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醫療器械環氧乙烷滅菌過程確認方法

嘉峪檢測網        2019-11-21 16:15

環氧乙烷是一種廣泛使用的化學滅菌劑,環氧乙烷滅菌是當前醫療器械滅菌最主要的兩種方式之一。由于滅菌是一個特殊過程,其輸出難以用常規的測量或檢測手段加以驗證,例如產品的無菌測試為破壞性測試,故有必要進行過程確認。本文主要討論環氧乙烷滅菌過程確認中的某些概念和方法。

 

氣態環氧乙烷滅菌是化學滅菌法的一種,由于其對細菌、病毒、芽胞等絕大多數微生物均具有強大的滅菌作用,滅菌范圍極廣。加之環氧乙烷具有穿透性強、滅菌溫度低、對產品基本無損(相對于輻照滅菌)等特點,成為目前醫療器械尤其是一次性使用醫械的兩大主流滅菌方法之一,在國內外均有廣泛使用 。


由于滅菌過程是一個特殊過程,過程確認是無菌保證的重要環節。環氧乙烷滅菌確認有半周期法、部分陰性法等不同方法,各方法側重點不同,但均會涉及到微生物挑戰器械、環氧乙烷殘留、產品族分類等基本問題。本文試從這些基本問題出發,對相關的概念和處理方法做簡單介紹。

 

 

微生物挑戰器械的相對抗性

 

 

環氧乙烷滅菌確認的最主要目的,是要從微生物學角度證明過程的滅菌能力,因而確認中一個重要環節是制備和選擇微生物挑戰的具體形式,一般有以下三種微生物學挑戰形式 :

 

(a)產品生物負載 (Bio-burden),即以正常產品的自然生物負載做為微生物挑戰,其具體形式是產品本身 ;

 

(b)內部過程監測器材 (Internal Process Challenge Device, IPCD),是將生物指示劑(Biological Indicator, BI)放置于產品內部最難滅菌的部位而形成的 ;

 

(c)外部過程監測器材 (External Process Challenge Device, EPCD),是將生物指示劑放置于產品外部的某種載體中而形成的。

 

上述 3 種挑戰形式中,應證明其相對抗性關系為 IPCD ≥產品生物負載,理論上 EPCD 并非必需品,不用亦可。然而考慮到常規滅菌操作中,IPCD 的放置和取出需要兩次拆開產品包裝(如托盤、紙箱),會帶來包裝污染等潛在質量風險,且工作量也較大,使用 EPCD 是絕大多數人的選擇。當使用 EPCD 時,同時需證明 IPCD 和 EPCD 之間的抗性關系為 EPCD ≥ IPCD。

 

1.1 相對抗性關系 IPCD ≥產品生物負載的證明

 

此即 BI 合適性 (the appropriateness of BI) 的證明 , 通常有兩種證明方法 :

 

(a)生物負載法

這種方法即通過測試產品的自然生物負載和BI 的生物負載來比較,含數量上的比較和抗性上的比較。數量上的比較即比較 BI 的孢子計數值和產品上的自然生物負載值。


抗性上的比較即比較不同菌種間的抗性差異。環氧乙烷滅菌中用到的 BI 是萎縮芽孢桿菌,其抗性強于絕大多數微生物,有充分的文獻記載。值得注意的是,近年來自我國產的部分棉花中發現有磚火絲菌 (Pyronema Domestica),其對環氧乙烷的抗性很強。故對我國產的棉花為原料的產品,應考慮進行磚火絲菌的相關檢測,必要時以濕熱滅菌法進行預處理。


(b)無菌測試法

這種方法是將產品和 IPCD 用同一個亞致死周期(Sub-lethal Cycle)滅菌,之后分別進行產品和 BI 的無菌測試。如果產品測試為無菌,而IPCD 呈現出部分陽性結果,則說明同樣的滅菌參數能對產品形成全殺滅,而不能對 BI 形成全殺滅,故能證明 IPCD 對滅菌過程的抗性強于產品本身的抗性。


在存在磚火絲菌的情況下,由于產品很難被環氧乙烷滅菌,故產品無菌測試可能在相當強的過程參數下仍出現陽性結果。此時應考慮磚火絲菌的相關檢測,同樣,必要時以濕熱滅菌法進行預處理。

 

1.2 相對抗性關系 EPCD ≥ IPCD 的證明

 

這種證明方式相對簡單,通常是將 EPCD 和IPCD 經過同一個亞致死周期處理,然后比較其對滅菌過程的相對抗性即可。相對抗性的比較一般通過 D 值的計算來進行,D 值越大,抗性越強。如果計算出的 EPCD 的 D 值大于 IPCD 的 D值,則可證明 EPCD 的抗性強于 IPCD 的抗性。


值得說明的是,有時會出現 EPCD 抗性略弱于 IPCD 的情況,對此 ISO/TS 11135-2 :2008 指出,如果兩種 PCD 的抗性差異小于 20%,這兩種PCD 可視為等同。筆者建議在實際工作中,應盡量避免這種情況。根據上面的原理,如果需要引入新的 PCD,也可將新 PCD 與原有 PCD 經過同一個亞致死周期處理,之后比較其抗性,來確定是否可以引入新 PCD。


該方法同時也是新產品引入時廣泛運行的一種方法,即:當有新產品需要引入當前經過確認的滅菌過程的時候,可將 BI 放入新產品最難滅菌的部位,形成備選 IPCD,將備選 IPCD 與已確認的 PCD 經過同一個亞致死周期處理,之后比較其抗性。如果備選 IPCD 的抗性弱于已確認的 PCD,則說明新產品較之前的產品或 PCD 更容易滅菌,因而可以用當前的滅菌過程滅菌。

 

 

2.1 D 值的計算方法

 

如第 1 部分所述,在選擇 PCD 時需要比較其抗性,具體的衡量指標是 D 值。D 值是指在既定條件下使測試微生物滅活 90% 的時間或劑量(對EO 滅菌而言是滅菌時間)。D 值的計算有 HSKP法、SMCP 法等方法,下面列出較常見的 SMCP法(Stumbo-Murphy-Cochran Procedure)的計算公式 :
 r 為測試為陰性的 BI 個數。

 

2.2 D 值的意義

 

D值是有重要意義的指標,如上所述可以比較 PCD 對滅菌過程的抗性。不同的 PCD 經過亞致死周期后可根據上面的公式計算 D 值,D 值越大,PCD 抗性越強。


同時 D 值也可用來估算所需的滅菌時間。D值實際上體現的是生物負載下降一個對數值所需的滅菌時間,即生物負載下降 101 所需的滅菌時間。假設 PCD 的生物負載為 106,在半周期法中,PCD 應被全部殺滅,因而半周期的滅菌時間應等于 6 倍 D 值或更長。全周期和常規滅菌時間加倍,即等于 12 倍 D 值或更長。

 

 

環氧乙烷殘留

 

 

醫療器械經環氧乙烷滅菌后,會有一定程度的殘留。殘留物質由于可能損害人體健康,因此需要加以控制,主要的手段是進行解析(aeration)。通常在滅菌確認中(也可以在常規處理中)進行殘留量的檢測,據此來確定所需的解析條件。

 

3.1 殘留物質 

 

當采用環氧乙烷對醫療器械進行滅菌時,可能的殘留物質有以下三種 :(a)環氧乙烷(EO) (b)2- 氯乙醇 (ECH)(c)乙二醇 (EG)ISO 10993-7:2008 規定了當采用 EO 滅菌的醫療器械存在 ECH 時,ECH 的最大允許殘留量,但未規定 EG 的接觸量限度,因為按照該標準的要求控制 EO 時,不太可能存有顯著生物學影響的 EG 殘留量。因此通常在滅菌殘留檢測時,主要是檢測 EO 和 ECH。

 

3.2 殘留限度 

 

關于殘留量的限度各個國家的標準有所不同,有的國家采用毫克 / 器械的限度標準,有的國家采用 ppm(μg/g)的限度標準。多數歐美國家的通行標準是 ISO 標準,根據接觸時間的不同,將器械分為短期接觸、長期接觸、持久接觸(注 :另外有特殊情況的器械),分別規定殘留量限度。


我國現行標準 GB/T 16886.7-2001 等同采用1995 版 ISO 10993-7。值得注意的是,由于 ISO 10993-7 已經從 1995 版升至 2008 版,后者標準更為嚴格。以短期接觸器械為例,GB/T 16886.7-2001 由于等同采用 1995 版 ISO 10993-7,其規定限度為 EO 不超過 20 毫克 / 器械,ECH 不超過12 毫克 / 器械 ;而 2008 版 ISO 10993-7 規定的限度為 EO 不超過 4 毫克 / 器械,ECH 不超過 9 毫 克 / 器械。另外,我國對于一次性使用醫療器械,還規定其 EO 殘留量不得超過 10μg/g,故對內銷產品應注意這一要求。

 

 

EO 產品族和處理組

 

 

實際工作中,需要用環氧乙烷滅菌的產品可能種類眾多,由于滅菌確認時間長、費用高,對每種產品分別進行滅菌確認是不經濟的,很多情況甚至是不現實的。為實現多種產品一起確認、一起滅菌的問題,較常用的做法是將產品分成EO 產品族或處理組,對 EO 產品族或處理組中的代表性產品或 PCD 完成確認后,即可對產品族或處理組中的所有產品進行常規滅菌。

 

4.1 EO 產品族 

 

EO 產品族是指對于確認而言相似或等同的一系列產品。將產品歸于產品族中時,考慮到的主要因素有產品設計和功能、生產方式、生產環境或區域、材料構成、包裝材料、無菌屏障或保護性包裝模式、密度、尺寸大小和 / 或表面積,以及生物負載等。

 

4.2 處理組

 

將 EO 產品族的概念進一步推而廣之,即得到處理組的概念 :處理組是指能用同一 EO 滅菌過程滅菌的一系列產品或產品族。

 

從上述定義可以看出,處理組與產品族相比,涵蓋的范圍更廣,可以包含不同的產品族。處理組所含的產品可能在材料、構造、包裝等各方面不盡相同,這是跟產品族不同的概念。但是處理組內部的產品有一點是一致的,即他們都可用某一 PCD 來代表其微生物挑戰。

 

4.3 EO 產品族和處理組概念的運用

 

EO 產品族和處理組的概念對實際工作有重要的指導意義,使得以較少的工作同時驗證種類各異的產品成為可能,可以節約大量的時間和費用。下面是其具體運用的一種方法 :

(a)將待驗證產品分成不同的 EO 產品族 ;

(b)確定各個 EO 產品族的 PCD,并比較其相對抗性 ;

(c)選擇相對抗性最強的的 PCD 做為處理組的主 PCD ; 

(d)以處理組的主 PCD 進行滅菌確認 ;

(e)確認完成后,該處理組內的所有產品可用同一滅菌過程同時進行常規處理。

 

 

過程等效性

 

 

對滅菌過程而言,在不同滅菌設備上運行,由于滅菌設備本身可能存在差異,其輸出(即滅菌效果)可能不同。因此即使對于完全一致的滅菌過程,在不同的滅菌設備上運行時,也需要分別進行滅菌確認,這個道理跟醫療器械的生產、包裝等設備是一致的。


然而對于擁有多臺相似滅菌設備的廠家而言,在各滅菌設備上對相同的產品和參數分別進行全面的滅菌確認時間和經濟成本較高,且可能不必要,因此這里我們介紹過程等效性的概念。


過程等效性 :兩個或以上的滅菌設備能以既定的參數達到相同的滅菌過程的書面評估。


過程等效性的評估通常分為過程分析和評估,以及微生物評估兩部分。過程分析和評估除了滅菌柜之外,還需要考慮滅菌過程的其他相關設備,例如預處理室和解析室。評估的一個重點在于詳細比較各系統的異同,如制造商、品牌型號、功率大小等,另一個重點在于其過程效果,如真空速率、溫濕度分布等。微生物評估主要是以運行部分周期或半周期等方式,證明滅菌過程能夠達到規定的最低 SAL(無菌保證水平)。


對于已在某滅菌設備上確認過的滅菌過程而言,轉移到其他滅菌設備的步驟通常包括 :

(a)將備選設備與現有設備進行評估,如果具有等同性,則 :

(b)運行一個半周期(或是部分周期),檢測PCD 中的 BI 并記錄裝載溫濕度 ;

(c)將裝載溫濕度數據與原有數據進行比較,進行裝載參數的評估 ;

(d)計算 SAL,進行微生物方面的評估,看是否能到達規定的 SAL。

 

如此,可將現有工藝和產品轉移到等效的滅菌設備上。

 

 結 語 

 

綜上所述,環氧乙烷滅菌確認涉及到微生物挑戰器械、殘留量檢測以及產品、過程等諸多方面,實際工作中可能遇到的問題也較多,但是合理地運用某些方法,在科學合理的基礎上經濟地進行滅菌確認是可能的。本文對相關的內容試做簡單梳理,希望能對同行和感興趣的讀者有所幫助。

 

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來源:新合力

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