לעבוד תחת לחץ זה לא כיף. יעדים, מתח, כאבי ראש, בוס תובעני. אבל אם אתה אוטוקלב, אתה עובד הכי טוב בלחץ. למעשה, אתה עובד רק בתנאי לחץ גבוה. בפוסט זה נחקור כיצד פועלים אוטוקלאבים בתנאי לחץ גבוה של קיטור וחום כדי להרוג מיקרואורגניזמים. נבדוק גם כיצד תפקוד האוטוקלאב דומה לסיר לחץ, ומהם השלבים הבסיסיים של סייקל באוטוקלאב.
החום הורג את כולם
כפי שהסברנו בפוסט הראשון שלנו על מיקרוביולוגיה, מיקרואורגניזמים זקוקים למזון, לטמפרטורה הנכונה ולחות מספקת על מנת לשרוד ולהתרבות.
אז למה לא רק להרעיב אותם או לייבש אותם?
מיקרואורגניזמים יכולים לשרוד בכמויות זעירות של חומרים מזינים ולחות, שיטות כגון ייבוש והרעבה אינן יעילות מספיק. יתר על כן, הנבג, שהוא בעצם חיידק שחי במצב של מעין תרדמת, יכול לשרוד בתנאים קיצוניים ביותר לאורך זמן רב.
אם כן, אם אף אחת מהשיטות הללו לא עובדת, כיצד נוכל להשמיד מיקרואורגניזמים?
התשובה היא חום. חום הורס את החלבונים בתוך המיקרואורגניזמים, תהליך הנקרא דנטורזציה (פרוק מבנה החלבון). על מנת להבין כיצד מנגנון זה עובד, נבחן שתי דרכים בהן אפשר לבשל ביצה:
אם לוקחים ביצה, שוברים את קליפתה ומכניסים תוכנה לסיר מים רותחים, מקבלים ביצה שלוקה. החלק הלבן של הביצה (החלבון) מתחיל להתאחד יחד ומתקשה, בתהליך הנקרא קרישה, המתרחש ב -52 מעלות צלזיוס. כאשר הביצה נקרשת, היא בעצם עוברת תהליך דנטורציה של חלבוניה (פירוקם), שבסופו החלבונים בה מתים.
דרך נוספת לבשל ביצה היא לטגן אותה במחבת. בהתחלה הביצה תקרש, אך אם הביצה תשאר במחבת והטיגון ימשך בסופו של דבר הכל ישחיר. תהליך זה נקראת חמצון, ומתרחש בטמפרטורות גבוהות בהרבה מקרישה. חמצון הוא תהליך כימי בו מסירים אלקטרונים מהאטום, והתוצאה הסופית היא מוות של אותו אורגניזם.
עיקור באמצעות קיטור, באמצעות אוטוקלאב, משתמש בשיטה הראשונה, קרישה, כדי להרוג מיקרואורגניזמים. פירוש הדבר שתא העיקור פועל באופן דומה לאותו סיר מים רותחים שבו נשלקה הביצה. המרכיב העיקרי ששניהם חולקים הוא נוכחות של קיטור, או מים במצב של גז. הקיטור בתוך תא העיקור הוא החומר שבאמצעותו החום הלח תוקף את המיקרואורגניזמים, ובכך גורם להם להקרש ולמות.
על מנת להבין כיצד אוטוקלבים משתמשים בכוח האדים כדי להרוג מיקרואורגניזמים, נבדוק כיצד פועל סיר לחץ.
סיר לחץ
המילה "אוטוקלב" מגיעה מלטינית "אוטומטי" (עצמי) ו"קלביס "(מפתח), במילים אחרות, מכשיר לנעילה עצמית. הפונקציונליות הבסיסית של האוטוקלאב די דומה לזו של סיר לחץ, סוג של סיר שמסוגל לבשל אוכל 50-70% מהר יותר משיטות בישול רגילות.
קחו מזון גולמי, למשל שעועית, הכניסו אותו לסיר הלחץ עם מים או נוזל אחר, ואז איטמו את הסיר במכסה הנעילה המיוחד, הכולל אטם גומי עגול המשמש לאיטום באדים. הניחו על האש בחום גבוה והמתינו לטמפרטורה שתעלה והאדים יתחילו לברוח. בתוך החלל האטום שבתוך הסיר המכוסה, האדים יתפשטו וידחפו החוצה את האוויר שנותר דרך שסתום פליטה האוויר.
הורידו את הלהבה ותנו לסיר הלחץ להמשיך לבשל מבלי לגעת בשסתום או במכסה. שימו לב כי שסתום פליטה האוויר מאפשר לחלק מהאדים לברוח, כך שהלחץ לא מצטבר יותר מדי ובכך מונע פיצוץ.
סיר הלחץ בעצם "מאלץ" את החום לחדור למזון וזאת באמצעות שני תנאים המתקיימים בתוכו:
- קיטור בלחץ גבוה, שהוא מוליך טוב יותר של חום מאשר אוויר.
- חום בטמפרטורה גבוהה (מעל 100 ℃), מהשגורם למזון להתבשל מהר יותר.
הנה מגיע האוטוקלאב
כמו סיר הלחץ, גם אוטוקלב הוא מכונה המשתמשת בשילוב של לחץ גבוה ואדים על מנת להעביר חום לכלים המונחים בתוכו. האוטוקלאב הומצא בשנת 1879 על ידי צ'רלס צ'מברלנד, האוטוקלאב הראשון היה למעשה סיר לחץ מהולל. וכמו שסיר הלחץ עבר אינספור שדרוגים בעיצוב במאות האחרונות, כך גם האוטוקלאב. ממכונות מכניות בסיסיות וכלה ביצירות מופת מתוחכמות של עיקור, אוטוקלאבים עברו כברת דרך ארוכה.
כיום בתי חולים, מעבדות ומשרדי רופאים משתמשים באוטוקלאבס כדי לעקר ציוד מוצק וחלול, אספקה, נוזלים ופסולת. ובתעשיות הכימיות, אוטוקלבות מוופנות גומי, מרפאות ציפויים ומסנתזת גבישים – כמו למשל בגידול קוורץ ואבני חן סינתטיות.
אף על פי שהאוטוקלאב מגיעים במגוון גדלים ודגמים, העיקרון הבסיסי נותר: רתימת כוח הלחץ והקיטור להשמדת מיקרואורגניזמים.
האוטוקלאב סקירה בסיסית
כפי שדנו לעיל, סיר הלחץ "דוחף" את החום הלח לתוך המזון בכדי לבשל אותו. דמיינו לעצמכם שבמקום אוכל לפניכם מגש של ציוד כירורגי מוכן לעיקור לקראת הניתוח של מחר. הצבת המגש בתוך האוטוקלאב והפעלת סייקל עיקור "ידחף" את החום הלח לכל הפינות האפשריות על משטחי הציוד.
הנה הסקירה הבסיסית של מחזור האוטוקלאב, שמשתנה, כמובן, בסוג החומרים שמעקרים ובכמותם:
- ראשית מחממים מים לטמפרטורת הרתיחה כדי לייצר קיטור שיכנס לתא העיקור. כאשר האדים נכנסים לתא, האוויר יוצא מהתא, וממשיך להידחק החוצה ככל שהאדים מתרחבים. יש להוציא את האוויר מהתא באמצעות תהליך ואקום (כמו באוטוקלאבים גדולים המשתמשים במשאבה או במפלט) או בתהליך דחיפה והחלפה של האויר בקיטור (כמו בכמה אוטוקלבים שולחניים קטנים יותר).
- כעת לאחר הוצאת האוויר מעלים את הטמפרטורה והלחץ על ידי סגירת שסתום הפליטה של תא העיקור תוך כדי תהליך הוספת קיטור לתא, עד אשר הטמפרטורה והלחץ יעלו לרמה הנדרשת לעיקור. הטמפרטורה הנדרשת נקבעת בדרך כלל על 121 או 134 מעלות צלזיוס.
- השלב הבא הוא שלב העיקור, מכיוון שזה הזמן בו מתבצע העיקור בפועל. פעולה זו עשויה לארוך כ 3-20 דקות, תלוי בגודל ותכולת הציוד בתא. להתראות מיקרואורגניזמים!
- כעת, לאחר שהעיקור הושלם, הגיע הזמן להפחית את הלחץ, שלב זה מתבצע על ידי פתיחת שסתום הפליטה ושחרור אדים. (זוכרים איך לסירי לחץ יש שסתום בטיחות מאותה סיבה?)
- לבסוף, מקררים את הציוד המעוקר, מה שהופך אותו לבטוח לטיפול כאשר אנו פותחים את דלת האוטוקלאב.
שלא יגמר לכם הקיטור … אנחנו רק מתחילים!
למדנו שחום, ובאופן ספציפי, חום לח, הוא הדרך הטובה ביותר להרוג מיקרואורגניזמים. ישנן שתי דרכים להרוג באמצעות חום, על ידי קרישה או על ידי חמצון. עיקור באוטוקלאב מבוסס על קרישה בצורה של קיטור בלחץ רב כדי לפרק את החלבונים בתוך המיקרואורגניזמים. לאחר מכן השווינו כיצד פועל סיר לחץ לאופן בו פועל אוטוקלב. כשם שסיר הלחץ משתמש בכוח העז של קיטור בכדי להעביר את החום למזון, האוטוקלאב משתמש בקיטור כדי "לדחוף" חום לציוד, והורג את כל סוגי החיים המיקרוביולוגיים החיים על הציוד האמור. ולבסוף הסתכלנו על השלבים הבסיסיים של מחזור האוטוקלאב, החל מחימום המים ובניית לחץ, עד זמן העיקור וקירור הציוד.
בידקו את הפוסט הבא בסדרה: עיקור ע"י קיטור