金属铜 (Metallic copper) 在感染管制的应用

樵夫

台湾感控杂志的综述。中華民國101  年12 月第二十二卷第六期

金属铜 (Metallic copper) 在感染管制的应用

国内外新知

简　介

「铜」作为医疗上的用途可追溯到公元前2600 年，在埃及被用为胸部伤口以及饮用水的杀菌之用。直到抗生素于公元1932 年被发现之后，铜在医疗上作为杀菌的用途才逐渐的减少[1]。但是，现今由于抗药性细菌在医疗机构环境中广泛地存在，只要感染管制措施稍有不足，就可能引起机构内抗药菌的群突发；而具有新抗菌机转抗生素的开发进度不如预期，导致医疗人员对于抗药菌的治疗经常力有未逮；因而使得铜的抗菌用途又再度被拿来研究，冀望「铜」除了在退伍军人症的预防之外，能具有更加广泛的抗菌效果。

铜的抗菌原理：

产生高反应性自由基由于 Cu＋＋H2O2→Cu2＋＋OH－＋·OH 的反应产生之羟基 (氢氧自由基，hydroxylradical,  ·OH)  能够破坏细胞中的蛋白质及脂类；同时，铜离子能自2Cu＋＋2RSH→2Cu＋＋RSSR＋2H＋的反应中消耗硫氢基团(sulfhydryl group, SH－)，而减少胱氨酸 (cysteine)或榖胱甘 (glutathione)  的含量；又能在继发的反应过程2 Cu＋＋2H＋＋O2→2Cu2＋＋H2O2 产生过氧化氢 (俗称双氧水，H2O2)，而再度产生氢氧自由基，继续破坏细胞成分。此外，铜离子可和锌、或其他金属离子竞争酵素蛋白质结合部位而影响酵素作用。

细菌对铜离子毒性的抵抗机转

细菌对于铜离子的毒性并非毫无招架之力；细菌对铜离子毒性的抵抗机转包括了将铜离子排出菌体、改变细胞膜成分以减少铜离子进入细菌的量、产生铜离子清除蛋白、主动运输排出铜离子等。但铜离子对于细菌而言并非仅有毒性，铜离子可能在光合作用或是其他细菌的生理反应占有一席之地。

接触杀灭(contact killing)

金属铜通常可以在数小时内使微生物去活化，但实际上和微生物的接种方式、培养温度、以及合金中的铜含量有关。一般来说，当合金中的铜含量越高、环境中的相对湿度越高、或是环境温度越高时杀菌力越强。若使用较不易受到腐蚀的铜化合物或是较厚的氧化铜 (Copper (II) oxide, CuO)就会减弱铜表面的抗菌力。在一般实验室是以湿式接种法 (wet inoculation)的方式进行铜表面接触杀灭的试验；但在实际的医疗环境中，铜的表面是干燥的，因此目前是改用干式接种法(dry inoculation) ，只用到少量的液体，这薄薄的液体层可在数秒内完全蒸发，以允许细菌和铜表面直接接触。大肠杆菌 (Escherichia coli)  会在接触到铜表面数分钟内失去活性，这间接指出干燥的铜表面也具有杀菌的作用。

接触杀灭的机转是铜离子以破坏细胞膜、产生含氧自由基、破坏细胞DNA的方式造成细胞的死亡。在湿接种法的情况，细菌的某些铜恒定系统组成分子，如在Pseudomonas aeruginosa 的某些菌株，若是缺乏和铜有关的反应蛋白cinR基因或是对铜能产生抗性的cinA 基因产物时，就会快速在铜的表面死亡；在相似的情况下，Enterococcus hirae 若出现缺乏铜排出帮浦copB的基因产物时，则会在接种到铜表面75 分钟后死亡；而野生种在90 分钟后才仅出现活性被抑制的情形；就E. coli 而言，若出现缺乏 cueO(在围原生质腔中的铜氧化酵素)，cus (围原生质腔中的铜排出帮浦)  以及 copA (在细胞质内的铜排出帮浦)  产物时，就会比野生株更快在铜表面死亡。细菌对铜的抵抗力可以增加在铜表面存活时间，但最终仍会死亡。此外，尽管在不含氧的环境下对于 E. coli 的接触杀灭仍能出现，但需时较长。还有，铜离子可以迅速分解 DNA 并且破坏细胞膜造成细菌死亡。

樵夫

运用到医疗照护机构
在医院环境中较常被接触到的物体，如门把、床栏、叫人铃、马桶盖等常会受到细菌的污染。常规的环境清洁配合手部卫生能够减少，但不能完全避免细菌传播的机会。而近年来多重抗药菌在全世界都有报导，如何在医疗照护单位避免多重抗药菌的院内传播是感染管制主要的课题之一。
目前在医疗照护环境中主要使用的金属是不锈钢制品，不锈钢具有易清洁及抗腐蚀的优点，但却对抗菌方面毫无帮助。铜可藉由减少表面菌落量而达到降低细菌传播的目的。在英国医院的研究显示使用含有60% 到70%铜金属的制品，在十周后，抗药性金黄色葡萄球菌，抗药性肠球菌以及大肠杆菌均无法在含铜金属制品的表面上被培养出来。就算是在已使用六个月后的铜制品表面仍然有较低的菌落数目。但是，目前的研究多将重心放在嗜氧菌，是否在厌氧菌也能看到类似的效果尚待更进一步的研究。

樵夫

【译者评】

在公元 1994 年Liu  等人证明铜银离子 (copper-silverionization)  可以有效降低医疗机构内供水管路中退伍军人菌培养的阳性率，因而被运用来降低退伍军人菌经由供水管路而引发的院内感染[2]，使得铜在感管方面的应用又获得了重视。此外，由于某些革兰氏阳性细菌，如杆菌属(Bacilli)  及芽孢菌属(Clostridia)  的革兰氏阳性菌，能够产生抗热、抗辐射线、抗干燥、抗化学药剂的内孢子 (endospore)  那么铜金属是否能够有效除去内孢子的影响呢？在Wheeldon 以及 Weaver 等人的实验中发现 99.8%  的Clostridium difficile 内孢子在固体金属铜表面存活时间不超过三小时；而且在 24 到48 小时内，内孢子的活性可被完全被抑制[3,4] 。
但是在真实的医疗环境常常是带有脏污、受到其他化学器的暴露等，这样是否会造成铜杀菌力的减弱呢？Airey等人发现若使用 1%  的albumin  作为细菌湿接种法的溶液，干燥后再以70% 的酒精或 1%  的漂白水清洁后，仍残留有细菌存在而减弱了铜表面的杀菌力[5]。但也有其他研究者不同意脏污会影响铜的表面杀菌力[3]。但总归来说，干净的、没有氧化的铜表面、没有任何表面涂布物的铜是最具有杀菌力的。那么，除了铜之外，是否也有其他的金属能够减少在金属表面的菌落呢？Mikolay 等人发现在铝表面的菌落数目比不锈钢较少，但是在铜表面的菌落数目比铝表面更少[6]。尽管铜能够有效的减少表面的菌落数目；但是，铜也是大家所熟知贵重金属的一种；在2012 年4  月时，它的价格为每公吨 8,400  美元左右；而铝的价格每公吨 2,080  美元左右；不锈钢的价格每公吨2,000  美元左右[7]。我们可以发现金属铜的价格是金属铝或是不锈钢的四倍左右；因此，铜的使用是否能合乎医院经营成本的效益，仍需再作考虑。在此同时，并没有最适当含铜量百分比的报告，究竟是应采用纯铜或是采用含60%  以上的铜金属混合物即可达到抑菌的效果？或是可以在成本的考虑下可以采用更低百分比的含铜混合物即可？此外，尽管仍有少量的细菌能够在铜金
属表面存活，但是在接触杀灭的情况下，细菌质体 DNA 也和染色体 DNA一样被完全分解，而且细菌被消灭的速度很快，很难藉由质体的传递使其他细菌出现对铜的抗性。最后，定期的环境清洁仍属必要，但所使用的清洁剂是否需要针对具有环境抵抗力的内孢子再作强化，也是需要进一步再做探讨的【奇美医院永康总院 张纯诚/汤宏仁 摘评】。

樵夫

参考文献
1. Grass G, Rensing C, Solioz M: Metallic copper as an antimicrobial surface. Appl Environ Microbiol 2011; 77: 1541-7.
2. Liu Z, Stout JE, Tedesco L, et al: Controlled evaluation of eopper-silver ionization in eradicating  Legionella pneumophila from a hospital water distribution system. J Infec Dis1994; 169: 919-22.
3. Wheeldon LJ: Antimicrobial efficacy of copper surfaces against spores and vegetative cells of
Clostridium difficile : the germination theory. J Antimicrob Chemother 2008;62:522-5.
4. Weaver L, Michels HT, Keevil CW: Survival of Clostridium difficile on copper and steel: futuristic options for hospital hygiene. J Hosp Infect 2008;68:145-51.
5. Airey P, Verran J: Potential use of copper as a hygieneic surface; problems associated with cumulative soiling and cleaning. J Hosp Infect 2007;67:272-8.
6. Mikolay A: Survival of bacteria on metallic copper surfaces in a hospital trial. Appl Microbiol
Biotechnol 2010;87:1875-9.
7. Copper Prices Real Time Charts (for investing in commodities companies,commodities futures).
Available http://copper-chart.seesaa.net/

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男丁格尔

去年我们年会做过“抑菌铜”专题卫星会，胡教授发过专门帖子介绍。今年已经有台湾的文章，微博也有国外的研究数据报道。

石磊--wxmsl

男丁格尔 发表于 2013-4-30 23:10

                               
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去年我们年会做过“抑菌铜”专题卫星会，胡教授发过专门帖子介绍。今年已经有台湾的文章，微博也有国外的研 ...

这家企业年会上有展台，去年我也看到，是好东西，值得推广。

凌波玉荷

来自新浪微博：@医学界网站

【智利医院用铜修建病房，减少细菌传播】拉美地区首个使用铜材料建造的重症监护儿童病房今年3月在罗贝托·德尔·里约医院正式投入使用，是当地医疗系统加强医院内细菌传播防控的新尝试。实验显示，使用含铜材料处理病房内部可被医患接触的器物表面，可使其表面的致病细菌减少97%。http://t.cn/zTKLNQt

兰兔

我过去的医院，是二战时芬兰人创管的医院，我们刚毕业时，发现手术室还存有大量的铜材料制造的手术设备及用物，但后来就不再看到

violet363

哦，这个很新颖，希望早点看到价格合理的产品。另外，要国家规范才好。

wenyong

这个很新颖，希望早点看到价格合理的产品

毛豆豆

铜抑菌在生活中的应用。

毛豆豆

凌波玉荷 发表于 2013-5-1 08:56

                               
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【智利医院用铜修建病房，减少细菌传播】拉美地区首个使用铜材料建造的重症监 ...

智利是产铜大国，所以智利有很多铜在抑菌方面的应用，成本很高。

Abril

哇塞，铜这么厉害。。。

南京康泊尔

毛豆豆 发表于 2013-5-17 09:15

                               
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铜抑菌在生活中的应用。

我想大多数人对铜特性的了解不多，而不锈钢制品的大量使用，也使得医院很少使用使用此类设计，其实这个门上配件的成本也不至于太高。

陈小路

新手，对这不是很认识，学习了，要多了解一些。