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Procedura di sterilizzazione con ossido di etilene

I vantaggi della comprensione di una procedura di sterilizzazione con ossido di etilene (EO o EtO) sono multipli nel considerare le diverse opzioni di sterilizzazione. Una conoscenza della procedura può prevenire l’esecuzione di test del prodotto non necessari oppure può consentire di individuare le variazioni del prodotto stesso che possono essere necessarie prima di provare a sterilizzare mediante EO. Le informazioni che seguono, sebbene di natura generica, hanno lo scopo di fornire dettagli di base sulla procedura di sterilizzazione con ossido di etilene.

La procedura di sterilizzazione con EO viene impiegata dal settore sanitario per sterilizzare dispositivi medici sin dai primi anni ’40 (Griffith and Hall – 1940, 1943)1. Sebbene non sia controllata come le procedure odierne, l’anatomia della procedura stessa non rappresenta un cambiamento rispetto ai suoi primi progetti. È possibile attribuire questo mancato cambiamento alla natura del gas stesso.

Semplice ma efficace

Nella sua forma pura (100 percento), il vapore dell’ossido di etilene è infiammabile ed esplosivo quando gli è possibile miscelarsi a meno del 3 percento di aria per volume. Per utilizzare in tutta sicurezza il gas come sterilizzante industriale, la procedura è progettata mediante fasi di ciclo erogate in modo tale da non lasciare mai che la procedura stessa diventi una condizione non sicura. È possibile descrivere la procedura in una forma molto semplice come segue:

Utilizzando una camera ermetica, viene prelevato un vuoto iniziale per rimuovere l’aria e impedire che si verifichi una miscelazione non sicura all’iniezione di EO. Al completamento del vuoto, viene aggiunta umidità, di solito sotto forma di vapore, nella camera per sostituire l’umidità persa durante la fase di vuoto iniziale.

Successivamente, la sequenza prevede l’introduzione del gas ossido di etilene a una concentrazione predeterminata. La concentrazione è stata scelta per garantire l’erogazione di una procedura di sterilizzazione adeguata. Infine, dopo aver lasciato immergere il prodotto nell’EO per una quantità di tempo controllata e predeterminata, vengono eseguiti una serie di lavaggi per rimuovere l’EO dalla camera. Un lavaggio prevede l’aspirazione del vuoto seguita da una pressurizzazione con un gas inerte, di solito l’azoto. Le procedure di vuoto e pressurizzazione vengono ripetute per un numero predeterminato finché l’atmosfera della camera non sia inferiore al limite di infiammabilità del 3% per l’EO.

Una semplice procedura con EO in dettaglio

1. Precondizionamento ambientale

La maggior parte delle procedure di sterilizzazione con EO odierne iniziano con il condizionamento dei prodotti da sterilizzare all’esterno della camera di sterilizzazione. Il precondizionamento è di solito eseguito in una camera appositamente progettata per riscaldare e umidificare i prodotti ad una temperatura e umidità interna stabili prima di essere immessi nella camera. In tal modo viene garantita la riproducibilità della procedura di sterilizzazione, indipendentemente dagli influssi esterni, come ad esempio le frequenti variazioni climatiche.

Cosa tenere in considerazione:
  • È importante ricordare la necessità di scaldare e umidificare il prodotto per un periodo compreso tra le 12 e le 72 ore. Devono essere prese in considerazione l’integrità degli imballaggi e la loro capacità di tollerare le condizioni di precondizionamento di 118°F (47°C) nominali e di un’umidità relativa pari al 65 percento. Particolare enfasi dovrebbe essere posta sulla resistenza e la stabilità del corrugato nel tempo nell’ambiente gravoso.
  • Al completamento del precondizionamento, i prodotti vengono posti in una camera riscaldata progettata per resistere alle pressioni estreme realizzate durante l’erogazione della procedura di sterilizzazione.

2. Evacuazione iniziale

Ai fini di un’erogazione sicura completa della procedura con ossido di etilene, è necessario rimuovere il 97 percento di aria dalla camera. Oggi, i due metodi più comuni per soddisfare questo requisito sono (1) esercitare una profonda aspirazione oppure (2) eseguire una serie di vuoti parziali seguita da una serie di iniezioni di azoto. Questa combinazione, quando ripetuta adeguatamente, consentirà di rimuovere l’aria, consentendo un’esecuzione sicura della procedura.

Cosa tenere in considerazione:
  • La velocità di vuoto iniziale è progettata e controllata in base al prodotto e alla sua capacità di resistere alle variazioni di pressione. La velocità di evacuazione viene scelta per garantire la conservazione dell’integrità dell’imballaggio, consentendo all’aria presente all’interno dell’imballaggio di fuoriuscire senza distruggere l’integrità della tenuta. In tal modo verrà garantita la conservazione delle proprietà della barriera sterile dell’imballaggio, proteggendo infine la sterilità del prodotto al completamento della procedura.
  • La quantità di pressione negativa (vuoto) progettata nella procedura dipende dalla sensibilità alla pressione del prodotto. Alcuni dispositivi e/o componenti non sono progettati per resistere a vuoti profondi e/o a pressioni elevate. Sottoponendoli a pressioni elevate necessarie all’erogazione di un vuoto profondo o una procedura completa con EO comporterà lo scoppio dell’imballaggio e danni ai prodotti.
  • Per quei prodotti sensibili alla pressione, viene utilizzato il ciclo breve con vuoto basso o azoto per il trattamento. Durante il ciclo breve con azoto, viene generato un vuoto iniziale basso seguito da un’iniezione di azoto. La combinazione del vuoto e dell’iniezione di azoto si chiama lavaggio con azoto. Questa procedura viene ripetuta diverse volte (diversi lavaggi con azoto) per garantire una rimozione adeguata dell’aria dal serbatoio.
  • Sebbene meno esigente in merito all’integrità della tenuta dell’imballaggio, il ciclo breve con azoto è il meno desiderabile rispetto al processo con EO al 100%. Eseguendo i lavaggi supplementari, necessari per motivi di sicurezza, viene aggiunto tempo supplementare alla procedura totale. Ciò determina un ritardo nel rilascio del prodotto e, quando si utilizza un servizio di sterilizzazione a contratto, determina un costo aggiuntivo basato sul tempo di sterilizzazione effettivo.

3. Umidificazione

L’inattivazione totale dei microrganismi con ossido di etilene è ottenuta quando sono soddisfatte le condizioni di sterilizzazione all’interno della camera. I quattro elementi attivi necessari per una procedura eseguita correttamente sono:

  • Calore
  • Umidità
  • Concentrazione di gas
  • Tempo

Durante la fase di precondizionamento precedente, calore e umidità sono stati aggiunti al prodotto ad una condizione predeterminata o stabile. Quando viene eseguita la fase di evacuazione iniziale della procedura, il prodotto può perdere una notevole quantità di umidità. Questa umidità deve essere ripristinata prima di introdurre l’ossido di etilene. Tale risultato si ottiene aggiungendo umidità sotto forma di iniezioni di vapore. Viene calcolata la quantità di vapore richiesta affinché venga prodotta una predeterminata umidità relativa3. Dopo l’aggiunta del vapore, il prodotto è lasciato in sosta o in immersione per la quantità di tempo necessario per ripristinare l’umidità persa dalla fase di evacuazione.

Cosa tenere in considerazione:
  • La fase di umidificazione della procedura può sottoporre il prodotto a livelli elevati di umidità e calore. Si deve prestare attenzione nella scelta dell’imballaggio, al fine di assicurare che la resistenza del corrugato sia adeguata a sopportare il processo.
  • I livelli di umidità sono determinati dal responsabile della progettazione della procedura in modo tale da garantire un contenuto di umidità adeguato nel prodotto per scopi di sterilizzazione. Viene esercitata la massima cura per evitare il surriscaldamento durante l’iniezione di vapore. È estremamente importante identificare eventuali limiti di temperatura prima della progettazione iniziale della procedura. Se necessario, il tecnico incaricato della progettazione può adattare i parametri del ciclo di procedure esistenti per compensare la sensibilità del prodotto al calore. Tale adattamento può comportare un aumento del tempo necessario per l’intera procedura.

4. Iniezioni di gas e relativo tempo di sosta

Dopo la fase di umidificazione, l’ossido di etilene liquido viene prima riscaldato e portato in fase gassosa, quindi iniettato nella camera. La quantità di gas o concentrazione di gas3 dipende da due fattori principali tenuti in considerazione durante la progettazione del ciclo.

Il fattore più importante è assicurare che sia raggiunta la concentrazione minima di gas richiesta per ottenere la sterilità nel prodotto. Questa concentrazione minima deve essere bilanciata con il secondo fattore, ovvero la quantità massima di gas che può essere iniettata prima che subentrino difficoltà a causa di livelli elevati di residui di EO post-sterilizzazione.

Dopo l’iniezione del gas, viene eseguita la fase di esposizione della procedura. In tale fase, il prodotto viene esposto a calore, umidità relativa e gas per un periodo di tempo predeterminato. Come regola generale, più è difficile il prodotto da sterilizzare, maggiore sarà il tempo di esposizione. La durata dell’esposizione è determinata dal tecnico incaricato della progettazione della procedura, dopo un’attenta analisi di prodotto, configurazione del carico e livello desiderato di sterilità. Potrebbero essere necessari esperimenti preliminari di laboratorio prima dell’esecuzione della convalida.

Cosa tenere in considerazione:
  • Il tempo impiegato per la fase di esposizione del processo è dettato dalla capacità del gas di penetrare o immergersi in tutte le aree del prodotto che devono essere sterili. Un’attenta considerazione del metodo di sterilizzazione durante la progettazione del prodotto, in ultima analisi, determinerà una procedura di sterilizzazione ottimizzata, che consentirà di risparmiare tempo e ridurre i costi del trattamento.

5. Eliminazione del gas e immissione aria post-esposizione

Dopo la fase di esposizione della procedura, tutto il gas deve essere rimosso dalla camera finché i livelli di EO non scendono al di sotto del limite di infiammabilità per il gas (3 per cento o 30.000 ppm). Ciò viene raggiunto mediante una serie di post-vuoti, ciascuno seguito da un riempimento di azoto (lavaggio).

Il ricercatore che ha definito la procedura seleziona una pressione massima operativa per garantire che i prodotti, che possono essersi ammorbiditi durante la fase di esposizione della procedura, non verranno danneggiati. Un ampio numero di lavaggi viene eseguito per ridurre i residui del prodotto e facilitare una manipolazione sicura del prodotto dopo il trattamento.

Cosa tenere in considerazione:
  • I lavaggi post-esposizione sono molto simili ai lavaggi eseguiti durante l’evacuazione iniziale per cicli brevi all’azoto con basso vuoto. Tuttavia, nel caso di trattamenti con EO al 100%, la procedura risulta simile ma vengono utilizzati vuoti più alti.

6. Aerazione riscaldata

Per ridurre il tempo di permanenza nel serbatoio, i prodotti, dopo la sterilizzazione, vengono posti in una stanza riscaldata per rimuovere ulteriormente i gas residui. Le stanze vengono mantenute ad elevate temperature e i residui degassati vengono continuamente rimossi dalla stanza e spazzolati via. Le stanze di areazione aiutano a contenere eventuale EO presente nell’aria e a ridurre continuamente i residui contenuti nel prodotto. Dopo l’areazione, il carico viene spostato nel magazzino per essere conservato fino al rilascio.

Cosa tenere in considerazione:
  • Il tempo di aerazione aggiuntivo e il calore accelerano il processo di degassificazione. La quantità di tempo necessaria per pulire i prodotti dipende dalla composizione materiale del prodotto stesso e dall’uso previsto del dispositivo (contatto con il sangue, contatto con le membrane mucose, topico, ecc.) Nuove linee guida verranno pubblicate dall’AAMI (Association for the Advancement of Medical Instrumentation), con lo scopo di fornire una guida ulteriore per lo standard ISO 10993-74 attualmente in uso negli Stati Uniti e sui mercati internazionali.

Riferimenti bibliografici

  1. Griffith and Hall, L.A. 1940, Sterilization Process. US Patent No. 2, 189,947. Griffith and Hall, L.A. 1943, Sterilization Process, US Patent No. re. 22,284
  2. 1984 Flammability Data on EO-N2-Air Mixtures at 1 Atmosphere, Danbury, CT, Union Carbide, 1984
  3. AAMI TIR No. 15 – 1997. Ethylene Oxide Sterilization Equipment, Process Considerations, and Pertinent Calculations
  4. ISO 10993-7, Biological evaluation of medical devices – Part 7: Ethylene oxide sterilization residuals, International Organization of Standardization, 2008