Propriedades antimicrobianas do cobre - Antimicrobial properties of copper

O cobre e suas ligas ( latão , bronzes , cuproníquel , cobre-níquel-zinco e outros) são materiais antimicrobianos naturais . Civilizações antigas exploraram as propriedades antimicrobianas do cobre muito antes de o conceito de micróbios ser compreendido no século XIX. Além de várias preparações medicinais de cobre, também foi observado há séculos que a água contida em recipientes de cobre ou transportada em sistemas de transporte de cobre era de melhor qualidade (ou seja, nenhum ou pouco limo visível ou formação de bioincrustação ) do que a água contida ou transportada em outros materiais .

As propriedades antimicrobianas do cobre ainda estão sob investigação ativa. Os mecanismos moleculares responsáveis ​​pela ação antibacteriana do cobre têm sido objeto de intensa pesquisa. Os cientistas também estão demonstrando ativamente a eficácia intrínseca das "superfícies de toque" da liga de cobre para destruir uma ampla gama de microorganismos que ameaçam a saúde pública.

Mecanismos de ação

Em 1852, Victor Burq descobriu que aqueles que trabalhavam com cobre tinham muito menos mortes por cólera do que qualquer outra pessoa, e fez uma extensa pesquisa confirmando isso. Em 1867, ele apresentou suas descobertas às Academias Francesas de Ciência e Medicina, informando-lhes que colocar cobre na pele era eficaz na prevenção de contrair cólera.

O efeito oligodinâmico foi descoberto em 1893 como um efeito tóxico de íons metálicos em células vivas , algas , bolores , esporos , fungos , vírus , microrganismos procarióticos e eucarióticos , mesmo em concentrações relativamente baixas. Este efeito antimicrobiano é demonstrado por íons de cobre , bem como mercúrio , prata , ferro , chumbo , zinco , bismuto , ouro e alumínio .

Em 1973, pesquisadores do Battelle Columbus Laboratories conduziram uma pesquisa abrangente de literatura, tecnologia e patentes que traçou a história da compreensão das "propriedades bacteriostáticas e sanitizantes de superfícies de cobre e ligas de cobre", o que demonstrou que o cobre, em quantidades muito pequenas, tem a poder para controlar uma ampla gama de bolores , fungos , algas e micróbios nocivos . Das 312 citações mencionadas na revisão ao longo do período de 1892–1973, as observações abaixo são dignas de nota:

Um artigo subsequente investigou alguns dos mecanismos antimicrobianos do cobre e citou nada menos que 120 investigações sobre a eficácia da ação do cobre sobre os micróbios. Os autores observaram que os mecanismos antimicrobianos são muito complexos e ocorrem de várias maneiras, tanto no interior das células quanto nos espaços intersticiais entre as células.

Exemplos de alguns dos mecanismos moleculares observados por vários pesquisadores incluem o seguinte:

  • A estrutura tridimensional das proteínas pode ser alterada pelo cobre, de modo que as proteínas não podem mais desempenhar suas funções normais. O resultado é a inativação de bactérias ou vírus.
  • Os complexos de cobre formam radicais que inativam os vírus.
  • O cobre pode interromper as estruturas enzimáticas e funções ligando-se a grupos contendo enxofre ou carboxilato e grupos amino de proteínas.
  • O cobre pode interferir com outros elementos essenciais, como zinco e ferro.
  • O cobre facilita a atividade deletéria em radicais superóxidos . Reações redox repetidas em macromoléculas específicas do local geram radicais HO •, causando assim "dano de acerto múltiplo" nos locais alvo.
  • O cobre pode interagir com os lipídeos , causando sua peroxidação e abrindo buracos nas membranas celulares, comprometendo a integridade das células. Isso pode causar vazamento de solutos essenciais, que por sua vez, podem ter um efeito dessecante.
  • O cobre danifica a cadeia respiratória nas células de Escherichia coli . e está associado a comprometimento do metabolismo celular.
  • A corrosão mais rápida se correlaciona com a inativação mais rápida de microorganismos. Isso pode ser devido ao aumento da disponibilidade do íon cúprico , Cu2 +, que se acredita ser o responsável pela ação antimicrobiana.
  • Em experimentos de inativação com a cepa de gripe H1N1, que é quase idêntica à cepa H5N1 aviária e à cepa H1N1 (gripe suína) 2009, os pesquisadores levantaram a hipótese de que a ação antimicrobiana do cobre provavelmente ataca a estrutura geral do vírus e, portanto, tem um amplo espectro efeito.
  • Micróbios requerem enzimas contendo cobre para conduzir certas reações químicas vitais . O excesso de cobre, entretanto, pode afetar proteínas e enzimas em micróbios, inibindo assim suas atividades. Os pesquisadores acreditam que o excesso de cobre tem o potencial de interromper a função celular tanto dentro das células quanto nos espaços intersticiais entre as células, provavelmente agindo no envelope externo das células.

Atualmente, os pesquisadores acreditam que os mecanismos antimicrobianos mais importantes para o cobre são os seguintes:

  • Níveis elevados de cobre dentro de uma célula causam estresse oxidativo e a geração de peróxido de hidrogênio . Nessas condições, o cobre participa da chamada reação do tipo Fenton - uma reação química que causa danos oxidativos às células.
  • O excesso de cobre causa um declínio na integridade da membrana dos micróbios, levando ao vazamento de nutrientes celulares essenciais específicos, como potássio e glutamato . Isso leva à dessecação e subsequente morte celular.
  • Embora o cobre seja necessário para muitas funções de proteínas, em uma situação de excesso (como em uma superfície de liga de cobre), o cobre se liga a proteínas que não requerem cobre para sua função. Esta ligação "inadequada" leva à perda de função da proteína e / ou quebra da proteína em porções não funcionais.

Esses mecanismos potenciais, bem como outros, são objeto de estudo contínuo por laboratórios de pesquisa acadêmica em todo o mundo.

Eficácia antimicrobiana de superfícies de toque de liga de cobre

As superfícies de liga de cobre têm propriedades intrínsecas para destruir uma ampla gama de microorganismos . No interesse de proteger a saúde pública, especialmente em ambientes de saúde com suas populações de pacientes suscetíveis, uma abundância de estudos de eficácia antimicrobiana revisados ​​por pares foram conduzidos nos últimos dez anos com relação à eficácia do cobre para destruir E. coli O157: H7, resistente à meticilina Staphylococcus aureus (MRSA), Staphylococcus , Clostridium difficile , vírus influenza A , adenovírus e fungos . O aço inoxidável também foi investigado porque é um material de superfície importante nos ambientes de saúde de hoje. Os estudos citados aqui, além de outros dirigidos pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos , resultaram no registro em 2008 de 274 ligas de cobre diferentes como materiais antimicrobianos certificados que têm benefícios para a saúde pública.

E. coli

E. coli O157: H7 é um agente patogênico potente, altamente infeccioso, do ACDP (Comitê Consultivo sobre Patógenos Perigosos, Reino Unido) Hazard Group 3 de origem alimentar e aquosa . A bactéria produz toxinas potentes que causam diarreia, dores intensas e náuseas em pessoas infectadas. Os sintomas de infecções graves incluem colite hemolítica (diarreia com sangue), síndrome hemolítico-urêmica (doença renal) e morte. E. coli O157: H7 tornou-se uma séria ameaça à saúde pública por causa de sua maior incidência e porque crianças de até 14 anos de idade, idosos e indivíduos imunocomprometidos correm o risco de apresentar os sintomas mais graves.

Eficácia em superfícies de cobre

Estudos recentes mostraram que as superfícies de liga de cobre matam E. coli O157: H7. Mais de 99,9% dos micróbios de E. coli são mortos após apenas 1–2 horas no cobre. Em superfícies de aço inoxidável, os micróbios podem sobreviver por semanas.

Os resultados da destruição de E. coli O157: H7 em uma liga contendo 99,9% de cobre (C11000) demonstram que este patógeno é rapidamente e quase completamente morto (taxa de morte superior a 99,9%) em noventa minutos à temperatura ambiente (20 ° C). Em temperaturas baixas (4 ° C), mais de 99,9% de E. coli O157: H7 são mortos em 270 minutos. A destruição de E. coli O157: H7 em várias ligas de cobre contendo 99% –100% de cobre (incluindo C10200, C11000, C18080 e C19700) à temperatura ambiente começa em minutos. Em temperaturas baixas, o processo de inativação leva cerca de uma hora a mais. Nenhuma redução significativa na quantidade de E. coli O157: H7 viável ocorre em aço inoxidável após 270 minutos.

Estudos foram conduzidos para examinar a eficácia bactericida de E. coli O157: H7 em 25 ligas de cobre diferentes para identificar as ligas que fornecem a melhor combinação de atividade antimicrobiana, resistência à corrosão / oxidação e propriedades de fabricação. O efeito antibacteriano do cobre foi considerado intrínseco em todas as ligas de cobre testadas. Como em estudos anteriores, nenhuma propriedade antibacteriana foi observada no aço inoxidável (UNS S30400). Além disso, em confirmação com estudos anteriores, a taxa de queda de E. coli O157: H7 nas ligas de cobre é mais rápida à temperatura ambiente do que à temperatura de resfriamento.

Na maior parte, a taxa de morte bacteriana das ligas de cobre aumentou com o aumento do teor de cobre da liga. Esta é mais uma evidência das propriedades antibacterianas intrínsecas do cobre.

Eficácia em ligas de latão, bronze, cobre-níquel

Latão , que era frequentemente usado em maçanetas e placas de empurrar nas décadas anteriores, também demonstra eficácia bactericida, mas dentro de um período de tempo um pouco mais longo do que o cobre puro. Todos os nove latões testados foram quase completamente bactericidas (taxa de morte de mais de 99,9%) a 20 ° C em 60–270 minutos. Muitos latões eram quase completamente bactericidas a 4 ° C em 180–360 minutos.

A taxa de morte microbiana total em quatro bronzes variou de 50–270 minutos a 20 ° C e de 180 a 270 minutos a 4 ° C.

A taxa de eliminação de E. coli O157 em ligas de cobre-níquel aumentou com o aumento do teor de cobre. A contagem bacteriana zero à temperatura ambiente foi alcançada após 105-360 minutos para cinco das seis ligas. Apesar de não atingir uma morte completa, a liga C71500 atingiu uma queda de 4 log dentro do teste de seis horas, representando uma redução de 99,99% no número de organismos vivos.

Eficácia em aço inoxidável

Ao contrário das ligas de cobre, o aço inoxidável (S30400) não exibe nenhum grau de propriedades bactericidas contra E. coli O157: H7. Este material, que é um dos materiais de superfície de toque mais comuns no setor de saúde, permite que a E. coli O157: H7 tóxica permaneça viável por semanas. Contagens de bactérias próximas a zero não são observadas mesmo após 28 dias de investigação. Fotografias de epifluorescência demonstraram que E. coli O157: H7 é quase completamente morto na liga de cobre C10200 após apenas 90 minutos a 20 ° C; enquanto um número substancial de patógenos permanece no aço inoxidável S30400.

MRSA

Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA) é uma cepa de bactéria perigosa porque é resistente aos antibióticos beta-lactâmicos . Cepas recentes da bactéria, EMRSA-15 e EMRSA-16, são altamente transmissíveis e duráveis. Isso é de extrema importância para aqueles que estão preocupados em reduzir a incidência de infecções por MRSA adquiridas em hospitais.

Em 2008, após avaliar um amplo corpo de pesquisa ordenado especificamente pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA), as aprovações de registro foram concedidas pela EPA em 2008, garantindo que ligas de cobre matassem mais de 99,9% do MRSA em duas horas.

Uma pesquisa subsequente conduzida na Universidade de Southampton (Reino Unido) comparou a eficácia antimicrobiana do cobre e de vários produtos de revestimento patenteados que não são de cobre para matar o MRSA. A 20 ° C, a queda nos organismos MRSA na liga de cobre C11000 é dramática e quase completa (taxa de morte superior a 99,9%) em 75 minutos. No entanto, nem um produto à base de triclosan nem dois tratamentos antimicrobianos à base de prata (Ag-A e Ag-B) exibiram qualquer eficácia significativa contra MRSA. O aço inoxidável S30400 não apresentou eficácia antimicrobiana.

Em 2004, a equipe de pesquisa da Universidade de Southampton foi a primeira a demonstrar claramente que o cobre inibe o MRSA. Em ligas de cobre - C19700 (99% cobre), C24000 (80% cobre) e C77000 (55% cobre) - reduções significativas na viabilidade foram alcançadas em temperatura ambiente após 1,5 horas, 3,0 horas e 4,5 horas, respectivamente. Eficácias antimicrobianas mais rápidas foram associadas a um maior teor de liga de cobre. O aço inoxidável não apresentou nenhum benefício bactericida.

Leyland Nigel S., Podporska-Carroll Joanna, Browne John, Hinder Steven J., Quilty Brid, Pillai Suresh C. (2016). "Revestimentos fotocatalíticos ativos de luz visível com TiO2 antibacteriano dopado com F, Cu altamente eficiente para combater infecções adquiridas em hospitais" . Relatórios científicos . 6 . Bibcode : 2016NatSR ... 624770L . doi : 10.1038 / srep24770 . PMC  4838873 . PMID  27098010 .CS1 maint: vários nomes: lista de autores ( link )

Clostridium difficile

Clostridium difficile , uma bactéria anaeróbia, é uma das principais causas de doenças potencialmente fatais, incluindo infecções diarreicas nosocomiais, especialmente em países desenvolvidos. Os endosporos de C. difficile podem sobreviver por até cinco meses em superfícies. O patógeno é freqüentemente transmitido pelas mãos de profissionais de saúde em ambientes hospitalares. O C. difficile é atualmente uma das principais infecções adquiridas em hospitais no Reino Unido e rivaliza com o MRSA como o organismo mais comum que causa infecções adquiridas em hospitais nos EUA. É responsável por uma série de complicações de saúde intestinal, frequentemente chamadas coletivamente de Clostridium difficile Associado Doença (CDAD).

A eficácia antimicrobiana de várias ligas de cobre contra Clostridium difficile foi avaliada recentemente. A viabilidade de esporos de C. difficile e células vegetativas foram estudados em ligas de cobre C11000 (99,9% cobre), C51000 (95% cobre), C70600 (90% cobre), C26000 (70% cobre) e C75200 (65% cobre) . Aço inoxidável (S30400) foi usado como controle experimental. As ligas de cobre reduziram significativamente a viabilidade de esporos de C. difficile e células vegetativas. No C75200, quase total morte foi observada após uma hora (no entanto, às seis horas o total de C. difficile aumentou e diminuiu mais lentamente depois). Em C11000 e C51000, a morte quase total foi observada após três horas, então a morte total em 24 horas em C11000 e 48 horas em C51000. No C70600, a morte quase total foi observada após cinco horas. Em C26000, a morte quase total foi alcançada após 48 horas. No aço inoxidável, nenhuma redução em organismos viáveis ​​foi observada após 72 horas (três dias) de exposição e nenhuma redução significativa foi observada em 168 horas (uma semana).

Influenza A

A gripe , comumente conhecida como gripe, é uma doença infecciosa de um patógeno viral diferente daquele que produz o resfriado comum. Os sintomas da gripe, que são muito mais graves do que o resfriado comum, incluem febre, dor de garganta, dores musculares, forte dor de cabeça, tosse, fraqueza e desconforto geral. A gripe pode causar pneumonia , que pode ser fatal, principalmente em crianças pequenas e idosos.

Após incubação por uma hora em cobre, as partículas ativas do vírus influenza A foram reduzidas em 75%. Após seis horas, as partículas foram reduzidas em cobre em 99,999%. O vírus da influenza A sobrevive em grande número em aço inoxidável.

Uma vez que as superfícies estão contaminadas com partículas de vírus, os dedos podem transferir as partículas para até sete outras superfícies limpas. Devido à capacidade do cobre de destruir as partículas do vírus influenza A, o cobre pode ajudar a prevenir a contaminação cruzada desse patógeno viral.

Adenovírus

O adenovírus é um grupo de vírus que infecta as membranas de revestimento do tecido respiratório e urinário, olhos e intestinos. Os adenovírus são responsáveis ​​por cerca de 10% das infecções respiratórias agudas em crianças. Esses vírus são uma causa frequente de diarreia.

Em um estudo recente, 75% das partículas de adenovírus foram inativadas em cobre (C11000) dentro de uma hora. Em seis horas, 99,999% das partículas de adenovírus estavam inativadas. Em seis horas, 50% das partículas infecciosas de adenovírus sobreviveram em aço inoxidável.

Fungi

A eficácia antifúngica do cobre foi comparada à do alumínio nos seguintes organismos que podem causar infecções humanas: Aspergillus spp., Fusarium spp., Penicillium chrysogenum , Aspergillus niger e Candida albicans . Um aumento da morte de esporos de fungos foi encontrado em superfícies de cobre em comparação com alumínio. O crescimento de Aspergillus niger ocorreu nos cupons de alumínio. O crescimento foi inibido em torno dos cupons de cobre.

Veja também

Referências