炎、微血栓或异物肉芽肿等，严重的还会致人死命。而如果污染了细菌，轻则局部红肿化脓，重则引起全身细菌性感染。因此，对微生物和尘粒进行更加严格的控制对于针剂生产洁净室非常重要。人是洁净室最大的污染源，占90%左右。一般男性每人每分钟向周围排放1000个以上的含菌粒子，女性为750个以上。穿无菌服时，静止时的发菌量为10~300个/min，一般活动时发菌量为150~1000个/min，行走时发菌量为900~2500个/min。咳嗽一次发菌量为70~700个/min，喷嚏一次为4000~60000个/min。所以在洁净室中，人的数量和活动应有特别严格的限制。二．微生物简介微生物是广泛存在于自然界的一群体形微小（直径小于1mm）、结构简单、肉眼看不见，必须藉助光学或电子显微镜放大数百至数万倍才能观察到的生物。需要说明的是，微生物是一个比较笼统的概念，界线有时非常模糊。如单细胞藻类和一些原生动物也应算是微生物，但通常它们并不放在微生物中进行研究。微生物具有以下特点：①体积小，面积大；②吸收多，转化快（2000倍体重/h）；③生长旺，繁殖快（20min分裂一次）；④易变异，适应强；⑤分布广，种类多（10万种以上）。微生物按其结构、化学组成及生活习性等差异可分成三大类：1．真核细胞型细胞核的分化程度较高，有核膜、核仁和染色体；胞质内有完整的细胞器（如内质网、核糖体及线粒体等）。真菌属于此类型微生物。2．原核细胞型细胞核分化程度低，仅有原始核质，没有核膜与核仁；细胞器不很完善。这类微生物种类众多，有细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体和放线菌。3．非细胞型没有典型的细胞结构，亦无产生能量的酶系统，只能在活细胞内生长繁殖。体积微小，能通过除菌滤器。病毒属于此类型微生物。微生物在自然界中的分布极为广泛，空气、土壤、江河、湖泊、海洋等都有数量不等、种类不一的微生物存在。在人类、动物和植物的体表及其与外界相通的腔道中也有多种微生物存在。绝大多数微生物对人类和动、植物的生存是有益而必需的。自然界中氮、碳、硫等多种元素循环靠微生物的代谢活动来进行。例如空气中的大量氮气只有依靠微生物的作用才能被植物吸收，土壤中的微生物能将动、植物蛋白质转化为无机含氮化合物，以供植物生长的需要，而植物又为人类和动物所利用。因此，没有微生物，植物就不能新陈代谢，而人类和动物也将无法生存。另一方面，由极少数微生物引起的传染病发病快、死亡率高、传播迅速、传播范围广，严重危害着人民健康。三．微生物的形态结构1．细菌（原核单细胞生物）细菌按形状可分为：球菌（0.5~2μm）、杆菌（长1~5μm，宽0.3~1μm）和螺形菌（大小与杆菌相似）。按革兰氏染色法染色的不同，分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。革兰氏阳性菌的细胞壁表面含较多的磷壁酸，会产生外毒素，如金黄色葡萄球菌；革兰氏阴性菌的细胞壁表面多含脂蛋白和脂多糖，会产生内毒素（即热原），如大肠杆菌。细菌一般有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核，有的还有荚膜、鞭毛、菌毛和芽胞等特殊结构。细菌一般为无性繁殖，以二分法繁殖，几十分钟或1~2小时分裂一次。资料：关于芽孢在温度逐渐降低或营养缺乏时，芽胞杆菌属（如炭疽杆菌）及梭状芽胞杆菌属（如破伤风杆菌）能在菌体内形成一个折光性很强的不易着色小体，称为芽胞。芽胞是处于休眠状态的细菌，并非细菌的繁殖体，当环境适宜时，可恢复生长繁殖。芽胞在自然界分布广泛，要注意防止污染。芽胞的抵抗力强，对热力、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力，用一般的方法不易将其杀死。有的芽胞可耐100℃沸水煮沸数小时。杀灭芽胞最可靠的方法是高压蒸汽灭菌。当进行消毒灭菌时往往以芽胞是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。2．霉菌（丝状真菌的通称，真核多细胞生物）霉菌是真菌的一部分。在培养基上长成绒毛状或棉絮状的菌丝体的真菌统称为霉菌。霉菌细胞呈狭长的管状，称为菌丝。菌丝直径比细菌、放线菌大，约2~10μm。菌丝分枝连接，交错集合在一起的总体称为菌丝体。霉菌大多数是多细胞微生物，菌丝细胞由细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核和各种细胞器组成。细胞壁很薄，往往在表面产生色素，使菌落出现各种颜色。霉菌靠孢子繁殖，有无性繁殖和有性繁殖两种方式，以无性繁殖为主。有些真菌可用酿酒造酱，或用于发酵生产柠檬酸、葡萄糖酸、酶、抗生素（如青霉素、头孢菌素）；少数真菌能引起各种真菌病。真菌产生的真菌毒素（如黄曲霉素）有毒。3．酵母菌（真核单细胞生物，属真菌）酵母菌以单细胞存在，呈圆形、卵圆形和香肠形，比细菌大，细胞长5~30μm，宽1~5μm。细胞结构有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核和各种细胞器等。酵母菌的增殖分无性繁殖和有性繁殖两个阶段，有三种方式：芽殖、裂殖、孢子生殖。酵母菌是重要的工业微生物，用于酿酒，生产单细胞蛋白、B族维生素、核酸、辅酶A、细胞色素C等。一般对人体无害。4．放线菌（原核单细胞生物）放线菌有生长发育良好的菌丝体，呈分枝状，菌丝宽为0.2~1.2μm，革兰氏阳性。其内部构造与细菌相似，无完整的细胞核。菌落常呈幅射状，因此称放线菌。繁殖方式为无性孢子繁殖。最适pH6.7~7.5，温度25~30℃。放线菌可用于生产抗生素、维生素和酶类，少数可引起人畜放线菌病。5．病毒病毒是一类体积十分微小，结构简单，只含一种核酸（DNA或RNA），没有产生能量的酶系统，只能在活细胞内以复制方式增殖的非细胞型微生物。病毒在自然界分布非常广泛，在所有其它生物中都有病毒寄居。病毒是最常见的致病微生物，人类传染病中大约75%是由病毒引起的。病毒体主要由核酸和蛋白质组成。病毒体积微小，最大直径300nm（如牛痘病毒），最小直径20nm（如口蹄疫病毒），绝大多数在150nm以下，能通过细菌滤器，用普通光学显微镜看不见，必须用电子显微镜放大数千至数万倍才能看见。形态多呈球形，少数为杆状或砖形。噬菌体（细菌病毒）有呈蝌蚪状的。朊病毒于1982年发现，它很特殊，与一般病毒不同，是一种异常蛋白质，不含有核酸。与疯牛病（牛海绵状脑病）及人克雅氏病关系密切。其复制方式不明。四．微生物的营养1．水分：水占细胞浆的70%～90%，是细胞的重要组成成分。较普遍的观点认为：只有在含水的环境中微生物才能存活。但也有人发现在无水碳氢化合物中微生物可长期存活。2．碳源：碳源是构成细胞的重要物质。有些微生物的碳源必须来自有机碳化合物如糖、蛋白质、脂肪、有机酸等（同时利用其化学能），属异养型；有些微生物不需有机碳化合物，以CO2为碳源，属自养型（分为光能自养型和化能自养型）。3．氮源：氮是组成蛋白质和核酸的重要元素。4．无机盐类：细菌所需无机盐包括磷、硫、镁、铁、钾、钠、钙、氯、锰、锌、钴、铜等。其中磷、硫、镁、钾、钠、铁需要量较多，其他只需微量。5．生长因子：生长因子是某些微生物生长发育所必需，而其自身又不能合成的一类营养物质。包括维生素、嘌呤和嘧啶等。五．微生物生长的影响因素1．营养物2．pH值：各种微生物都有其最适宜的pH值，大多数细菌最适pH为6.8~7.4，但一般有较大的容忍度，在4~9也可存活和生长，少数细菌能在极端pH值范围内生长。真菌适于pH值3~6的微酸性环境，但在2~10也可生长。3．温度：微生物适于生长繁殖要有适宜的温度，当超过其最低或最高可耐受的温度时，即停止生长或死亡。一般细菌最适温度为30~40℃，真菌为20~30℃。4．氧气：大多数细菌和所有霉菌都是需氧菌（在有氧环境中才能生长），少数细菌是厌氧菌（在无氧环境中才能生长），有些细菌和酵母菌是兼性需氧厌氧的，在有氧或无氧环境中都能生长繁殖。5．渗透压：微生物细胞膜和所有生物膜一样是一种半透膜，可让水自由通过，对溶质则有选择性。由于细胞壁的保护，微生物能存活在低渗透压的水中。而在高渗溶液（如高浓度的盐溶液或糖溶液、40%甘油）中，细胞会脱水并停止生长繁殖。但也有一些专性耐高盐细菌只有在高盐（10~15%）条件下才生长。6．表面张力：表面活性剂可降低表面张力，它是影响细菌生长的因素之一。很多革兰氏阴性菌，特别是大肠菌群可很好地在表面活性剂包围的介质中生长，而大多数革兰氏阳性菌在表面张力低时（0.05N/m）不能很好生长。阳离子表面活性剂对很多有机体有毒性，阴离子表面活性剂毒性很小，非离子表面活性剂几乎没有毒性，并可成为某些微生物的营养物。六．消毒与灭菌消毒与灭菌是微生物实验技术中最基本的操作，从事药品生产和检验的人员都应当了解消毒与灭菌的方法及其意义，严格遵守操作规程，否则会影响产品质量，危害患者安全。1．概念无菌——不存在活的生物（GMP指南）。“无菌”从定义上来说是一个绝对的概念，但遗憾的是，在科学和技术高度发展的今天，药品的绝对无菌即做不到，也无法加以证实。然而，无菌制剂的安全性要求人们设定无菌的相对标准。FDA、欧洲制药工业界曾将百万分之一微生物污染率作为灭菌产品“无菌”的相对标准，它和蒸汽灭菌后产品中微生物存活的概率为10-6（即产品的无菌保证值为6），系同一标准的不同表示法。这一标准于1980起收录于USPXX中，如今已为世界各国普遍接受和采用。灭菌——使达到无菌状态的方法（GMP指南）。用物理或化学方法杀灭传播媒介上所有的微生物，使其达到无菌（GB）。通常是指杀灭或除去全部活的微生物（包括繁殖体和芽孢）。消毒——用物理或化学方法杀灭或清除传播媒介上的病原微生物，使其达到无害化（GB）。通常是指杀死病原微生物的繁殖体，但不能破坏其芽孢。所以消毒是不彻底的，不能代替灭菌。无菌制剂——不存在活的微生物的制剂（GMP指南）。非无菌制剂——所含活的微生物量符合卫生学标准的制剂（GMP指南）。2．常用消毒剂消毒剂常用量用途乙醇①70%~75%水溶液②0.5%洗必泰溶于70%乙醇，再加入2%甘油用于皮肤、器具等消毒供洗手用消毒异丙醇75%水溶液用于皮肤、器具等消毒甲醛37%~40%甲醛液8~9ml，再加入4~5g高锰酸钾每m3熏蒸量，密闭12~24h。刺激性强戊二醛2%水溶液用于空气、器具等消毒。广谱、高效、低毒，可杀芽孢和病毒。刺激性较轻。新洁尔灭（苯扎溴铵）0.1%水溶液用于皮肤、粘膜、器具等消毒，有清洁和消毒双重功效。抗菌谱较窄。杜灭芬（消毒宁）0.05%~0.1%水溶液用于皮肤、器具等消毒过氧乙酸①0.2%~0.5%水溶液②新配0.5%水溶液③1g/m3用于器具等消毒抗菌谱广，可用于皮肤消毒杀灭某些病毒熏蒸但性质不稳定乳酸①0.33~1mol/L②1~1.5ml/m3熏蒸或与等量苯酚合用熏蒸喷雾，用于空气消毒，有强杀菌作用熏蒸，密闭12h以上麝香草酚5%麝香草酚溶于50%乙醇喷洒墙面、地面，杀霉菌3．常用灭菌法1）干热灭菌法常见的有火焰、烧灼、干烤和红外线灭菌等。①火焰、烧灼：通常用于实验室无菌操作中金属或其它耐火材料制成的器具的灭菌。②干烤和红外线：利用干热