Metodiche di di sterilizzazione: evoluzione delle delle tecniche

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1 Metodiche di di sterilizzazione: evoluzione delle delle tecniche Dott.ssa Patrizia MARCHEGIANO Azienda Ospedaliera Policlinico di Modena Sig.ra Paola CUGINI Azienda Ospedaliera Sant Orsola Malpighi di Bologna Le tecniche di sterilizzazione dei dispositivi medici si trovano attualmente a vari livelli di sviluppo e di applicazione. Ci sono procedure che, in quanto messe a punto in tempi non recenti, sono state utilizzate per periodi di tempo apprezzabili e sottoposte quindi a verifiche che ne hanno messo in luce vantaggi e svantaggi, e metodiche di sviluppo molto più recente, in qualche caso studiate per la sterilizzazione di specifici prodotti ed in altri casi per un applicazione più generale. E ovvio, considerati gli interessi scientifici e commerciali che ruotano intorno alla materia, che ci siano anche metodi attualmente ancora in fase di sperimentazione più o meno avanzata. La sfida alla ricerca di nuove tecniche di sterilizzazione per l applicazione in ambiente sanitario è legata ad un insieme di fattori tra i quali citiamo la sempre maggiore richiesta di garanzia igienica per i pazienti all emergere di nuovi patogeni, la contemporanea evoluzione delle tecniche chirurgiche e diagnostiche che si avvantaggiano dell utilizzo di nuovi materiali che risultano però spesso inadatti alla sterilizzazione con metodiche tradizionali, la necessità di efficienza. Per gli operatori sanitari e per i dirigenti delle Direzioni sanitarie in particolare, la sfida è costituita dal rispetto della normativa, complessa ed in continua evoluzione. Si riprendono brevemente alcune definizioni: Agente sterilizzante: secondo l Organizzazione Mondiale della sanità si definisce tale un agente capace di distruggere tutte le forme vitali, ed in particolar modo tutti i microorganismi sia in fase vegetativa che in forma di spore sia patogeni che saprofiti Sterilizzazione: in teoria si definisce sterilità la condizione di assoluta assenza di microrganismi vitali. Nella pratica, essendo dimostrato che l inattivazione di una cultura pura di microrganismi da parte degli agenti chimici e/o fisici utilizzati nel processo di sterilizzazione dei dispositivi medici può essere approssimata ad un processo esponenziale, si accetta nella normativa Europea la probabilità teorica di presenza di un microrganismo vitale sul / nel dispositivo inferiore o uguale a 1 x 10-6 ( Sterilità Assurance Level richiesto < 10-6 ). Quali sono le esigenze da soddisfare in ambiente sanitario? Le parole chiave sono: efficacia, efficienza, sicurezza ed economicità. EFFICACIA = garanzia di risultato = assoluta garanzia igienica per il paziente. A tal fine è necessario utilizzare un metodo convalidato e con elevato livello di standardizzazione (e quindi con elevatissima ripetibilità dei risultati), effettuare il controllo sistematico della prestazione e la manutenzione ordinaria della apparecchiatura. Inoltre, poiché è noto a tutti come sia la fase di sterilizzazione vera e propria sia la fase di mantenimento della sterilità siano rispettivamente condizionate in modo critico dalle condizioni di contaminazione iniziale dei presidi e dalle condizioni di stoccaggio, è altrettanto necessario standardizzare ed ottimizzare le procedure di decontaminazione e stoccaggio. 5

2 EFFICIENZA Coincide con il contenimento dei tempi di riutilizzo degli strumenti e, soprattutto nel caso di un utilizzo diffuso dell apparecchiatura di sterilizzazione in una struttura sanitaria, è anche in correlazione con la facilità d uso. La breve durata complessiva del processo di sterilizzazione porta infatti ad una maggiore rotazione della strumentazione (o di presidi), consentendo anche la eventuale gestione delle urgenze, e riducendo il numero di strumenti in dotazione e di scorta. In ultima analisi porta alla ottimizzazione delle risorse ed al rapido ammortamento degli investimenti. SICUREZZA Massima sicurezza per gli operatori e per il paziente significa ridurre il rischio di esposizione a residui di sostanze sterilizzanti che possono risultare dannose. ECONOMICITA Una metodica risulta più economica quanto più mostra flessibilità d uso (ad es. possibilità di processazione contemporanea di numero variabile di strumenti), minimo livello di aggressione e danneggiamento dei materiali ( con riduzione degli interventi di manutenzione e sostituzione parti di ricambio, aumento della vita media dei dispositivi ), compatibilità con il maggior numero di materiali (compatibilità con le nuove tecniche chirurgiche) oltre ad investimenti iniziali e costi di gestione contenuti. L avvento dei presidi e degli strumenti polimerici ha stimolato produttori ed utilizzatori alla ricerca di nuovi metodi per sterilizzare i materiali termolabili, cioè quei materiali che non sono autoclavabili o che subiscono danni progressivi se autoclavati. Quali sono le attuali possibilità? I metodi efficaci si distinguono classicamente in fisici e chimici. Citiamo per completezza tra i metodi fisici la irradiazione a raggi gamma e la sterilizzazione con microonde. Nessuno dei due metodi ha infatti diffuse applicazioni nell ambito delle strutture sanitarie; in particolare la tecnologia a raggi gamma ha caratteristiche interessanti, ma a causa dell alto costo e della necessità di una struttura adeguata ed isolata (bunker) per la sua utilizzazione in condizioni di sicurezza è praticamente riservata alle strutture di produzione. In aggiunta oltre a danneggiare la superficie degli oggetti, come peraltro tutti i sistemi di sterilizzazione, la irradiazione gamma altera le proprietà elastiche dei polimeri rompendo legami e creando ponti fra le catene all interno del materiale. Gli sviluppi maggiori in realtà si sono ottenuti nel campo della sterilizzazione chimica; in questo caso il presidio è immerso in un agente sterilizzante o esposto ad esso nello stato di vapore in determinate condizioni di temperatura e di pressione (ad es. formaldeide, Ossido di etilene, Perossido di idrogeno, Acido peracetico). La tecnica più comune fino ad oggi è stata la sterilizzazione ad Ossido di Etilene che rimane ancora il Gold Standard come confermato da uno studio condotto da Alfa et al. nel 1996 (confronto tra metodo di sterilizzazione a plasma di ioni, a vapore di perossido di idrogeno e a EtO 100% vs EtO 12/88). La prima versione di questo metodo è stata modificata a seguito della regolamentazione internazionale che ha ridotto l uso dei Clorofluorocarburi che venivano aggiunti all EtO per ridurre le sue caratteristiche di infiammabilità (oggi in associazione all EtO come gas stabilizzante è spesso usata l Anidride Carbonica). Il meccanismo d azione si basa sull alchilazione di differenti gruppi chimici sia delle spore che delle forme vegetative dei microrganismi, con alterazione dei processi di ionizzazione 6

3 delle proteine e delle attività enzimatiche. Viene di solito utilizzato in autoclavi a bassa temperatura (compresa tra i 30 C ed i 60 C) e con predeterminati valori di pressione, umidità e tempi di contatto. L intero trattamento di sterilizzazione e successiva degasificazione richiede un tempo di almeno ore, tempo estremamente lungo rispetto alle esigenze operative ed organizzative dell ospedale. A causa delle caratteristiche di tossicità, mutagenicità e sospetta carcinogenicità è un sistema che andrebbe sostituito con altri metodi più sicuri per operatore e paziente. L utilizzazione dell Ossido di etilene è regolata dalla Circolare 56/ 83 del Ministero di Sanità che ne definisce le norme di impiego, i requisiti delle attrezzature, dei locali e del personale, nonché le tecniche di controllo; è inoltre riconosciuto come processo di sterilizzazione convalidato ai sensi della Direttiva CEE 93/42 recepita in Italia con il Decreto legislativo n. 46 del Secondo tale Direttiva concernente i dispositivi medici, è possibile indicare un dispositivo medico come STERILE solo quando è stato utilizzato un processo di sterilizzazione CONVALIDATO. I requisiti per i dispositivi medici che recano l indicazione sterile (e sterilizzati terminalmente ) sono contenuti nella norma UNI EN 556-1, 2002 ( EN Ottobre 2001 ) che fa riferimento per i requisiti di convalida e per i controlli sistematici dei processi di sterilizzazione alle norme EN 550, EN 552, EN 554, EN ISO e EN ISO In realtà la EN è stata recentemente aggiornata proprio a seguito della necessità di recepire la norma EN ISO che stabilisce, per la prima volta, i requisiti generali per la caratterizzazione degli agenti sterilizzanti e lo sviluppo, la validazione ed i controlli di routine di un processo di sterilizzazione per dispositivi medici. Viene precisato che tale norma è destinata, tra l altro, sia ai produttori che agli utilizzatori di sistemi di sterilizzazione in ambiente sanitario per i quali non esistono Standard Internazionali. In questa norma vengono, tra l altro, sottolineati i livelli di responsabilità relativi ai produttori di sistemi di sterilizzazione e degli utilizzatori sia in fase di acquisto che successivamente, nonché dei produttori di dispositivi medici ai quali si è tenuti a richiedere, e da quali si deve ottenere,preliminarmente all acquisto la dichiarazione di compatibilità del prodotto fornito con i sistemi di sterilizzazione che si intendono utilizzare. In pratica questa norma ha colmato un vuoto fornendo gli strumenti per la validazione dei sistemi di più recente commercializzazione, già ampiamente presenti nei nostri Ospedali, ma che, ai sensi della normativa Europea non potevano considerarsi Sterilizzatrici e cioè il sistema ad acido peracetico (STERIS ) ed il sistema tipo gas-plasma a perossido di idrogeno (STERRAD ). L ACIDO PERACETICO è un prodotto chimico che combina in sé l azione disinfettante e germicida del perossido di idrogeno, una aumentata liposolubilità e la resistenza alla scomposizione da parte di perossidasi e catalasi. E una soluzione in equilibrio instabile (perossido dotato di alta energia): CH3COOH + H2O2 < - > CH3COOOH + H2O che in acqua si dissocia velocemente in Acido acetico con liberazione di ossigeno:in pratica l ossigeno attivo costituisce il principio attivo dell intero sistema. Le sue proprietà si evidenziano in una azione rapida a basse concentrazioni (da a 0.2 %) ed attività anche a basse temperature (in concentrazioni del 3% agisce contro le spore anche a 40 C ). E infatti considerato uno sterilizzante chimico a freddo. 7

4 Rimane efficace anche in presenza di materiale organico e presenta inoltre il vantaggio che i suoi prodotti di degradazione ( acido acetico, ossigeno, perossido di idrogeno ed acqua) non sono pericolosi e non costituiscono problema per lo smaltimento. E, come il perossido di idrogeno, corrosivo nei confronti di alcuni metalli, ma questi effetti sono ridotti dall utilizzo di additivi e dall abbassamento del ph. Si ritiene che il meccanismo biocida sia legato all azione ossidante sulle membrane lipidiche, il DNA ed altre componenti essenziali alla vita della cellula. La sua azione sporicida può essere spiegata dalla sua caratteristica di denaturante proteico. L acido peracetico esiste in commercio in diverse formulazioni; ai fini del rispetto della normativa vigente sui sistemi di sterilizzazione (UNI EN ISO ),e quindi della validazione del metodo, è attualmente in commercio il Sistema brevettato STERIS System 1. E un sistema per strumenti immergibili, che utilizza acido peracetico liquido allo 0.2% e ph 6.4 ad una temperatura compresa tra 50 e 56 C a ciclo chiuso. Il tempo di contatto con lo sterilizzante è di 12 minuti; l intero ciclo dura circa minuti. Trattandosi di un sistema di sterilizzazione convalidato sono previsti una serie di controlli di processo : controllo chimico, controllo biologico, ciclo diagnostico, registrazione e stampa dei parametri relativi al ciclo di sterilizzazione. Il sistema presenta alcuni svantaggi : permette una sterilizzazione rapida degli strumenti, ma non permette il confezionamento degli strumenti, per cui non è possibile il mantenimento della sterilità nel tempo. Inoltre la camera di immersione permette, nei modelli attuali, il posizionamento di un unico strumento (sono allo studio prototipi per un maggior numero di strumenti). I costi sono effettivamente condizionati da motivi commerciali : l effettiva attuale posizione di esclusiva del sistema, degli accessori e dei relativi indicatori. 8 I SISTEMI DI STERILIZZAZIONE TIPO GAS-PLASMA I gas-plasma, comunemente chiamati plasma dai fisici, possono essere considerati il quarto stato della materia, successivi, in ordine crescente di contenuto di energia, allo stato solido, liquido e gassoso. In natura si incontrano nel cosmo quali componenti delle stelle mentre nella nostra esperienza sono visibili in forma di aurora boreale, nel fulmine e nella luce al neon. Il gas-plasma stellare ( gas-plasma propriamente definito ) è composto solo da ioni e da elettroni liberi, mentre i gas-plasma utilizzati per la sterilizzazione sono molto più freddi e sono composti anche da particelle non cariche elettricamente ( molecole, atomi o radicali liberi), ma chimicamente instabili per la presenza di elettroni spaiati e quindi altamente reattive. In questo caso si tratta in effetti di gas ionizzati, anche se si continua ad indicarli impropriamente come gas-plasma. Il primo brevetto di sistema di sterilizzazione a gas-plasma risale al 1968 ( Menashi ). In pratica i gas-plasma artificiali a bassa temperatura sono prodotti sottoponendo uno o più gas ad un campo elettrico, o a radio frequenza ( RF ) o a microonde. Il campo elettrico ( o altro metodo ) provoca l accelerazione delle particelle cariche contenute nel gas ( di solito gli elettroni, in quanto gli ioni sono più pesanti ); le collisioni successive producono la formazione di specie chimiche reattive ( elettroni,ioni, atomi e molecole instabili e radicali liberi ) nonché di radiazioni Ultra Violette ( fotoni ). E una materia molto complessa; i numerosi dati sperimentali disponibili hanno dimostrato

5 che l efficacia sterilizzante dei vari sistemi dipende da numerose variabili, tra le quali il tipo di gas, la sua pressione, il flusso, la temperatura e la frequenza del campo applicato. Inoltre solo recentemente sono state avanzate ipotesi sofisticate sui meccanismi di inattivazione dei microrganismi, la cui cinetica mostra un andamento bifasico o trifasico, e quindi profondamente diverso da quello dei tradizionali metodi di sterilizzazione (cinetica monofasica ). Sinteticamente i meccanismi coinvolti sarebbero : 1) inattivazione del materiale genetico del microrganismo da parte degli UV 2) erosione del microrganismo atomo per atomo attraverso la formazione, provocata dall effetto degli UV, di composti volatili a partire da atomi del microrganismo 3) erosione del microrganismo atomo per atomo attraverso la reazione di atomi di ossigeno o radicali del plasma con gli atomi del microrganismo (una sorta di lenta combustione ) Questi meccanismi risultano molto interessanti in prospettiva, perché potrebbero essere utilizzati nei confronti di agenti infettivi non convenzionali emergenti quali i prioni. E importante precisare che nella sterilizzazione a gas-plasma nella sua forma pura il gas utilizzato non ha effetto biocida fino a quando non viene attivato dal campo elettrico; inoltre le specie chimiche reattive che si formano non sono più presenti pochi millisecondi dopo che il campo elettrico è stato interrotto, quindi non c è necessità di ventilazione successiva e non ci sono residui nocivi per il personale e per l ambiente. Questa premessa si rende necessaria perché in una recente pubblicazione un gruppo di ricercatori canadesi ( Moisan et al. ) ha contestato che i due sistemi di sterilizzazione tipo gas-plasma attualmente in commercio nel mondo STERRAD (a perossido di idrogeno) e Plazlyte (ad acido peracetico) si possano definire come sistemi a gas-plasma puri secondo la definizione enunciata. Pur confermando che si tratta di sistemi di sterilizzazione efficaci, evidenziano che le curve di sopravvivenza dei microrganismi nei due sistemi presentano una cinetica monofasica, quindi identica a quella dei metodi di sterilizzazione tradizionale ( vapore ed ossido di etilene ad esempio). Ciò indicherebbe che il meccanismo di sterilizzazione è legato rispettivamente all azione del perossido di idrogeno e dell acido peracetico in quanto tali, e si realizza nella prima fase del processo durante la quale le due sostanze chimiche entrano in contatto in fase gassosa con il materiale da sterilizzare. La fase di gas-plasma, successiva all attivazione del campo a radiofrequenza, avrebbe solo un effetto detossificante, permettendo l allontanamento delle specie nocive dai materiali e limitando l effetto ossidante degli elementi chimici altamente reattivi. Nella Sterrad, dopo una fase in cui nella camera viene raggiunto un vuoto moderato, viene iniettato perossido di idrogeno in soluzione acquosa, alla temperatura di 45 C e si raggiunge una pressione di circa 10 Torr a bassissimo tasso di umidità; successivamente viene applicato un campo di radiofrequenza ed infine c è la fase di ritorno alla pressione atmosferica. L intero ciclo dura circa 75 min. Vengono utilizzati indicatori di processo chimici e biologici (per quest ultimo si utilizza Bacillus Subtilis varietà Niger). Il sistema presenta il vantaggio di poter essere utilizzato per una grande quantità di dispositivi termosensibili, non immergibili che devono essere confezionati in materiale speciale in polipropilene. Per i dispositivi con lume lungo e stretto è previsto l utilizzo di specifici diffusori di perossido di idrogeno. 9

6 Esiste invece incompatibilità con i materiali di cellulosa, con i tessili ed i liquidi; un altro svantaggio è costituito dalle dimensioni limitate della camera di sterilizzazione. Anche per questo sistema i costi sono condizionati dalla attuale presenza in esclusiva sul mercato. NORMATIVA DI RIFERIMENTO UNI EN 550 -Metodo per la convalida e per il controllo sistematico della sterilizzazione ad Ossido di Etilene 1996 UNI EN Metodo per la convalida e per il controllo sistematico della sterilizzazione con radiazioni ionizzanti 2002 UNI EN 554 Sterilizzazione dei dispositivi medici Metodo per la convalida e per il controllo sistematico della sterilizzazione a vapore 1996 UNI EN Sterilizzazione dei dispositivi medici - Requisiti per i dispositivi medici che recano l indicazione "sterile" Requisiti per i dispositivi medici sterilizzati terminalmente 2002 UNI EN Sistemi biologici per la prova delle sterilizzatrici e dei processi di sterilizzazione Parte 1: Requisiti generali 1997 UNI EN Sistemi biologici per la prova delle sterilizzatrici e dei processi di sterilizzazione Parte 2: Sistemi particolari per l uso in sterilizzatrici ad ossido di etilene 1997 UNI EN Sistemi Non Biologici per l uso nelle sterilizzatrici Parte 1: Requisiti generali 1997 UNI EN Sistemi Non Biologici per l uso nelle sterilizzatrici - Parte 2: Indicatori di processo ( Classe A) 1997 UNI EN Materiali e sistemi di imballaggio per i dispositivi medici che devono essere sterilizzati Parte 1: Requisiti generali e metodi di prova 1999 UNI EN Sterilizzazione dei dispositivi medici Valutazione della popolazione dei microrganismi sul prodotto 1996 UNI EN Sterilizzazione dei dispositivi medici Valutazione della popolazione dei microrganismi sul prodotto Linee guida 1998 UNI CEI EN ISO Sistemi qualità Dispositivi medici requisiti particolari per l applicazione della EN ISO 9001 ( revisione della EN : 1996 ) 2002 UNI CEI EN ISO Sistemi qualità Dispositivi medici requisiti particolari per l applicazione della EN ISO 9902 ( revisione della EN : 1996 ) 2002 UNI EN ISO Sterilizzazione dei prodotti sanitari Indicatori biologici Guida per la selezione, l uso e l interpretazione dei risultati 2002 UNI EN ISO Sterilizzazione dei prodotti sanitari Requisiti generali per la caratterizzazione di un agente sterilizzante e per lo sviluppo, la convalida ed il confronto sistematico di un processo di sterilizzazione per dispositivi medici 2002 Circolare 56/ 83 del Ministero di Sanità Impiego del gas tossico Ossido di etilene D.lgs. 24 Febbraio 1997 n.46 Attuazione della direttiva 93/42/CEE concernente i dispositivi medici 10 BIBLIOGRAFIA 1. Alfa et al. Comparison of ion plasma, vaporized hydrogen peroxide and 100% ethylene oxide sterilizers to the 12/88 ethylene oxide gas sterilizer. Infect. Cont. Hosp. Epidemiol. 17 ( 1996 ) pp Seymour Block Peracetic acid. Disinfection, Sterilization and preservation, 4 th

7 edition; edited by Seymour Block, Ph D Copyright Lea & Febiger, Philadelphia Duc et al. Evaluation of the microbicidial efficacy of Steris System I for digestive endoscopy using GERMANDE and ASTM validation protocols J. Hosp Infection 48 ( 2 ) ( 2001 ) pp: Rutala et al. Disinfection of endoscopes : review of new chemical sterilants used for high level disinfection Infect. Control. Hosp. Epidemiol. 20 (1) ( 1999 ) pp: Moisan et al. Low-temperature sterilization using gas plasmas: a review of the experiments and an analysis of the inactivation mechanisms. International Journal of Pharmaceutics Vol 226( 2001) pp