.
Inleiding
BOlOO-1
Inleiding
1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6.
Afstervingskarakteristieken k-waarde Decimale reductietijd Resistentiewaarde F-waarde Reductiefactor Totale letaliteit
BOlOcL 5 BOlO@--5 BOIOO- 7 BOlOO- 8 BOlO& 9 BOlOO-10 B0lOCLlO
2.
Initiële contaminatie (uitgangsbesmetting)
BOlO&11
3.
Sterilisatieparameters
BOlO&
4.
Sterilisatiemethoden
B0100-12
2 Richtlijnen steriliseren en steriliteit
augustus
1985
2/ZRSTE00067
Inleiding
I%OlO&3
Medische hulpmiddelen en geneesmiddelen worden meestal toegepast in situaties waarin het evenwicht tussen mens en micro-organismen is of wordt verstoord. Bij de bestudering van de wisselwerking tussen micro-organismen en de mens onderscheidt de epidemiologie vier fasen: herkenning, opsporing, bestrijding en voorkoming. In dit verband dient het steriliseren van medische hulpmiddelen en geneesmiddelen ter bestrijding van contaminatie en ter voorkoming van infecties. Steriliseren kan worden omschreven als een proces waarbij materialen zodanig worden behandeld dat na afloop geen levende micro-organismen op of in de materialen aanwezig zijn. Aldus gedefinieerd is sterilisatie een duidelijk omlijnd begrip. Het wordt echter pas hanteerbaar wanneer een betrouwbare methode voorhanden is waarmee een objectieve vaststelling van de steriliteit mogelijk wordt. Aanvankelijk werd hiervoor uitsluitend de steriliteitstest gebruikt, waarbij uit iedere partij gesteriliseerde produkten steekproefsgewijze een aantal monsters wordt getrokken. Deze monsters worden vervolgens met behulp van voedingsbodems op aanwezigheid van micro-organismen onderzocht. Tegen deze werkwijze zijn echter belangrijke bezwaren aan te voeren. Deze betreffen de relatie tussen de grootte van de steekproef en contaminatiegraad van de partij of charge. In tabel 1 staat de kans aangegeven dat een partij of charge bij verschillende steekproefgrootten en contaminatieniveaus ten onrechte wordt goedgekeurd. Verder kunnen vals-positieven een onjuiste beoordeling geven van de steriliteit van de partij. Tabel 1. Relatie tussen de kans up goedkeuring en het aantal produkteenhedenin de steekproef bij een verschillend percentage gecontamineerdeprodukteenheden (Brewer, 1957). -
-.
percentagegecontamineerd NI
0.1 0.3 0.5 1
2
10 20 50 100 200 300 400 500
.99 .98 .95 .91 .82 .74 .67 .6 1
-82 .74 .67 .54 -36 .22 .13 .05 .02 ,002 .002 .OOO
1
N-
.98 .94 -86 .74 .55 .41 .30 .22
.96 .90 .78 .61 .36 .22 el3 .08
.91 .82 .61 .37 .13 .05 .02 .Ol
3
4
5
10
15 20
30
40
.67 .44 .13 .02
.60 .35 .08 .Ol
-34 .19 .lO .02 .006 .ll .04 .01 .001 .005 .OO
aantal produkteenheden in de steekproef.
2 Richtlijnen steriliseren en steriliteit
augustus 1985
2/ZRSTEOOO68
BOiO0-4
Inleiding
Uit het voorgaande volgt dat een vaststelling van de steriliteit met 100% statistisch proefondervindelijke zekerheid niet mogelijk is. Daarom is internationaal overeengekomen steriliteit te definiëren als: ,,een produkt is steriel, wanneer de kans dat in of op het produkt nog levende micro-organismen worden aangetroffen kleiner is dan een op een miljoen (1 / 106 of 10-6)“. Steriliteit is door deze definitie niet zozeer een absoluut, maar eerder een statistisch begrip geworden. Figuur 1 laat zien dat overeenkomstig deze definitie circa 3 miljoen monsters zouden moeten worden onderzocht om, met 99,97% zekerheid, de steriliteit vast te stellen. De steriliteit van een produkt zal daarom op een andere wijze moeten worden bepaald. De hiervoor ter beschikking staande methoden hebben betrekking op het sterilisatieproces, met als uitgangspunt een volledige beheersing van dat proces. Dit houdt in dat de omstandigheden die tot steriliteit leiden vooraf worden bepaald en tijdens het proces worden gecontroleerd. Procesbeheersing vereist dat de parameters van het sterilisatieproces bekend ziin. Naast de fysische en chemische parameters zoals tijd, temperatuur, druk,
I I
10
1 I
50 percentagegecontamineerdeprodukteenheden,-*
I
100
Figuur 1. Relatie tussenhet minimum aantal prudukteenheden in de steekproef en het percentage gecuntamìneerdeprodukteenhedenvuur het vaststellenvan steriliteit met een zekerheid van 99%.
2 Richtlijnen steriliseren en sterifiteit
augustus 1985
2/ZRSTEOOO68
Inleiding
BOlOO-5
relatieve vochtigheid, gasconcentratie, bronsterkte en micromilieu, moeten ook de afstervingskarakteristieken van de micro-organismen worden onderzocht. Deze karakteristieken zijn voor elk soort micro-organisme per sterilisatiemethode en/of type sterilisatieproces verschillend. 1.
Afstervingskarakteristieken
1.1. k-waarde
Voor ieder micro-organisme kan in relatie tot een sterilisatieproces een kwaarde worden bepaald. Het aantal micro-organismen dat per tijdseenheid afsterft tengevolge van een bepaald sterilisatieproces, is afhankelijk van het aantal levende micro-organismen dat aanwezig is: --dN = kN (1) dt waarin N = het aantal levende micro-organismen; k = een constante gerelateerd aan het sterilisatieproces en het micro-organisme; t = tijd. Integratie van formule 1 geeft:
- Nt, s
dN
NtQ
Ntl
=Nt,
=
11
k.N.dt
43s
. e-kt,
(2)
waarin N t, = aantal micro-organismen voor sterilisatie (in plaats van NtO kan ook N, worden geschreven); = aantal micro-organismen na sterilisatie gedurende ti Ntl In N,l - In N, = -kt, - kt1 = log NtQ - log Ntl. 2,303
(3)
Nadat een bekende hoeveelheid micro-organismen (NQ) gedurende een bepaalde tijd (ti) aan een schadelijke invloed is blootgesteld, wordt het restant micro-organismen geteld (N,,). Door de tijd ti te variëren, wordt een aantal N,t-waarden bepaald. Door deze waarden logaritmisch tegen de tijd uit te zetten, kan een curve worden 2 Richtlijnen steriliseren en steriliteit
augustus 1985
2/ZRSTEOOO69
BOMO-
Inleiding
geconstrueerd. In het ideale geval zal deze curve een rechte lijn (fig. 2) zijn; k is immers voor een bepaald micro-organisme in relatie met een bepaald sterilisatieproces constant. Een verzameling van micro-organismen is echter zelden uniform in soort, type, levenscyclus, ouderdom en resistentie. Deze verschillen zullen leiden tot afwijkingen van de rechte lijn. De belangrijkste afwijkingen zijn ,,shouldering” en ,,tailing”.
Figuur 2. Afstervingscurve: ideaal verloop.
Figuur 3. Afstervingscurve met huldering-effect.
2 Richtlijnen steriliseren en steriliteit
augustus 1985
2/ZRSTEUOO69
Inleiding
BOloo-7
a. ,, Shouldering” Tijdens het sterilisatieproces kan aanvankelijk vermeerdering van het aantal micro-organismen optreden. Dit heeft tot gevolg dat de waargenomen afstervingscurve wordt vertekend (zie fig. 3). b. ,, Tailing” Een effect dat wordt waargenomen wanneer een fractie van N, een beduidend hogere resistentie heeft dan de rest van de populatie. In dat geval zal de curve verlopen zoals weergegeven in figuur 4. f
Figuur 4. Afstervingscwve met taihg-effect.
1.2. Decimale reductietijd In de dagelijkse praktijk van het steriliseren wordt de k-waarde als begrip nauwelijks gehanteerd. In plaats daarvan is een afgeleide van de k-waarde, de decimale reductietijd (D), als karakteristieke waarde ingevoerd. De D-waarde is gedefinieerd als de tijqin minuten) die bij een bepaalde temperatuur nodig is om het aantal micro-organismen met een factor 10 te verminderen (fig. 5). Wanneer een sterilisatieproces 60 minuten duurt en een D-waarde heeft van 10 minuten, zal van een contaminatie met 106 microorganismen na dit proces 1 micro-organisme in leven zijn gebleven. De definitie van D toegepast op formule 3 geeft: kD log 10 = 1 = 23 9
+ D = k293
2 Richtlijnen steriliseren en steriliteit
augustus 1985
(4)
2/ZRSTEOO070
BOl W
Inleiding
Figuur 5, Bepaling D-waarde.
1.3. Resistentiewaarde De resistentiewaarde (z-waarde) van een micro-organisme geeft de verandering van de resistentie weer als gevolg van verandering van een procesparameter (bijv. temperatuur, gasconcentratie). Zo is voor stoomsterilisatie de z-waarde gedefinieerd als het aantal graden temperatuursG.jging, nodig om D met een factor 10 te laten afnemen. De z-waarde is noodzakelijk om de afsterving van micro-organismen bij verschillende temperaturen te kunnen vergelijken. De z-waarde wordt bepaald uit een aantal D-waarden bij verschillende temperaturen. Deze D-waarden worden logaritmisch tegen de temperatuur uitgezet (fig. 6). z kan dan worden geconstrueerd of berekend door middel van: tga
=
log DI - log D2 T2 -
Tl
1 = T2 - TI
1 ofwel z = tg cY
2 Richtlijnen steriliseren en steriliteit
(5) (6)
augustus 1985
2/ZRSTEOOO70
Inleiding
BOi00-9
Fìguur 6. Bepaling z-waarde:
D2 = 091Dl log Dl - log D2 = 1 1 Z = Tz-T1 = tg cy Jog Dl - log D2 =- 1 T2
-
TI
2
1.4. F-waarde
Een sterilisatieproces dat is gebaseerd op het effect van warmte (stoom, droge hitte, heet water) zal niet alleen in de sterilisatiefase maar ook tijdens de opwarming en de afkoeling een reducerend effect hebben op het aanwezige aantal micro-organismen. Sij het berekenen van de effectiviteit van een sterilisatieproces kan hiermee rekening worden gehouden door toepassing van de F-waarde. De F-waarde van een sterilisatieproces bij een bepaalde temperatuur is het aantal minuten dat een sterilisatieproces bij een referentietemperatuur (meestal 121 “C) moet duren om een zelfde mate van afsterving te verkrijgen. Zodoende is de F-waarde een maat voor de effectiviteit van een sterilisatieproces. Bg vergelijking van het micro-organisme dodend effect bij verschillende temperaturen is de grootte van de z-waarde de enige bepalende factor. Daarom geeft men bij de F-waarde niet alleen de referentietemperatuur, maar ook de z-waarde aan (F T*) 2 Richtlijnen steriliseren en steriliteit
augustus 1985
2/ZRSTEOMI71
10 FiU=
15 wil dus zeggen dat het proces een totale afsterving veroorzaakt die overeenkomt met de afsterving van micro-organismen met z = 10 ver10 oorzaakt door 15 minuten steriliseren bij 121 “C. F 121 wordt als referentie (F,) gehanteerd. 1.5. Reductiefactor Het aantal malen dat in het sterilisatieproces de decimale reductietijd D wordt gerealiseerd, wordt de reductiefactor (n) genoemd. F =-D wanneer T 2 > TI dan is DI > D 2 F2 = nD2 F1 = nD, n
F* F2
1
Z =tg(Y=
Dl
= D2
T2 - Tl log D, - log D2
T, - TI 1% Dl - log D2 =
f;l = F2. 10 T2-Z T1 Wanneer bij een bepaalde temperatuur (T2) een minimale sterilisatietijd bekend is ( F2), bijvoorbeeld 15 minu ten bij 121 0C, kan door het invullen van een alternatieve sterilisatietemperatuur TI op eenvoudige wijze de nieuwe minimale sterilisatietijd (F,) worden berekend. 1.6. Totale letaliteit De totale afsterving tijdens het gehele proces kan worden berekend door het optellen van alle afstervingseffecten bij de verschillende temperaturen. De letaliteit is het afstervingseffect per tijdseenheid.
Dus in LxF, minuten bij 121 “C vindt evenveel afsterving plaats als in 1 minuut bij de temperatuur waarbij L is berekend. De totale afsterving is dan (gerelateerd aan F,): 2 Richtlijnen steriliseren en steriliteit
augustus 1985
2~ZRSTEOOO7 1
Inleiding
BOlO0-11
t eind
L
dt
s fbegin
..
De voorafgaande berekeningen en voorbeelden zijn gebaseerdop sterilisatie door middel van warmte, in dit geval stoomsterilisatie. Voor elke andere sterilisatiemethode kan eenvolkomen analoge berekening ’ worden opgezet.Dit betekent in de praktijk dat het mogelijk is op grond van de letaliteit het effect van principieel verschillende sterilisatiemethoden, bijvoorbeeld stoom- en gassterilisatie, met elkaar te vergelijken. 2.
Initiële contaminatie (uitgangsbesmetting)
De bepaling van de initiële contaminatie omvat de bepaling van het aantal (N,) en eventueel van de soorten levende micro-organismen, die aanwezig zijn op of in een produkt, voordat de sterilisatie plaatsvindt. In de praktijk wordt de initiële contaminatie voornamelijk beoordeeld op grond van het. aantal micro-organismen. In het voorafgaande werd reeds aangeduid dat de resistentie van een verzameling micro-organismen (populatie) ten opzichte. van een sterilisatiepro.ceswordt bepaald door de combinatie van het aantal (N,), de specifieke resistentie van de aanwezige soorten (gekarakteriseerd door D- en z-waarden) en milieufactoren. Voor de bepaling van het aantal eencellige micro-organismen, zoals bacteriën en gisten, zijn reeds lang verscheidene’methoden bekend. Deze’ micro-organismen vormen elk afzonderlijk een kolonie. Voor multicellulaire micro-organismen, zoals de schimmels, waarbij niet ieder micro-organisme een kolonie vormt, is het moeilijk het aantal eenduidig te bepalen. Niettemin worden de tellingen van schimmelkolonies vaak opgenomen in de bepaling van de initiële contaminatie. De handelingen die worden verricht bij de vaststelling van de uitgangscontaminatie bestaanachtereenvolgensuit het verwijderen, het kweken, het tellen en het identificeren van de micro-organismen. Voor het verwijderen kunnen, afhankelijk van het te onderzoeken produkt, . diverse technieken, zoals afnemen of afspoelen en schudden met vloeistof worden gebruikt. Uit de vloeistof worden dan met behulp van membraanfiltratie de micro-organismen geïsoleerd. De micro-organismen worden in dit geval gekweekt op agarplaten. Aangezien het identificeren van micro-organismen vaak gecompliceerd is, wordt veelal volstaan met het bepalen van net I aantal micro-organismen. 6 Richtlijnen steriiiseren en stetiliteit
januari 1988
BOlOO42 Inleiding Regelmatige bepaling van de uitgangscontaminatie kan worden benut om het microbiologische kwaliteitsniveau van een bepaald produkttype of een bepaalde werkwijze vast te stellen. De resultaten worden in kaart gebracht, waarbij statistisch vastgestelde actie- en waarschuwingsgrenzen aangeven of het produktieproces binnen de gestelde eisen blijft, danwel moet worden bijgestuurd. De bepaling van de initiële contaminatie kan niet alleen worden toegepast voor het vaststellen van de sterilisatiecondities, maar ook om een indruk te krijgen van de hygiëne ter plaatse. Daardoor vormt het een middel om de microbiologische consequenties van wijzigingen in de produktieprocessen of de werkomgeving op te sporen. 3.
SteriIisatieparameters
De apparatuur waarmee kan worden gesteriliseerd, heeft de afgelopen jaren een krachtige ontwikkeling doorgemaakt. De moderne apparatuur wordt gekenmerkt door een grote technische complexiteit. Het steriliseren is een gespecialiseerd technisch proces geworden. Het belang van fysische en chemische parameters voor de vaststelling van de procesomstandigheden wordt steeds meer onderkend. Daarom wordt van het bedienend personeel kennis geëist omtrent microbiologie, meet- en regeltechniek en procesbeheersing. Ten aanzien van het sterilisatieproces wordt geëist dat dit proces op reproduceerbare wijze verloopt en dat de kwaliteitsaspecten van het produkt, - steriliteit, werkzaamheid en atoxiciteit - worden gewaarborgd. Om vast te stellen of aan deze voorwaarden wordt. voldaan, worden de meetgegevens verzameld en geëvalueerd. Deze werkwijze wordt aangeduid als procesvalidatie. In diverse richtlijnen zal uitgebreid aandacht aan dit onderwerp worden geschonken. 4.
Sterilisatiemethoden
In het voorafgaande is vastgesteld dat steriliteit wordt bereikt door, met veelal complexe methoden, het aantal micro-organismen tot minder dan 1 micro-organisme per miljoen gesteriliseerde produkteenheden te verminderen. Hierbij worden in principe drie methoden toegepast, namelijk: sterilisatie door vernietiging (verhitting of straling) ; sterilisatie door vergiftiging (chemische middelen); sterilisatie door verwijdering (filtratie). Hierbij moet worden aangetekend dat de sterilisatie van onverpakte apparatuur in vloeibare chemische middelen alleen dan mag worden aangewend als andere sterilisatiemethoden niet toepasbaar zijn. Na sterilisatie zal 6 Richtlijnen
steriliseren en steriliteit
januari 1988
Inleiding
BOlW
immers direct hercontaminatie kunnen plaatsvinden. Een discussiepunt is de sterilisatie door filtratie. Hoewel een combinatie van oppervlaktefilters en adsorptiefilters in staat moet worden geacht bacteriën, gisten, schimmels, respectievelijk virussen te verwijderen, bestaat bij autoriteiten en experts in diverse landen nog een voorbehoud om deze methode als sterilisatie te karakteriseren.
2 Richtlijnen steriliseren en steriliteit
augustus 1985
2/ZRSTEOOO73
