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Zu berücksichtigende Variablen zur Sicherstellung der Effektivität des Sterilisationsprozesses

Idealerweise sollten Produktbeladungen für die Ethylenoxidsterilisation homogen sein, das gesamte nutzbare Volumen der Sterilisationsanlage ausnutzen und zu Beginn des Prozesses über dieselben Umgebungsbedingungen verfügen. Während des Verfahrens sollte der Anstieg der Beladungstemperatur vorhersehbar und der Gasbedarf wiederholbar sein. Jede Palette der Beladung sollte den Gasen in vorhersehbarer Geschwindigkeit ausgesetzt werden und eine Durchdringung jedes zu sterilisierenden Bereichs mit derselben Gaskonzentration könnte erreicht werden.

Auch wenn diese idealen Bedingungen, die oben beschrieben werden, wünschenswert sind, treten sie jedoch selten ein. Hersteller medizinischer Produkte produzieren selten nur eine Geräte- oder Produktfamilie, wodurch eine einheitliche Beladung erschwert wird. Häufig produzieren Hersteller eine Vielzahl von Produkten – von sehr einfachen Komponenten aus nur einem Material bis hin zu sehr komplexen Produkten, die verschiedene Materialien enthalten und die in unterschiedlichen Beuteln, Kisten oder Trays verpackt sind. Beladungen, die mit Ethylenoxid sterilisiert werden, beinhalten normalerweise eine Mischung aus Produkten mit unterschiedlichen Dichten, Volumina und Materialien. Um sicherzustellen, dass das Verfahren jedes Mal effektiv ist, muss die Zusammenstellung der Produkte, die für die Prozessvalidierung ausgewählt werden, sorgfältig durchdacht sein.

In ANSI/AAMI/ISO 11135-1:2007 wird eine variierende Beladungskonfiguration in Abschnitt C.9.4 wie folgt thematisiert:

„Wenn eine variierende Beladung validiert werden soll, muss dazu die ungünstigste Referenzbeladung definiert werden. Die definierte ungünstigste Referenzbeladung besteht zum Beispiel aus medizinischen Produkten mit unterschiedlichen Lumina und Längen, mit unterschiedlichen Materialien und Verpackungen sowie mit unterschiedlicher physikalischer Masse, weshalb der Sterilisationsprozess eine Herausforderung darstellt. Dementsprechend muss eine Evaluierung aller relevanten Faktoren in Betracht gezogen werden. Dazu gehören unter anderem:

  1. Ethylenoxidabsorptionsvermögen;
  2. Verworrene Wege;
  3. Thermodynamische Profile.“

Für den Sterilisationsexperten sind die Auswirkung des Ethylenoxidabsorptionsvermögens und die mögliche Depletion der Verfahrensgase während der Expositionsphase des Sterilisationsverfahrens die am schwierigsten zu bestimmenden Faktoren. Verworrene Wege und thermodynamische Profile können mittels physikalischer Untersuchung des Produkts bzw. physikalischer Messung während des Validierungsverfahrens ermittelt werden. Leider gibt es nur wenige Hilfestellungen zum Thema Materialabsorptionsgeschwindigkeit und der Branche steht bis dato keine Messausrüstung zur analytischen Messung dieser Geschwindigkeit zur Verfügung.

In der Vergangenheit wurde das Absorptionsvermögen mithilfe der Beladungsdichte bestimmt. Es wird davon ausgegangen, dass eine dichtere Beladung eine größere Menge an Ethylenoxid absorbiert als eine Beladung mit weniger dichten Materialien. Zusätzlich dazu ist, zumindest in den meisten Fällen, eine dichtere Beladung schwieriger aufzuwärmen als eine weniger dichte Beladung. Deshalb wird davon ausgegangen, dass für eine dichtere Beladung generell ungünstigere Sterilisationsbedingungen herrschen. Diese Entscheidungen müssen vom Sterilisationsexperten bei der Entwicklung eines Programms zur Prozessvalidierung getroffen werden.

Wenn in einer Sterilisationsbeladung Produkte mit unterschiedlichen Dichten vorliegen, muss umsichtig vorgegangen werden, um sicherzustellen, dass die Produkte mit höherer Dichte die zur Verfügung stehenden Gase nicht so schnell absorbieren, dass für die Produkte mit geringerer Dichte nicht mehr ausreichend Zeit/Gaskonzentration zur Verfügung steht, um die gewünschte Verfahrensletalität zu erreichen.

Glücklicherweise wurden die Steuerungssysteme moderner Sterilisationsgeräte so entwickelt, dass die Auswirkungen nicht einheitlicher und variierender Produktbeladungen minimiert werden. In den meisten Sterilisationsanlagen kommen Steuerungssysteme zum Einsatz, um die Zielkonzentration während der Expositionsphase aufrechtzuerhalten. Wenn Gas vom Material absorbiert wird, sinkt die Konzentration von Ethylenoxid im oberen Bereich der Kammer und der Druck im Behälter fällt ab. Dieser abnehmende Druck wird erkannt und zusätzliches Ethylenoxid wird eingeleitet, um das absorbierte Gas auszugleichen und die Zielkonzentration für das Verfahren aufrechtzuerhalten. So kann ein zuverlässiges und wiederholbares Verfahren sichergestellt werden.

Es gibt Systeme in der Branche, die während der Expositionsphase keinen Gasausgleich durchführen. Dies ist unterschiedlichen Gründen geschuldet: beispielsweise den Bedenken hinsichtlich der Entflammbarkeit oder der Einhaltung regulatorischer Vorschriften auf Kommunal-, Landes- oder Bundesebene. In diesem Fall wird Ethylenoxid während der Einleitungsphase des Prozesses eingeleitet. Ein Ausgleich findet dann ggf. mit Stickstoff oder einem anderen Inertgas statt. Die Konzentration im oberen Bereich der Kammer ist nach Abschluss der Ethylenoxideinleitung am höchsten und nimmt mit der zunehmenden Absorption des Gases durch die Produkte während der Expositionsphase ab.

Während der Auswahl der Referenzbeladung für diese Art des Prozesses muss besonders darauf geachtet werden, dass eine Beladungsmischung ausgewählt wird, die besonders ungünstig ist. Wenn die Konzentration im oberen Bereich der Kammer nicht konstant gehalten wird, dann muss die Geschwindigkeit, mit der das Ethylenoxid von jeder Palette der Beladung absorbiert wird, verstanden werden und es muss sichergestellt werden, dass die Zielkonzentration an allen Teilen der Beladung erzielt wird, um die gewünschte Zielletalität zu erreichen.

Eine Methode, um sicherzustellen, dass die Beladung so ungünstig wie möglich ist, ist die Auswahl einer Referenzbeladung, die die maximale Dichte darstellt, welche während einer routinemäßigen Sterilisation möglich ist, sowie die Auswahl einer Referenzbeladung, die die minimale Dichte darstellt, welche während einer routinemäßigen Sterilisation möglich ist. So sind alle möglichen Dichten abgedeckt, die während der routinemäßigen Produktion sterilisiert werden.

Literaturangaben:

ANSI/AAMI/ISO 10993-7:2008/(R) 2012, Biologische Beurteilung von Medizinprodukten – Teil 7: Ethylenoxid- Sterilisationsrückstände