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INTRODUCTION
최근 Carbapenem-resistant Enterobacterales (카바페넴 내성 장내세균, CRE), Vancomycin-resistant enterococci (반코마이신 내성 장내세균, VRE) 등과 같은 다제내성균의 발생률이 전세계적으로 증가하고 있다[1]. 미국에서 시행한 2012년부터 2017년까지의 다제내성균 발생률을 조사한 연구에서, VRE, Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), Carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii (CRAB), Multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa (MDRPA) 감염의 발생률은 20.5%에서 39.2% 가량 감소하였으나, CRE 감염의 경우 발생률의 큰 차이를 보이지 않았다[2]. 국내에서 2010년 12월 CRE가 처음으로 법정감염병으로 지정된 이후, 2017년 5,717건, 2018년 11,954건, 2019년 14,097건 등으로 신고건수가 증가하고 있다[2]. CRE는 혈류감염과 같은 침습적인 감염을 일으켜 40-50%에 가까운 높은 사망률을 보이며, 특히 Carbapenemase-producing Enterobacteriales (CPE)는 1996년 처음 보고된 이후 발생률이 지속적으로 증가하고 있다[3,4]. 또한 특히 VRE는 감염된 환자에서 사망률 증가와 입원기간의 연장과 연관이 있어 의료비용을 높이는 원인 중 하나이므로 접촉주의 및 공간소독을 통한 전파 예방이 중요하다[5,6]. 이와 같은 다제내성균은 주로 병원 내에서 접촉으로 인하여 발생 및 전파되었으나, 지역사회 감염으로도 전파될 수 있어 다제내성균에 대한 병원감염관리와 공간소독의 중요성이 지속적으로 강조되고 있다[3].
현재까지 국내외 의료기관에서 공간의 표면을 세척하고 소독제를 이용하여 소독하는 방법이 주로 사용되었으나, 이러한 환경관리의 효과에 대한 논쟁이 이어져왔다. 많은 시설에서 사람의 손으로 시행하는 공간 소독의 경우 표면의 40-50% 정도만이 소독이 제대로 이루어졌으며 시행하는 사람에 따라 소독의 결과가 달랐다[7,8]. 이처럼 사람의 손으로 시행하는 표면 소독은 오염원을 완전히 제거하는 데 한계가 있기 때문에, 사람의 손이 닿지 않는 영역까지 소독을 시행하는 다양한 비접촉(no touch) 공간소독 방법이 개발되고 있다. 비접촉 공간소독 방법에는 과산화수소 공간소독, 자외선 공간소독, 오존가스 공간소독 등이 있고 각각의 멸균 효과에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다[9].
비접촉 공간소독 방법 중 과산화수소 공간소독의 방법으로 에어로졸 과산화수소(Aerosolized hydrogen peroxide, AHP) 공간소독 방법과 과산화수소 증기(Hydrogen peroxide vapor, HPV) 공간소독 방법이 주로 사용되어 왔다. 에어로졸 과산화수소 공간소독 방법은 인체 유해성은 적으나 멸균 효과가 다소 떨어진다는 특징이 있고, 과산화수소 증기 공간소독 방법은 멸균 효과는 좋으나 소독 공간의 온도, 습도, 면적 등의 변수에 따라 소독 효과가 상이할 수 있다는 단점이 있다[10,11]. 이에 따라 최근에는 플라즈마 상태의 활성 이온화 과산화수소(Activated Ionized hydrogen peroxide, AIHP)를 이용한 새로운 공간소독 방법이 개발되고 있다.
본 연구에서는 국내에서 개발된 활성 이온화 과산화수소 공간소독기계의 멸균 효과를 확인하고자 하였다.
MATERIALS AND METHODS
1. 대상 균주 및 재료 선정
대상 균주는 본원에서 발생한 임상 검체 중 CPE와 VRE로 선정하였으며, CPE는 Klebsiella pneumoniae Carbapenemase (KPC) 생성 Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae)를 사용하였다. 페트리접시(petri dish) 한쪽 면에 지름 8 cm인 원모양의 셀룰로스 아세테이트 재질의 시트지를 부착하여 소독을 시행하였다[12]. 액상배지(PhoenixTM ID Broth)의 탁도를 McFarland 5.0 standard로 맞춘 후 KPC 생성 K. pneumoniae와 VRE 균주를 준비하고, 10 μL (약 1.5×107 CFUs)를 멸균 플라스틱 스프레더를 이용하여 시트지에 고르게 펴발랐다.
이 외 과산화수소 멸균효과 확인을 위하여 생물학적 지시제(Biological indicator, BI, Apex Biological indicator for gaseous hydrogen peroxide, Purple releasat® culture media)를 사용하여 멸균 후 아포(Spore)의 사멸 여부를 확인하였다.
2. 연구 장소 선정 및 방법
격리병실 두 곳을 지정하여 실험을 진행하였다. 병실의 면적은 가로 3 m, 세로 5 m, 높이 2.5 m (37.5 m3)이었다. 공간소독기계의 뒤쪽이나 화장실 안 등의 취약 예상 구역 및 필수 구역을 선정하여 대상 균주를 바른 시트지가 부착된 페트리접시를 각각 병실 내 10개의 평가 장소에 부착하였다. 생물학적 지시제(Biological indicator, BI)는 띠(strip)를 보호용 주머니에서 꺼내 포자가 접종되지 않은 말단에 테이프를 이용하여 같은 병실 내 3개의 다른 평가 장소에 부착하였다(Fig. 1).
과산화수소 공간소독기계는 활성 이온화 과산화수소(Activated Ionized Hydrogen Peroxide, AIHP) 공간소독기계(MUGYUN, SUNGSAM, Korea)를 사용하였다. 활성 이온화 과산화수소 공간소독기계를 병실 내 위치시킨 후 플라즈마 Arc 작동 여부를 확인하였다. 기계의 과산화수소 용액 농도는 7.8%로 사용하였고, 사용 전 용액 종류, 농도 및 질량을 측정하였다. 소독을 시행할 공간의 가로, 세로, 높이 값을 입력하면 자동으로 소독 시간 및 과산화수소 용액 사용량을 계산 후 공간 소독 시행하였다. 과산화수소 용액이 병실 밖으로 확산되는 것을 막고 소독 효과를 높이기 위하여 병실 내 모든 창문과 공조 입구를 테이프로 밀봉하였다. 기계 작동버튼을 누른 후 5분 뒤에 시작할 수 있도록 설정한 후 병실 밖으로 모든 사람들이 나간 이후 출입문을 닫고 밀봉하였다. 소독은 1시간 30분간 시행하였고, 활성 이온화 과산화수소 공간소독기계 작동을 종료한 후 1시간 동안 환기하였다. 이후 병실 내 과산화수소 농도를 측정하여 1.0 ppm 이하로 확인된 이후 대상 균주를 바른 페트리접시와 생물학적 지시제를 수거하였다. 이러한 과정을 각 병실에서 2회씩, 총 4회차에 걸쳐 반복 시행하였다.
3. 공간소독 효과 평가
1) 공간소독 후 페트리접시의 잔여 균주 확인을 위한 배양
공간소독 전 시트지에 남아있는 균주 수 평가는 동일 균주를 시트지에 펴 바른 다음, 바른 후부터 소독까지의 시간(약 30분)이 지난 후 전용 배지(TSA-R(L), BANDIO, Korea)에 전용 어플리케이터(APP Count-Tact, bioMerieux, France)로 압력을 가해 눌러 24시간 동안 배양하였다.
공간소독 후 페트리접시에 부여된 번호와 같은 번호로 배지에 번호를 기입하였다. 번호에 따라 전용 어플리케이터에 전용 배지를 끼워 지름 8 cm의 페트리접시의 시트지가 붙은 면에 10초 동안 500±50 g 압력으로 눌러 24시간 동안 37℃에서 배양하였고, 배양 후 남아있는 균주 수를 계산하였다. 공간소독 후 페트리접시에 배양된 균주 수를 확인하였고, 소독 전후 평균적으로 감소된 비율을 측정하여 상용로그 감소(log10 reduction)로 계산하였다. 소독 전후 감소된 비율을 측정하여 AIHP 공간소독기계의 오염제거 효과를 확인하였다.
RESULTS
소독 작업 전 실제 시트지에 남아있는 균주 수는 MacFarland 5.0 10 μL (1.5×107 CFUs)의 17.6%로 2.64×106 CFUs (6.42 log10 inoculum)였다. 공간소독 후 배양된 평균 CFU 수는 CPE의 경우 2 CFU/회차로 확인되었고, 이는 하나의 페트리접시에서 배양된 CFU수로 계산하였을 때 0.2 CFU/plate (−0.7 log10 inoculum)로 확인되었다. 소독 전과 비교하였을 때 7.12 log10 reduction를 확인하였다. VRE의 경우 소독 후 3.25 CFU/회차, 0.325 CFU/plate (−0.49 log10 inoculum)가 배양됨을 확인하여, 소독 전후 6.91 log10 reduction를 확인하였다(Table 1, 2).
공간소독 후 생물학적 지시제의 배양 결과를 통하여 과산화수소의 멸균 효과를 판단하였다. 생물학적 지시제의 배양 후, 배양액의 색상이 노란색으로 변하면 아포가 살아있음을 나타내고(양성, positive result), 색상의 변화가 없이 보라색을 유지(음성, negative result)하고 있으면 99.9999% 이상 멸균이 완료됨을 뜻한다. 소독 후 생물학적 지시제 배양액 색의 변화를 관찰하였고, 4회차 모두에서 모든 생물학적 지시제 배양액 색이 보라색으로 지속됨을 확인하였다. 이를 통해 과산화수소 공간소독을 통한 생물학적 지시제 아포의 사멸을 확인하였다.
DISCUSSION
비접촉 공간소독 방법 중 대표적인 방법으로 자외선 공간소독과 과산화수소 공간소독이 있다. 그 중 과산화수소 공간소독은 여러 연구를 통해 Clostridium difficile, MRSA, CRE, VRE, Acinetobacter 등의 다양한 오염원에 대한 공간소독 효과가 확인되었고, 최근에는 CPE 및 에볼라 바이러스(Ebola virus), SARS-CoV-2 바이러스 등에 대한 소독 효과 연구가 이루어지고 있다[9,13-16]. 또한 다른 공간소독 방법과의 효과 차이를 비교하는 연구도 다양하게 시행되고 있다. 과산화수소 공간소독기계는 과산화수소 증기를 분사하기 때문에 공조를 차단하고 창문 및 출입문을 밀봉해야 하며, 적용 후에 병실 내 과산화수소 농도가 1 ppm 이하로 떨어지도록 1-2시간 정도 환기가 필요하다. 자외선 공간소독기계는 공조 차단이나 밀봉 절차는 필요하지 않으나 의료기기 및 가구 등으로 인해 그늘진 곳이 있어 직접적으로 자외선을 쐬지 못하는 공간의 경우에는 소독이 어려운 점이 있다. 과산화수소 공간소독과 자외선 공간소독의 효과를 비교한 한 연구에서, 과산화수소 공간소독은 평균 50.71%의 멸균 효과를 보였으나, 자외선 공간소독은 일반 영역에서는 평균 96.75%, 그림자가 지는 영역에서는 평균 4.95%의 멸균 효과의 차이를 보였다. 따라서 의료기기 및 가구의 배치에 따라 공간소독 방법을 결정하는 것이 필요하겠다[12,17].
과산화수소 공간소독 방법 중 에어로졸 과산화수소 공간소독 방법은 5-6%의 저농도 과산화수소를 단일방향의 노즐을 통해 분사하는 방법으로, 인체 유해성이 적다는 장점이 있으나 좁은 공간에서 효과적이며, 대상 균주에 따른 차이는 있으나 여러 연구들을 통해 대게 4 log10 reduction 이상의 멸균 효과를 기대하기 어려움을 확인하였다[10,11,18,19]. 반면 과산화수소 증기 공간소독 방법은 30-35%의 고농도 과산화수소를 가열하여 증기로 분사하는 방법으로 인체 유해성이 높고 온도 및 습도에 따라 효과가 달라질 수 있으며, 의료 환경 표면의 부식 문제가 생길 수 있다는 단점이 있다. 그러나 멸균 효과를 확인한 다양한 연구에서 평균적으로 6 log10 reduction 이상의 멸균 효과를 확인할 수 있었다[10,11,18-23]. 두 가지 과산화수소 공간소독 방법이 각각 상이한 장단점을 가짐에 따라 이 두 가지 방법의 장단점을 보완한 방법으로 플라즈마 상태의 과산화수소를 이용한 활성 이온화 과산화수소 공간 소독 방법이 개발되어 연구되고 있다. 플라즈마를 통해 이온, 전자, 전기장, 자외선 등을 발생시켜 소독 효과를 가지게 되고, 특히 활성화 이온인 O, OH, NO2 등을 통해 멸균 효과를 가진다. 또한 사용되고 남은 과산화수소 기체를 수증기와 산소로 환원시켜 무독성으로 바꾼다. 2019년 한 연구에서는 12% 농도의 플라즈마를 이용하였을 때 6 log10 reduction 이상의 멸균 효과를 확인하였다[24,25].
미생물 멸균 효과에 대한 기준은 미국 EPA (Environmental Protection Agency) 가이드라인에서 대상 균주 및 소독제의 종류에 따라 권장하는 유효 log10 reduction 기준치는 조금의 차이는 있으나, 현재까지 이루어진 다양한 연구들을 통해 과산화수소 공간소독기계에 대해 6 log10 reduction 이상의 멸균 효과를 기대하고 있다. 또한 국내 식품의약품안전처의 의료기기 멸균성능 평가 가이드라인에서 멸균 보증 수준(SAL, Sterility Assurance Level)은 멸균 후 미생물이 존재하는 확률로 최소 10−6의 개체 수 사멸을 멸균 보증 수준으로 설정하고 있다[10,11,24-26]. 본 연구에서는 최근 국내에서 개발된 7.8% 저농도 과산화수소를 이용한 활성 이온화 과산화수소 공간소독기계의 멸균 효과를 평가하였으며, VRE와 CPE 모두에서 6 log10 reduction 이상의 균주 감소 효과를 보여 과산화수소 공간소독기계로서 충분한 멸균 효과를 확인할 수 있었다.
본 연구는 의료기관 내 다제내성균 중 CPE와 VRE 균주로 오염된 의료환경에서의 활성 이온화 과산화수소 공간소독기계의 충분한 멸균 효과를 확인한 것에 의의가 있다. 또한 기존의 과산화수소 공간소독기계는 외국에서 생산하여 수입되고 있는 상태로 고비용으로 인해 의료기관에서 쉽게 적용하기 어려운 단점이 있었다. 그러나 본 연구에서 사용된 기계는 국내에서 생산되어 기존의 과산화수소 공간소독기계의 단점인 비용적인 측면에서의 접근성을 개선 가능한 면이 있으며 의료기관 내에서도 좀 더 폭넓게 사용할 수 있겠다.
본 연구의 제한점은 단일 기관의 제한된 공간에서 실험이 시행되었고, 실제 다제내성균주 보균 환자에 의해 오염된 환경이 아닌 대상 균주를 바른 시트지를 이용하였다는 점이다. 추후 다기관에서 다양한 환경 및 표면재질에 따른 균주 감소 효과를 평가하는 것이 추가 연구로 필요하겠다.
국내에서 개발된 활성 이온화 과산화수소 공간소독기계는 VRE와 CPE로 오염된 의료환경에서 이전 다른 연구에서 사용된 과산화수소 공간소독기계와 마찬가지로 효과적인 공간 멸균 효과를 확인하였으며 앞으로 국내 의료환경에서 공간소독을 위해 적용할 수 있기를 기대한다.
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