Metodi di sterilizzazione Introduzione I principali metodi di

Metodi di sterilizzazione

Introduzione I principali metodi di sterilizzazione sono di tre tipi: - sterilizzazione a vapore in autoclave; - sterilizzazione per irraggiamento: con sorgenti di raggi gamma; con elettroni accelerati o sorgenti di raggi beta; - sterilizzazione con metodi chimici: con ossido di etilene. Metodi di sterilizzazione 2

Normative Riassunto delle norme importanti per la sterilizzazione di dispositivi medici (lista completa: http: //www. adiph. org/afs/Normes. Ster. html) SN EN 285 SN EN 550 Sterilizzazione - Sterilizzazione a vapore - Grossi sterilizzatori Sterilizzazione di strumenti medici - Procedure per la validazione ed il controllo di routine della sterilizzazione mediante ossido di etilene SN EN 552 Sterilizzazione di strumenti medici - Procedure per la validazione ed il controllo di routine della sterilizzazione mediante irradiazione SN EN 554 Sterilizzazione di strumenti medici - Procedure per la validazione ed il controllo di routine della sterilizzazione mediante vapore SN EN 556 Sterilizzazione di strumenti medici - Esigenze di sterilità per i strumenti medici etichettati come "sterili“ SN EN 866 -1 Sistemi biologici per testare gli sterilizzatori e le procedure di sterilizzazione - Parte 1: Esigenze generali SN EN 866 -2 - 866 -8 Sistemi biologici per testare gli sterilizzatori e le procedure di sterilizzazione - Parte 2 -8: Esigenze SN EN 867 -1 - 867 -3 Sistemi non biologici per testare gli sterilizzatori SN EN 868 -1 - 868 -10 Materiali di imballaggio per la sterilizzazione di strumenti medici ISO 14937 Sterilization of medical devices - General requirements for characterization of sterilizing agent and the development, validation and routine control of a sterilization process Metodi di sterilizzazione 3

Autoclave a vapore (1) La sterilizzazione a vapore in autoclave è limitata a materiali che non subiscono alterazioni dovute all’alta temperatura del processo; inoltre gli impianti non possono essere di grandi dimensioni. Quindi essa occupa una ristretta parte del mercato. Materiali sterilizzati Metalli, vetri, ceramici. Come avviene L’autoclave di laboratorio è una caldaia all’interno della quale si produce vapore sotto pressione per raggiungere alte temperature. L'autoclave è costituita da un contenitore in acciaio, dotato di un portello che può essere chiuso ermeticamente dall'esterno. Metodi di sterilizzazione 4

Autoclave a vapore (2) Fasi fondamentali del ciclo Il ciclo di sterilizzazione si svolge in 5 fasi principali: 1) formazione del vuoto massimo all'interno della camera, per togliere inizialmente la maggior quantità possibile di aria (ciò avviene attraverso una pompa speciale); 2) iniezione di vapore in pressione all'interno della camera per sostituire il vapore all'aria sino al raggiungimento della pressione e temperatura previste per il ciclo prescelto; 3) mantenimento della temperatura al valore prefissato per un tempo specifico (solitamente 134° C per 7 minuti); 4) espulsione e vuoto massimo all'interno della camera per espellere tutto il vapore e per raffreddare il materiale; 5) bilanciamento barico (iniezione di aria dall'esterno, attraverso un filtro assoluto) per ripristinare la pressione atmosferica e permettere l'apertura della porta. Metodi di sterilizzazione 5

Autoclave a vapore (3) Tecniche Sono applicate due tecniche di sterilizzazione a mezzo del calore: Ø calore secco: si effettua operando a circa 180 °C. Data la limitata conducibilità termica dell'aria, l'equilibrio termico del materiale da sterilizzare viene raggiunto (per convezione) dopo un certo tempo. Per facilitare il processo si utilizzano sistemi di ventilazione ad aria forzata, curando di non riempire troppo la stufa per facilitare la circolazione dell'aria. Ø calore umido: si effettua in autoclave. In questa apparecchiatura si adopera vapor acqueo che presenta il vantaggio di un'alta capacità termica unita alla facilità di penetrazione tra le fibre dei tessuti e nei corpi porosi. Vantaggi Elimina tutti i batteri e virus. Svantaggi La sterilizzazione con vapore vivo non è attuabile per molti polimeri in quanto le temperature elevate che si raggiungono nel corso del trattamento (circa 135 °C) possono portare a variazioni dimensionali dei manufatti nonché ad una elevata degradazione termica. Metodi di sterilizzazione 6

Metodo a irraggiamento (1) Le sterilizzazioni con radiazioni impiegano normalmente i raggi β e i raggi γ. I microrganismi che maggiormente resistono a questo tipo di sterilizzazione sono i batteri grampositivi e i produttori di pigmenti. Per i virus occorrono dosi elevate. L'efficacia di questo tipo di sterilizzazione può essere alterata dall'essiccamento, dalla presenza di sostanze proteiche con acidi solforati e dalla densità dei microrganismi. Materiali sterilizzati Polimeri Tecniche Ø Raggi gamma: sono radiazioni elettromagnetiche battericide e penetranti prodotte dal decadimento di nuclei radioattivi (60 Co aventi energia media pari a 1. 25 Mev, o 137 Cs). Il sistema di sterilizzazione mediante sorgenti isotopiche consiste principalmente di una cella blindata, eventualmente climatizzata, di volume compreso tra qualche decina e qualche centinaio di metri cubi, al centro della quale si trovano le sorgenti di radiazione, inserite in una rastrelliera metallica. La sorgente radioattiva è sempre presente nel sistema e deve essere periodicamente sostituita. Metodi di sterilizzazione 7

Metodo a irraggiamento (2) Vantaggi permette di trattare alcuni polimeri; l’elevata penetrazione dei raggi gamma permette il trattamento di spessori elevati di materiale e permette di raggiungere tutta la superficie; Svantaggi le radiazionizzanti provocano mutazioni, con formazione di radicali liberi; In molti casi la sterilizzazione a raggi gamma di protesi con UHMWPE causa rottura delle catene polimeriche con formazione di radicali liberi. In presenza di ossigeno si verifica una degradazione ossidativa progressiva del polietilene nel tempo; il tasso di ossidazione può variare (es. la quantità di ossigeno all’interno della confezione durante e dopo la sterilizzazione). Con il tempo l’ossidazione può portare ad un’alterazione delle proprietà meccaniche della protesi; l’omogeneità e la ripetibilità delle dosi sono difficili da ottenere a causa della non uniforme distribuzione del materiale all’interno delle scatole; la dose non è prevedibile a priori perché dipende da tutto il carico presente nella cella; ciò implica che a volte si hanno sovradosi che danneggiano il materiale; la durata dell’irraggiamento è molto lunga (alcune ore) per cui i fenomeni ossidativi sono maggiori rispetto ad un trattamento più breve. Metodi di sterilizzazione 8

Struttura per la sterilizzazione con raggi gamma Metodi di sterilizzazione 9

Metodo a irraggiamento (3) Ø Raggi beta o acceleratori di elettroni: prodotti da acceleratori di elettroni, non sono di natura elettromagnetica, ma elettroni accelerati ad alta velocità. E’ costituito da un fascio di elettroni ad alta energia, sparati da un cannone elettronico. La tecnologia è la stessa del tubo catodico nel televisore, anche se molto più potente. Gli elettroni possono penetrare nei prodotti solo per pochi centimetri, perciò i prodotti da trattare devono essere esposti in strati sottili. Una sottile schermatura metallica è sufficiente ad impedire che gli elettroni fuoriescano dalla camera di trattamento. Quando la sorgente di elettroni non viene usata, è sufficiente togliere la corrente per inattivarla. Vantaggi non c'è presenza di materiale radioattivo; permettono il raggiungimento dell'intera superficie del dispositivo; tempi di irraggiamento più brevi: minimizzare i processi di ossidazione profonda responsabili delle degradazione del polimero. Svantaggi meno penetranti dei raggi gamma perché deviati facilmente dagli atomi urtati. Metodi di sterilizzazione 10

Metodi chimici Materiali termolabili (PVC, polietilene, gomme…), non sterilizzabili con vapore. Tecniche: La distinzione tra la capacità di un composto di determinare la morte o l'inibizione della crescita di microrganismi è spesso arbitraria, in quanto lo stesso composto può essere letale ad alte concentrazioni, mentre, a basse concentrazioni, può limitarsi ad avere effetto inibente. Per essere efficace, un agente inibente la crescita deve essere costantemente presente, poiché se viene rimosso o neutralizzato, il microrganismo che ne subisce l'azione potrebbe, se le condizioni sono favorevoli, ricominciare a crescere. Sono utilizzati: Ø ossido di etilene: infiammabile, può formare miscele esplosive con l'aria e quindi viene utilizzato unitamente ad anidride carbonica o con idrocarburi cloro-fluorurati; Ø formaldeide: è un gas irritante, tossico e poco penetrante e quindi utilizzabile solo come disinfettante di superficie; Ø ozono: adatto per sterilizzare materiali chirurgici e per medicazione, è tuttavia poco usato in quanto essendo fortemente ossidante, comporta l'alterazione di molti materiali con cui viene in contatto; Ø a gas plasma: H 2 O 2 ( perossido di idrogeno), come gas plasma non nocivo. Metodi di sterilizzazione 11

Metodi chimici: ETO (1) Ossido di etilene ETO C 2 H 4 O Gas, solubile in acqua e solventi, infiammabile in aria. Reazione: 2 CH 2=CH 2 + O 2 ---> 2 C 2 H 4 O Fattori che influenzano l'azione: concentrazione: es 150 mg/l a 1 bar temperatura (40 -60°C) umidità (40 -70 RH%) durata esposizione (3 -4 ore) Vantaggi come le radiazionizzanti, può essere utilizzato per sigillati nel loro contenitore definitivo permeabile al gas). (se prodotti Svantaggi NO su PVC, polveri termolabili; l’ETO è un gas tossico, quindi gli impianti di sterilizzazione devono essere collegati a sistemi per smaltirlo. L’ETO è in grado di provocare manifestazioni irritative e allergiche, effetti neurotossici ed emolitici. È classificata come sostanza con "sufficiente evidenza" di cancerogenicità per l’animale e "limitata" per l’uomo; l’ETO è infiammabile ed esplosivo perciò è diluito con gas inerti quali CO 2 o Freon anche loro dannosi a livello ambientale; Il gas viene a contatto con gli oggetti da sterilizzare che quindi sono sottoposti dopo la sterilizzazione a periodi di decontaminazione, allungando i tempi ed i costi del processo. Metodi di sterilizzazione 12

Metodi chimici: ETO (2) Metodi di sterilizzazione 13

Metodi chimici: ETO (3) Le Autoclavi sterilizzatrici funzionano in maniera completamente automatica, mantenendo entro le soglie prestabilite i valori delle variabili di processo; tutti i dati sono registrati ed è possibile stamparli o archiviarli su disco rigido o su floppy disk. Metodi di sterilizzazione 14

Metodi chimici: altri Folmaldeide Gas o liquido (paraformaldeide), solubile in acqua (40% in acqua = formalina) Vantaggi Spettro d'azione- tutti i microrganismi Svantaggi NO per Polietilene e vernici sintetiche - materiale poroso ostacolo alla penetrazione tempi lunghi Aldeide glutarica Liquido solubile in acqua, alcooli. Svantaggi Scarsa penetrazione, ottimale per superfici. Metodi di sterilizzazione 15

Metodi chimici: a gas plasma (1) Inventato dalla Advanced Products, Divisione Ethicon, negli Stati Uniti e introdotta in Europa nel 1992. Plasma Il plasma è un gas ionizzato composto da ioni, elettroni e particelle neutre. In contrasto ai gas ordinari, i plasmi sono elettricamente conduttivi a causa della presenza di portatori di carica liberi. Infatti i plasmi possono raggiungere conduttività elettriche maggiori di quelle dei metalli a temperatura ambiente. Esso può essere prodotto esponendo la materia allo stato gassoso ad un forte campo elettrico o magnetico in grado di strappare elettroni agli atomi del gas. Come avviene L’autoclave per il suo funzionamento si avvale di una centrale termica, che fornisce vapore compresso alla pressione più o meno costante di 2, 5 bar. Si introduce H 2 O 2 ( perossido di idrogeno) sotto forma di gas e di gas plasma. Nella prima fase del processo si esplica la potente azione ossidante del perossido di idrogeno allo stato gassoso, attivo su molte forme batteriche. Il gas plasma, viene prodotto nella seconda fase, sottoponendo il perossido di idrogeno in soluzione acquosa al 58%, a bassa temperatura (45°C). Il gas plasma, così ottenuto, in presenza di raggi ultravioletti, da origine a sostanze con potere altamente letale sui microrganismi. Metodi di sterilizzazione 16

Metodi chimici: a gas plasma (2) Fig 1. Dischetto di alluminio prima della sterilizzazione al plasma Fig 2. Dischetto dopo la sterilizzazione al plasma Vantaggi scarsa nocività per l’operatore che deve avere cura nel maneggiare i materiali all’estrazione; pieno rispetto dell’ambiente; durata di sterilità interna di circa tre mesi per il materiale conservato in modo integro e in un posto asciutto. Svantaggi rispetto ad una autoclave di tipo classico lo spazio della camera è troppo piccolo e di conseguenza bisogna effettuare più di un ciclo di sterilizzazione; non sterilizza liquidi e polveri, cotone e carta, strumenti e apparecchi che non sopportano una messa sotto vuoto, strumenti provvisti di un'ottica chiusa ad un'estremità; solo superficiale, è limitato a profondità dell'ordine di una decina di nanometri. Metodi di sterilizzazione 17

Riassumendo Le principali tecniche vengono usate nella sterilizzazione delle protesi sono le seguenti(escludiamo quella a vapore che di fatto non viene usata su di esse): Metodo Et. O Raggi gamma Raggi beta Modalità d’azione Reazione chimica Interazione materia fotoni Interazione materia elettroni Profondità d’azione Solo in superficie In superficie e in variabile profondità In superficie e per 5 cm di profondità Effetti su UHMWPE Nessuno Reazione di ossidazione in presenza di ossigeno: degradazione UHMWPE Proprietà di UHMWPE dopo la sterilizzazione Non variano le proprietà Variazione più o meno accentuata delle proprietà chimiche, fisiche e meccaniche, non prevedibili a priori Inconvenienti Necessità di controllare umidità, temperatura a vuoto; Residuo massimo di Et. O 2 ppm Dopo la sterilizzazione permangono sulla superficie radicali che continuano la degradazione; Controllo del processo mediante prove biologiche _ Vantaggi Costo Controllo della dose minima assorbita, ma non dell’efficacia del processo _ Confrontabili Metodi di sterilizzazione 18