Microbiologia Médica II: Esterilização, Diagnóstico Laboratorial e Resposta Imune

De Merim Kumars, Gerald Dunders e Nikolas Morein

Esterilização refere-se a qualquer processo que elimine, mate ou desative todas as formas de vida (em particular, se refere a microrganismos como fungos, bactérias, vírus, esporos, organismos eucarióticos unicelulares como Plasmodium, etc.) e outros agentes biológicos, como príons, presentes em uma superfície, objeto ou fluido específico. A apresentação clínica de uma doença infecciosa reflete a interação entre o hospedeiro e o microorganismo. O diagnóstico laboratorial requer um conjunto de informações, incluindo histórico, exame físico, achados radiográficos e dados laboratoriais. Uma resposta imune é uma reação que ocorre dentro de um organismo com a finalidade de se defender contra invasores. Esses invasores incluem uma grande variedade de microrganismos diferentes, incluindo vírus, bactérias, parasitas e fungos que podem causar sérios problemas à saúde do organismo hospedeiro, se não forem eliminados do organismo. Conteúdo deste livro: Esterilização, Esterilização por calor úmido, Nível de garantia de esterilidade, Tyndallization, Esterilização por calor seco, Asepsia, Anti-séptico, Lista de instrumentos utilizados na esterilização e desinfecção microbiológica, Resistência antimicrobiana, Resistência múltipla a medicamentos, Precauções baseadas na transmissão, Princípios de diagnóstico, Diagnóstico laboratorial de infecções virais, In vitro, Extrapolação in vitro para in vivo, Microscopia, Diagnóstico molecular, Patogenômica nuclear teste ácido, sorologia, anticorpo, instrumentos utilizados em microbiologia, microbiologia por impedância, isolamento, análise bacteriológica da água, ensaio, Isolamento, Análise bacteriológica da água, Ensaio, Isolamento, Análise bacteriológica da água, Ensaio, Immunoassay, Antígeno, Anticorpo microarray, microarray Interação antígeno-anticorpo, Sistema imunológico, Resposta imune, Resposta policlonal das células B, Sistema imunológico inato, Sistema imunológico adaptativo, Tolerância imune, Célula linfóide inata, Imunoestimulante, Co-estimulação, Inflamação
Authors: Merim Kumars, Gerald Dunders, Nikolas Morein

• Idioma: Português
• Editora: Cambridge Stanford Books
• Data de lançamento: 24 de set. de 2020
• ISBN: 9781005609672

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Esterilização

Esterilização refere-se a qualquer método que elimina, mata ou desativa todas as formas de vida (em particular referindo-se a microorganismos conforme ilustrado por fungos, bactérias, vírus, esporos, organismos eucarióticos unicelulares conforme ilustrado por Plasmodium, etc.) e outros agentes biológicos como príons presentes em uma superfície, objeto ou fluido específico, como alimentos ou meios de cultivo biológicos. A esterilização pode ser realizada por vários meios, incluindo calor, produtos químicos, irradiação, alta pressão e filtração. A esterilização é diferente da desinfecção, sanitização e pasteurização, pois esses métodos reduzem em vez de eliminar todas as formas de vida e agentes biológicos presentes. Após a esterilização, um objeto é referido como estéril ou asséptico.

Formulários

Alimentos

Um dos primeiros passos para a esterilização modernizada foi dado por Nicolas Appert, que descobriu que a aplicação completa de calor durante um período adequado retardava a decomposição de alimentos e vários líquidos, preservando-os para consumo seguro por mais tempo do que o normal. O enlatamento de alimentos é uma extensão do mesmo princípio e tem ajudado a reduzir as doenças transmitidas por alimentos (intoxicação alimentar). Outros métodos de esterilização de alimentos incluem irradiação de alimentos e alta pressão (pascalização). A esterilização em alimentos é uma das maiores etapas para garantir a conservação dos alimentos na indústria de alimentos. Existem muitas técnicas usadas para auxiliar este método. Um desses processos seria o tratamento térmico.O tratamento térmico cessa a atividade bacteriana e enzimática, o que leva à diminuição das chances de alimentos de baixa qualidade, mantendo a vida dos alimentos não perecíveis. Um tipo específico de tratamento térmico usado seria a esterilização UHT (Ultra-High Temperature). Este tipo de tratamento térmico se concentra na esterilização acima de 100 graus Celsius. Dois outros tipos de esterilização são a esterilização por calor úmido e seco. Durante a esterilização por calor úmido, as temperaturas utilizadas variam de 110 a 130 graus Celsius. O tempo mínimo em que a esterilização ocorreria com calor úmido seria de 20 minutos e 40 minutos sendo o máximo. Scilicet, quanto maior o calor, o tempo de esterilização diminui.O uso da esterilização por calor seco utiliza tempos mais longos de suscetibilidade, que podem durar até 2 horas e que utilizam temperaturas muito mais altas do que a esterilização por calor úmido. Essas temperaturas podem variar de 160 a 180 graus Celsius.

Medicina e cirurgia

Em geral, os instrumentos cirúrgicos e medicamentos que entram em uma parte já asséptica do corpo (como a corrente sanguínea ou penetram na pele) devem ser estéreis. Exemplos de tais instrumentos incluem bisturis, agulhas hipodérmicas e marcapassos artificiais. Além disso, isso é essencial na fabricação de medicamentos parenterais.

A preparação de medicamentos injetáveis ​​e soluções intravenosas para a terapia de reposição de fluidos requer não apenas esterilidade, mas também recipientes bem projetados para evitar a entrada de agentes adventícios após a esterilização inicial do produto.

A maioria dos dispositivos médicos e cirúrgicos usados ​​em instalações de saúde é feita de materiais que podem ser esterilizados a vapor. Mesmo assim, desde 1950, houve um aumento nos dispositivos e instrumentos médicos feitos de materiais (por exemplo, plásticos) que requerem esterilização a baixa temperatura. O gás de óxido de etileno tem sido usado desde 1950 para dispositivos médicos sensíveis ao calor e à umidade. Nos últimos 15 anos, uma série de novos sistemas de esterilização de baixa temperatura (por exemplo, peróxido de hidrogênio vaporizado, imersão de ácido peracético, ozônio) foram desenvolvidos e estão sendo usados ​​para esterilizar dispositivos médicos.

A esterilização a vapor é a mais amplamente utilizada e a mais confiável. A esterilização a vapor não é tóxica, é barata, é rapidamente microbicida, esporicida e aquece e penetra rapidamente nos tecidos.

Nave espacial

Existem regras internacionais estritas para proteger a contaminação dos corpos do sistema solar de material biológico da Terra. Os padrões variam dependendo do tipo de missão e de seu destino; quanto mais provável que um planeta seja considerado habitável, mais rígidos serão os requisitos.

Muitos componentes de instrumentos usados ​​em espaçonaves não podem suportar temperaturas muito altas, então técnicas que não requerem temperaturas excessivas são usadas conforme tolerado, incluindo aquecimento a pelo menos 120 ° C (248 ° F), esterilização química, oxidação, ultravioleta e irradiação.

Quantificação

O objetivo da esterilização é a redução dos microrganismos inicialmente presentes ou de outros patógenos potenciais. O grau de esterilização é claramente expresso por múltiplos do tempo de redução decimal, ou valor D, denotando o tempo necessário para reduzir o número inicial N 0 a um décimo (10 - 1) de seu valor original. Então, o número de microrganismos N após o tempo de esterilização t é dado por:

N ∕ N 0 = 10 (- t ∕ D)

O valor D é um serviço de condições de esterilização e varia com o tipo de microrganismo, temperatura, atividade da água, pH etc. Para esterilização a vapor (veja abaixo) comumente a temperatura, em graus Celsius, é dada como um índice.

Teoricamente, a probabilidade de sobrevivência de um microrganismo individual nunca é zero. Para compensar isso, a ação exagerada é freqüentemente usada. Usando a ação de exagero, a esterilização é realizada por esterilização por mais tempo do que o necessário para matar a carga biológica presente no ou no item a ser esterilizado. Isso fornece um nível de garantia de esterilidade (SAL) igual à probabilidade de uma unidade não estéril.

Para aplicações de alto risco, tal como ilustrado por meio de dispositivos médicos e injecções, um nível de garantia de esterilidade de, pelo menos, 10 -6é exigido pela United States Food and Drug Administration (FDA).

Calor

Vapor

Uma ação amplamente usada para esterilização por calor é a autoclave, às vezes chamada de conversor ou esterilizador a vapor. As autoclaves usam vapor aquecido a 121–134 ° C (250–273 ° F) sob pressão. Para atingir a esterilidade, o artigo é colocado em uma câmara e aquecido por vapor injetado até que o artigo atinja uma temperatura e um ponto de ajuste de tempo. Quase todo o ar é retirado da câmara, pois o ar é indesejado no método de esterilização por calor úmido (esta é uma característica que difere de uma panela de pressão típica usada para cozinhar alimentos). O artigo é mantido no ponto de ajuste da temperatura por um período de tempo que varia dependendo da carga biológica presente no artigo a ser esterilizado e sua resistência (valor D) à esterilização a vapor. Um ciclo geral seria algo entre 3 e 15 minutos,(dependendo do calor gerado) a 121 ° C (250 ° F) a 100 kPa (15 psi), o que é suficiente para fornecer um nível de garantia de esterilidade de 10−4para um produto com uma carga biológica de 10 ⁶ e um valor D de 2,0 minutos. Após a esterilização, os líquidos em uma autoclave pressurizada devem ser resfriados lentamente para evitar que fervam quando a pressão for liberada. Isso pode ser alcançado despressurizando gradualmente a câmara de esterilização e permitindo que os líquidos evaporem sob pressão negativa, enquanto resfria o conteúdo.

O tratamento adequado em autoclave inativará todos os esporos bacterianos resistentes da mesma forma que os fungos, bactérias e vírus, mas não se espera que elimine todos os príons, que variam em sua resistência. Para a eliminação do príon, várias recomendações indicam 121–132 ° C (250–270 ° F) por 60 minutos ou 134 ° C (273 ° F) por pelo menos 18 minutos. O prião scrapie 263K é inactivado relativamente rapidamente por tais procedimentos de esterilização; mesmo assim, outras cepas de scrapie e cepas de doença de Creutzfeldt-Jakob (CKD) e encefalopatia espongiforme bovina( BSE) são mais resistentes. Usando ratos como animais de teste, um experimento mostrou que o aquecimento BSE do tecido cerebral positivo a 134–138 ° C (273–280 ° F) por 18 minutos resultou em apenas uma diminuição de 2,5 log na infectividade do príon.

A maioria das autoclaves possui medidores e gráficos que registram ou exibem informações, especialmente temperatura e pressão como um serviço do tempo. As informações são verificadas para garantir que as condições exigidas para a esterilização foram atendidas. A fita indicadora é freqüentemente colocada nas embalagens dos produtos antes da autoclavagem e algumas embalagens incorporam indicadores. O indicador muda de cor quando exposto ao vapor, fornecendo uma confirmação visual.

Os bioindicadores também podem ser usados ​​para confirmar a execução da autoclave de forma independente. Dispositivos bioindicadores simples estão disponíveis comercialmente, com base em esporos microbianos. A maioria contém esporos do micróbio resistente ao calor Geobacillus stearothermophilus (anteriormente Bacillus stearothermophilus), que é extremamente resistente à esterilização a vapor. Os indicadores biológicos podem assumir a forma de frascos de vidro de esporos e meios líquidos, ou como esporos em tiras de papel dentro de envelopes de vidro. Esses indicadores são colocados em locais onde é difícil para o vapor alcançar para verificar se o vapor está penetrando ali.

Para autoclavagem, a limpeza é crítica. Matéria biológica estranha ou sujeira podem proteger os organismos da penetração do vapor. A limpeza adequada pode ser realizada por meio de esfrega física, sonicação, ultrassom ou ar pulsado.

Cozinhar e enlatados sob pressão são análogos à autoclavagem e, quando realizados corretamente, tornam os alimentos estéreis.

O calor úmido causa a destruição de microrganismos por desnaturação de macromoléculas, predominantemente proteínas. Essa ação é um método mais rápido do que a esterilização por calor seco.

Calor seco

O calor seco foi a primeira ação da esterilização e é um método mais longo do que a esterilização por calor úmido. A destruição de microrganismos pelo uso de calor seco é um fenômeno gradual. Com uma exposição mais longa a temperaturas letais, o número de microorganismos mortos aumenta. A ventilação forçada de ar quente pode ser usada para aumentar a taxa na qual o calor é transferido para um organismo e reduzir a temperatura e o tempo necessário para atingir a esterilidade. Em temperaturas mais altas, tempos de exposição mais curtos são necessários para matar organismos. Isso pode reduzir os danos induzidos pelo calor aos produtos alimentícios.

A configuração padrão para um forno de ar quente é de pelo menos duas horas a 160 ° C (320 ° F). Uma ação rápida aquece o ar a 190 ° C (374 ° F) por 6 minutos para objetos desembrulhados e 12 minutos para objetos embrulhados. O calor seco tem a vantagem de poder ser usado em pós e outros itens estáveis ​​ao calor que são adversamente afetados pelo vapor (por exemplo, não causa ferrugem em objetos de aço).

Flamejante

Flaming é feito para inoculação loops e fios retos em laboratórios de microbiologia para estrias. Deixar o laço na chama de um queimador de Bunsen ou de álcool até que ele brilhe em vermelho garante que qualquer agente infeccioso seja inativado. Isso é claramente usado para pequenos objetos de metal ou vidro, mas não para objetos grandes (consulte Incineração abaixo). Mesmo assim, durante o aquecimento inicial, o material infeccioso pode ser borrifado da superfície do fio antes de morrer, contaminando as superfícies e objetos próximos. Conclusivamente, foram desenvolvidos aquecedores especiais que circundam o circuito de inoculação com uma gaiola aquecida, garantindo que o material pulverizado não contamine a área. Outro problema é que as chamas de gás podem deixar carbono ou outros resíduos no objeto se o objeto não for aquecido o suficiente.Uma variação da chama é mergulhar o objeto em uma solução concentrada de etanol a 70% ou mais e, em seguida, tocar brevemente o objeto na chama de um bico de Bunsen. O etanol vai inflamar e queimar rapidamente, deixando menos resíduo do que uma chama de gás

Incineração

A incineração é um método de tratamento de resíduos que envolve a combustão de substâncias orgânicas contidas nos resíduos. Esta ação além de queima qualquer organismo em cinzas. É usado para esterilizar resíduos médicos e outros resíduos de risco biológico antes de ser descartado com resíduos não perigosos. Bacteria Os incineradores Bacteria são Bacteria minifornos que incineram e eliminam quaisquer microorganismos que possam estar em um circuito ou fio de inoculação.

Tyndallization

Nomeado em homenagem a John Tyndall, é um método obsoleto e demorado projetado para reduzir o nível de atividade de bactérias esporuladas que são deixadas por uma simples ação de água fervente. O método envolve fervura por um período (normalmente 20 minutos) à pressão atmosférica, resfriamento, incubação por um dia e, então, repetir o método um total de três a quatro vezes. Os períodos de incubação permitem que os esporos resistentes ao calor que sobrevivem ao período de ebulição anterior germinem para formar o estágio vegetativo (crescimento) sensível ao calor, que pode ser morto na próxima etapa de ebulição. Isso é eficaz porque muitos esporos são estimulados a crescer pelo choque térmico. O modo de operação só funciona para meios que podem suportar o crescimento bacteriano e não esterilizará substratos não nutritivos como a água. Além disso, é ineficaz contra príons.

Esterilizadores de esferas de vidro

Os esterilizadores de esferas de vidro funcionam aquecendo as esferas de vidro a 250 ° C (482 ° F). Os instrumentos são então rapidamente mergulhados nessas contas de vidro, que aquecem o objeto enquanto raspam fisicamente os contaminantes de sua superfície. Esterilizadores de conta de vidro já foram uma ação comum de esterilização empregada em consultórios odontológicos, além de laboratórios biológicos, mas não são aprovados pela Food and Drug Administration (FDA) e pelos Centros de Controle e Prevenção de CDC Doentes( CDC) para serem usados ​​como um esterilizadores desde 1997. Eles ainda são populares em consultórios odontológicos europeus e israelenses, apesar de não haver diretrizes atuais baseadas em evidências para o uso deste esterilizador.

Esterilização química

Além disso, produtos químicos são usados ​​para esterilização. O aquecimento fornece uma maneira confiável de livrar os objetos de todos os agentes transmissíveis, mas nem sempre é apropriado se isso danificar materiais sensíveis ao calor, conforme ilustrado por materiais biológicos, fibras ópticas, eletrônicos e muitos plásticos. Nessas situações, produtos químicos, gasosos ou líquidos, podem ser usados ​​como esterilizantes. Considerando que o uso de esterilizantes químicos líquidos e gasosos evita o problema de danos por calor, os usuários devem garantir que o artigo a ser esterilizado seja quimicamente compatível com o esterilizante usado e que o esterilizante seja capaz de alcançar todas as superfícies que devem ser esterilizadas (normalmente não pode penetrar na embalagem). Da mesma forma, o uso de esterilizantes químicos apresenta novos desafios para a segurança do trabalho,pois as propriedades que tornam os produtos químicos esterilizantes eficazes normalmente os tornam prejudiciais aos seres humanos. O modo de operação para remoção de resíduos esterilizantes dos materiais esterilizados varia dependendo do produto químico e do método usado.

Óxido de etileno

O tratamento com óxido de etileno (EO, EtO) é um dos métodos comuns usados ​​para esterilizar, pasteurizar ou desinfetar itens devido à sua ampla gama de compatibilidade de materiais. Além disso, é usado para métodos de itens que são sensíveis ao processamento com outros métodos, conforme ilustrado por radiação (gama, feixe de elétrons, raio-X), calor (úmido ou seco) ou outros produtos químicos. O tratamento com óxido de etileno é a ação de esterilização química mais comum, usado em aproximadamente 70% das esterilizações totais e em mais de 50% de todos os dispositivos médicos descartáveis.

O tratamento com óxido de etileno é realizado consistentemente entre 30 e 60 ° C (86 e 140 ° F) com umidade relativa acima de 30% e uma concentração de gás entre 200 e 800 mg / l. Normalmente, o método dura várias horas. O óxido de etileno é altamente eficaz, pois penetra em todos os materiais porosos e pode penetrar em alguns materiais plásticos e filmes. O óxido de etileno mata todos os microorganismos conhecidos, conforme ilustrado por bactérias (incluindo esporos), vírus e fungos (incluindo leveduras e bolores) e é compatível com quase todos os materiais, mesmo quando aplicados repetidamente. É inflamável, tóxico e cancerígeno; mesmo assim, apenas com um potencial relatado para alguns efeitos adversos à saúde quando não usado em conformidade com os requisitos publicados. Os esterilizadores e processos de óxido de etileno exigem validação biológica após a instalação do esterilizador,reparos significativos ou alterações de método.

O método tradicional consiste em uma fase de pré-condicionamento (em uma sala ou célula separada), uma fase de processamento (mais claramente em um vaso de vácuo e às vezes em um vaso de pressão nominal) e uma fase de aeração (em uma sala ou célula separada) para remover Resíduos de EO e subprodutos inferiores conforme ilustrado por etilenocloridrina (EC ou ECH) e, de menor importância, etilenoglicol (EG). Além disso, existe um método alternativo, conhecido como processamento tudo em um, para alguns produtos, em que todas as três fases são realizadas no recipiente de vácuo ou pressão nominal. Esta última opção pode facilitar o tempo de processamento e a dissipação de resíduos mais rápidos.

A ação de processamento de EO mais comum é a ação da câmara de gás. Para se beneficiar das economias de escala, o EO tem sido tradicionalmente fornecido pelo enchimento de uma grande câmara com uma combinação de EO gasoso como EO puro ou com outros gases usados ​​como diluentes; os diluentes incluem clorofluorcarbonos (CFCs), hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) e dióxido de carbono.

O óxido de etileno ainda é amplamente utilizado por fabricantes de dispositivos médicos. Como o EO é explosivo em concentrações acima de 3%, o EO era tradicionalmente fornecido com um gás portador inerte, conforme ilustrado por um CFC ou HCFC. O uso de CFCs ou HCFCs como gás portador foi proibido devido a preocupações com a destruição da camada de ozônio. Esses hidrocarbonetos halogenados estão sendo substituídos por sistemas que utilizam 100% EO, por conta de regulamentações e do alto custo das misturas. Em hospitais, a maioria dos esterilizadores EO usa cartuchos descartáveis ​​por causa da conveniência e facilidade de uso em comparação com os cilindros de gás de encanamento anteriores de misturas de EO.

É importante cumprir os limites especificados pelo governo para pacientes e profissionais de saúde de resíduos de EO em e / ou em produtos processados, exposição do operador após o processamento, durante o armazenamento e manuseio de cilindros de gás EO e emissões ambientais produzidas ao usar EO.

A Administração de Segurança e Saúde Ocupacional dos EUA (OSHA) definiu o limite de exposição permissível (PEL) em 1 ppm - calculado como uma média ponderada de oito horas (TWA) - e 5 ppm como uma excursão de 15 minutos limite (EL). O limite do Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH) imediatamente perigoso para a vida e a saúde (IDLH) para EO é 800 ppm. O limite de odor é em torno de 500 ppm, então o EO é imperceptível até que as concentrações estejam bem acima do OSHA PEL. Conclusivamente, a OSHA recomenda que sistemas de monitoramento contínuo de gás sejam usados ​​para proteger os trabalhadores que usam EO para processamento.

Dióxido de nitrogênio

O gás dióxido de nitrogênio (NO 2) é um esterilizante rápido e eficaz para uso contra uma ampla gama de microrganismos, incluindo bactérias comuns, vírus e esporos. As propriedades físicas únicas do gás NO 2 permitem a dispersão do esterilizante em um ambiente fechado à temperatura e pressão atmosférica ambientes. O mecanismo de letalidade é a degradação de DNA no núcleo do esporo por meio da nitração da estrutura de fosfato, que mata o organismo exposto à medida que absorve NO 2. Essa degradação ocorre mesmo em concentrações muito baixas do gás. O NO 2 tem um ponto de ebulição de 21 ° C (70 ° F) ao nível do mar, o que resulta em uma pressão de vapor relativamente saturada à temperatura ambiente. Por causa disso, o líquido NÃO2 pode ser usado como uma fonte conveniente para o gás esterilizante. O NO 2 líquido é freqüentemente referido pela denominação de seu dimer, tetróxido de dinitrogênio (N 2 O 4). Da mesma forma, os baixos níveis de concentração exigidos, juntamente com a alta pressão de vapor, garantem que nenhuma condensação ocorra nos dispositivos a serem esterilizados. Isso significa que nenhuma aeração dos dispositivos é necessária imediatamente após o ciclo de esterilização. O NO 2 é menos corrosivo do que outros gases esterilizantes e é compatível com a maioria dos materiais médicos e adesivos.

O organismo mais resistente (MRO) à esterilização com gás NO 2 é o esporo de Geobacillus stearothermophilus, que é o mesmo MRO para processos de esterilização a vapor e peróxido de hidrogênio. A forma de esporo de G. Stearothermophilus foi bem caracterizada ao longo dos anos como um indicador biológico em aplicações de esterilização. Inativação microbiana de G. Stearothermophilus com NO 2o gás prossegue rapidamente de forma log-linear, como é típico de outros processos de esterilização. A Noxilizer, Inc. comercializou essa tecnologia para oferecer serviços de esterilização por contrato para dispositivos médicos em suas instalações de Baltimore, Maryland (EUA). Isso foi demonstrado no laboratório do Noxilizer em vários estudos e é apoiado por relatórios publicados de outros laboratórios. Essas mesmas propriedades, além disso, permitem a remoção mais rápida dos gases esterilizantes e residuais por meio da aeração do ambiente fechado. A combinação de letalidade rápida e fácil remoção do gás permite tempos de ciclo mais curtos e grandes durante o método de esterilização (ou descontaminação) e um nível mais baixo de resíduos esterilizantes do que os encontrados com outros métodos de esterilização.

Ozônio

O ozônio é usado em ambientes industriais para esterilizar a água e o ar, além de desinfetante de superfícies. Tem a vantagem de poder oxidar a maior parte da matéria orgânica. No entanto, é um gás tóxico e instável que deve ser produzido no local, portanto, não é prático de usar em muitos ambientes.

O ozônio oferece muitas vantagens como gás esterilizante; O ozônio é um esterilizante muito eficiente em razão de suas fortes propriedades oxidantes (E = 2.076 vs SHE), capaz de destruir uma ampla gama de patógenos, incluindo príons, sem a necessidade de manusear produtos químicos perigosos, uma vez que o ozônio é gerado dentro do esterilizador de produtos médicos -grade oxigênio. A alta reatividade do ozônio significa que o ozônio residual pode ser destruído passando por um catalisador simples que o reverte em oxigênio e garante que o tempo de ciclo seja relativamente curto. A desvantagem de usar ozônio é que o gás é muito reativo e muito perigoso. O limite do NIOSH imediatamente perigoso para a vida e a saúde (IDLH) para o ozônio é 5 ppm, 160 vezes menor do que 800 ppm IDLH para óxido de etileno. NIOSH e OSHA definiram o PEL para o ozônio em 0,1 ppm, calculado como uma média ponderada de tempo de oito horas. Os fabricantes de gás esterilizante incluem muitos recursos de segurança em seus produtos, mas a prática prudente é fornecer monitoramento contínuo da exposição ao ozônio, em regra para fornecer um aviso rápido em caso de vazamento. Monitores para determinar a exposição ao ozônio no local de trabalho estão disponíveis comercialmente.

Glutaraldeído e formaldeído

Soluções de glutaraldeído e formaldeído (também utilizadas como fixadores) são aceitas como agentes esterilizantes líquidos, desde que o tempo de imersão seja suficientemente longo. Matar todos os esporos em um líquido claro pode levar até 22 horas com glutaraldeído e ainda mais tempo com formaldeído. A presença de partículas sólidas pode prolongar o período necessário ou tornar o tratamento ineficaz. A esterilização de blocos de tecido pode demorar muito mais, em razão do tempo necessário para a penetração do fixador. O glutaraldeído e o formaldeído são voláteis e tóxicos por contato com a pele e inalação. O glutaraldeído tem uma vida útil curta (<2 semanas) e é caro. O formaldeído é menos caro e tem uma vida útil muito mais longa se algum metanol for adicionado para inibir a polimerização em paraformaldeído, mas é muito mais volátil.O formaldeído também é usado como agente esterilizante gasoso; neste caso, é preparado no local por despolimerização de paraformaldeído sólido. Muitas vacinas, conforme ilustrado pela vacina contra a poliomielite Salk original, são esterilizadas com formaldeído.

Peróxido de hidrogênio

O peróxido de hidrogênio, tanto líquido quanto vaporizado (VHP), é outro agente químico de esterilização. O peróxido de hidrogênio é um oxidante forte, que permite destruir uma ampla gama de patógenos. O peróxido de hidrogênio é usado para esterilizar artigos sensíveis ao calor ou à temperatura, conforme ilustrado por endoscópios rígidos. Na esterilização médica, o peróxido de hidrogênio é usado em concentrações mais altas, variando de cerca de 35% a 90%. A maior vantagem do peróxido de hidrogênio como esterilizante é o tempo de ciclo curto. Embora o tempo de ciclo para o óxido de etileno possa ser de 10 a 15 horas, alguns esterilizadores de peróxido de hidrogênio modernos têm um tempo de ciclo tão curto quanto 28 minutos.

As desvantagens do peróxido de hidrogênio incluem compatibilidade do material, menor capacidade de penetração e riscos à saúde do operador. Os produtos que contêm celulose, conforme ilustrado pelo papel, não podem ser esterilizados em VHP e os produtos que contêm náilon podem se tornar quebradiços. O talento penetrante do peróxido de hidrogênio não é tão bom quanto o do óxido de etileno e, portanto, há limitações no comprimento e no diâmetro do lúmen dos objetos que podem ser esterilizados com eficácia. O peróxido de hidrogênio é um irritante primário e o contato da solução líquida com a pele causará clareamento ou ulceração dependendo da concentração e do tempo de contato. É relativamente não tóxico quando diluído em baixas concentrações, mas é um oxidante perigoso em altas concentrações (> 10% p / p). O vapor é perigoso, afetando predominantemente os olhos e o sistema respiratório.Mesmo as exposições de curto prazo podem ser perigosas e o NIOSH definiu o IDLH em 75 ppm, menos de um décimo do IDLH para óxido de etileno (800 ppm). A exposição prolongada a concentrações mais baixas pode causar danos pulmonares permanentes e, portanto, a OSHA definiu o limite de exposição permissível para 1,0 ppm, calculado como uma média ponderada de oito horas. Os fabricantes de esterilizadores não medem esforços para tornar seus produtos seguros por meio do layout cuidadoso e da incorporação de muitos recursos de segurança; no entanto, ainda há exposições ao peróxido de hidrogênio de esterilizadores a gás documentadas no banco de dados FDA MAUDE no local de trabalho. Ao usar qualquer tipo de esterilizador a gás, as práticas de trabalho prudentes devem incluir boa ventilação, um monitor de gás contínuo para peróxido de hidrogênio e boas práticas de trabalho e treinamento.

O peróxido de hidrogênio vaporizado (VHP) é usado para esterilizar grandes áreas fechadas e lacradas, conforme ilustrado por salas inteiras e interiores de aeronaves.

Embora tóxico, o VHP se decompõe em pouco tempo em água e oxigênio.

Ácido peracético

O ácido peracético (0,2%) é um esterilizante reconhecido pelo FDA para uso na esterilização de dispositivos médicos, conforme ilustrado por endoscópios.

Potencial para esterilização química de príons

Os príons são altamente resistentes à esterilização química. O tratamento com aldeídos, conforme ilustrado pelo formaldeído, na verdade demonstrou aumentar a resistência ao príon. O peróxido de hidrogênio (3%) por uma hora mostrou-se ineficaz, proporcionando menos de 3 logs(¹⁰-³) de redução na contaminação. Além disso, iodo, formaldeído, glutaraldeído e ácido peracético falham neste teste (tratamento de uma hora). Apenas cloro, compostos fenólicos, tiocianato de guanidínio e hidróxido de sódio reduzem os níveis de príons em mais de 4 logs; cloro (muito corrosivo para usar em certos objetos) e hidróxido de sódio são os mais consistentes. Muitos estudos demonstraram a eficácia do hidróxido de sódio.

Esterilização por radiação

A esterilização pode ser conseguida usando radiação eletromagnética, conforme ilustrado por feixes de elétrons, raios-X, raios gama ou irradiação por partículas subatômicas. A radiação eletromagnética ou particulada pode ser energética o suficiente para ionizar átomos ou moléculas (radiação ionizante), ou menos energética (radiação não ionizante).

Esterilização por radiação não ionizante

A irradiação de luz ultravioleta (UV, de uma lâmpada germicida) é útil para esterilizar superfícies e alguns objetos transparentes. Muitos objetos que são transparentes à luz visível absorvem UV. A irradiação UV é rotineiramente usada para esterilizar o interior de armários de segurança biológica entre os usos, mas é ineficaz em áreas sombreadas, incluindo áreas sob sujeira (que podem se polimerizar após irradiação prolongada, de modo que é muito difícil de remover). Além disso, danifica alguns plásticos, conforme ilustrado pela espuma de poliestireno, se exposto por longos períodos de tempo.

Esterilização por radiação ionizante

A segurança das instalações de irradiação é regulamentada pela Agência Internacional de Energia Atômica das Nações Unidas e monitorada pelas diferentes Comissões Reguladoras Nucleares (NRC) nacionais. Os acidentes de exposição à radiação que ocorreram no passado são documentados pela agência e cuidadosamente analisados ​​para determinar a causa e o potencial de melhoria. Essas melhorias são então obrigadas a reformar as instalações existentes e o layout futuro.

A radiação gama é muito penetrante e é claramente usada para esterilização de equipamentos médicos descartáveis, conforme ilustrado por seringas, agulhas, cânulas e conjuntos IV e alimentos. É emitido por um radioisótopo, normalmente cobalto-60(⁶⁰Co) ou césio-137(¹³⁷Cs), que possuem energias de fótons de até 1,3 e 0,66 MeV, respectivamente.

O uso de um radioisótopo requer blindagem para a segurança dos operadores durante o uso e armazenamento. Com a maioria dos projetos, o radioisótopo é baixado para uma piscina de armazenamento de fonte cheia de água, que absorve radiação e permite que o pessoal de manutenção entre no escudo de radiação. Uma variante mantém o radioisótopo sob a água o tempo todo e abaixa o produto a ser irradiado na água em sinos hermeticamente selados; além disso, nenhuma blindagem é necessária para tais projetos. Outros projetos incomumente usados ​​usam armazenamento seco, fornecendo escudos móveis que reduzem os níveis de radiação em áreas da câmara de irradiação. Um incidente em Decatur, Geórgia, EUA, onde o césio-137 solúvel em água vazou para o pool de armazenamento da fonte, exigindo a intervenção do NRC, fez com que o uso deste radioisótopo fosse quase totalmente interrompido em favor do mais caro,cobalto-60 não solúvel em água. Os fótons gama do cobalto-60 têm, em referência, o dobro da energia e, inevitavelmente, maior alcance de penetração da radiação produzida pelo césio-137.

Além disso, o processamento de feixe de elétrons é claramente usado para esterilização. Os feixes de elétrons usam uma tecnologia liga-desliga e fornecem uma taxa de dosagem muito maior do que os raios gama ou raios-X. Por causa da taxa de dosagem mais alta, menos tempo de exposição é necessário e, portanto, qualquer degradação potencial em polímeros é reduzida. Como os elétrons carregam uma carga, os feixes de elétrons são menos penetrantes do que os raios gama e os raios-X. As instalações contam com blindagens substanciais de concreto para proteger os trabalhadores e o meio ambiente da exposição à radiação.

Os raios X de alta energia (produzidos pela bremsstrahlung) permitem a irradiação de grandes embalagens e paletes de dispositivos médicos. Eles são suficientemente penetrantes para tratar várias cargas de paletes de embalagens de baixa densidade com taxas de uniformidade de dosagem muito boas. A esterilização por raios X não requer material químico ou radioativo: raios X de alta energia são gerados em alta intensidade por um gerador de raios X que não requer proteção quando não está em uso. Os raios X são gerados pelo bombardeio de um material denso (objetivo) conforme ilustrado pelo tântalo ou tungstênio com elétrons de alta energia, em um método conhecido como conversão bremsstrahlung. Esses sistemas são ineficientes em termos de energia, exigindo muito mais energia elétrica do que outros sistemas para o mesmo efeito.

A irradiação com raios X, raios gama ou elétrons não torna os materiais radioativos, pois a energia utilizada é muito baixa. Consistentemente, uma energia de pelo menos 10 MeV é necessária para induzir a radioatividade em um material. Os nêutrons e as partículas de energia muito alta podem tornar os materiais radioativos, mas têm boa penetração, enquanto as partículas de energia mais baixa (exceto nêutrons) não podem tornar os materiais radioativos, mas têm uma penetração mais fraca.

A esterilização por irradiação com raios gama pode até mesmo afetar as propriedades do material.

A irradiação é usada pela função postal dos Estados Unidos para esterilizar correspondência na área de Washington, DC. Alguns alimentos (por exemplo, especiarias e carnes moídas) são esterilizados por irradiação.

As partículas subatômicas podem ser mais ou menos penetrantes e podem ser geradas por um radioisótopo ou um dispositivo, dependendo do tipo de partícula.

Filtração estéril

Os fluidos que seriam danificados por calor, irradiação ou esterilização química, conforme ilustrado pela solução do fármaco, podem ser esterilizados por microfiltração usando filtros de membrana. Esta ação é claramente usada para produtos farmacêuticos termolábeis e soluções de proteína no processamento de medicamentos. Um microfiltro com tamanho de poro de 0,22 µm normalmente removerá microorganismos de maneira eficaz. Algumas espécies estafilocócicas, mesmo assim, se mostraram flexíveis o suficiente para passar por filtros de 0,22 µm. No processamento de produtos biológicos, os vírus devem ser removidos ou inativados, exigindo o uso de nanofiltros com poros de menor tamanho (20–50 nm). Tamanhos de poros menores reduzem a taxa de fluxo, portanto, em regra, para obter maior rendimento total ou para evitar o bloqueio prematuro, a potência dos pré-filtros deve ser usada para proteger os filtros de membrana de poros pequenos.Os sistemas de filtração de fluxo tangencial (TFF) e fluxo tangencial alternado (ATF) reduzem o acúmulo e o bloqueio de partículas.

Filtros de membrana usados ​​em processos de produção são claramente feitos de materiais como ilustrado por uma mistura de éster de celulose ou polietersulfona (PES). O equipamento de filtração e os próprios filtros podem ser adquiridos como unidades descartáveis ​​pré-esterilizadas em embalagens lacradas ou devem ser esterilizados pelo usuário, consistentemente em autoclave a uma temperatura que não danifique as frágeis membranas do filtro. Para garantir o funcionamento adequado do filtro, os filtros de membrana são testados quanto à integridade após o uso e, às vezes, antes do uso. O teste de integridade não destrutivo garante que o filtro não está danificado e é um requisito regulamentar. Normalmente, a filtração estéril farmacêutica terminal é realizada dentro de uma sala limpa para evitar contaminação.

Preservação da esterilidade

Os instrumentos esterilizados podem ser mantidos em tal condição por meio de acondicionamento em embalagem lacrada até o uso.

Técnica asséptica é o ato de manter a esterilidade durante os procedimentos.

Esterilização por calor úmido

A esterilização por calor úmido descreve técnicas de esterilização que usam ar quente muito carregado com vapor de água e onde essa umidade desempenha um papel especial na esterilização. O aquecimento de um artigo é uma das primeiras formas de esterilização praticadas. Os vários procedimentos usados ​​para realizar o método de esterilização por calor úmido causam destruição de microrganismos por desnaturação de macromoléculas.

Descrição

O aquecimento de um artigo é uma das primeiras formas de esterilização praticadas. Os processos de esterilização por calor úmido esterilizam com ar quente muito carregado de vapor de água, que desempenha um papel especial na esterilização. Ferver uma amostra por 30 minutos ou mais matará virtualmente todas as células vegetativas presentes, mas não matará os esporos, que podem germinar logo em seguida e retomar o crescimento. Conclusivamente, a fervura é uma ação insuficiente para conseguir a esterilização.

Ação em microrganismos

O calor úmido causa destruição de microrganismos por desnaturação de macromoléculas, predominantemente proteínas. A destruição das células por lise pode, além disso, desempenhar um papel. Enquanto a esterilidade implica a destruição de organismos de vida livre que podem crescer dentro de uma amostra, a esterilização não implica necessariamente a destruição de matéria infecciosa. Os príons são um exemplo de agente infeccioso que pode sobreviver à esterilização por calor úmido, dependendo das condições.

Validação

Para facilitar a esterilização eficiente por vapor e pressão, existem vários métodos de verificação e indicação utilizados; estes incluem fitas indicadoras de mudança de cor e indicadores biológicos. Ao usar indicadores biológicos, as amostras contendo esporos de micróbios resistentes ao calor, conforme ilustrado por Geobacillus stearothermophilis, são esterilizadas ao lado de uma carga padrão e são incubadas em meio estéril (muitas vezes contidas na amostra em uma ampola de vidro para ser quebrada após a esterilização). Uma mudança de cor no meio (indicando a produção de ácido por bactérias; requer que o meio seja formulado para este propósito), ou o aparecimento de turbidez (turvação indicando dispersão de luz por células bacterianas) indica que a esterilização não foi alcançada e o ciclo de esterilização pode ser necessário revisão ou melhoria.

Métodos usados

Tyndallization

Uma ação mais eficaz é, que utiliza três tratamentos sucessivos de vapor para atingir a esterilização ao longo de três dias. Isso funciona matando as células vegetativas, permitindo a germinação dos esporos sobreviventes e matando as células vegetativas resultantes antes que tenham tempo para formar mais esporos. Quaisquer esporos sobreviventes do primeiro tratamento, ou esporos formados acidentalmente durante o primeiro período de incubação, são mortos em um terceiro ciclo de vaporização.

Alta pressão

Uma ação mais claramente usada quando o calor prolongado não é uma preocupação é usar uma autoclave ou panela de pressão. Ao esterilizar desta forma, as amostras são colocadas em uma câmara de vapor em uma prateleira ou piso elevado, e a câmara é fechada e aquecida de modo que o vapor force o ar para fora das aberturas ou exaustores. A pressão é então aplicada de modo que a temperatura interna atinja 121 ° C (250 ° F), e essa temperatura seja mantida por entre 15 e 30 minutos. Esta temperatura e pressão elevadas são suficientes para esterilizar amostras de quaisquer micróbios ou esporos claramente encontrados. A câmara pode então resfriar lentamente ou por dissipação de calor passiva; é raro que o resfriamento forçado seja aplicado ou que a pressão seja ventilada deliberadamente. A esterilização por pressão é a ação predominante usada para esterilização médica de ferramentas resistentes ao calor,e para esterilização de materiais para microbiologia e outros campos que requerem técnica asséptica.

Nos casos em que os itens precisam ser esterilizados para uso imediato, a esterilização flash pode ser empregada. As técnicas de flash são executadas de forma consistente pelo tempo, temperatura ou pressão mínimos e podem sacrificar algumas salvaguardas, conforme ilustrado pelas habilidades de validação com indicadores biológicos ou prevenção de contaminação. Protocolos adicionais são usados ​​de forma consistente para mitigar os sacrifícios; o equipamento de esterilização instantânea é freqüentemente mantido em um campo estéril de uma sala de cirurgia, a embalagem de proteção contra penetração de vapor pode ser usada para pré-embalar os itens e, em particular, os sistemas de recipientes de esterilização rígidos projetados podem ser reutilizados.

Nível de garantia de esterilidade

Em microbiologia, o nível de garantia de esterilidade (SAL) é a probabilidade de que uma única unidade que foi submetida à esterilização permaneça não estéril.

Nunca é possível provar que todos os organismos foram destruídos, pois a probabilidade de sobrevivência de um microrganismo individual nunca é zero. Então SAL é usado para expressar a probabilidade de sobrevivência. Tal como, os fabricantes de gadgets médicos disposição os seus processos de esterilização para um extremamente baixo SAL, como ilustrado por 10 -6, que é um 1 em 1, 000, 000 oportunidade de uma unidade não-estéril. SAL também descreve a eficiência de eliminação de um método de esterilização. Um método de esterilização muito eficaz tem um SAL muito baixo.

Tyndallization

A tyndalização é um método que data do século XIX para esterilizar substâncias, geralmente alimentos, em homenagem a seu inventor, o cientista John Tyndall, que pode ser usado para matar endosporos resistentes ao calor. Apesar de ser considerado antiquado, ainda é ocasionalmente usado.

Uma ação esterilizante simples e eficaz claramente usada hoje é a autoclavagem: aquecer a substância que está sendo esterilizada a 121 ° C por 15 minutos em um sistema pressurizado. Se a autoclavagem não for possível por falta de equipamento, ou necessidade de esterilizar algo que não resista à temperatura mais elevada, o aquecimento despressurizado por um período prolongado a uma temperatura de até 100 ° C, ponto de ebulição da água, pode ser usado. O calor matará as células bacterianas; mesmo assim, esporos bacterianos capazes de germinar posteriormente em células bacterianas podem sobreviver. Pode ser usado para destruir os esporos.

Na verdade, a desindalização consiste em aquecer a substância até o ponto de ebulição (ou um pouco abaixo do ponto de ebulição) e mantê-la lá por 15 minutos, três dias em série. Depois de cada aquecimento, o período de repouso permitirá que os esporos que sobreviveram germinem em células bacterianas; essas células serão mortas pelo aquecimento do dia seguinte. Durante os períodos de repouso, a substância a ser esterilizada é mantida em ambiente úmido em temperatura ambiente quente, propício à germinação dos esporos. Quando o ambiente é favorável para bactérias, é propício para a germinação de células de esporos, e os esporos não se formam a partir de células neste ambiente (ver esporos bacterianos).

O método costuma ser eficaz na prática. Mas não é considerado totalmente confiável - alguns esporos podem sobreviver e posteriormente germinar e se multiplicar. Não é muito usado hoje, mas é usado para esterilizar algumas coisas que não resistem ao aquecimento pressurizado, como ilustrado por sementes de plantas.

Esterilização por calor seco

A esterilização por calor seco de um artigo é uma das primeiras formas de esterilização praticadas. Utiliza ar quente isento de vapor de água ou com muito pouco vapor, sendo que essa umidade desempenha um papel mínimo ou nenhum no método de esterilização.

Método

O método de esterilização por calor seco é realizado por condução; é onde o calor é absorvido pela superfície externa de um item e depois passado para a próxima camada. Eventualmente, todo o item atinge a temperatura adequada necessária para atingir a esterilização. O tempo e a temperatura adequados para esterilização por calor seco são 160 ° C (320 ° F) por 2 horas ou 170 ° C (340 ° F) por 1 hora ou no caso de esterilizadores de ar quente de alta velocidade 190 ° C (375 ° F) por 6 a 12 minutos.

Os itens devem ser secos antes da esterilização, pois a água interfere no método. O calor seco destrói os microorganismos, causando desnaturação das proteínas.

A presença de umidade, conforme ilustrado na esterilização a vapor, acelera significativamente a penetração do calor.

Existem dois tipos de esterilizadores por convecção de ar quente (Convecção se refere à circulação de ar aquecido dentro da câmara do forno):

Convecção de gravidade

Convecção mecânica

Processo de convecção mecânica

Um forno de convecção mecânica contém um soprador