Effect Of Air Ions Resume

International Journal of Biometeorology . 1964, Vol.8, N°1, pp 27 à 37

Effect of air Ions on Bacterial Aerosols

G. Phillips, G.J. Harris et M.W. Jones

(Extraits traduits du texte original suivant références ci-dessus)

INTRODUCTION

L'intérêt actuel pour la recherche sur les infections aéroportées et pour la technologie de l'aério-biologie expérimentale, illustrée par la conférence récente sur les infections aéroportées Mc DERMOTT, 1961)- souligne l'importance de la maîtrise des variables environnementales lors des études de laboratoire avec des aérosols microbiens. Les facteurs environnementaux généralement considérés comme essentiels à la mesure et à la commande dans la recherche biologique quantitative d'aérosols sont la température et humidité. À un moindre degré, les effets de la lumière et des polluants d'air ont été considérés. La recherche actuelle constitue un effort préliminaire en vue d'évaluer l'influence possible des ions gazeux de l'air lors des études expérimentales avec des aérosols microbiens.

Les ions de l'air ont été définis en tant que particules submicroscopiques de matière gazeuse ou solide électriquement chargées (Kornblueh, 1958). Les ions positifs sont créés par la perte d'un électron par un atome ou une molécule; les ions négatifs sont créés par addition d'un électron . Krueger, Smith et GO (1957) parlent des petits ions de l'air comme de molécules ionisées simples constituées de "grappes" (clusters) de 4 à 12 molécules non chargées .

Puisqu'on l'a démontré pour la première fois en 1899 que les particules chargées de l'air sont responsables de la conductivité électrique de l'atmosphère (Wilson, 1899), les chercheurs venant d'un certain nombre de disciplines ont entrepris des études sur l'influence des ions de l'air sur la matière vivante. Les résultats annoncés par beaucoup des premiers investigateurs, qui ont été entravés par le manque de moyens appropriés de produire et mesurer les ions de l'air, ont provoqué beaucoup de polémique, dont une partie persiste à l'époque actuelle. Pendant la décennie passée une augmentation considérable des recherches sur l'ionisation de l'air a été rendue possible par le développement d'une instrumentation appropriée. Du poids accumulé de ces derniers études, il résulte sans aucun doute que, quand ils sont mis en oeuvre dans des expériences rigoureuses, les ions contenus dans l'air puissent être responsables de certains changements biologiques et physiques reproductibles, bien qu'on le croie généralement que ces changements sont d'un faible ordre de grandeur (Krueger, 1962). Convaincre de l'évidence des effet biologiques des ions de l'air est donc développé par Krueger et Smith, 1957, 1958a, b ; Krueger, Smith et Miller, 1959; Krueger et al, 1959. Ces études ont prouvé que les ions de l'air ont un effet significatif et reproductible sur le taux de battement ciliaire, le débit muqueux, et la réaction au trauma de la trachée des animaux de laboratoire. D'ailleurs, ces chercheurs ont prouvé que les molécules négativement chargées de l'oxygène et les molécules positivement chargées d'anhydride carbonique sont probablement les médiateurs des effets des ions de l'air (Krueger et Smith, 1959). Les travaux récents de ce groupe (Krueger, 1962) indiquent que les effets sur la trachée dépendent de la capacité des ions positivement chargés d'anhydride carbonique de causer une accumulation locale de 5-HT dans le tissu, et la capacité des ions négativement chargés de l'oxygène, agissant sur la cytochrome oxydase, accélèrent l'oxydation de la 5-HT libre. Les études de Krueger ont des relations évidentes avec le problème des infections respiratoires expérimentales qui ne sont pas traitées dans cet article.

L'autre recherche récente sur les ions de l'air a présenté un large intérêt. Kornblueh et al.(1958) ont évalué la thérapie d'ions négatifs de l'air pour des patients présentant le "rhume des foins", l'asthme bronchique, et certaines difficultés respiratoires et ont employé la thérapie

d'ions négatifs en adjonction dans le traitement des patients brûlés (David, Minehart et Kornblueh, 1960). D'autres études récentes sur les effets biologiques des ions de l'air ont rapporté les effets sur le taux de croissance des cellules de culture de tissu (Worden et Thompson, 1956; Worden, 1961), pH du sang, capacité de combinaison (réactivité) de l'anhydride carbonique du plasma animal (Worden, 1954), ainsi que rendement humain et temps de réaction visuel (Slote, 1962) . Dans la plupart des études l'étendue des changements observés ou les effets obtenus n'étaient pas importants, bien qu'il y ait eu accord plutôt général sur le fait que les ions positifs sont associés aux effets indésirables ou nocifs, et les ions négatifs sont associés aux effets bénéfiques ou stimulants.

Les autres recherches ont concernée la physique des ions de l'air et leurs interactions avec les constituants non biologiques de l'air. Celles-ci ont beaucoup ajouté à notre connaissance actuelle des densités d'ions ambiantes prévues (Davis et Speicher, 1962), des effets des ions sur les aérosols inertes (Whitby et MFARLAND, 1961), et inversement, des effets des aérosols sur les ions contenus dans l'air (Ruhnke, 1962).

Bien qu'un certain nombre d'auteurs aient rapporté que les ions de l'air affectent des micro-organismes, la seule étude quantitative est jusqu'ici celle de Krueger, Smith, et Go (1957). Ces chercheurs ont mesuré la survie de la variété du MICROCOCCUS PYOGENES var. AUREUS dans les gouttelettes placées dans des plats de microtitration de porcelaine et exposées aux aéro-ions aux concentrations de 1 x 10¹⁰ ions/cm3/sec, ou supérieures. En l'absence de brouillard enfumé, l'exposition aux ions positifs ou négatifs a augmenté le taux de mortalité des staphylocoques dans les gouttelettes, apparemment par action directe sur les bactéries et en augmentant le taux d'évaporation des gouttelettes. En présence du brouillard enfumé, les aéro-ions ont exercé un effet protecteur sur les bactéries en réduisant le taux d'évaporation des gouttelettes et en retardant la baisse du pH. Les expériences ont également indiqué que l'action des ions de l'air sur les cellules pourrait être en partie renversée par exposition à la lumière visible intense.

CONCLUSIONS

La conclusion la plus importante tirée de ces études est que les aéro-ions artificiellement produits augmenteront de façon significative les taux d'affaiblissement exponentiel d'aérosols de S. MARCESCENS et fluorescéine disodique. Des valeurs d'affaiblissement exponentiel, définies comme 100 k et exprimées en % du minimum, ont été accrues de 2 jusqu'à 5 fois par les aéro-ions. L'analyse des 34 épreuves sur les aérosols, chacune avec ions positifs, ions négatifs, et expériences de contrôle, a eu comme conséquence les résultats suivants:

(1) les aérosols de fluorescéine disodique en présence d ions négatifs ou positifs ont décru à un taux approximativement 5 fois celui obtenu dans des conditions de contrôle. Il n'y avait aucune différence sélective entre l'action des ions négatifs et positifs.

(2) les aérosols de SERRATIA MARCESCENS en l'absence des ions supplémentaires ont montré des taux d'affaiblissement exponentiel approximativement 4 fois supérieurs à ceux de la fluorescéine sans ions. Sous l'influence des ions, l'affaiblissement exponentiel évalué pour S. MARCESCENS a été augmenté approximativement de 23% min pour le contrôle, de 54% par minute pour les ions positifs et de 78% min pour les ions négatifs. L'action des ions négatifs était donc sensiblement plus grande que celle des ions positifs.

(3) quand le fait d'ajouter l'aérosol à une atmosphère contenant déjà des aéro-ions a été comparé à l'addition des ions après génération d'aérosol, il n'y avait aucune différence dans des taux d'affaiblissement avec les ions positifs. Cependant, avec les ions négatifs, l'ionisation de la chambre avant génération d'aérosol a eu comme conséquence des taux sensiblement plus élevés d'affaiblissement exponentiel. Ceci suggère qu'une différence de base existe dans le mécanisme de l'action des ions positifs et négatifs de l'air sur les aérosols microbiens (4) . aucune différence significative n'a été détectée dans la taille des particules de l'atmosphère qui étaient principalement de moins de cinq microns de diamètre, à des intervalles de prélèvement de 4, 8,12 min.. L'ionisation n'a pas changé la gamme générale des tailles des particules de l'air pendant ces intervalles. Le diamètre relatif des particules retombées pendant les divers traitements n'a pas été évalué.

(5) la majeure partie de l'augmentation de l'affaiblissement total provoqué par des aéro-ions a été reflétée par la composante physique d'affaiblissement. Le traitement par ions positifs n'a pas augmenté l'affaiblissement biologique exponentiel par rapport aux essais de contrôle. Cependant, en plus de l'augmentation de l'affaiblissement physique, les ions négatifs ont produit une augmentation significative d'affaiblissement biologique. Ces expériences prouvent que la décroissance des aérosols en fonction de l'interaction avec des ions de l'air peut être mise en évidence dans un simple test de contrôle de l'aérosol. L'importance de l'affaiblissement exponentiel accru dans les conditions indiquées dans ces essais était suffisante pour caractériser des ions de l'air comme paramètre de contrôle pertinent . Bien qu'on puisse dire que la majeure partie de l'augmentation observée de l'affaiblissement soit due à l'action physique des ions d'air, il y avait une évidence répétée que les ions négativement chargés, contrairement aux ions positivement chargés, sont responsables d'une part significative de mort biologique de l'aérosol.

REFERENCES

DAVIS, F.K., Jr. and SPEICHER, R.P. (1962): ''Natural ion levels in the city Of Philadelphia". Proc. IRt. Conf. OR Ionization of the Air. Am. IRst. Med. Climatology, Philadelphia, I : 1 16 (XI).

DAVID, T.A., MINEHART, J.R. and KORNBLUEH, I.H. (1960):''Polarized air as an adjunct in the treatment of burns''. Am. J. phys. Med., 39 : 111 113.

KORNBLUEH, I.H. (1958) ''Brief review of effects of artificial ionization of the air and ultraviolet radiation''. Int. J. Bioclim. Biometer., 2 : part 4, Section Coe.

KORNBLUEH, I.H., PIERSOL, G.M. and SPEICHER, F.P.: ''Relief from pollinosis in negatively ionized rooms''. Arn. J. phys. Med., 37 : 18 27.

KRUEGER,.A.P. (1962) ''Air ions and physiological function''. J. gen. Physiol., 45 : 233 241.

KRUEGER, A.P. and SMITH, R.F. (1957): Affect of air ions on isolated rabbit trachea".J.exp. Biol. Med., 96 : 807 809.

KRUEGER, A.P. and SMITH, R.F. (1958a): "Effect of gaseous ions on tracheal ciliary rate''. J. exp. Biol. Med., 98 : 412 414.

KRUEGER, A.P. and SMITH, R.F. (1958b): ''The effect of air ions on the living mammalian trachea'' J. gen. Physiol., 42 : 69 82.

KRUEGER, A.P. and SMITH, R.F. (1959: ''Parameters of gaseous ion effects on the mammalian trachea. A. Duration of effects. B. Minimal effective ion densities''. J. gen. Physiol., 42 : 959 969.

KRUEGER, A.P., SMITH, R.F. and GO, I.G. (1957): ''Action of air ions on bacteria''. J. gen. Physiol., 41 : 359 381.

KRUEGER, A.P., SMITH, R.F. and MILLER, J.W. (1959): ''Effects of air ions on trachea of primates''. Proc. Soc. exp. Biol. (N Y.), 101 : 506 507.

KRUEGER, A.P., SMITH, R.F., HILDEBRAND, G.J.. and MEYERS, C.E. 1959): ''Further studies of gaseous ion action on trachea''. Proc.Soc. exp. Biol. (N.Y.), 102 : 355 357.

McDERMOTT, W. (ed.) (1961): Conference on airborne infection''. Bact. Rev., 25:1 377.

RUHNKE, L.H. (1962) :''The change of the small ion density due to condensation nuclei and the relation to the extinction coefficient of light''. Proc.Int.Conf.on Ionization of the Air. Am. Inst. Med. Climatology, Philadelphia .

SLOTE, L. (1962) : ''An experimental evaluation of man's reaction to an ionized air envoronment . Proc. Int. Conf. on Ionization of Am. Inst. Med. Climatology, Philadelphia,II,1 22(Xv).

WHITBY, K.T. and McFARLAND, A.R. (1962): ''The decay of unipolar small ions and homogeneous aerosols in closed spaces and flow systems" . Proc. Int. Conf. on Ionization of the Air.Am.Inst.Med.Climatology . Philadelphia, 1 . 1 30 (VII).

WILSON, C.T.R. (1899) ''On the comparative efficiency as condensation nuclei of positively and negatively charged ions''. Phil. Trans.A., 193 : 289 308.

WORDEN, J.L. (1954) effects of air ion concentration and polarity onthe carbon dioxide capacity of mammalian blood plasma''. Fed. Proc., 13 : 557.

WORDEN, J.L. (1961) ''Proliferation of mammalian cells in ion controlled environment. J.Nat.Cancer Inst., 26 : 801 811.

WORDEN, J.L. and THOMPSON, J.R. (1956): ''Air ion concentration and the growth of cells in vitro''. Anat. Record, 124 : 500.

ABSTRACT

The effect of positively and negatively charged air ions on aerosols of SERRATIA MARCESCENS was evaluated by comparing rates of exponential bacterial decay. Ions of both polarities were responsible for significant increases in the mean exponential decay rates when compared with a non ionized ambient atmosphere. Negative ion atmospheres were shown to be slightly more active than positive ion atmospheres, which is probably due to a greater biological action of negative ions.

ZUSAMMENFASSUNG

Die Wirkung von positiven und negativen Luftionen auf SERRATIA MARCESCENS aerosole wurde untersucht. Im Vergleich zu nicht ionisierter Luft führte Luft mit positiven und negativen Ionen zu einem signifikanten Anstieg der exponentiellen Absterberate. Negativ ionisierte Luft war etwas wirksamer als positiv ionisierte Luft. Dies ist wahrscheinlich Ausdruck der sthärkeren biologischen Wirkung der negativen Ionen.

RESUME

Les effets d'une ionisation positive ou negative de l'air ont été étudiés sur la vitesse de décroissance d'activité bactérienne dans des aérosols de SERRATIA MARCESCENS. Comparées à des atmosphères non ionisées, les ions des deux polarités ont augmentécette vitesse, les ions négatifs s'avérant largement plus actifs que les ions positifs, ce qui semblerait traduire une plus forte activité biologique des ions négatifs.