Лекція 4. Засоби та методи стерилізації, які застосовуються в медицині
План
Загальні вимоги до методів стерилізації. Фізичні методи стерилізації, їх коротка характеристика. Хімічні методи стерилізації (газами, розчинами).
ЗАГАЛЬНІ ВИМОГИ СТЕРИЛІЗАЦІЇ
С т е р и л і з а ц і я передбачає проведення тільки тих заходів, які сприяють знищенню мікроорганізмів усередині об’єкта, що стерилізується. Їй відповідає слово «стерильність» — абсолютний термін.
ФІЗИЧНІ МЕТОДИ СТЕРИЛІЗАЦІЇ
У промислових масштабах знайшли широке впровадження декілька методів стерилізації, таких як, наприклад, хімічна стерилізація, стерилізація парою, гарячим повітрям, прожарюванням, газова і плазмова стерилізація, ВЧ-стерилізація й стерилізація ультрафіолетовими променями, електронними пучками, -випромінюванням. Застосування того чи іншого методу обумовлене ступенем опірності різних видів мікроорганізмів різноманітним засобам впливу, фізико-хімічними властивостями виробів, що стери'лізуються, екологічною безпекою, економічною доцільністю, технологічністю оснастки стерилізаційного устаткування та ін. Кожний із цих методів стерилізації має свої переваги й недоліки і може бути застосований тільки до певних видів об’єктів стерилізації.
Головні показники будь-якого промислового способу стерилізації мають задовольняти такі вимоги:
¢ надійність — тобто повинні репродуційно вести до стерильності об’єкта (забезпечувати одночасне і швидке знищення або видалення бактерій, які його обсіменяють або знаходяться в ньому, а також вірусів, грибів, найпростіших та інших мікроорганізмів);
¢ можливість застосування до багатьох об’єктів, що стерилізуються, без обмежень;
¢ здатність проникати в матеріал, не вступаючи в реакцію з ним;
¢ здатність давати сухий стерильний матеріал і забезпечувати його стерильність в упаковці при зберіганні після стерилізації;
¢ простота й безпечність;
¢ економічність щодо розмірів капіталовкладень, потреби в приміщенні й умовах служби апаратури та продуктивних витратах (тобто потреби в персоналі, енергії, догляді).
Теплова стерилізація. Серед можливих методів стерилізації у фармацевтичному виробництві перевага віддається тепловій стерилізації. Переваги:
- по-перше, він дає можливість стерилізувати препарати в кінцевій герметичній упаковці;
- по-друге, завдяки тривалій практиці використання він забезпечений досить надійною аппаратурою;
- по-третє, він найбільш доступний (цей важливий аспект, очевидно, прямо пов’язаний з попереднім).
Одним із способів знезаражування інструментів, виробів із гуми, латексу й окремих полімерних матеріалів є стерилізація водяною парою під тиском у стерилізаторах (автоклавах). Вона здійснюється при відповідних тисках насиченої водяної пари і температурах: — тиск пари 0,11 МПа при 120 ± 2 °С; t = 45 хв; — тиск пари 0,20 МПа при 132 ± 2 °С; t = 20 хв. Інструменти і вироби з гуми, призначені для стерилізації, обгортають пергаментним папером або подвійним шаром марлі, упаковують в стерилізаційні коробки і поміщають у стерилізатор. Тривалість стерилізації (стерилізаційна витримка) при температурі 120 °С дорівнює 45 хв, при 132 °С — 20 хв, при 100 °С — 60 хв. По закінченні часу стерилізації нагрівання припиняють і випускають пару зі стерилізаційної камери. Кришку стерилізатора відкривають лише тоді, коли тиск пари досягає атмосферного, потім виймають коробки і барабани зі стерильними об’єктами.
Стерилізація сухим гарячим повітрям. Ефективність цього методу залежить від температури, тривалості й теплопровідності об’єктів стерилізації. Призначені для стерилізації інструменти обгортають пергаментним папером або фольгою і складають у спеціальні конверти. Конверти завантажують у стерилізатори і стерилізують при температурі 160—200 °С. За стандартами прийнято такі режими стерилізації: при температурі 180 °С стерилізаційна витримка становить 60 хв, при 160 °С тривалість стерилізації — 2,5 год. Можливе також використання більш високої температури 200 °С — із відповідним скороченням стерилізаційної витримки. Вироби, простерилізовані в папері мішечному непросоченому, папері мішечному вологостійкому, папері для пакування продукції в автоматах, можуть зберігатися 3 доби. Вироби, стерилізовані без упаковки, слід використовувати одразу після стерилізації. Погана проникність сухого повітря та шкідлива дія при високих температурах на деякі матеріали, що стерилізуються,— тканини, гуму й т. ін.— обмежують його застосування, у зв’язку з цим воно не одержало такого широкого застосування, як пара. Проте цей метод є також надійним, а в деяких випадках і єдино можливим.
Стерилізація ультрафіолетовим та інфрачервоним світлом. Невидиме інфрачервоне випромінювання з довжиною хвиль від 0,66 до 500 мкм (1 мкм = 0,0001 см) займає область спектра, яка лежить між червоними променями його видимої частини та ультракороткими радіохвилями. Інфрачервоні промені використовуються для стерилізації хірургічних інструментів. Вони не мають специфічної дії на мікроорганізми, останні гинуть не від променів, а від високої температури. Безперечною перевагою цього потенційно «працездатного» методу перед традиційним автоклавуванням можна вважати можливість відмови від небезпечної в роботі й нетехнологічної перегрітої пари. Ультрафіолетове (УФ) випромінювання в діапазоні довжин хвиль 200—300 нм також забезпечує якісний стерилізаційний ефект, оскільки в молекул ДНК і білків мікроорганізмів є пік поглинання випромінювання при довжині хвилі = 260 нм. Для стерилізації звичайно використовують газорозрядні лампи низького тиску на парах меркурію або меркурієво-ксенонові дугові лампи, що мають у своєму спектрі потужну лінію на = 254 нм. Існує декілька методів стерилізації УФ-випромінюванням, таких, наприклад, як опромінення поверхні на відстані, занурення випромінювача в газ або рідину, що стерилізується, тощо. До недоліків УФ-методу стерилізації можна віднести такі явища:
— відбувається неповна стерилізація предметів складної конфігурації, що мають щілини, отвори, сховані від променів поверхні;
— немає достатньої глибини обробки, оскільки УФ-промені цілком поглинаються в перших кількох атомних шарах речовини;
— не можна обробляти предмети в непроникних для УФ-променів упаковках;
— УФ-випромінювання при великих дозах може призводити до руйнації полімерних молекул поверхневих шарів стерилізованих предметів із пластмаси й поліетилену.
Крім того, час стерилізації УФ-випромінюванням великий, вона може тривати декілька годин.
Радіаційна стерилізація. Переваги радіаційного методу такі:
- технологічність (включаючи можливість організації безупинного автомати' зованого процесу);
- універсальність (можливість забезпечення високої ефективності стерилізації практично для будь-якого виду об’єкта при оптимальних умовах опромінення);
- можливість досягнення будь-якої заданої надійності стерилізації;
- простота контролю ефективності процесу завдяки простим методам дозиметрії поглинутої енергії.
За економічними показниками цей метод сьогодні перевершує асептичне виготовлення зі стерильною фільтрацією, але ще поступається тепловій стерилізації.
Після опромінення стерилізовані предмети піддаються ретельному радіаційному контролю. До вад радіаційного методу стерилізації можна віднести радіаційну небезпеку, виникнення наведеної радіації, руйнацію молекулярної структури стерилізованих полімерних предметів, дорожнечу і високу енергоємність устаткування (наприклад, прискорювачів заряджених часток).
Ультразвукова стерилізація. Ультразвукова (УЗ) стерилізаційна обробка знаходить застосування в стерилізації медичних інструментів і дуже обмежено — для одержання стерильних рідких систем: розчинів, емульсій, суспензій.
Плазмові методи стерилізації. Серед ефективних методів стерилізації, заснованих на нових фізичних принципах, чільне місце посідають плазмові методи стерилізації, де в ролі стерилізуючого агента виступають різні види низькотемпературної плазми. До переваг плазмових методів стерилізації належать: висока ефективність і швидкість стерилізації, універсальність методів по відношенню до видів мікроорганізмів, що знищуються, і стерилізованих предметів, що стерилізуються, екологічна безпека тощо. Низькотемпературна плазма являє собою частково іонізований газ, температура іонного та нейтрального компонентів якого наближена до кімнатних температур. Як плазмоутворювачі використовуються гази О2, Н2, Ar, He, H2O2, CH2O, C2H4O та інші, а також різноманітні суміші газів. При виборі режимів роботи плазмової установки можуть виникати великі потоки високоенергетичних часток, що, крім стерилізаційної дії, призводить до руйнації молекул поверхневих шарів стерилізованих предметів, наприклад, із пластмаси чи поліетилену. Поверхні, які стерилізуються, при цьому можуть також розігріватися і термічно руйнуватися або втрачати свої задані фізичні властивості.
ХІМІЧНІ МЕТОДИ СТЕРИЛІЗАЦІЇ
Стерилізація газами. Для термолабільних або кородуючих під впливом водяної пари інструментів раціональним є метод газової стерилізації. Цим методом стерилізують хірургічні інструменти, які ріжуть і колють, інструменти з мікронним заточенням, а також зонди, катетери, полімерні вироби, що не витримують парової, сухожарової стерилізації хімічними розчинами. Стерилізацію цим методом проводять, використовуючи гази певного хімічного складу, що мають спороцидну дію: етиленоксид, метилбромід, пропіленоксид, формальдегід та ін. Широке впровадження здавна має хімічна стерилізація, особливо її варіант, у якому як бактерицидний агент використовується суміш етиленоксиду з різними газами. Стерилізацію проводять в упаковці з двох шарів поліетиленової плівки завтовшки 0,06—0,2 мм, пергаменту, паперу мішечного непросоченого, паперу мішечного вологостійкого, паперу для упаковування продукції на автоматах. Інструменти поміщають у газові стерилізатори або мікроаеростати. У камерах стерилізаторів підтримуються відповідна температура, концентрація газу, тиск, волога і час експозиції. Термін зберігання виробів, простерилізованих в упаковці з поліетиленової плівки,— до 5 років, у пергаменті або папері — 20 діб. Контакт об’єкта стерилізації (а також мікроорганізмів) із газом здійснюється в результаті адсорбції газу або внаслідок конденсації пари на поверхні об’єкта. Швидкість стерилізації залежить від швидкості дифузії молекул газу через клітинну оболонку мікроорганізмів, а також здатності їхніх білкових сполук вступати у взаємодію з бактерицидом. Висока швидкість дифузії етиленоксиду, зокрема через полімерні плівки, що використовують для упаковування, дає можливість стерилізувати готову продукцію в упаковці. Метод досить універсальний, застосовується в першу чергу для стерилізації різноманітних полімерних виробів медичного призначення. Вадами газової стерилізації є:
висока вартість;
залежність ефективності процесу від багатьох параметрів (складу газу, вологості, температури й т. д.), які утруднюють його здійснення;
хімічні реакції етиленоксиду з рядом полімерів;
і головне —мутагенна і канцерогенна дія етиленоксиду, залишкова концентрація якого зависока для багатьох стерилізованих виробів.
Стерилізація розчинами. Цей метод придатний для виробів із полімерних матеріалів, скла, гуми, корозійно-стійких матеріалів і сплавів. Хоча цей метод стерилізації менш ефективний, ніж метод фізичної стерилізації, потреба в його застосуванні часто виникає при роботі з інструментами, виготовленими з термолабільних матеріалів. Для рідинної стерилізації використовують найрізноманітніші хімічні сполуки: хлор, фенол, гідрогену пероксид, йодовмісні сполуки, кислоти, луги, окиснювачі, альдегіди й багато інших речовин. Ефективність стерилізації розчинами залежить від концентрації активнодіючої речовини, часу стерилізаційної витримки і температури стерилізованого розчину. Широко використовуються для дезінфекції та стерилізації розчини гідрогену пероксиду. У 3 %-вому розчині гідрогену пероксиду вегетативні форми мікроорганізмів при 50 °С гинуть через 15—20 хв, а спори — через 30—40 хв. Для стерилізації медичних інструментів рекомендуєть' ся 6 %-вий розчин гідрогену пероксиду. Стерилізація цим розчином при температурі 18 °С повинна тривати 360 хв, а при температурі 50 °С — 180 хв.
Широкий антимікробний спектр має -пропіллактон: віруси гинуть у його 0,05—0,4 %-вих розчинах, грибки — при концентраціях 0,25—0,5 %, вегетативні й спорові форми бактерій — при 0,5—2,0 %. Бактерицидна дія -пропіллактону з’являється вже при концентрації 1 : 1000, синьогнійна паличка гине в 2,0 %-вому розчині через 10 хв.
Для дезінфекції та стерилізації медичних інструментів користуються 1—2 %-вими розчинами -пропіллактону. Стерилізаційна витримка для медичних інструментів при використанні 1 %-вого розчину -пропіллактону при 50 °С складає 60 хв, а при 25 °С — 240 хв. У 2 %-вому розчині при 50 °С стерилізація триває 40 хв.
Сильним дезінфектантом і стерилізуючим агентом є надоцтова кислота, антимікробна дія якої виявляється при концентрації 0,01 %. Розчини надоцтової кислоти мають фунгіцидну і спороцидну дію. Дія розчинів виявляється дуже швидко і дріжджі в 1 %-вому розчині гинуть через 1 хв. Інструменти, виготовлені з полімерних матеріалів, занурені в 1 %-вий розчин надоцтової кислоти, за 30 хв стають стерильними. Стерилізація інструментів 1 %-вим розчином надоцтової кислоти при 180 °С повинна тривати 45 хв.
Хімічну стерилізацію розчинами проводять у закритих емальованих, скляних або пластмасових ваннах. Слід назвати в першу чергу сполуки хлору, органічні та неорганічні, які широко використовують для дезінфікуючої обробки води і поверхонь (наприклад, хлорамін, трихлорізоціанурова кислота і її солі, кальцію гіпохлорид). Певні зручності дає застосування хлору, виділеного при електролізі розчину натрію хлориду.
ЛІТЕРАТУРА
1. Трофимов В. И. // Хим.-фарм. журн.— 1990.— № 6.— С. 111—120.
2. Юзбашев В. Г. // Теория и практика дезинфекции и стерилизации.— М., 1983.— С. 46—49.
3. Соколова Н. Ф., Рябченко В. А. // Проблемы дезинфекции и стерилизации.— М., 1991.— Вып. 25.— С. 54—59.
4. Пикаев А. К. Современная радиационная химия: Радиолиз газов и жидкостей.— М., 1992.
5. Молчанов Г. И. Ультразвук в фармации.— М., 1990.
6. Павлов Е. П., Тушов Э. Г., Самойленко И. И., Кивман Г. Я., Дегренко В. В. и др. Использование гамма-излучения для микробной деконтаминации лекарственных средств // Хим.-фарм. журн.— 1992.— № 2.— С. 76—78.