Microbiología médica II: esterilización, diagnóstico de laboratorio y respuesta inmune

Por Nikolas Morein, Merim Kumars y Gerald Dunders

La esterilización se refiere a cualquier proceso que elimina, mata o desactiva todas las formas de vida (en particular, se refiere a microorganismos como hongos, bacterias, virus, esporas, organismos eucariotas unicelulares como Plasmodium, etc.) y otros agentes biológicos como los priones presentes en una superficie, objeto o fluido específico. La presentación clínica de una enfermedad infecciosa refleja la interacción entre el huésped y el microorganismo. El diagnóstico de laboratorio requiere un conjunto de información, que incluye antecedentes, examen físico, hallazgos radiográficos y datos de laboratorio. Una respuesta inmune es una reacción que ocurre dentro de un organismo con el propósito de defenderse de los invasores. Estos invasores incluyen una amplia variedad de diferentes microorganismos, incluidos virus, bacterias, parásitos y hongos que podrían causar serios problemas para la salud del organismo huésped si no se eliminan del cuerpo. Contenido de este libro: esterilización, esterilización por calor húmedo, nivel de garantía de esterilidad, Tyndallization, esterilización por calor seco, asepsia, antiséptico, Lista de instrumentos utilizados en esterilización y desinfección microbiológica, resistencia a los antimicrobianos, resistencia a múltiples medicamentos, precauciones basadas en la transmisión, principios de diagnóstico, diagnóstico de laboratorio de infecciones virales, in vitro, extrapolación in vitro a in vivo, microscopía, diagnóstico molecular, patogenómica, nucleico prueba de ácido, serología, anticuerpos, instrumentos utilizados en microbiología, microbiología de impedancia, aislamiento, análisis bacteriológico del agua, ensayo, Aislamiento, Análisis bacteriológico del agua, Ensayo, Aislamiento, Análisis bacteriológico del agua, Ensayo, Immunoassay, Antígeno, Anticuerpo microarray, Interacción antígeno-anticuerpo, Sistema inmune, Respuesta inmune, Respuesta de células B policlonales, Sistema inmune innato, Sistema inmune adaptativo, Tolerancia inmune, Célula linfoide innata, Inmunoestimulante, Coestimulación, Inflamación
Authors: Nikolas Morein, Merim Kumars, Gerald Dunders

• Idioma: Español
• Editorial: Cambridge Stanford Books
• Fecha de lanzamiento: 24 sept 2020
• ISBN: 9781005080273

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Esterilización

La esterilización se refiere a cualquier método que elimina, mata o desactiva todas las formas de vida (en particular, se refiere a microorganismos como se ilustra con hongos, bacterias, virus, esporas, organismos eucariotas unicelulares como se ilustra en Plasmodium, etc.) y otros agentes biológicos. como priones presentes en una superficie, objeto o fluido específico, como alimentos o medios de cultivo biológicos. La esterilización se puede lograr a través de varios medios, que incluyen calor, productos químicos, irradiación, alta presión y filtración. La esterilización es diferente de la desinfección, sanitización y pasteurización, en que esos métodos reducen en lugar de eliminar todas las formas de vida y agentes biológicos presentes. Después de la esterilización, un objeto se denomina estéril o aséptico.

Aplicaciones

Alimentos

Uno de los primeros pasos hacia la esterilización modernizada lo dio Nicolas Appert, quien descubrió que la aplicación completa de calor durante un período adecuado retardaba la descomposición de los alimentos y varios líquidos, conservándolos para un consumo seguro durante más tiempo del habitual. El envasado de alimentos es una extensión del mismo principio y ha ayudado a reducir las enfermedades transmitidas por los alimentos (intoxicación alimentaria). Otros métodos de esterilización de alimentos incluyen la irradiación de alimentos y la alta presión (pascalización). La esterilización de los alimentos es uno de los pasos más importantes para garantizar la conservación de los alimentos en la industria alimentaria. Hay muchas técnicas que se utilizan para ayudar a este método. Uno de estos procesos sería el tratamiento térmico.El tratamiento térmico detiene la actividad bacteriana y enzimática, lo que luego reduce las posibilidades de que los alimentos de baja calidad mantengan la vida de los alimentos no perecederos. Un tipo específico de tratamiento térmico utilizado sería la esterilización UHT (temperatura ultra alta). Este tipo de tratamiento térmico se centra en la esterilización a más de 100 grados centígrados. Otros dos tipos de esterilización son la esterilización por calor húmedo y seco. Durante la esterilización por calor húmedo, las temperaturas que se utilizan varían de 110 a 130 grados Celsius. El tiempo mínimo que se llevaría a cabo la esterilización con calor húmedo sería de 20 minutos y 40 minutos como máximo. Scilicet, cuanto mayor es el calor, el tiempo de esterilización se acorta.El uso de la esterilización por calor seco utiliza tiempos de susceptibilidad más largos que pueden durar hasta 2 horas y que utilizan temperaturas mucho más altas en comparación con la esterilización por calor húmedo. Estas temperaturas pueden oscilar entre 160 y 180 grados Celsius.

Medicina y Cirugía

En general, los instrumentos quirúrgicos y los medicamentos que ingresan a una parte ya aséptica del cuerpo (como el torrente sanguíneo o que penetran la piel) deben ser estériles. Ejemplos de tales instrumentos incluyen bisturíes, agujas hipodérmicas y marcapasos artificiales. Esto es además esencial en la fabricación de fármacos parenterales.

La preparación de medicamentos inyectables y soluciones intravenosas para la terapia de reemplazo de fluidos requiere no solo esterilidad sino también recipientes bien diseñados para evitar la entrada de agentes adventicios después de la esterilización inicial del producto.

La mayoría de los dispositivos médicos y quirúrgicos que se utilizan en las instalaciones sanitarias están fabricados con materiales que pueden esterilizarse con vapor. Aunque, desde 1950, ha habido un aumento de dispositivos e instrumentos médicos hechos de materiales (por ejemplo, plásticos) que requieren esterilización a baja temperatura. El gas de óxido de etileno se ha utilizado desde la década de 1950 para dispositivos médicos sensibles al calor y la humedad. En los últimos 15 años, se han desarrollado varios sistemas nuevos de esterilización a baja temperatura (por ejemplo, peróxido de hidrógeno vaporizado, inmersión en ácido peracético, ozono) y se están utilizando para esterilizar dispositivos médicos.

La esterilización por vapor es la más utilizada y la más fiable. La esterilización con vapor no es tóxica, es barata, rápidamente microbicida, esporicida y calienta y penetra rápidamente las telas.

Astronave

Existen reglas internacionales estrictas para proteger la contaminación de los cuerpos del sistema solar a partir de material biológico de la Tierra. Los estándares varían según el tipo de misión y su destino; cuanto más probable es que un planeta se considere habitable, más estrictos son los requisitos.

Muchos componentes de los instrumentos utilizados en las naves espaciales no pueden soportar temperaturas muy altas, por lo que las técnicas que no requieren temperaturas excesivas se utilizan según la tolerancia, incluido el calentamiento a al menos 120 ° C (248 ° F), la esterilización química, la oxidación, los rayos ultravioleta y la irradiación.

Cuantificación

El objetivo de la esterilización es la reducción de microorganismos inicialmente presentes u otros patógenos potenciales. El grado de esterilización se expresa claramente por múltiplos del tiempo de reducción decimal, o valor D, que denota el tiempo necesario para reducir el número inicial N 0 a una décima (10 - 1) de su valor original. Entonces, el número de microorganismos N después del tiempo de esterilización t viene dado por:

N ∕ N 0 = 10 (- t ∕ D)

El valor D es un servicio de las condiciones de esterilización y varía con el tipo de microorganismo, la temperatura, la actividad del agua, el pH, etc. Para la esterilización con vapor (ver más abajo) comúnmente la temperatura, en grados Celsius, se da como un índice.

En teoría, la probabilidad de supervivencia de un microorganismo individual nunca es cero. Para compensar esto, a menudo se usa la acción overkill. Utilizando la acción de destrucción excesiva, la esterilización se realiza esterilizando durante más tiempo del necesario para eliminar la carga biológica presente en el artículo que se esteriliza. Esto proporciona un nivel de garantía de esterilidad (SAL) igual a la probabilidad de una unidad no esterilizada.

Para aplicaciones de alto riesgo, como lo ilustran los dispositivos médicos y las inyecciones, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) exige un nivel de garantía de esterilidad de al menos 10 −6.

Calor

Vapor

Una acción ampliamente utilizada para la esterilización por calor es el autoclave, a veces llamado convertidor o esterilizador a vapor. Los autoclaves usan vapor calentado a 121–134 ° C (250–273 ° F) bajo presión. Para lograr la esterilidad, el artículo se coloca en una cámara y se calienta mediante vapor inyectado hasta que el artículo alcanza un punto de ajuste de temperatura y tiempo. Casi todo el aire se elimina de la cámara debido a que el aire no es deseado en el método de esterilización por calor húmedo (este es un rasgo que se diferencia de una olla a presión típica utilizada para cocinar alimentos). El artículo se mantiene en el punto de ajuste de temperatura durante un período de tiempo que varía según la carga biológica presente en el artículo que se esteriliza y su resistencia (valor D) a la esterilización con vapor. Un ciclo general duraría entre 3 y 15 minutos,(dependiendo del calor generado) a 121 ° C (250 ° F) a 100 kPa (15 psi), que es suficiente para proporcionar un nivel de garantía de esterilidad de 10−4para un producto con una carga biológica de 10 ⁶ y un valor D de 2,0 minutos. Después de la esterilización, los líquidos en un autoclave presurizado deben enfriarse lentamente para evitar que hiervan cuando se libera la presión. Esto se puede lograr despresurizando gradualmente la cámara de esterilización y permitiendo que los líquidos se evaporen bajo presión negativa, mientras se enfría el contenido.

El tratamiento adecuado en autoclave inactivará todas las esporas bacterianas resistentes de la misma manera a los hongos, bacterias y virus, pero no se espera que elimine todos los priones, que varían en su resistencia. Para la eliminación de priones, varias recomendaciones establecen 121–132 ° C (250–270 ° F) durante 60 minutos o 134 ° C (273 ° F) durante al menos 18 minutos. El prión de la tembladera 263K se inactiva con relativa rapidez mediante dichos procedimientos de esterilización; aunque, otras cepas de tembladera y cepas de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ERC) y encefalopatía espongiforme bovina( BSE) son más resistentes. Utilizando ratones como animales de prueba, un experimento mostró que calentar tejido cerebral positivo a BSE a 134-138 ° C (273-280 ° F) durante 18 minutos resultó en una disminución de solo 2,5 log en la infectividad del prión.

La mayoría de los autoclaves tienen medidores y gráficos que registran o muestran información, especialmente la temperatura y la presión como un servicio de tiempo. La información se verifica para garantizar que se cumplan las condiciones requeridas para la esterilización. La cinta indicadora a menudo se coloca en los paquetes de productos antes de esterilizarlos en autoclave, y algunos empaques incorporan indicadores. El indicador cambia de color cuando se expone al vapor, proporcionando una confirmación visual.

Además, se pueden utilizar bioindicadores para confirmar de forma independiente la ejecución del autoclave. Los dispositivos bioindicadores simples están disponibles comercialmente, basados ​​en esporas microbianas. La mayoría contiene esporas del microbio resistente al calor Geobacillus stearothermophilus (anteriormente Bacillus stearothermophilus), que es extremadamente resistente a la esterilización con vapor. Los indicadores biológicos pueden adoptar la forma de viales de vidrio de esporas y medios líquidos, o como esporas en tiras de papel dentro de sobres de vidrio. Estos indicadores se colocan en lugares donde es difícil que el vapor alcance para verificar que el vapor está penetrando allí.

Para esterilizar en autoclave, la limpieza es fundamental. La materia biológica extraña o la suciedad pueden proteger a los organismos de la penetración del vapor. La limpieza adecuada se puede lograr mediante un lavado físico, sonicación, ultrasonido o aire pulsado.

La cocción a presión y el enlatado son análogos a la esterilización en autoclave y, cuando se realizan correctamente, esterilizan los alimentos.

El calor húmedo provoca la destrucción de microorganismos por desnaturalización de macromoléculas, predominantemente proteínas. Esta acción es un método más rápido que la esterilización por calor seco.

Calor seco

El calor seco fue la primera acción de la esterilización y es un método más largo que la esterilización por calor húmedo. La destrucción de microorganismos mediante el uso de calor seco es un fenómeno gradual. Con una exposición más prolongada a temperaturas letales, aumenta el número de microorganismos muertos. La ventilación forzada de aire caliente se puede utilizar para aumentar la velocidad a la que se transfiere el calor a un organismo y reducir la temperatura y la cantidad de tiempo necesaria para lograr la esterilidad. A temperaturas más altas, se requieren tiempos de exposición más cortos para matar organismos. Esto puede reducir el daño inducido por el calor a los productos alimenticios.

El ajuste estándar para un horno de aire caliente es al menos dos horas a 160 ° C (320 ° F). Una acción rápida calienta el aire a 190 ° C (374 ° F) durante 6 minutos para objetos sin envolver y 12 minutos para objetos envueltos. El calor seco tiene la ventaja de que se puede utilizar en polvos y otros artículos termoestables que se ven afectados negativamente por el vapor (por ejemplo, no provoca la oxidación de los objetos de acero).

Llameante

El flameado se realiza en bucles de inoculación y alambres rectos en los laboratorios de microbiología para rayar. Dejar el bucle en la llama de un mechero Bunsen o un mechero de alcohol hasta que se ilumine en rojo asegura que cualquier agente infeccioso se inactive. Esto se usa claramente para objetos pequeños de metal o vidrio, pero no para objetos grandes (consulte Incineración a continuación). Aunque, durante el calentamiento inicial, se puede rociar material infeccioso desde la superficie del alambre antes de que muera, contaminando las superficies y objetos cercanos. En conclusión, se han desarrollado calentadores especiales que rodean el circuito de inoculación con una jaula calentada, asegurando que dicho material rociado no contamine además el área. Otro problema es que las llamas de gas pueden dejar carbón u otros residuos en el objeto si el objeto no se calienta lo suficiente.Una variación de las llamas es sumergir el objeto en una solución concentrada de etanol al 70% o más, luego tocar brevemente el objeto con la llama de un mechero Bunsen. El etanol se encenderá y se quemará rápidamente, dejando menos residuos que una llama de gas.

Incineración

La incineración es un método de tratamiento de residuos que implica la combustión de sustancias orgánicas contenidas en materiales de desecho. Esta acción además reduce a cenizas cualquier organismo. Se utiliza para esterilizar residuos médicos y otros residuos biopeligrosos antes de desecharlos con residuos no peligrosos. Bacteria Los incineradores Bacteria son mini hornos que incineran y eliminan cualquier microorganismo que pueda estar en un circuito o alambre de inoculación.

Tyndallization

El nombre de John Tyndall, es un método obsoleto y largo diseñado para reducir el nivel de actividad de las bacterias esporulantes que quedan por una simple acción de agua hirviendo. El método implica hervir durante un período (generalmente 20 minutos) a presión atmosférica, enfriar, incubar durante un día y luego repetir el método un total de tres a cuatro veces. Los períodos de incubación son para permitir que las esporas resistentes al calor que sobrevivieron al período de ebullición anterior germinen para formar la etapa vegetativa (de crecimiento) sensible al calor, que puede morir en el siguiente paso de ebullición. Esto es eficaz porque muchas esporas son estimuladas a crecer por el choque térmico. El modo de operación solo funciona para medios que pueden soportar el crecimiento bacteriano y no esterilizarán sustratos no nutritivos como el agua. Además es ineficaz contra los priones.

Esterilizadores de perlas de vidrio

Los esterilizadores de perlas de vidrio funcionan calentando las perlas de vidrio a 250 ° C (482 ° F). Luego, los instrumentos se empapan rápidamente en estas perlas de vidrio, que calientan el objeto mientras raspan físicamente los contaminantes de su superficie. Los esterilizadores de perlas de vidrio fueron una vez una acción de esterilización común empleada en consultorios dentales además de laboratorios biológicos, pero no están aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) y los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades( CDC) para usarse como esterilizadores desde 1997. Todavía son populares en las prácticas dentales europeas e israelíes, a pesar de que no existen pautas actuales basadas en la evidencia para usar este esterilizador.

Esterilización química

Además, se utilizan productos químicos para la esterilización. El calentamiento proporciona una forma confiable de eliminar los objetos de todos los agentes transmisibles, pero no siempre es apropiado si dañará los materiales sensibles al calor como lo ilustran los materiales biológicos, la fibra óptica, la electrónica y muchos plásticos. En estas situaciones, los productos químicos, ya sea en forma gaseosa o líquida, se pueden utilizar como esterilizantes. Mientras que el uso de esterilizantes químicos líquidos y gaseosos evita el problema del daño por calor, los usuarios deben asegurarse de que el artículo a esterilizar sea químicamente compatible con el esterilizante que se esté utilizando y que el esterilizante pueda llegar a todas las superficies que deben esterilizarse (normalmente no penetrar el embalaje). Del mismo modo, el uso de esterilizantes químicos plantea nuevos desafíos para la seguridad laboral,ya que las propiedades que hacen que los productos químicos sean esterilizantes eficaces habitualmente los hacen perjudiciales para los seres humanos. El modo de funcionamiento para eliminar los residuos de esterilizante de los materiales esterilizados varía según el producto químico y el método que se utilice.

Óxido de etileno

El tratamiento con gas de óxido de etileno (EO, EtO) es uno de los métodos comunes que se utilizan para esterilizar, pasteurizar o desinfectar artículos debido a su amplia gama de compatibilidad de materiales. Además, se utiliza para procesar elementos que son sensibles al procesamiento con otros métodos, como lo ilustra la radiación (gamma, haz de electrones, rayos X), calor (húmedo o seco) u otros productos químicos. El tratamiento con óxido de etileno es la acción de esterilización química más común, y se utiliza para aproximadamente el 70% de las esterilizaciones totales y para más del 50% de todos los dispositivos médicos desechables.

El tratamiento con óxido de etileno se lleva a cabo de forma constante entre 30 y 60 ° C (86 y 140 ° F) con una humedad relativa superior al 30% y una concentración de gas entre 200 y 800 mg / l. Por lo general, el método dura varias horas. El óxido de etileno es muy eficaz, ya que penetra todos los materiales porosos y puede atravesar algunos materiales plásticos y películas. El óxido de etileno mata todos los microorganismos conocidos, como lo ilustran las bacterias (incluidas las esporas), los virus y los hongos (incluidas las levaduras y los mohos), y es compatible con casi todos los materiales incluso cuando se aplica repetidamente. Es inflamable, tóxico y cancerígeno; aunque, solo con un potencial informado de algunos efectos adversos para la salud cuando no se usa de acuerdo con los requisitos publicados. Los esterilizadores y procesos de óxido de etileno requieren validación biológica después de la instalación del esterilizador,reparaciones importantes o cambios de método.

El método tradicional consiste en una fase de preacondicionamiento (en una habitación o celda separada), una fase de procesamiento (más claramente en un recipiente de vacío y a veces en un recipiente de presión nominal) y una fase de aireación (en una habitación o celda separada) para eliminar Residuos de OE y subproductos inferiores, como lo ilustra el etilenclorhidrina (EC o ECH) y, de menor importancia, el etilenglicol (EG). Existe un método alternativo, conocido como procesamiento todo en uno, para algunos productos mediante el cual las tres fases se realizan en el recipiente de vacío o presión nominal. Esta última opción puede facilitar un tiempo de procesamiento y una disipación de residuos más rápidos y prolongados.

La acción de procesamiento de OE más común es la acción de la cámara de gas. Para beneficiarse de las economías de escala, el EO se ha proporcionado tradicionalmente llenando una cámara grande con una combinación de EO gaseoso ya sea como EO puro o con otros gases utilizados como diluyentes; Los diluyentes incluyen clorofluorocarbonos (CFC), hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y dióxido de carbono.

El óxido de etileno todavía es ampliamente utilizado por los fabricantes de dispositivos médicos. Dado que el EO es explosivo en concentraciones superiores al 3%, el EO se suministraba tradicionalmente con un gas portador inerte, como lo ilustra un CFC o HCFC. El uso de CFC o HCFC como gas portador se prohibió debido a preocupaciones sobre el agotamiento del ozono. Estos hidrocarburos halogenados están siendo reemplazados por sistemas que utilizan 100% EO, debido a las regulaciones y al alto costo de las mezclas. En los hospitales, la mayoría de los esterilizadores de OE utilizan cartuchos de un solo uso debido a la conveniencia y facilidad de uso en comparación con los antiguos cilindros de gas de las mezclas de OE.

Es importante cumplir con los límites de residuos de EO especificados por el gobierno para pacientes y personal sanitario en y / o sobre productos procesados, la exposición del operador después del procesamiento, durante el almacenamiento y manipulación de cilindros de gas EO y las emisiones ambientales producidas al utilizar EO.

La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional de los EE. UU. (OSHA) ha establecido el límite de exposición permisible (PEL) en 1 ppm, calculado como un promedio ponderado en el tiempo (TWA) de ocho horas, y 5 ppm como una excursión de 15 minutos. límite (EL). El límite de peligro inmediato para la vida y la salud (IDLH) del Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) para EO es 800 ppm. El umbral de olor es de alrededor de 500 ppm, por lo que el EO es imperceptible hasta que las concentraciones están muy por encima del PEL de OSHA. En conclusión, OSHA recomienda que se usen sistemas de monitoreo continuo de gas para proteger a los trabajadores que usan EO para el procesamiento.

Dioxido de nitrogeno

El dióxido de nitrógeno (NO 2) es un esterilizante rápido y eficaz para su uso contra una amplia gama de microorganismos, incluidas bacterias, virus y esporas comunes. Las propiedades físicas únicas del gas NO 2 permiten la dispersión del esterilizante en un ambiente cerrado a temperatura ambiente y presión atmosférica. El mecanismo de letalidad es la degradación de DNA en el núcleo de las esporas a través de la nitración de la cadena principal de fosfato, que mata al organismo expuesto a medida que absorbe NO 2. Esta degradación ocurre incluso a concentraciones muy bajas del gas. El NO 2 tiene un punto de ebullición de 21 ° C (70 ° F) al nivel del mar, lo que da como resultado una presión de vapor relativamente saturada a temperatura ambiente. Debido a esto, el NO líquido2 puede usarse como una fuente conveniente para el gas esterilizante. El NO 2 líquido a menudo se denomina con la denominación de su dimer, tetróxido de dinitrógeno (N 2 O 4). Del mismo modo, los bajos niveles de concentración requeridos, junto con la alta presión de vapor, aseguran que no se produzca condensación en los dispositivos que se esterilizan. Esto significa que no se requiere aireación de los dispositivos inmediatamente después del ciclo de esterilización. Además, el NO 2 es menos corrosivo que otros gases esterilizantes y es compatible con la mayoría de materiales y adhesivos médicos.

El organismo más resistente (MRO) a la esterilización con gas NO 2 es la espora de Geobacillus stearothermophilus, que es el mismo MRO para los procesos de esterilización con vapor y peróxido de hidrógeno. La forma de espora de G. Stearothermophilus se ha caracterizado bien a lo largo de los años como indicador biológico en aplicaciones de esterilización. Inactivación microbiana de G. Stearothermophilus con NO 2el gas avanza rápidamente en forma log-lineal, como es típico de otros procesos de esterilización. Noxilizer, Inc. ha comercializado esta tecnología para ofrecer servicios de esterilización por contrato para dispositivos médicos en sus instalaciones de Baltimore, Maryland (EE. UU.). Esto se ha demostrado en el laboratorio de Noxilizer en múltiples estudios y está respaldado por informes publicados de otros laboratorios. Estas mismas propiedades además permiten una eliminación más rápida del esterilizante y los gases residuales mediante la aireación del ambiente cerrado. La combinación de letalidad rápida y eliminación fácil del gas permite tiempos de ciclo más cortos y grandes durante el método de esterilización (o descontaminación) y un nivel más bajo de residuos esterilizantes que los que se encuentran con otros métodos de esterilización.

Ozono

El ozono se utiliza en entornos industriales para esterilizar agua y aire, además de como desinfectante de superficies. Tiene la ventaja de poder oxidar la mayor parte de la materia orgánica. Sin embargo, es un gas tóxico e inestable que debe producirse en el sitio, por lo que no es práctico de usar en muchos entornos.

El ozono ofrece muchas ventajas como gas esterilizante; El ozono es un esterilizante muy eficiente debido a sus fuertes propiedades oxidantes (E = 2.076 vs SHE) capaz de destruir una amplia gama de patógenos, incluidos los priones, sin necesidad de manipular productos químicos peligrosos, ya que el ozono se genera dentro del esterilizador a partir de productos médicos. -gradar oxígeno. La alta reactividad del ozono significa que el ozono residual puede destruirse pasando un catalizador simple que lo convierte en oxígeno y asegura que el tiempo del ciclo sea relativamente corto. La desventaja de usar ozono es que el gas es muy reactivo y muy peligroso. El límite inmediato de peligro para la vida y la salud (IDLH) del NIOSH para el ozono es 5 ppm, 160 veces más pequeño que el 800 ppm IDLH para óxido de etileno. NIOSH y OSHA han establecido el PEL para el ozono en 0.1 ppm, calculado como un promedio ponderado en el tiempo de ocho horas. Los fabricantes de gas esterilizante incluyen muchas características de seguridad en sus productos, pero una práctica prudente es proporcionar un monitoreo continuo de la exposición al ozono, en regla para proporcionar una advertencia rápida en caso de una fuga. Los monitores para determinar la exposición al ozono en el lugar de trabajo están disponibles comercialmente.

Glutaraldehído y formaldehído

Las soluciones de glutaraldehído y formaldehído (también utilizadas como fijadores) son agentes esterilizantes líquidos aceptados, siempre que el tiempo de inmersión sea suficientemente largo. Matar todas las esporas en un líquido transparente puede llevar hasta 22 horas con glutaraldehído e incluso más con formaldehído. La presencia de partículas sólidas puede alargar el período requerido o hacer que el tratamiento sea ineficaz. La esterilización de bloques de tejido puede llevar mucho más tiempo debido al tiempo necesario para que penetre el fijador. El glutaraldehído y el formaldehído son volátiles y tóxicos tanto por contacto con la piel como por inhalación. El glutaraldehído tiene una vida útil corta (<2 semanas) y es caro. El formaldehído es menos costoso y tiene una vida útil mucho más larga si se agrega algo de metanol para inhibir la polimerización a paraformaldehído, pero es mucho más volátil.El formaldehído se utiliza además como agente esterilizante gaseoso; en este caso, se prepara in situ mediante despolimerización de paraformaldehído sólido. Muchas vacunas, como lo ilustra la vacuna contra la polio original de Salk, se esterilizan con formaldehído.

Peróxido de hidrógeno

El peróxido de hidrógeno, tanto líquido como en forma de peróxido de hidrógeno vaporizado (VHP), es otro agente esterilizante químico. El peróxido de hidrógeno es un oxidante fuerte que le permite destruir una amplia gama de patógenos. El peróxido de hidrógeno se usa para esterilizar artículos sensibles al calor o a la temperatura, como lo ilustran los endoscopios rígidos. En la esterilización médica, el peróxido de hidrógeno se usa en concentraciones más altas, que van desde alrededor del 35% hasta el 90%. La mayor ventaja del peróxido de hidrógeno como esterilizante es el corto tiempo de ciclo. Si bien el tiempo de ciclo para el óxido de etileno puede ser de 10 a 15 horas, algunos esterilizadores modernos de peróxido de hidrógeno tienen un tiempo de ciclo tan corto como 28 minutos.

Los inconvenientes del peróxido de hidrógeno incluyen la compatibilidad del material, una menor capacidad de penetración y los riesgos para la salud del operador. Los productos que contienen celulosa, como lo ilustra el papel, no se pueden esterilizar con VHP y los productos que contienen nailon pueden volverse quebradizos. La habilidad de penetración del peróxido de hidrógeno no es tan buena como la del óxido de etileno, por lo que existen limitaciones en la longitud y el diámetro de la luz de los objetos que pueden esterilizarse eficazmente. El peróxido de hidrógeno es un irritante primario y el contacto de la solución líquida con la piel provocará decoloración o ulceración según la concentración y el tiempo de contacto. Es relativamente no tóxico cuando se diluye a bajas concentraciones, pero es un oxidante peligroso a altas concentraciones (> 10% p / p). El vapor es además peligroso y afecta predominantemente los ojos y el sistema respiratorio.Incluso las exposiciones a corto plazo pueden ser peligrosas y NIOSH ha establecido el IDLH en 75 ppm, menos de una décima parte del IDLH para el óxido de etileno (800 ppm). La exposición prolongada a concentraciones más bajas puede causar daño pulmonar permanente y, por lo tanto, OSHA ha establecido el límite de exposición permisible en 1.0 ppm, calculado como un promedio ponderado en el tiempo de ocho horas. Los fabricantes de esterilizadores hacen todo lo posible para que sus productos sean seguros mediante un diseño cuidadoso y la incorporación de muchas características de seguridad; sin embargo, todavía existen exposiciones en el lugar de trabajo al peróxido de hidrógeno de los esterilizadores de gas documentadas en la base de datos de la FDA MAUDE. Al utilizar cualquier tipo de esterilizador de gas, las prácticas de trabajo prudentes deben incluir una buena ventilación, un monitor de gas continuo para el peróxido de hidrógeno y buenas prácticas de trabajo y capacitación.

El peróxido de hidrógeno vaporizado (VHP) se utiliza para esterilizar grandes áreas cerradas y selladas, como se ilustra en habitaciones enteras e interiores de aviones.

Aunque es tóxico, el VHP se descompone en poco tiempo en agua y oxígeno.

Ácido peracético

El ácido peracético (0,2%) es un esterilizante reconocido por la FDA para su uso en la esterilización de dispositivos médicos como lo ilustran los endoscopios.

Potencial de esterilización química de priones

Los priones son muy resistentes a la esterilización química. Se ha demostrado que el tratamiento con aldehídos, como lo ilustra el formaldehído, aumenta la resistencia a los priones. Se demostró que el peróxido de hidrógeno (3%) durante una hora es ineficaz, proporcionando menos de 3 logaritmos(¹⁰-³) de reducción de la contaminación. Además, el yodo, el formaldehído, el glutaraldehído y el ácido peracético no superan esta prueba (tratamiento de una hora). Solo el cloro, los compuestos fenólicos, el tiocianato de guanidinio y el hidróxido de sodio reducen los niveles de priones en más de 4 logaritmos; el cloro (demasiado corrosivo para usar en ciertos objetos) y el hidróxido de sodio son los más consistentes. Muchos estudios han demostrado la eficacia del hidróxido de sodio.

Esterilización por radiación

La esterilización se puede lograr utilizando radiación electromagnética, como lo ilustran haces de electrones, rayos X, rayos gamma o irradiación de partículas subatómicas. La radiación electromagnética o particulada puede ser lo suficientemente enérgica para ionizar átomos o moléculas (radiación ionizante), o menos energética (radiación no ionizante).

Esterilización por radiación no ionizante

La irradiación con luz ultravioleta (UV, de una lámpara germicida) es útil para esterilizar superficies y algunos objetos transparentes. Muchos objetos que son transparentes a la luz visible absorben los rayos UV. La irradiación UV se utiliza habitualmente para esterilizar el interior de los gabinetes de seguridad biológica entre usos, pero es ineficaz en áreas sombreadas, incluidas las áreas bajo tierra (que puede polimerizarse después de una irradiación prolongada, por lo que es muy difícil de eliminar). Además, daña algunos plásticos, como lo ilustra la espuma de poliestireno si se expone durante períodos prolongados de tiempo.

Esterilización por radiación ionizante

La seguridad de las instalaciones de irradiación está regulada por la Agencia Internacional de Energía Atómica de las Naciones Unidas y supervisada por las distintas Comisiones Reguladoras Nucleares (NRC) nacionales. La agencia documenta los accidentes de exposición a la radiación que han ocurrido en el pasado y los analiza a fondo para determinar la causa y el potencial de mejora. Luego, dichas mejoras tienen el mandato de modernizar las instalaciones existentes y el diseño futuro.

La radiación gamma es muy penetrante y se utiliza claramente para la esterilización de equipos médicos desechables, como lo ilustran las jeringas, agujas, cánulas, equipos intravenosos y alimentos. Es emitido por un radioisótopo, habitualmente cobalto-60(⁶⁰Co) o cesio-137(¹³⁷Cs), que tienen energías fotónicas de hasta 1,3 y 0,66 MeV, respectivamente.

El uso de un radioisótopo requiere protección para la seguridad de los operadores mientras está en uso y en almacenamiento. Con la mayoría de los diseños, el radioisótopo se baja a un depósito de almacenamiento de fuente lleno de agua, que absorbe la radiación y permite que el personal de mantenimiento ingrese al escudo de radiación. Una variante mantiene el radioisótopo bajo el agua en todo momento y baja el producto a irradiar en el agua en campanas herméticamente selladas; además, no se requiere blindaje para tales diseños. Otros diseños de uso poco común utilizan almacenamiento en seco, proporcionando escudos móviles que reducen los niveles de radiación en áreas de la cámara de irradiación. Un incidente en Decatur, Georgia, EE. UU., Donde el cesio 137 soluble en agua se filtró en el grupo de almacenamiento de la fuente, lo que requirió la intervención de la NRC, ha llevado a que el uso de este radioisótopo se suspenda casi por completo en favor del más costosocobalto-60 no soluble en agua. Los fotones gamma de cobalto-60 tienen, en referencia al doble de energía, e inevitablemente un rango de penetración mayor, de la radiación producida por cesio-137.

Además, el procesamiento por haz de electrones se utiliza claramente para la esterilización. Los haces de electrones utilizan una tecnología on-off y proporcionan una tasa de dosificación mucho más alta que los rayos gamma o X. Debido a la tasa de dosis más alta, se necesita menos tiempo de exposición y, por lo tanto, se reduce cualquier degradación potencial de los polímeros. Debido a que los electrones llevan una carga, los haces de electrones son menos penetrantes que los rayos gamma y los rayos X. Las instalaciones dependen de escudos de hormigón sustanciales para proteger a los trabajadores y al medio ambiente de la exposición a la radiación.

Los rayos X de alta energía (producidos por bremsstrahlung) permiten la irradiación de paquetes grandes y cargas de palés de dispositivos médicos. Son lo suficientemente penetrantes para tratar múltiples cargas de paletas de paquetes de baja densidad con muy buenas relaciones de uniformidad de dosis. La esterilización por rayos X no requiere material químico o radiactivo: los rayos X de alta energía son generados a alta intensidad por un generador de rayos X que no requiere protección cuando no está en uso. Los rayos X se generan bombardeando un material denso (objetivo) como lo ilustra el tantalio o el tungsteno con electrones de alta energía, en un método conocido como conversión bremsstrahlung. Estos sistemas son energéticamente ineficientes y requieren mucha más energía eléctrica que otros sistemas para obtener el mismo efecto.

La irradiación con rayos X, rayos gamma o electrones no hace que los materiales sean radiactivos, ya que la energía utilizada es demasiado baja. Consistentemente, se necesita una energía de al menos 10 MeV para inducir radiactividad en un material. Los neutrones y las partículas de muy alta energía pueden hacer que los materiales sean radiactivos, pero tienen una buena penetración, mientras que las partículas de menor energía (distintas de los neutrones) no pueden hacer que los materiales sean radiactivos, pero tienen una penetración más pobre.

La esterilización por irradiación con rayos gamma puede afectar las propiedades del material.

La función postal de los Estados Unidos utiliza la irradiación para esterilizar el correo en el área de Washington, DC. Algunos alimentos (por ejemplo, especias y carnes molidas) se esterilizan mediante irradiación.

Las partículas subatómicas pueden ser más o menos penetrantes y pueden ser generadas por un radioisótopo o un dispositivo, dependiendo del tipo de partícula.

Filtración esterilizada

Los fluidos que se dañarían por el calor, la irradiación o la esterilización química, como se ilustra con la solución de fármaco, pueden esterilizarse mediante microfiltración utilizando filtros de membrana. Esta acción se usa claramente para productos farmacéuticos termolábiles y soluciones de proteínas en el procesamiento de medicamentos. Un microfiltro con un tamaño de poro habitualmente de 0,22 µm eliminará habitualmente de forma eficaz los microorganismos. Sin embargo, se ha demostrado que algunas especies de estafilococos son lo suficientemente flexibles como para pasar a través de filtros de 0,22 µm. En el procesamiento de productos biológicos, los virus deben eliminarse o inactivarse, lo que requiere el uso de nanofiltros con un tamaño de poro más pequeño (20-50 nm). Los tamaños de poro más pequeños reducen la velocidad de flujo, por lo que, en general, para lograr un rendimiento total más alto o para evitar un bloqueo prematuro, se debe utilizar la potencia de los prefiltros para proteger los filtros de membrana de poros pequeños.Los sistemas de filtración de flujo tangencial (TFF) y flujo tangencial alterno (ATF) además reducen la acumulación y el bloqueo de partículas.

Los filtros de membrana utilizados en los procesos de producción están claramente hechos de materiales como el éster de celulosa mixto o polietersulfona (PES). El equipo de filtración y los filtros en sí pueden comprarse como unidades desechables preesterilizadas en envases sellados o deben ser esterilizados por el usuario, de manera constante mediante autoclave a una temperatura que no dañe las frágiles membranas del filtro. Para garantizar el funcionamiento adecuado del filtro, la integridad de los filtros de membrana se prueba después de su uso y, a veces, antes de su uso. La prueba de integridad no destructiva asegura que el filtro no esté dañado y es un requisito reglamentario. Por lo general, la filtración estéril farmacéutica terminal se realiza dentro de una sala limpia para evitar la contaminación.

Conservación de la esterilidad

Los instrumentos que han sido esterilizados pueden mantenerse en tales condiciones encerrados en envases sellados hasta su uso.

La técnica aséptica es el acto de mantener la esterilidad durante los procedimientos.

Esterilización por calor húmedo

La esterilización por calor húmedo describe técnicas de esterilización que utilizan aire caliente que está muy cargado de vapor de agua y donde esta humedad juega un papel especial en la esterilización. Calentar un artículo es una de las primeras formas de esterilización practicadas. Los diversos procedimientos utilizados para realizar el método de esterilización por calor húmedo provocan la destrucción de microorganismos por desnaturalización de macromoléculas.

Descripción

Calentar un artículo es una de las primeras formas de esterilización practicadas. Los procesos de esterilización por calor húmedo esterilizan utilizando aire caliente que está muy cargado de vapor de agua, que juega un papel especial en la esterilización. Hervir una muestra durante 30 minutos o más matará prácticamente todas las células vegetativas presentes, pero no matará las esporas, que pueden germinar poco después y reanudar el crecimiento. En conclusión, hervir es una acción insuficiente para lograr la esterilización.

Acción sobre microorganismos

El calor húmedo provoca la destrucción de microorganismos por desnaturalización de macromoléculas, predominantemente proteínas. La destrucción de células por lisis también puede influir. Mientras que la esterilidad implica la destrucción de organismos de vida libre que pueden crecer dentro de una muestra, la esterilización no implica necesariamente la destrucción de materia infecciosa. Los priones son un ejemplo de un agente infeccioso que puede sobrevivir a la esterilización por calor húmedo, dependiendo de las condiciones.

Validación

Para facilitar la esterilización eficiente por vapor y presión, se utilizan varios métodos de verificación e indicación; estos incluyen cintas indicadoras que cambian de color e indicadores biológicos. Cuando se utilizan indicadores biológicos, las muestras que contienen esporas de microbios resistentes al calor, como se ilustra en Geobacillus stearothermophilis, se esterilizan junto con una carga estándar y luego se incuban en medios estériles (a menudo contenidos dentro de la muestra en una ampolla de vidrio para romper después de la esterilización). Un cambio de color en el medio (que indica producción de ácido por bacterias; requiere que el medio se formule para este propósito), o la aparición de turbidez (nubosidad que indica dispersión de luz por células bacterianas) indica que no se logró la esterilización y que el ciclo de esterilización puede necesitar revisión o mejora.

Métodos utilizados

Tyndallization

Una acción más eficaz es la que utiliza tres tratamientos de vapor sucesivos para lograr la esterilización en el transcurso de tres días. Esto funciona matando las células vegetativas, permitiendo la germinación de las esporas supervivientes y matando las células vegetativas resultantes antes de que tengan tiempo de formar esporas. Las esporas supervivientes del primer tratamiento, o las esporas formadas incidentalmente durante el primer período de incubación, mueren en un tercer ciclo de vaporización.

Alta presión

Una acción que se usa más claramente cuando el calor prolongado no es una preocupación es usar un autoclave o una olla a presión. Al esterilizar de esta manera, las muestras se colocan en una cámara de vapor en un estante o piso elevado, y la cámara se cierra y se calienta para que el vapor expulse el aire de las rejillas de ventilación o los escapes. Luego se aplica presión para que la temperatura interior alcance los 121 ° C (250 ° F), y esta temperatura se mantiene entre 15 y 30 minutos. Esta temperatura y presión elevadas es suficiente para esterilizar muestras de cualquier microbio o espora que se encuentre claramente. A continuación, se deja enfriar la cámara lentamente o mediante disipación pasiva de calor; es raro que se aplique enfriamiento forzado o que se ventile la presión deliberadamente. La esterilización a presión es la acción predominante utilizada para la esterilización médica de herramientas resistentes al calor,y para la esterilización de materiales para microbiología y otros campos que requieren una técnica aséptica.

En los casos en que los artículos necesiten esterilizarse para su uso inmediato, se puede emplear la esterilización instantánea. Las técnicas de flash se ejecutan constantemente durante el tiempo, la temperatura o la presión mínimos y pueden sacrificar algunas salvaguardias, como lo ilustra la capacidad de validar con indicadores biológicos o prevenir la contaminación. Constantemente se adoptan protocolos adicionales para mitigar los sacrificios; El equipo de esterilización instantánea a menudo se mantiene en el campo estéril de una sala de operaciones, se pueden usar envases protectores que penetran el vapor para preempacar artículos y, en particular, se pueden reutilizar sistemas de contenedores de esterilización rígidos diseñados.

Nivel de garantía de esterilidad

En microbiología, el nivel de garantía de esterilidad (SAL) es la probabilidad de que una sola unidad que ha sido sometida a esterilización permanezca no esterilizada.

Nunca es posible probar que todos los organismos han sido destruidos, ya que la probabilidad de supervivencia de un microorganismo individual nunca es cero. Entonces SAL se usa para expresar la probabilidad de supervivencia. Por ejemplo, los fabricantes de dispositivos médicos diseñan sus procesos de esterilización para un SAL extremadamente bajo, como se ilustra en 10 −6, que es una probabilidad de 1 en 1, 000, 000 de una unidad no estéril. SAL además describe la eficacia de destrucción de un método de esterilización. Un método de esterilización muy eficaz tiene un SAL muy bajo.

Tyndallization

La tyndallización es un método que data del siglo XIX para esterilizar sustancias, habitualmente alimentos, que lleva el nombre de su inventor, el científico John Tyndall, que se puede utilizar para matar endosporas resistentes al calor. A pesar de que se considera anticuado, se utiliza ocasionalmente.

Una acción esterilizante simple y eficaz que se utiliza claramente hoy en día es el autoclave: calentar la sustancia que se esteriliza a 121 ° C durante 15 minutos en un sistema presurizado. Si la esterilización en autoclave no es posible debido a la falta de equipo, o la necesidad de esterilizar algo que no resista la temperatura más alta, el calentamiento sin presión durante un período prolongado a una temperatura de hasta 100 ° C, el punto de ebullición del agua, puede ser usado. El calor matará las células bacterianas; aunque las esporas bacterianas capaces de germinar posteriormente en células bacterianas pueden sobrevivir. Puede usarse para destruir las esporas.

La tyndallización realmente consiste en calentar la sustancia hasta el punto de ebullición (o solo un poco por debajo del punto de ebullición) y mantenerla allí durante 15 minutos, tres días seguidos. Después de cada calentamiento, el período de reposo permitirá que las esporas que han sobrevivido germinen en células bacterianas; estas células serán destruidas por el calentamiento del día siguiente. Durante los períodos de reposo, la sustancia que se esteriliza se mantiene en un ambiente húmedo a una temperatura ambiente cálida, propicia para la germinación de las esporas. Cuando el ambiente es favorable para las bacterias, favorece la germinación de células a partir de esporas, y las esporas no se forman a partir de células en este ambiente (ver esporas bacterianas).

El método es habitualmente eficaz en la práctica. Pero no se considera totalmente confiable: algunas esporas pueden sobrevivir y luego germinar y multiplicarse. Hoy en día no se usa con frecuencia, pero se usa para esterilizar algunas cosas que no pueden soportar el calentamiento presurizado, como lo ilustran las semillas de plantas.

Esterilización por calor seco

La esterilización por calor seco de un artículo es una de las primeras formas de esterilización practicadas. Utiliza aire caliente que está libre de vapor de agua o que tiene muy poco, donde esta humedad juega un papel mínimo o nulo en el método de esterilización.

Método

El método de esterilización por calor seco se realiza por conducción; ahí es donde el calor es absorbido por la superficie exterior de un artículo y luego pasa hacia adentro a la siguiente capa. Finalmente, todo el artículo alcanza la temperatura adecuada necesaria para lograr la esterilización. El tiempo y la temperatura adecuados para la esterilización por calor seco son 160 ° C (320 ° F) durante 2 horas o 170 ° C (340 ° F) durante 1 hora o en el caso de esterilizadores de aire caliente de alta velocidad 190 ° C (375 ° F)) durante 6 a 12 minutos.

Los artículos deben estar secos antes