臭氧应用于消化内镜手术机器人消毒的可行性探究

林钰翔 应佳婷 李建华 孙丽萍

（上海健康医学院医疗器械学院，上海，201318）

0 引言

近年来，国内消化内镜手术机器人逐步成熟，即将走进临床应用。该类手术机器人中直接与病人接触的部分一般采用传统的消化内镜。传统的消化内镜属于一种侵入性诊疗仪器，包括胃镜、十二指肠镜、结肠镜、直肠镜等，在医院临床手术中有着十分广泛的应用，如用于人体的肠胃道检查以及微创手术[1]。该类手术机器人中的消化内镜部分属于材料特殊、精密度高的医疗器械[2]，内有多道细长的管道，如用于注射的水汽管道、用于夹取活检组织的活检管道、用于吸引组织的吸引管道等。这些管道细长，管道的两端开口结构非常复杂，不容易清洗，再加上材料特殊，管道内壁、管道开口和内镜外侧容易被腐蚀，高温耐受性差。所以基于以上消化内镜的特征和用途，对消化内镜进行彻底清洗消毒的难度非常大。若消化内镜消毒不彻底，则会导致医院内以内镜为媒介的交叉感染问题[3]，极大地增加了患者的病情控制难度，会对患者生命健康产生不可估量的负面影响。因此严格做好消化内镜的消毒工作具有重要意义。基于此，中华人民共和国卫生部于2004年发布了《内镜清洗消毒技术操作规范》，这是我国首个专门针对一项专业技术制定的医院内感染防控操作规范[4]，对消化内镜手术机器人的消毒具有重要参考意义。

1 消化内镜消毒的一般方法

消化内镜消毒是消化内镜清洗消毒的一个重要步骤。如图1所示，消化内镜人工清洗消毒主要分为6步，第一步，预处理，用医用纱布去除内镜管道附着的污物粘液；第二步，用流动清水冲洗表面，用注射器冲洗内部管道，随后擦干；第三步，放入注有多酶洗液的酶洗槽，重复浸泡以及冲洗内部管道；第四步，流动水冲洗残留，随后擦干；第五步，使用消毒剂进行消毒，这是本文讨论的重点，也是防止院感的关键；第六步，使用流动水冲洗残留，最后干燥保存[5]。需要说明的是，消化内镜每次使用前还需要重新消毒并用流水冲洗。为了降低人工操作的失误率，目前越来越多的医院使用全自动清洗机进行清洗消毒。

图1 消化内镜清洗消毒流程图

消化内镜清洗消毒效果的好坏也取决于消毒的方式。一般侵入型医疗器械都需要高温高压灭菌，由于消化内镜结构脆弱，只能进行高水平消毒，需要杀灭真菌、细菌、细菌芽孢、病毒、朊毒等，使其失活，才能将医院感染的可能性降到最低。目前国内外消化内镜主要的消毒方式是化学消毒，采用的消毒剂包括戊二醛、新型过氧乙酸、酸性氧化电位水等[6]等。

1.1 戊二醛消毒

戊二醛消毒是目前医院消化内镜常使用的消毒方式。戊二醛具有广谱（对各种病原体有作用效果，如细菌、原生动物、真菌和病毒等）、低毒、对金属腐蚀性小等优点，而且对细菌芽孢有一定的杀灭能力。戊二醛化学结构中的两个醛基使其具有杀菌消毒作用。

冷红英[6]等人经过对比研究，得出戊二醛消毒效果弱于过氧乙酸消毒的结论，而且醛类消毒剂具有腐蚀性以及强刺激性气味，危害医务人员健康，使得医务人员患有化学伤害性肠胃炎、职业性哮喘、皮肤损伤等疾病的风险升高。此外，醛类消毒剂在环境中不易降解，危害环境。

1.2 新型过氧乙酸消毒

过氧乙酸是一种化学消毒剂，具有强氧化性、广谱高效的消毒性能，而且它作用快速，在一定时间后会自行分解，是一种环境友好型、无环境污染残留的消毒剂。新型过氧乙酸可以有效杀灭真菌、细菌、芽孢、大部分病毒等微生物，而且在低温下（高于水的凝结点）就有成效。

新型过氧乙酸依靠自身的强氧化作用能够氧化蛋白质并破坏蛋白中的二硫键，从而破坏细菌/真菌的酶催化系统以及裂解细菌/真菌的细胞膜及细胞壁，起到快速杀灭微生物的作用[7]。对于病毒，过氧乙酸可以和病毒蛋白质外壳和病毒核酸发生反应，分解断裂病毒的DNA和RNA。对于细菌芽孢，过氧乙酸会先破坏芽孢壳层和皮质的通透性屏障，随后溶解蛋白质和DNA，使细菌芽孢失活。综合上述反应原理表明，新型过氧乙酸可以高效、快速地对医疗器械进行消毒，能充分满足大部分医院对于医疗器械高周转率的要求。

2 消化内镜臭氧消毒

2.1 臭氧消毒优势

臭氧是一种广谱、高效、绿色、杀菌彻底的杀菌剂，目前广泛应用于空气、水以及物体表面的消毒。臭氧除了可以高效、快速杀灭真菌、细菌、细菌芽孢和病毒，还可破坏一些细菌产生的毒素，如肉毒杆菌毒素，这是前文提到的两种消毒剂不具备的优点。

臭氧不稳定，容易分解，分解的过程也是臭氧消毒杀菌的过程。臭氧在分解过程中会有中间产物活性氧原子(O)生成，如公式（1）所示。氧原子有强氧化性，可以氧化周围存在的物质，这是目前臭氧被认为具有杀菌作用的主要原因，即臭氧的间接作用。当周围存在大量水蒸气或者液态水时，臭氧会与H2O发生反应，生成具有更强氧化性的羟基自由基(·OH)见公式（2），这是臭氧水溶液高效杀菌的根本原理。

臭氧灭活微生物的机理在分子水平上可解释为: 臭氧进攻微生物组成物质中的不饱和键，进而形成醛、酮或羰基类化合物，并使得氨基酸、蛋白质、核酸等物质变性，从而致使微生物失活[8]。臭氧还可以与部分敏感氨基酸残基发生反应，直接破坏蛋白质，使微生物死亡。

在细胞水平上，臭氧对细胞的破坏作用与过氧乙酸对细胞的破坏作用相似。一方面，臭氧与细胞壁、细胞膜发生反应，使其细胞畸变，溶解死亡[9]；另一方面，臭氧还能氧化分解细胞内的酶，破坏酶促代谢系统和核酸，使得DNA、RNA无法正常工作，最终使得细胞无法新陈代谢，从而死亡，是一种高效、强劲的物理破坏。

臭氧消毒消化内镜的一般流程为：由臭氧发生器稳定产生臭氧，臭氧通过管道进入清洗仓，与水混合产生臭氧水溶液。一定时间后，臭氧水溶液达到相应的浓度，即可产生消毒杀菌作用。随后持续通入臭氧气体，维持臭氧水浓度相对恒定一段时间后，即可完成消化内镜清洗消毒六步流程中的消毒环节。

近年来，随着臭氧发生器在高效化和小型化上的深入研究，固态聚合物电解质电解技术快速发展起来。在产生臭氧时，只需将去离子水加入到固态电解质膜复合电极中即可发生电解反应，产生臭氧[10]。上述步骤在现实中可以制造一种医用臭氧自动洗消机来完成。自动洗消机可由密闭消毒槽和臭氧发生器两大部分组成，在使用时可以先将器械放入消毒槽中然后密闭，空气依次经过空气压缩机、制氧机、臭氧发生器后产生臭氧气体，随后臭氧气体被吸入清洗仓，与水混合形成高浓度臭氧水,进入消毒槽中消毒消化内镜。

与上述两种化学溶液消毒方式相比，使用臭氧自动洗消机有3大优势：一是，臭氧水自动洗消机在时间上比应用20%戊二醛浸泡消毒和使用新型过氧乙酸的消毒时间都短；二是，臭氧在机器开机后就可以产生，无需考虑上述两种消毒方式中溶液配比时的浓度问题和随着使用时间增加造成的浓度下降问题；三是，臭氧水产生后在水中就分解，使用完后排入污水系统，不会造成环境污染[11]。

目前使用臭氧消毒消化内镜的案例比较少，随着研究的深入，使用臭氧消毒消化内镜将有巨大的发展前景，本文也旨在为医用臭氧自动洗消机的发明制造贡献一份力量。

2.2 臭氧消毒面临的困境

臭氧消毒也面临一些困境，具体包括以下三方面内容。

1）保持医用臭氧自动洗消机无菌的难度大。由于医用臭氧自动洗消机的清洗仓内上方角落无法持续被臭氧水浸没，时间一长难免会有致病微生物残留。所以臭氧水自动洗消机在每次使用前后需要对清洗仓位全方位消毒杀菌、去水垢。

2）浓度对于消毒效果的影响。由于消化内镜内部的多个细长管道内臭氧水溶液的流动性较差，而且高浓度臭氧水的浓度无法精确控制，导致消化内镜管道内的臭氧浓度不能保证，会影响臭氧杀菌的效果。该问题可以通过提高清洗仓内臭氧水的流动性来解决。

3）使用臭氧水自动洗消机应注意职业保护。臭氧水自动洗消机在使用时存在一定的臭氧泄漏问题，会导致操作者出现恶心、头迷、眩晕等不适症状，因此使用臭氧水洗消机时应注意室内通风。

3 三种消毒方式对比

经过相关实验及文献查阅，本文对比了三种消毒方式，其优缺点如表1所示。

表1 三种消毒方式优缺点对比

4 结语

在消化内镜手术机器人中，消化内镜的消毒工作是一项专业性以及复杂性都相对较强的工作，其消毒质量水平的高低关系到患者的切身利益。目前医院内常用的消毒方式是戊二醛消毒和新型过氧乙酸消毒，但这两种消毒方式均存在各自的硬短板。本文探讨了臭氧消毒的优势和特点，即臭氧浓溶液消毒是一种高效、广谱、绿色的消毒方式，具有杀菌彻底、消毒无死角等特点，可以通过直接和间接两种途径破坏氧化微生物的细胞壁、细胞膜、氨基酸、蛋白质、核酸等物质，又可以干扰细胞的生长代谢和繁殖过程，最终使其失活；同时提出臭氧消毒应用于侵入式医疗器械消毒，如消化内镜消毒的新思路。通过综合对比前人的研究发现，臭氧消毒方式既可高效快速消毒消化内镜，又没有非常明显的短板。综上所述，臭氧消毒基本符合消化内镜理想的高水平消毒剂标准，在国内常规使用具有一定可行性，可作为消化内镜手术机器人消毒方法以及医用臭氧自动洗消机的新研发方向。