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Traduzido e impresso com a autorizaçao do Elsevier Science de Biomaterials (anteriormente Clinical Materials), 7, (3), 1986: 221-224 Esterilização de Dispositivos Implantáveis I. P. Matthews, C. Gibson & A. H. Samuel Department of Epidemiology and Community Medicine, University of Wales College of Medicine, Heath Park, Cardiff CF4 4XN, Reino Unido. Sumário: As patogêneses e os índices de infecção associados ao uso de uma ampla variedade de dispositivos implantáveis são descritos neste documento. Destacamos a natureza multifatorial da infecção periprotética pós-operatória e explicamos o papel da esterilização dos dispositivos. A resistência dos esporos bacterianos é identificada como um problema, e descrevemos, em sua totalidade, os processos de esterilização por calor, vapor, óxido de etileno, formaldeído e vapor à baixa temperatura, radiação ionizante e glutaraldeído líquido. A garantia e a validação da esterilidade são discutidas no contexto dos indicadores biológicos e indicadores físicos/químicos. Os efeitos adversos da composição do material dos dispositivos e problemas de controle de processo também estão indicados. Finalmente, exploramos as otimizações possíveis do processo do óxido de etileno e sua potencial significância para o campo da esterilização de implantes.

INTRODUÇÃO

Os dispositivos implantáveis podem ser definidos como dispositivos, que são colocados dentro do corpo, por um período de tempo curto ou prolongado ou até permanentemente. A variedade de implantes é extremamente ampla, incluindo marcapassos cardíacos, enxertos vasculares, válvulas cardíacas, próteses de juntas, próteses de mama, implantes dentários e lentes intra-oculares. Os cateteres arteriais e venosos, cateteres urinários, dispositivos de acesso peritoneal e de hemodiálise e os tubos endotraquiais são inseridos no corpo apenas por um tempo relativamente curto, porém estão sujeitos a muitas e às mesmas infecções que os dispositivos permanentes. A infecção é o maior problema associado aos dispositivos implantáveis, e uma complicação adicional é que os organismos com virulência relativamente baixa são, freqüentemente, considerados patogênicos quando contaminam o bioimplante. Além disso, pouco é conhecido sobre os efeitos de um dispositivo protético sobre a resposta imunológica ao hospedeiro ou sobre a ação inflamatória dos tecidos com os quais a prótese faz a interface. A importância de entender as causas da infecção é ilustrada pelo fato de que muitos dispositivos implantáveis são usados em grandes números; por exemplo, há uma necessidade de mais de 100.000 artroplastias do quadril anualmente nos Estados Unidos.1

Os mecanismos, pelos quais o implante de objetos estranhos (por exemplo, os implantes poliméricos) aumentam suscetivelmente a infecção, não são

compreendidos em sua totalidade.2-4 Estudos clínicos de muitos campos da cirurgia demonstram claramente uma associação entre o implante de materiais estranhos e um aumento na incidência de infecções. Nos Estados Unidos, cerca de 30.000 pacientes desenvolvem, anualmente, bacteremia resultante do uso de cateter intravenoso, onde a taxa da causa de fatalidades está entre os 20 e 40%.5.6 Os estafilococos e bacilos gram-negativos são os microorganismos mais comuns envolvidos. Entretanto, isso geralmente depende do tipo de cateter, bem como da sua localização e de outros fatores.7 Uma prótese intravenosa especial é a derivação peritovenosa (por exemplo, a derivação de LeVeen), que é usada em pacientes para controlar a ascite. Essa prótese, que é colocada com uma extremidade na cavidade peritoneal e a outra extremidade normalmente drenando para a veia porta, foi relatada como associada à bacteremia da peritonite ou infecções de feridas em 20% dos pacientes.8,9 Os bacilos gram-negativos e o Staphylococcus aureus são as causas mais freqüentes de bacteremia associada às derivações peritovenosas. O tratamento, geralmente, requer a remoção do dispositivo entre outras coisas, a fim de efetuar a cura. A patogênese de tais infecções e o relativo índice de infecção dependem de muitos fatores, tais como a composição do dispositivo e seu funcionamento, o local, o período de tempo que o dispositivo fica no local (por exemplo, o tipo e freqüência do uso do cateter) e a condição básica do paciente.10-12 Um tema recorrente, que envolve a maioria dos dispositivos implantáveis, é a observação de que a remoção das próteses infectadas é,

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geralmente, um pré-requisito para a cura. Apesar da eficácia dos antibióticos, a presença de um objeto estranho nos tecidos forma um ninho no qual a erradicação da infecção será difícil durante a permanência do dispositivo no local. A esterilização de dispositivos implantáveis é realizada para eliminar os microorganismos infectantes dos dispositivos. Entretanto, talvez valha a pena pesquisar o papel da flora contaminante nos resultados finais da infecção da ferida cirúrgica. O mesmo implante, localizado em diferentes áreas do corpo, pode estar associado a diferentes floras, a mecanismos de defesa potencialmente diferentes e a outras alterações no ambiente, que possam alterar o potencial de desenvolvimento da infecção associada à prótese (PAI). Os efeitos particulares estão reconhecidamente associados ao implante dos biomateriais, o que não ocorre em procedimentos cirúrgicos que não envolvem implantes. Por exemplo, a aderência das bactérias ao material de implante pode impedir sua remoção por causa das secreções do hospedeiro e fluxo de sangue e, assim, isolá-los do mecanismo de defesa como na fagocitose.13 Também, determinados estafilococos de coagulase negativa (do subgrupo S2 Baird Parker) desenvolvem uma camada mucóide, que pode facilitar a sua aderência in vitro às derivações do líquido cerebrospinhal.14 Os implantes também podem alterar a resposta imunológica ao hospedeiro, através das alterações da capacidade fagocitária, resposta inflamatória ou da síntese da imunoglobulina.15-17 Os danos nos tecidos causados pelos materiais estranhos também podem afetar o desenvolvimento da PAI.18 As bactérias podem aderir prontamente ao aço inoxidável e ao Vitalium, crescendo nessas superfícies.13 Os estudos de laboratório e clínicos controlados, que analisam os índices de infecção em grande número de receptores comparáveis com diferentes implantes de metal, não estão disponíveis, porém existem evidências de que os metais variam na sua capacidade de afetar o crescimento bacteriano.19 Uma variedade de materiais plásticos são utilizados nos procedimentos cirúrgicos para compensar os defeitos ou produzir um fechamento estável, e também, na forma de tubos, tais como os cateteres, tubos de dreno, derivações do líquido cerebrospinhal (CSF), enxertos vasculares, etc. Foram realizadas pesquisas, por exemplo, sobre a eficácia relativa do Marlex ou Prolene na prevenção da PAI, e entre o Teflon (politetrafluoretileno) e polímeros de silicone.20,21 Em particular, a aderência de diferentes microorganismos tem sido pesquisada em dispositivos feitos de vários materiais, por exemplo, Gore-Tex,

Dacron,22 borracha de látex, borracha revestida com Teflon e borracha siliconizada.23 Entretanto, a falta de uniformidade no projeto experimental impede a comparação com os dados publicados. As infecções associadas aos implantes são, é claro, uma subclasse das infecções cirúrgicas mais gerais. A classificação da fonte de infecção é importante, pois facilita os métodos mais eficazes para seu controle. A fonte de infecção pode ser classificada como de sala de operação, consistindo em infecções de feridas, resultantes de procedimentos cirúrgicos ou como infecções hospitalares, geralmente denominadas nosocomiais. Estas últimas são resultado da invasão microbiana no corpo, sempre através de microrganismos virulentos e resistentes a antibióticos no ambiente hospitalar. O controle da infecção em pacientes cirúrgicos conta com uma interação complexa de vários fatores: a preparação pré-operatória do paciente, a preparação da equipe de operação, a manutenção do ambiente da sala de operação e a influência de técnicas de operação, bem como a utilização de agentes antimicrobianos e de esterilização.24,25 Entretanto, a fim de avaliar como a esterilização dos implantes é eficazmente obtida na prática, é necessário analisar a evidencia da relativa importância de todos os fatores descritos para a infecção associada aos implantes durante grande e diverso número de procedimentos cirúrgicos nos quais são empregados.

INFECÇÕES ASSOCIADAS AOS DISPOSITIVOS PROTÉTICOS

Enxertos arteriais e válvulas cardíacas O pensamento atual sugere que a infecção sempre se inicia no momento do implante de enxertos, entretanto, as infecções de enxertos podem permanecer ocultas por anos, antes de se tornarem clinicamente evidentes. A localização anatômica do enxerto e o uso de antibióticos profiláticos tem demonstrado afetar o índice de infecção.26 A esterilização imprópria de instrumentos cirúrgicos ou dos enxertos protéticos é uma possível fonte de contaminação, já que são negligências nas técnicas de esterilização. O desenvolvimento de uma infecção de ferida, adjacente a um enxerto vascular, pode levar a uma infecção do enxerto por extensão direta. Alternativamente, se o enxerto entrar em contato com a pele, os organismos podem adsorver o enxerto. O contato com a pele como um mecanismo de infecção de enxerto provavelmente ocorre com mais freqüência nos sítios de enxerto superficiais, tais como as áreas femorais.27 A alta

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porcentagem de infecções de enxerto por estafilococos, em quase todas as séries registradas, é uma evidência que dá suporte ao fato de que a pele do paciente é uma fonte comum de contaminação. Também, até que um enxerto vascular adquira um revestimento pseudo-íntimo protetor, a superfície interior exposta do enxerto representa um sítio potencial para a penetração de bactérias transportadas pelo sangue. A contaminação de um enxerto protético durante a bacteremia temporária em animais experimentais foi claramente documentada. As evidências clínicas de uma infecção secundária de um enxerto protético, através da difusão hematogênica, é menos definitiva, porém vários registros documentam casos de tais infecções causadas por bacteremia.28 Há múltiplas fontes de bacteremia temporária no período pós-operatório imediato, tais como a manipulação da membrana mucosa por cateterização urinária e intubação endotraqueal ou nasogástrica. Também, existem evidências que sugerem que a incidência de uma infecção do enxerto secundária à bacteremia talvez esteja relacionada ao tipo de material protético empregado.29 Já que a presença de um corpo estranho resulta na redução significativa do número de bactérias necessárias para produzirem infecção, deve-se fazer todo esforço necessário para reduzir o número de bactérias que atingem a ferida, quando uma prótese vascular for implantada.30,31 A eficácia dos antibióticos profiláticos na redução de infecções de prótese nas operações de reconstrução vascular tem sido demonstrada em ensaios clínicos prospectivos, duplos cegos e randomizados.32 O organismo isolado mais comum que infecciona os enxertos vasculares é o Staph. aureus, embora, durante os últimos anos, houve um aumento na freqüência de infecções devido aos bacilos gram-negativos. O tipo de enxerto empregado é outro fator de grande importância. As válvulas cardíacas mecânicas e bioprotéticas estão associadas a um risco significativo de infecção. A incidência do início da endocardite em válvulas protéticas (PVE) varia de cerca de 1 a 2%.33 Parece não ter nenhuma diferença na incidência de infecção entre as válvulas protéticas mecânicas e bioprotéticas, porém os implantes sintéticos parecem ter uma propensão bem maior de abrigar bactérias que os enxertos autógenos.34,35 Os cateteres intravasculares36 e a própria prótese37 têm demonstrado ser sítios potenciais de contaminação. A válvula pode ser infectada antes da cirurgia38,39 , e a contaminação intra-operatória ocasionada pelos aparelhos cardíacos/respiratórios também tem sido destacada.40 Considera-se que o inicio posterior da PVE

possui uma patogênese similar à endocardite da válvula natural, ou seja, a bacteremia temporária ou mantida se espalha em uma superfície endocardíaca anormal. Uma variedade de organismos pode aumentar a PVE, porém os estafilococos e micrococos são os organismos mais freqüentemente isolados.41

Nos Estados Unidos, em 1982, aproximadamente 275.000 marcapassos foram colocados42 e, embora haja uma baixa incidência de infecções associadas a eles, quando ocorreram, as infecções causaram uma morbidez e fatalidade ocasional consideráveis.43,44 As infecções iniciais (dentro dos três primeiros meses após a cirurgia) são normalmente causadas pelo Staph. aureus, porém outros organismos, incluindo o Staph. epidermidis e os bacilos gram-negativos também estão envolvidos. É interessante observar que uma maior incidência de infecção está associada à re-operação do que à primeira colocação do implante. Essa tendência a causar mais infecções devido às cirurgias adicionais foi atribuída ao aumento da necrose na pele com repetidas cirurgias.45 Dispositivos protéticos de líquido cerebrospinhal Em várias localizações, as vias do líquido cerebrospinhal (CSF) são normalmente desviadas para outros sítios do corpo. As próteses de derivação podem ser de vários tipos, por exemplo, ventrículo-peritoneal, ventrículo-vascular, bem como ventriculo-ostômica interna (reservatórios de CSF implantados), que são empregados para administrar a quimioterapia. A maioria das infecções de derivações ocorrem dentro de seis meses do procedimento operatório, e os organismos mais comuns registrados são os estafilococos, dos quais o Staph. epidermidis é o mais significativo46, enquanto que os organismos gram-negativos são bem menos freqüentes. Embora muitas feridas cirúrgicas limpas também sejam colonizadas pelo Staph. epidermidis, esse organismo produz infecções significativas com menos freqüência em outras situações clinicas que nos procedimentos de derivação. As defesas ao hospedeiro na ferida operatória são as proteções mais significativas contra a agressão bacteriana.47 Entretanto, fatores, como a própria prótese, podem afetar os mecanismos de defesa ao hospedeiro ou o crescimento bacteriano e, consequentemente, aumentar o desenvolvimento de infecções. O registro de incidências de infecção varia com a localização da derivação48, por exemplo, as derivações que envolvem o crânio estão associadas a um maior risco de infecção que as derivações que envolvem outros locais. A infecção pode

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se tornar generalizada resultando em morte, devido ao choque séptico ou à invasão da parênquima cerebral. Os reservatórios onde residem o CSF têm os mesmos riscos de infecção bacteriana que os dispositivos de derivação. Além disso, a administração repetida de agentes quimioterapêuticos ou as freqüentes aspirações de CSF, para amostragem ou descompressão, aumentam o risco de contaminação. Portanto, entre os pacientes associados a esse grupo de dispositivos protéticos, as infecções nosocomiais são o maior problema. É um hábito atual monitorar dinamicamente a pressão intracraniana pelo uso de cateteres intraventriculares e de parafuso subaraquinóide; e cada um desses dispositivos pode agir como via para as infecções do CSF. Entretanto, os índices de infecção associados ao uso desses monitores ICP parecem ser baixos.49,50

Dispositivos ortopédicos Em 1982, foi realizado nos Estados Unidos um total de aproximadamente 100.000 substituições de quadril e 40.000 de articulações do joelho fixas por cimento ósseo acrílico. 2% é uma estimativa aproximada e considerável da atual incidência de infecção associada à cirurgia de junta protética. As infecções quase invariavelmente fazem com que os componentes protéticos se soltem, requerendo sua eventual remoção com danos físicos desastrosos. O índice de infecção associado à fixação interna para fraturas varia de acordo com o tipo de ferida e, onde houver uma lesão ao tecido macio, os índices de infecção podem ser tão altos quanto 40%.51,52

Vias aéreas protéticas É difícil avaliar a verdadeira incidência de infecções associadas aos dispositivos, indicada pelos relatórios de pneumonia nosocomial, já que os fatores específicos de risco não são listados com freqüência.53,54 Entretanto, sabe-se que se uma intubação translaríngea, intubação de traqueotomia ou nasotraqueal for empregada, a infecção pode ocorrer.55,56 A contaminação de equipamentos de terapia respiratória também pode ocorrer.57

Cirurgia plástica Os enxertos de pele são necessários em procedimentos de cirurgia plástica, bem como em queimaduras graves. O Staph. aureus é o isolado mais freqüente das feridas

associadas aos procedimentos plásticos, enquanto que o estreptococo β-hemolítico do Grupo A também está envolvido nas feridas de queimaduras agudas. As feridas podem ser fechadas por auto-enxertos ou por uma das variedades de substitutos de pele disponíveis para fechamento temporário de feridas. Os aloenxertos e os xenoenxertos são usados; os materiais comuns são o Hydro, ou seja, uma camada única de poli(2-hidroxietil) metacrilato e polietilenoglicol, Epigard, ou seja, espuma laminada de poliuretano reticulado para a lâmina externa de uma película microporosa de polipropileno e Biobrain, ou seja, peptídeos de colágeno em membranas de nylon silástico altamente flexível, por exemplo IP-758 (membrana silástica sobre nylon aveludado).58 O efeito desses tipos de implantes na infecção das feridas é conhecido há um tempo considerável.59 Os índices de infecção são de 2% para os procedimentos que envolvem os enxertos de pele, exceto para queimadura agudas, que é de cerca de 4%. A mamoplastia de aumento é realizada principalmente com o uso de implantes de silicone, e a maioria das infecções é causada pelo Staph. aureus, embora o Mycobacterium fortuitum também tenha sido registrado.60-62

Dispositivos protéticos utilizados em diálises As diálises e as hemodiálises peritoneais envolvem dispositivos implantáveis, e os índices de peritonite variam de zero a cerca de 5%. Os organismos mais comuns que causam infecções em diálises peritoneais intravenosas (IPD) e em diálises peritoneais de ambulatório (CAPD) são o Staph. aureus e o Staph. epidermidis.63-65 Na CAPD, as negligências nas técnicas de assepsia (mudança de tubos, etc.) ou as bacteremias temporárias ou até mesmo a contaminação intravenosa pelo produto66 podem estar envolvidas. Os dispositivos de acesso vascular primários ou secundários (por exemplo, PTFE, Gore-Tex, Dacron, etc.) estão associados às complicações de infecção, e à cada dispositivo de acesso vascular há uma incidência associada de infecção relacionada a sua composição e modo de uso.67-70

Cateteres urinários

Cerca de 10% dos pacientes são cateterizados enquanto permanecem em estado de cuidado crítico em hospitais, e um grande número de idosos talvez recebam cateteres urinários para incontinência urinária. O trato urinário é a fonte mais comum da bacteremia nos pacientes hospitalizados.71 Na maioria dos hospitais, a E. coli é mais freqüentemente encontrada em pacientes cateterizados,

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enquanto que em situações de atendimentos crônicos, os enterococos Proteus mirabilisi e Pseudomonas aeruginosa são os isolados mais freqüentes.72-74

Implantes orais e oftálmicos Dois tipos de implantes dentários são usados: os dispositivos subperiósticos e os endósteos. Os implantes endósteos são fornecidos em vários formatos (pinos, espirais, parafusos, raiz, lâminas, etc.) e, embora a osteomielite ou outras infecções sérias não pareçam ser um problema,75, a infecção tem um papel na doença periodontal.76

O implante de lentes intra-oculares possui um baixo índice de infecção da ordem de 1%77, porém as epidemias de endoftalmite associadas aos implantes de lentes intra-oculares ocorreram quando a esterilização líquida por hidróxido de sódio foi usada.78,79

Prevenção de infecções associadas aos implantes A origem da infecção intensa periprotética pós-operatória é multifatorial e a contaminação parecer vir do paciente, da equipe cirúrgica, bem como da prótese. As primeiras considerações na prevenção são a assepsia cirúrgica, redução do tráfego e do número de pessoas na sala de operação, uso de aventais cirúrgicos impermeáveis à contaminação e técnicas cirúrgicas meticulosas (por exemplo, hemostasia e o manuseio delicado de tecidos).80 Os implantes são corpos estranhos e, consequentemente, o número de organismos necessário para causar infecção é menor que em outras operações. Além disso, os organismos de baixa virulência, por exemplo, o Staph. epidermidis, podem se tornar patogênicos e estão normalmente associados às infecções de implantes. Com isso, a flora da equipe da sala de operação e os micróbios no ar ambiente podem ser fontes importantes de infecções de implantes, embora esses organismos de baixa virulência não apresentem o mesmo problema na cirurgia comum. Estudos demonstraram que o índice de infecção pode ser reduzido significativamente quando as operações são realizadas com sistemas de ar ultralimpos, comparados com as operações nas salas cirúrgicas convencionais.81-83 Similarmente, uma fonte em potencial de infecção podem ser as bactérias presentes na bomba e linhas de equipamentos de derivação cardiorrespiratória. Geralmente, devido à baixa incidência e ao baixo risco de infecções associadas à cirurgia, na qual não haja nenhuma entrada para os tratos respiratórios, gastrointestinais ou genitourinários, os gastos com antibióticos são desnecessários. Entretanto, embora o

índice de infecção associado aos implantes seja de provavelmente 5% ou menos, os resultados de infecção são extremos, normalmente necessitando de uma cirurgia adicional para remover a prótese e de uma hospitalização a longo prazo. Quando as múltiplas fontes de contaminação são consideradas, tanto as exógenas como as endógenas, então os antibióticos profiláticos fornecem uma proteção mais prolongada da ferida operatória do que as medidas que afetam somente a contaminação da ferida no momento da cirurgia. Evidências da literatura cirúrgica, que demonstraram uma redução no índice de infecção quando os antibióticos profiláticos foram administrados, recomendam que o uso de tais antibióticos seja habitual quando os implantes forem utilizados.84 Já que os principais patogênicos da maioria dos implantes são a flora da pele, os antibióticos com ampla faixa de atividade são normalmente os escolhidos (por exemplo, cefalosporinas), sendo a eficácia de uma única dose pré-operatória confirmada. A administração intravenosa de um antibiótico apropriado imediatamente antes ou durante a operação é eficaz.85,86 Entretanto, embora haja várias fontes potenciais de contaminação, é importante empregar as melhores práticas para minimizar a significância da cada uma. A esterilização é, por essa razão, essencial para os dispositivos implantáveis.

ESTERILIZAÇÃO A esterilização pode ser definida como a destruição e/ou remoção de todos os microorganismos de um artigo contaminado. Os gases, líquidos e as radiações eletromagnéticas são todos usados com essa finalidade. Embora, a definição de estéril seja "uma condição absoluta desde que a morte do microorganismo seja uma função exponencial do esforço", a esterilidade pode ser melhor expressa como a capacidade de atender a uma especificação de ponto final. Expressar a especificação, por exemplo, como um artigo não-estéril em um milhão de artigos é uma metodologia realística de descrição de ponto final. Esporos bacterianos Os esporos bacterianos são os microorganismos mais resistentes à destruição por calor seco e úmido, bem como uns dos organismos mais resistentes aos agentes químicos e à radiação. Dois gêneros, o Bacillus e o Clostridium, incluem a grande maioria de bactérias formadoras de esporos, embora poucas bactérias formadoras de esporos estejam em outro gênero, por exemplo, o Sporolactobacillus. Um esporo pode,

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geralmente, ser descrito como um estado inativo ou adormecido de um organismo. Esse estado inativo carece completamente de atividade biossintética e possui uma atividade respiratória reduzida. A estrutura básica dos esporos de todas as espécies está demonstrada na Figura 1.87 O processo de esporulação pode ser desencadeado pela depleção de nutrientes. As características comuns dos esporos bacterianos são a existência de uma diminuição na quantidade total de água no esporo, comparado com o estado vegetativo, sendo que a maior parte da água é a água ligada quimicamente; são altamente resistentes às condições ambientais adversas e podem manter, por longos períodos, sua capacidade de germinar e produzir células vegetativas.

Figura 1. Representação em diagrama das principais estruturas

de um endosporo bacteriano. Os esporos bacterianos possuem, essencialmente, metabolismo zero, e o único critério prático da morte de um microorganismo é a sua falta de reprodução quando, até onde se sabe, as condições adequadas para a reprodução são fornecidas.88 A incapacidade de reprodução dos esporos bacterianos pode ser um resultado de, no mínimo, duas causas principais: a incapacidade de iniciar a germinação ou a incapacidade de duplicar as macromoléculas principais. Se um esporo bacteriano estiver no estado inativo, é necessário que algo desencadeie uma série de reações bioquímicas que converterão o esporo inativo em ativo, reproduzindo a célula vegetativa. Já que a morte é evidenciada pela incapacidade de reprodução e de formação de colônia, quando suspendê-lo em um meio de crescimento ótimo, é importante definir esse meio. O material genético no núcleo é o material critico, tanto quanto a continuação de vida desse organismo formador de esporo é preocupante. Se o material genético critico for irreversivelmente desnaturado, então o esporo não será capaz de completar o ciclo de germinação e de produzir novas células vegetativas. Se o mecanismo de germinação for inativado, bloqueado, etc., o esporo agirá como se estivesse morto, mesmo que o material genético ainda esteja viável.

Resistência A resistência ao calor, por parte dos esporos bacterianos, é mutilfatorial89 e envolve (a) aspectos intrínsecos ou moleculares, (b) desidratação e (c) mineralização. Os aspectos intrínsecos ou moleculares são evidenciados pelas diferenças nas espécies. O efeito de desidratação no núcleo é uma idéia bastante apoiada, e considera-se que manter o núcleo sob um estado de desidratação resulta na estabilidade das moléculas críticas. A mineralização é o termo usado para descrever a alta incorporação dos íons de minerais, particularmente o cálcio, a fim de conceder a resistência ao calor. De fato, o teor de mineral é uma das notáveis diferenças de composição entre as células de bactérias vegetativas e esporos. O principal mineral nas células vegetativas é, geralmente, o potássio, enquanto que os esporos, por outro lado, são células calcificadas. O cálcio pode compor 3% ou mais do peso seco da célula,90 e os cátions de minerais são reconhecido por ter a maior influência no índice de germinação.91 Associado aos cátions bivalentes no núcleo dos esporos está o ácido dipicolínico (DPA), embora o papel do DPA ainda não seja propriamente compreendido. Os esporos resistentes ao calor possuem altos níveis de DPA no núcleo, que são formados durante o processo de esporulação, e são degradados durante a germinação. O esporo deve germinar antes de voltar a ser uma célula de metabolismo vegetativo e sabemos que a resistência ao calor é perdida no início do processo.92 A esporulação por si só é um processo de várias fases.93 Ainda não é completamente compreendida, porém sabe-se que na primeira fase a célula fráctil é formada, então, o DPA é sintetizado e a fase final é o desenvolvimento do esporo termorresistente.94-96

Rahn97 propôs a idéia de que não há uma reação crítica em cada organismo que leve à morte desse organismo. Com base nisso, uma simples expressão para a morte de uma suspensão homogênea de microorganismos, usando as mesmas condições, pode ser desenvolvida. Isso demonstra que o número de sobreviventes diminui de maneira exponencial, conforme demonstrado na equação (1): N = N0e-k1 (1) Esse modelo de destruição microbiana semilogarítmica indica que uma curva de sobrevivência experimental deve ser uma linha reta. Entretanto, o exame de um grande número de curvas de sobrevivência semilogarítmicas indica que somente cerca de 40% delas se adequam a esse modelo, para o qual são consideradas culturas

Revestimento proteináceo resistente à enzima

Córtex, contendo peptidoglicano intumescido

Parede celular do germe

Protoplasto ou "núcleo" envolto pela membrana, contendo o citoplasma da célula

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homogêneas de microorganismos sujeitos a condições de tensão de calor supostamente idênticas. Com isso, vários modelos alternativos foram desenvolvidos para explicar os desvios desse modelo semilogarítmico, usando outras premissas; por exemplo, os vários sítios críticos devem ser inativados antes que ocorra a morte.98-101

As partículas de vírus são muito menos resistentes à inativação térmica que os esporos bacterianos, porém uma cinética de reação de primeira ordem similar foi aplicada para a destruição das partículas virais por calor.102

Esterilização por calor Na microbiologia da esterilização, ao invés do índice da constante k, como demonstrado em (1), um tempo de redução decimal (valor D) é definido, igual a 1/k, que é o tempo necessário para o número de sobreviventes mudar em um fator de 10. D, como k, é uma função da temperatura. O índice da destruição microbiana também pode ser descrito em termos de tempo de aquecimento equivalente FT (ou seja, o tempo em minutos necessário para exterminar todos os esporos quando à temperatura de 121 ºC). O modelo semilogarítmico da destruição microbiana como uma função de FT é dado pela equação (2): log N = (-FT/DT) + log N0 (2) Essa expressão pode ser usada como base para correlacionar os dados experimentais, para prever os tempos de esterilização como uma função de números baixos de sobreviventes ou para prever o número de sobreviventes para um teste de monitoração biológica, como uma função de um processo de esterilização especificado. É reconhecido que os microorganismos são exterminados rapidamente a temperaturas comparativamente baixas em uma autoclave a vapor, comparado com a estufa de calor seco. O índice de morte microbiana a uma dada temperatura (DT) é uma função da atividade da água (aw) ou do equilíbrio da umidade relativa (ERH).103 Já que DT é uma função de aw ou ERH, o valor de aw ou ERH associado aos microorganismos, que devem ser exterminados, é um parâmetro crítico.104,105. O calor úmido é a única condição na qual aw ou ERH é 1, enquanto que todas as condições de aw ou ERH entre 0 e 1 são condições de calor seco. Esterilização a vapor O vapor esterilizará os materiais penetráveis e superfícies expostas, enquanto que o calor seco, embora mais

vagaroso e necessitando de temperaturas mais altas, penetrará nos materiais não permeáveis ao vapor. A esterilização eficaz por calor úmido requer vapor saturado acima de 100 ºC, normalmente na faixa de 121 a 134 ºC. O vapor saturado é o vapor d'água que está em equilíbrio com a água líquida. Nos limites entre as fases líquida e de vapor da água, a evaporação e a condensação ocorrem em índices iguais, e a umidade relativa do vapor está no valor máximo de 100%. O vapor saturado com a temperatura na faixa de 121 a 134 ºC é uma condição, na qual os esporos bacterianos são menos resistentes ao calor. A eficácia biocida do vapor depende (a) do teor de umidade, (b) do teor de calor e (c) da penetração. Quando o vapor condensa nos objetos na câmara de esterilização, o calor latente é liberado. A penetração eficaz depende, principalmente, da remoção do ar da câmara e da carga esterilizada. O vapor está em um estado de superaquecimento, quando a temperatura estiver acima da correspondente ao limite da fase à pressão existente. Nessa condição, a umidade relativa é menor que 100% e a condensação não ocorrerá, a menos que o vapor seja resfriado para a temperatura limite da fase. Com isso, a deposição da umidade e a liberação do calor latente são retardadas e a probabilidade de sobrevivência de contaminantes microbianos é aumentada. O grau máximo aceitável de superaquecimento na esterilização por vapor é de 5 ºC.106 As condições do vapor em uma câmara de esterilização podem ser afetadas pela redução da pressão na linha de alimentação, pelo superaquecimento da camisa de vapor ou pelo contato com a carga desidratada. A deposição excessiva de água é indesejável, pois umedece os materiais porosos, criando, dessa forma, uma barreira para a remoção do ar e atrasando a secagem após a esterilização. Entretanto, a fim de evitar o excesso de umidade, um separador de vapor está localizado na linha de alimentação. A alimentação de vapor para os esterilizadores deve ter uma fração de secagem de, no mínimo, 0,95.106 Se o ar for misturado com vapor, isso influenciará a umidade relativa de forma adversa e o ar residual interferirá na penetração. Tecnologia do esterilizador a vapor O projeto e controle técnicos dos esterilizadores a vapor são submetidos a rigorosos padrões.107 Em poucas palavras, um esterilizador a vapor é uma câmara de metal construída, a fim de suportar a pressão necessária para aumentar a temperatura do vapor ao nível necessário para a esterilização. O piso da câmara é inclinado para baixo em direção a uma passagem para a descarga de ar e condensado. Uma cápsula ou envoltório externo

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circunda a câmara em todos os lados, fechando um espaço que pode ser preenchido com vapor sob pressão. As guarnições dentro da câmara incluem uma placa defletora na frente da entrada de vapor, para proteger a carga do contato direto com o condensado, um separador de vapor, para remover as partículas de água, e bombas ou ejetores de vapor, por meio dos quais o ar e o vapor são evacuados. Quando o ciclo de esterilização termina com um vácuo na câmara, o ar deve ser admitido por um filtro bacteriano. Isso deve ter um eficácia de retenção de 99,997% para as partículas com diâmetro de 0,3 µm.108 Os esterilizadores hospitalares são projetados para operarem um ciclo de esterilização automático, no qual cada estágio é controlado por um cronômetro ativado por temperatura, pressão positiva ou vácuo, dependendo do estágio e do ciclo empregado. A adequação dos sistemas de suporte deve ser criticamente examinada.107

Figura 2. Ciclo de esterilização em um esterilizador a vapor de

pré-vácuo. (De J. F. Gardner & M. M. Peel. Introduction to Sterilization and Disinfection, Churchill Livingstone/Longman, Singapura, 1986; reproduzido com permissão).

Os esterilizadores foram atualizados após serem descobertos sérios defeitos na operação dos esterilizadores com deslocamento para baixo. (O deslocamento para baixo conta com a gravidade para o deslocamento do frio e, com isso, do ar relativamente pesado pelo vapor). Atualmente, as condições ambientais na câmara são controladas por bombas de vácuo, ejetores de vapor e condensadores; os parâmetros essenciais são monitorados, usando dispositivos e termopares para a

detecção do ar. Ao usar vários pulsos de vácuo em sucessões rápidas, a extração eficiente de ar pode ocorrer sem a necessidade de reduzir a pressão na câmara a um nível extremamente baixo. Um ciclo típico para um esterilizador de pré-vácuo de pulso a vapor está demonstrado na Figura 2. O ciclo inclui as seguintes seqüências de estágios:

1. Evacuação do ar da câmara e carga, assistida por uma pequena quantidade de vapor.

2. Esterilização da carga por 3 minutos à temperatura de 134 ºC, com um tempo máximo de 6 minutos.

3. Remoção do vapor e secagem da carga pela evacuação.

4. Admissão de ar filtrado para restaurar a pressão atmosférica.

Na figura 2, o estágio de pré-esterilização é realizado por uma sucessão rápida de pulsos de vácuo ligeiramente abaixo da pressão atmosférica. Finalmente, a câmara é evacuada e o vapor é admitido rapidamente, a fim de penetrar em toda a carga em menos de 1 minuto. A posição dos artigos no esterilizador deve ser de tal maneira que o ar possa fluir para baixo.109

Esterilização por calor seco Ao contrário da esterilização que utiliza vapor saturado, a esterilização por calor seco é realizada de várias formas, nas quais a condição a seco envolve uma ampla faixa de níveis de umidade, desde a secagem quase completa até a saturação quase completa. A resistência dos esporos bacterianos é menor, quando a umidade relativa é muito alta (ou seja, saturação) ou muito baixa. Com isso, na prática, a esterilização por calor seco é geralmente realizada próximo ao limite mais baixo da escala de umidade. A principal vantagem da esterilização a seco é a capacidade de penetração em sólidos. Também, a falta de corrosão é uma importante vantagem na esterilização dos metais e instrumentos não-inoxidáveis com finas extremidades de corte. As desvantagens são as altas temperaturas usadas, já que a borracha, plástico, etc., não suportam a esterilização por calor seco. Ela é realizada em uma faixa maior de temperatura do que o calor úmido (ou seja, cerca de 160 a 180 ºC) e, devido a essa temperatura, os esporos são exterminados em um índice acelerado. O processo é executado em estufas aquecidas eletricamente, com propagação mecânica de ar adotada para melhorar a distribuição da temperatura.107

Tempo (min)

Pres

são

do m

edid

or

Esterilização 3 min. (134 °C)

200

150

100

50

0

-50

1000 10 20 30

II – 8.9

Esterilização por óxido de etileno gasoso Os equipamentos médicos, que não conseguem suportar a esterilização a alta temperatura, podem ser esterilizados à baixa temperatura, usando, por exemplo, o gás de óxido de etileno (EO). Uma alternativa para o processo do EO é o processo com formaldeído e vapor à baixa temperatura,110 embora, na prática atual, isso somente seja utilizado como um processo alternativo de desinfecção. O EO é um gás incolor ou um líquido volátil, com um ponto de ebulição de 10,4 ºC a mercúrio de 760 mm; é inflamável de 3 a 100% em mistura com o ar e polimerizará sob influência catalítica em uma reação altamente exotérmica e com potencial de explosão. Entretanto, a polimerização explosiva não é possível em misturas de menos de 20% com um gás inerte. A atividade biocida do EO (C2H4O) depende do poder do alquilante111 e, por sua vez, da estrutura instável de anel de três membros, mostrada na Figura 3. A alquilação envolve a adição de determinados grupos de hidrocarbono saturado para reagir com os grupos amino (NH2), sulfidril (SH), hidroxil (OH) ou carboxil (COOH) nas moléculas de proteínas e com os grupos amino (NH), que fazem parte da estrutura de anel das bases de ácido nucléico.112,113 Há menos do que uma diferença de magnitude entre a resistência dos esporos bacterianos e das células vegetativas aos agentes alquilantes químicos, ao contrário dos várias ordens de diferença de magnitude na resistência ao calor por parte das bactérias e esporos.

Figura 3. Uma representação tridimensional da estrutura da

molécula de EO, usando a convenção aceita para a orientação da ligação.

A eficiência da esterilização por óxido de etileno depende da concentração do gás, temperatura, umidade relativa e o tempo de contato com o gás. A eficiência será adversamente afetada, se os microorganismos forem previamente dessecados ou ocluídos por material orgânico. À temperatura constante acima dos 45 ºC, há

uma pequena melhoria na ação biocida, desde que a concentração do gás exceda aos 450 mg litro-1. Se a concentração e a umidade relativa forem mantidas constantes, o índice de inativação esporicida duplicará para cada 10 ºC de aumento na temperatura.114,115 Já que a água é necessária como um meio de reação, a fim de mobilizar os íons de hidrogênio, a umidade relativa deve exceder a um limite apropriado durante a esterilização, para assegurar uma reação alquilante rápida. A umidade relativa ótima para a ação biocida é considerada na ordem de cerca de 30%.114,116 A níveis mais baixos de umidade, a curva de índice de mortalidade cria, nitidamente, uma cauda, de acordo com a pequena proporção de esporos sobreviventes, apesar do aumento do tempo ou da concentração. Acima de 33%, as curvas são lineares, porém o índice de extermínio diminui ligeiramente. Foi proposto que a umidade é necessária para a combinação do óxido de etileno com grupos reativos na superfície bacteriana.111 Considera-se que uma película de superfície de água promove o contato, dissolvendo o óxido de etileno para formar uma solução concentrada e fornecer um meio para a ionização dos grupos reativos. Também foi proposto que a umidade age, dissolvendo o material orgânico que pode ocluir e proteger alguns esporos. A diminuição observada na suscetibilidade em umidade elevada116 não parece se aplicar às condições do processo de esterilização. Visto que a penetração da umidade é provavelmente o fator de limitação da eficiência da esterilização, há uma tendência em admitir quantidades excessivas de água na câmara, para tentar garantir que a umidade relativa em toda a carga não seja menor que 30%. Tecnologia da esterilização por EO Como resultado do desenvolvimento dos esterilizadores comerciais de óxido de etileno, por exemplo, o DMB Sterivit Device and Process, finalizado em 1959117 (esse era um processo de alta pressão com várias vantagens superiores ao do Phillips e Kaye118), o EO surgiu como o meio mais promissor de esterilização à temperatura relativamente baixa. Na década de 70, a esterilização por EO se estabeleceu como a principal forma de esterilização dos suprimentos médicos sensíveis ao calor, especialmente nos Estados Unidos, onde foi registrado a utilização de mais de 10.000 esterilizadores de EO em hospitais norte-americanos.119

II – 8.10

Tabela 1. Faixa dos parâmetros de processo empregados pela maioria dos esterilizadores por EO comerciais. Pré-vácuo Até 27 em Hg (0,1 bar)

Temperatura nominal 20-60 °C

Umidade relativa > 50%

Concentração de EO 600-1200 mg litro-1

Mistura e pressão do gás esterilizante

100% EO a 0,9 bar para 15% EO/85% CO2 a 5,5 bar

Fluxo de ar e pós-vácuo Até 27 em Hg (0,1 bar)

Embora tenham ocorrido avanços no instrumental e controle dos ciclos de esterilização por gás,120,121 a ferragem mudou muito pouco nos últimos 15 anos.122 Geralmente, os esterilizadores por EO podem ser divididos em duas categorias, ou seja, os que utilizam o EO na forma pura, operando à ou próximo à pressão atmosférica ou sob vácuo e os que utilizam uma mistura com um gás diluente, como o dióxido de carbono sob pressão (até 6 bar). Existe no mercado uma variedade de esterilizadores, cada um com uma combinação diferente de parâmetros de processo. Entretanto, a maioria usa os valores de parâmetros na faixa demonstrada na Tabela 1. Um ciclo típico de esterilização para ambas as categorias de máquina encontra-se na Figura 4 e inclui as seguintes etapas:

1. Os artigos são carregados na câmara de esterilização, previamente envolvidos em um envoltório adequado permeável por gás, como a embalagem de papel/filme de polietileno.

2. A porta da câmara é fechada.

Figura 4. Ciclo de esterilização por óxido de etileno.

. O vácuo é retirado, a carga, elevada à temperatura e a câmara, umidificada. Existem vários métodos de executar essa etapa nos esterilizadores comerciais, após a remoção do vácuo; por exemplo, elevando a umidade e temperatura através da injeção do vapor à baixa pressão, ou elevando a temperatura, através da condução de calor das paredes da câmara e umidade, pela injeção de vapor de água a 50 ºC.

4. O gás é admitido na câmara. 5. A pressão do gás dentro da câmara é elevada para

o nível desejado. 6. O gás é retirado da câmara por exaustão. 7. A câmara é purgada, normalmente com fluxo

repetido de vácuo/ar. Esterilização por formaldeído e vapor à baixa temperatura O formaldeído reage com o DNA durante a repetição do processo123,124, e a ação esporicida é acelerada pela combinação de vapor saturado a 70-75 ºC. Se a temperatura e umidade relativa forem constantes, então o aumento da concentração de formaldeído aumenta o índice de extermínio para os esporos. Tecnologia dos esterilizadores por formaldeído e vapor à baixa temperatura Um esterilizador por formaldeído e vapor à baixa temperatura é similar a um esterilizador a vapor, porém opera a uma pressão subatmosférica com vapor a 70-75 ºC. O vapor de formaldeído é gerado, passando a formalina por um vaporizador aquecido. O ciclo é dividido em quatro estágios:

1. O ar é removido da câmara e carga pela evacuação a 90 kPa abaixo da pressão atmosférica. Isso é seguido de pulsos de vapor que variam de 60 a 95 kPa abaixo da pressão atmosférica, para auxiliar a penetração do vapor na carga. O formaldeído também é introduzido nesse estágio.

2. A esterilização da carga requer de 40 minutos a 2 horas a 70-75 ºC, dependendo do tipo dos artigos, etc. A concentração de formaldeído na câmara deve ser de, no mínimo, 5 g litro-1.

3. O vapor de formaldeído é removido através da pulsação repetida com vapor puro.

4. A carga é seca através de uma série da evacuações a 95 kPa abaixo da pressão

II – 8.11

atmosférica, alternando com a admissão de ar filtrado.

Esterilização por radiação ionizante O tratamento com radiação ionizante inclui raios gama, raios X ou elétrons acelerados. O Cobalto 60, que tem uma meia vida de 5,272 anos, é utilizado como uma fonte de radiação gama para a esterilização (as emissões a 1,333 e a 1,73 MeV são adequadas), como o césio 137 (que emite raios gama a 0,662 MeV). Os aceleradores lineares também são usados para produzirem feixes de elétrons a níveis de energia que não excedam aos 10 MeV, porém a intensidade de penetração é muito mais baixa. A eficácia biocida das radiações ionizantes depende da interação com o ácido deoxirribonucléico (DNA).125,126. A ação biocida primária acontece via formação de radicais livres aquosos, após a interação física primária da radiação ionizante com o material biológico. Esses radicais são extremamente reativos e o DNA pode ser afetado pela radiólise da água. O conhecimento da exata natureza das alterações bioquímicas no DNA, que são causadas pela radiação ionizantes, não é total. O número de rupturas nos filamentos do DNA, necessárias para causar a morte da célula, pode variar muito.127,128. Alguns microorganismos têm a grande capacidade de regeneração dos danos causados na molécula do DNA129 e alguns organismos vegetativos são mais resistentes que os esporos bacterianos.130 Após a irradiação, a motilidade e a respiração bacteriana podem continuar por várias horas, e os esporos podem iniciar a germinação. A morte acontece na primeira repetição de DNA, por isso as condições, como a baixa temperatura, que retarda esse processo, ajudam a restabelecer o processo. A esterilização por radiação é normalmente realizada à temperatura ambiente, porém elevações de cerca de 10 ºC podem reduzir acentuadamente os valores D.131 A umidade e o oxigênio também influenciam a sensibilidade, porém uma pequena quantidade de oxigênio é suficiente para assegurar a sensibilidade máxima.132

Projeto das instalações de esterilização por radiação ionizante As instalações são grandes e caras e, por essa razão, usadas quase que exclusivamente na indústria. Elas consistem essencialmente em uma câmara de radiação, adequadamente protegida (por exemplo, por concreto reforçado de até 2 m de espessura) e que contém a fonte de radiação. A câmara de irradiação foi associada aos controles de processo, sistemas de segurança e transportadores mecânicos de carga.

Esterilização por glutaraldeído líquido O glutaraldeído alcalino aquoso a 2% (CHO.CH2.CH2.CH2.CHO) é atualmente o desinfetante líquido escolhido para os endocópios de fibra.133 A esterilização por óxido de etileno para endoscópios de fibra é, hoje em dia, impraticável para o uso de rotina devido à lista interminável de pacientes de endoscopia, resultando em problemas associados à aeração de resíduos tóxicos após a esterilização, conforme detalhado a seguir. A solução estoque ácida (pH 4) é vendida com um ativador líquido ou em pó e deve ser adicionada para ajustar o pH a 7,5 a 8,5 antes do uso. As soluções alcalinas têm sua atividade lentamente diminuída, conforme ocorre a polimerização. Vários mecanismos foram propostos para explicar a ação biocida do glutaraldeído134 e demonstraram que o endurecimento da membrana135 da célula está envolvido; entretanto, nenhum vazamento dos componentes celulares foi observado. Embora, tendo seu uso difundido como um desinfetante, o glutaraldeído também é usado para a esterilização em determinadas aplicações. Para a esterilização, recomenda-se a imersão em glutaraldeído por 10 h. Garantia de esterilidade e validação A garantia de esterilidade é expressa como uma probabilidade calculada de que um microorganismo sobreviverá a um processo de esterilização. Nos Estados Unidos, o Food and Drug Administration permitirá que o termo 'estéril' seja usado para descrever a condição microbiana de um produto, se houver um ou poucos artigos não-estéreis por artigos processados de 106

(PNSU). Se os níveis iniciais de contaminação de um artigo forem 10π microorganismos, então, para garantir menos de um microorganismo viável por artigo, será necessário submeter o artigo a, no mínimo, (n + 1) x D (conforme definido anteriormente) para o processo de esterilização em questão. Em termos de probabilidade, isso resultaria em uma falha de esterilização em dez tentativas. Em termos de processo, se houvesse um lote de m artigos, com 10π microorganismos em cada artigo, para serem esterilizados, então, seria necessário submeter o lote a, no mínimo, (n + log10 m) x D, para garantir que houvesse um ou poucos artigos não esterilizados por m artigos processados. Consequentemente, para obter o PNSU, conforme definido anteriormente, o lote precisaria ser submetido a,

II – 8.12

no mínimo, (n + 6) x D para o processo de esterilização em questão. Com isso, um processo de esterilização projetado para artigos com um certo nível de contaminação talvez seja inadequado, se o nível de contaminação aumentar. Os processos de esterilização devem ser projetados, de maneira que o tratamento biocida correto seja liberado para toda a carga ser esterilizada. Isso depende do projeto e do desempenho dos aparelhos de esterilização, da natureza dos artigos a serem esterilizados, bem como dos métodos utilizados para a embalagem e carregamento dos artigos. Basicamente, a validação é o processo de demonstração de que os parâmetros de ciclo são adequados para esterilizar um artigo ao nível de esterilidade desejado, e que o ciclo de esterilização é reprodutível. Quando um esterilizador é posto em operação, um teste básico de desempenho é realizado em uma carga típica, a fim de validar os métodos de preparação e embalagem, bem como o carregamento dos materiais no esterilizador. Esterilizadores a vapor São necessários testes apropriados, para qualificar cada tipo de esterilizador a vapor quanto à sua finalidade indicada, e para monitorar sua contínua eficiência em operações de rotina. No Reino Unido, esses testes devem ser realizados de acordo com as especificações do Department of Health and Social Security.107 Para fins de qualificação, é executado um ciclo de teste e o ciclo de esterilização completo, verificado, ou seja, durante o ciclo as leitura de temperatura e pressão são observadas em estágios especificados e um registro é mantido, a fim de ser usado como padrão de comparação para testes futuros no mesmo esterilizador. Uma temperatura de 134 + 4 oC deve ser mantida na câmara por, no mínimo, 3 minutos e não mais de 6 minutos no estágio 2. O ciclo deve ser concluído em 30 minutos. Um teste de índice de vazamento é realizado para verificar a especificação de vácuo, e um teste do termopar (teste de tempo e temperatura) é realizado, colocando termopares em uma embalagem de teste Bowie-Dick (descrito a seguir) e no dreno da câmara. A temperatura registrada na embalagem deve ser idêntica a do dreno da câmara por, no mínimo, 2 dos 3 minutos do tempo de espera. Os dados acumulados são usados para calcular o valor F. Essa determinação paramétrica do valor F pode estar diretamente relacionada com a mortalidade microbiana. Como os testes de qualificação, a monitoração de rotina é realizada para confirmar a eficiência da operação diária do esterilizador. As leituras de temperatura, pressão e tempo são

suficientes para garantir a esterilização a vapor; entretanto, são necessários indicadores biológicos e químicos para monitorar a esterilização a gás. Esterilizadores de EO A validação dos esterilizadores por óxido de etileno tem sido o assunto de diversas publicações.136-139 Uma dose padrão, como o valor F da esterilização a vapor, não pode ser usada para descrever o efeito de mortalidade da esterilização por óxido de etileno. Devido à complexidade dos parâmetros na esterilização por óxido de etileno, no momento não existe nenhum modelo para relacionar os parâmetros físicos de umidade relativa, temperatura e concentração de gás à mortalidade microbiana de um esterilizante, em um esterilizador comercial. Indicadores biológicos Os indicadores biológicos (Bls) são preparados padronizados de microorganismos específicos, os quais são resistentes ao processo de esterilização. Os microorganismos são adicionados aos materiais transportadores, para que reajam o máximo possível durante o processo de esterilização, no item a ser esterilizado.140 Os indicadores biológicos são mantidos para avaliar a confiabilidade dos esterilizadores a vapor, pois têm a capacidade de sentir e integrar não só os fatores de tempo e temperatura, com também outras condições (por exemplo, superaquecimento), que influenciam o índice de inativação biológica. Essa capacidade é o elemento-chave de diferenciação entre os indicadores físicos/químicos (P/CIs) e biológicos, ou entre o instrumental para a monitoração paramétrica. Os fatores de mortalidade, tais como os valores FT

Z, expressam a eficácia dos processos de esterilização por vapor através de medições físicas.140 O FT

Z é definido como um fator de mortalidade, igualando o tempo equivalente em minutos, a várias temperaturas e necessário para produzir um dado efeito de esterilização, relativo a um dado conjunto de condições de esterilização. (Z = o número de graus Celsius necessário para alterar os valores FT ou D por um fator de 10 para um organismo em particular). Os Bls possuem valores Z variáveis, por exemplo, os valores Z para o Bacillus stearothermophilus NCA1518 (BSTM), que é normalmente usado para validar a eficácia da esterilização a vapor, variam de 8,9 a 11,1 ºC. Tais variações podem alterar significativamente a correlação entre os resultados com os Bls e os fatores-padrão de mortalidade. Por exemplo, uma simulação por computador de vários perfis hipotéticos de temperatura de esterilização, usando uma faixa de valores Z de 8,9 a 11,1 ºC, mostra que a equivalência dos fatores de mortalidade

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(ou seja, FTZ ) e os Bls é totalmente variável dos valores

FTZ aceitos por organizações como, por exemplo, United

States Pharmacopeia.141 Por essa razão, é importante utilizar os padrões que já existem para os aparelhos de teste de indicador biológico. Para a esterilização por EO, a United States Pharmacopeia (1980) determina valores D de 3 minutos a 600 mg litro-1 e de 1,7 minutos a 1.200 mg litro-1, a uma temperatura de 55 ºC e umidade relativa de 50%. Indicadores físicos/químicos Os P/CIs são projetados para fornecerem informações com relação à obtenção de uma ou mais de uma condição necessária para destruir os microorganismos resistentes à esterilização. A monitoração de rotina do processo de esterilização é realizada, usando um indicador biológico e um indicador químico, em um kit de teste ou de desafio. Esse kit é utilizado para testar a eficácia do processo de esterilização, incluindo o tipo de embalagem e o método de carregamento do esterilizador, bem como seu funcionamento. Os tipos de kits de teste utilizados variam entre as instalações médicas. A Association for the Advancement of Medical Instrumentation fornece práticas recomendadas para a preparação de kits de teste com indicadores biológicos, para a monitoração de rotina do processo de esterilização por vapor142,143 e por óxido de etileno.144 A montagem dos kits de teste pode ser inconsistente, custosa e demandar tempo. Esses problemas são minimizados, usando um kit de teste pré- montado, que fornece um desafio consistente e minimiza o tempo e os gastos; por exemplo, os kits de EO e vapor A-test. Por exemplo, os kits podem ter uma tira indicadora química, que mudará de cor quando for exposta a uma determinada concentração de óxido de etileno. Alternativamente, o teste por fita de autoclave Bowie-Dick indicará a retenção de ar através da alteração desigual da cor, demonstrando que o esterilizador a vapor não operou adequadamente. O teste Bowie-Dick, se realizado no início de cada dia de trabalho e em conjunto com o teste semanal de vazamento, é a principal prática para a monitoração de rotina dos esterilizadores a vapor. Esse teste é muito mais conveniente que o teste de termopares; entretanto, não mede o tempo e a temperatura e não confirma se as condições de esterilização foram obtidas no kit de teste. Essencialmente, é um teste para a remoção de ar e uniformidade da penetração do vapor. Conforme descrito com detalhes no DHSS Health Technical Memorandum No. 10,107 é fabricado para tamanhos especificados de toalha de algodão, que são dobradas e empilhadas para

corresponderem a uma densidade de 160 kgm-3. O indicador é uma folha de papel com a mesma área do kit, na qual uma tira de fita de autoclave é colocada no centro das toalhas empilhadas. O kit é colocado, com suas camadas horizontais, na câmara a 10 cm da base e da porta. A temperatura do kit não deve ser mantida a 134 ºC por mais de 3,5 minutos. Os indicadores de base biológica são considerados diferentes dos P/CIs, porém existem algumas condições nas quais os Bls devem ser mais apropriadamente classificados como P/CIs de base biológica. Um P/CI de base biológica e usado com bastante freqüência consiste em organismos de teste em uma tira transportadora, fechada em um recipiente biorretentor ventilado com uma ampola amassável de meio de crescimento. Devido ao atraso térmico, esse tipo de indicador sempre exibe valores Z tão altos quanto os 30 ºC determinados entre as temperaturas de teste de 121 e 132 ºC. Com um valor Z tão alto, é impossível fazer a correlação para os fatores de mortalidade aceitos do processo, para a maioria dos itens a serem esterilizados. Também, o vapor ou o vapor superaquecido, que entra em contato com a ampola e recipiente, condensa e umedece a tira transportadora. Com isso, o organismo de teste na tira transportadora não será submetido às condições de superaquecimento, como é sempre registrado na esterilização por vapor de materiais desidratados. Por essa razão, esse tipo de indicador não deve ser considerado um indicador biológico verdadeiro. Embora os indicadores biológicos sejam sempre considerados desnecessários para a monitoração de rotina das instalações de esterilização por radiação ionizante, as cepas de esporos bacterianos resistentes a testes, por exemplo, Bacillus pumillus ou B. sphaericus C1A podem ser usadas.145

Problemas associados aos processos de esterilização Os efeitos da esterilização por vapor sobre as propriedades dos biomateriais O calor e o vapor podem alterar drasticamente as propriedades de muitos biomateriais poliméricos sintéticos. Exceder à temperatura (TG) de transição do vidro de alguns polímeros pode induzir a alterações físicas e/ou químicas que podem, por sua vez, afetar as propriedades mecânicas e/ou biológicas. A principal desvantagem da esterilização por vapor é a hidrofilicidade de alguns polímeros. A combinação de água e pressão pode fazer com que o dispositivo absorva água ao ponto de degradar as propriedades mecânicas, freqüentemente

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devido ao processo de microcavitação. Os polímeros de condensação, como o poliéster, que pode ser hidrolicamente penetrado, são, em particular, suscetíveis.146 Também considera-se que as superfícies que foram heparinizadas talvez tenham sua biocompatibilidade alterada, após a esterilização por vapor.147

Os efeitos da esterilização por radiação sobre as propriedades dos biomateriais A esterilização por irradiação de alta energia de implantes médicos, compostos por biomateriais poliméricos, podem ter seu desempenho mecânico ou biológico adversamente afetado (por exemplo, compatibilidade sangüínea e de tecido). É essencial compreender o mecanismo de degradação dos biomateriais poliméricos que pode ser iniciado pelos processos de esterilização (especialmente pela irradiação de alta energia). A degradação resultante pode, então, ser avaliada com relação ao desempenho clínico desses materiais como dispositivos implantáveis. No geral, a irradiação de alta energia dos polímeros leva à degradação e/ou polimerização cruzada, dependendo das estruturas químicas.148 Mais especificamente, os polímeros que apresentam temperaturas elevadas de polimerização tendem a resultar em polimerização cruzada, enquanto que os polímeros que apresentam baixas temperaturas de polimerização tendem a degradar. Se a polimerização cruzada predominar, os polímeros demonstrarão um constante aumento no peso molecular com o aumento da dose. Se a degradação predominar, o aumento das doses de radiação resultará em uma cisão randômica em cadeia e diminuição do peso molecular.149 A irradiação dos polímeros também pode levar ao desenvolvimento de gases e à formação de radicais livres. Muitos materiais poliméricos, que apresentam efeitos adversos, quando expostos à irradiação de alta energia, por exemplo, politetrafluoroetileno, são alterados porquase tão pouco quanto 104 rads., enquanto que outros materiais, tais como o metacrilato, requerem doses acima de 106 rads. O polipropileno é utilizado para moldes de articulações, por exemplo, em próteses da junta do dedo. A radiação gama a 2,5 Mrads pode afetar o polipropileno.150 As espécies de ativação primária criadas por essa irradiação são os radicais e os íons. A irradiação do polipropileno isotático (it-PP) induz à polimerização cruzada e à degradação. O envelhecimento do it-PP irradiado induz à ramificação dos radicais de polipropileno, alterando, desse modo, as propriedades dos polímeros,151, 152 principalmente a cristalinidade. A cristalinidade é reconhecida por ser um fator importante que afeta a

compatibilidade sangüínea dos polímeros. O número de plaquetas aderidas aos plásticos, tais como a poliamida e o poliéster, diminui a linearidade, conforme sua cristalinidade relativa153 aumenta.

É importante compreender que os biomateriais não são, na maior parte, puros, contendo traços de aditivos (antioxidantes, inicializadores ou catalisadores), alguns dos quais podem ser afetados pela irradiação de alta energia. Talvez também haja interações entre os aditivos conhecidos e as cadeias de polímeros. Por essa razão, é muito difícil prever o comportamento dos polímeros que contêm tais aditivos. Já que os aditivos são considerados segredos comerciais, a descrição genérica de um biomaterial polimérico é insuficiente para permitir previsões válidas das alterações das propriedades físicas e biológicas, após a exposição à irradiação de alta energia. Podem surgir problemas com os dispositivos inicialmente esterilizados com irradiação gama e, depois, na esterilização subsequente nos hospitais, usando óxido de etileno. Efeitos na superfície Atualmente, as propriedades superficiais dos materiais de implante são reconhecidas por ser tão importantes em uma determinada aplicação quanto às propriedades mecânicas e químicas. A natureza da interação entre os átomos da superfície mais externa do implante e as biomoléculas, com as quais eles entram em contato, é importante para o efeito do implante sobre a resposta ao hospedeiro.154-156

Por essa razão, é importante saber e, se possível, controlar o efeito dos procedimentos de esterilização sobre as superfícies do implante. Atualmente, nem sempre é possível prever se uma determinada superfície de material é melhor ou pior que outra para uma determinada aplicação. Com isso, o limite entre os efeitos de esterilização aceitáveis e inaceitáveis sobre as superfícies (ou seja, contaminação química ou modificação da arquitetura microscópica) não pode ser determinado. Sugere-se que a melhor prática é escolher uma superfície, na qual a resposta do tecido seja caracterizada e comprovada, através da avaliação clínica, que funciona bem e, então, tentar padronizar essa superfície e minimizar as variações nas suas propriedades.157 Os implantes não devem apresentar contaminação molecular de suas superfícies e podem ser empregados vários procedimentos de limpeza. O tratamento com

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descarga incandescente (plasma) de radiofreqüência é útil para as próteses dentárias,158 enquanto que outros procedimentos (por exemplo, soluções de deslocamento ativo de superfícies) sejam mais apropriados em outras aplicações.159,160 É muito difícil prever os prováveis efeitos da esterilização de pré-tratamento sobre as propriedades dos materiais superficiais; consequentemente, uma pesquisa inicial sempre é necessária antes de uma aplicação ser amplamente implementada. Por exemplo, a esterilização por vapor convencional compromete as propriedades superficiais de um implante de titânio endósseo,161 enquanto que a desinfecção pela atomização em impressões elastoméricas não apresenta nenhuma distorção dimensional.162

Finalmente, a embalagem estéril usada também pode afetar as propriedades superficiais de um implante. A composição da superfície de um implante pode ser modificada através da deposição de produtos desgastados, se os produtos forem esfregados contra o material de embalagem. Também, os componentes voláteis do material de embalagem podem ser vaporizados e depositados no implante. Problemas associados à esterilização por óxido de etileno EO residual. As evidências com relação à mutagenicidade163,164 do EO, bem como as incertezas com relação à sua carcinogenicidade165, resultaram na drástica redução dos limites de exposição ocupacional nos últimos anos e alimentaram preocupações sobre a exposição potencial dos pacientes. O número de trabalhadores expostos nas instalações médicas e correlatas, nos Estados Unidos, foi estimado em mais de 100.000 e o padrão de higiene americano para o EO foi reduzido de uma concentração da média ponderada de tempo (TWA) de um turno de trabalho de 8 horas de 50 vpm (ou seja, volume de EO/volume de milhões de ar contaminado), em 1982, para um padrão atual (1989) de 1 vpm. A fim de considerar a exposição aos níveis relativamente altos de EO, durante alguns minutos, os quais atenderiam ainda aos padrões para a exposição por TWA, a Occupational Safety and Health Administration (OSHA) atualmente estabeleceu limites diferentes para a exposição ao EO, conforme demonstrado na Tabela 2. A exposição ocupacional pode ocorrer como um resultado da ventilação deficiente dos esterilizadores, da falha do equipamento e através da desgaseificação dos itens, que ainda contêm EO após a esterilização, enquanto estão armazenados.166,167

Tabela 2. Limites de exposição ocupacional para o óxido de etileno.

A OSHA estabeleceu três diferentes limites para o EO, bem como os requisitos de monitoração correspondentes:

1. PEL (Permissible Exposure Limit - Limite de Exposição

Permissível) de 1 ppm em TWA de 8 horas. 2. AL (Action Level - Nível de Ação) de 0,5 ppm em TWA

de 8 horas. 3. EL (Excursion Limit - Limite de Excursão) de 5 ppm em

um período de amostragem de 15 minutos. TWA = Média Ponderada de Tempo

Os itens, dos quais o EO ainda não foi completamente eliminado, também podem apresentar um risco ao paciente. Os primeiros registros detalham algumas mortes168 durante a cirurgia e que foram atribuídas aos resíduos de EO nos tubos utilizados para a circulação extracorpórea. Os plásticos esterilizados por EO têm causado graves reações no tecido, incluindo a hemólise nos oxigenadores de bomba e nos aparelhos de infusão de sangue,169,170 necrose traqueal durante a intubação e queimaduras das luvas, máscaras e aventais.171 Mais recentemente, os relatórios de casos têm se concentrado nas reações anafilactóides em pacientes de diálise, após a exposição ao equipamento esterilizado por EO.172,173

Os resíduos de EO nos materiais poliméricos são medidos após a esterilização. Por exemplo, resíduos de EO no polivinil cloreto foram considerados em mais de 10.000 ppm, ou seja, microgramas de EO para gramas de material hospedeiro. Para proteger contra as propriedades gerais carcinogênicas e mutagênicas do EO, os requisitos italianos e franceses consideram, atualmente, o limite máximo de resíduo de EO de 2 ppm nos dispositivos médicos. Nos Estados Unidos, a conclusão do Food and Drug Administration, em 1978, de que para muitos dispositivos médicos não há nenhuma alternativa para a esterilização por EO, ainda permanece. Contudo, ficou reconhecido que os resíduos de EO, bem como seus dois maiores produtos de reação, o etilenocloroidrina e etilenoglicol, podem produzir reações tóxicas nos pacientes. A proposta do FDA para os limites máximos recomendados para o óxido de etileno, etilenocloroidrina e etilenoglicol, em determinados dispositivos indicados para o uso humano, encontram-se na Tabela 3. Esses limites de resíduos propostos são os limites máximos aceitáveis para os dispositivos médicos nos recipientes, no momento da liberação para o mercado. Os limites foram originados

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dos valores desenvolvidos por um grupo de trabalho de toxicidade da Association for the Advancement of Medical Instrumentation (AAMI), Ethylene Oxide (Z-19) Sub-Commitee. O Comitê originou esses dados dos dados industriais submetidos ao FDA e dos limites de resíduos já estabelecidos pelas boas práticas de fabricação atuais, para produtos similares submetidos a aplicações de novos medicamentos aprovados. Por exemplo, os limites de resíduos, propostos para os dispositivos intra-uterinos e para as esponjas de instrumentação cirúrgica, são os mesmo dos propostos para os artigos similares que são classificados como medicamentos. Como no caso dos medicamentos, os limites de resíduos estabelecidos para determinados dispositivos médicos se aplicariam, se o óxido de etileno fosse usado como um esterilizante durante qualquer parte do processo de fabricação, para qualquer componente do dispositivo ou do recipiente de comercialização do dispositivo. Todos os limites são dados em microgramas de EO por grama de material (ppm) e não estão relacionados com a quantidade de EO,

a qual o paciente pode ser exposto, dependendo do uso empregado no dispositivo. O FDA considera que os níveis máximos de exposição propostos para os medicamentos (30 µg por kg de paciente por dia para o EO, 15 µgkg-1 dia-1 para etilenocloroidrina e 2,5 mgkg-1 dia-1 para o etilenoglicol) não podem ser consideravelmente aplicados para os dispositivos médicos de uso humano no momento. Não há dados suficientes sobre o índice de difusão dos resíduos de vários materiais plásticos; por essa razão, dada a natureza, maneira e freqüência de uso de muitos dispositivos médicos, considera-se impraticável esperar que os fabricantes de dispositivos médicos trabalhem em comum acordo com os profissionais da saúde, para restringirem a exposição total de diferentes dispositivos usados no mesmo dia. Nenhum dos limites de resíduos mencionados anteriormente leva em consideração a composição do material dos dispositivos. Sabe-se que o índice de difusão do EO, em diferentes materiais, é extremamente variável. Por isso, para um

Tabela 3. Limites de resíduos propostos pelo FDA (1978) (níveis estabelecidos em partes por milhão (ppm)) Tipo de dispositivo Óxido de etileno Etilenocloroidrina Etilenoglicol Pequenos implantes (< 10 g) 250 250 5000 Implantes médios (10-100 g) 100 100 2000 Implantes grandes (> 100 g) 25 25 500 Dispositivos intra-uterinos 5 10 10 Lentes intra-oculares 25 25 500 Dispositivos em contato (com):

Sangue (ex vivo) 25 25 250 Tópico 250 250 5000

Instrumentação cirúrgica:

Esponjas 25 250 500

determinado nível de resíduo, as diferenças na composição de material podem modificar a exposição do paciente ao EO em mais de um fator de 10, dependendo do uso no qual o dispositivo é empregado. Entretanto, uma estimativa, analítica174 ou por cálculos de computador,175 pode ser obtida da exposição do paciente. É bem reconhecido que o EO residual nos produtos recém-esterilizados pode levar à exposição ocupacional no ambiente de trabalho, pois a equipe é repetidamente exposta aos itens durante a remoção e transporte dos itens do esterilizador. Por essa razão, para minimizar o risco ao paciente e à equipe, é necessário reduzir o nível de resíduos nos materiais esterilizados ao

valor mais baixo praticável. Consequentemente, é importante a conformidade com as recomendações para o uso seguro do EO. Uma aeração adequada (ou seja, períodos de desgaseificação) deve suceder as esterilizações, para que a concentração do EO residual possa ser reduzida a um nível seguro para o uso no paciente (veja Tabela 3) e para a exposição ocupacional.176 O tempo de aeração necessário para um determinado material ou dispositivo depende de muitas variáveis, como mencionadas anteriormente; por exemplo, composição, forma e massa do dispositivo e o tipo de esterilização por EO realizada. Alguns itens plásticos, como os que contém polivinil

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cloreto, requerem um mínimo de 7 dias de aeração à temperatura ambiente, antes de serem considerados seguros.176,177 Para encurtar esse período de aeração, Thomas e Longmore178 propuseram que todos os procedimentos de esterilização por EO sejam seguidos por 6 ciclos sucessivos de vácuo; alguns fabricantes ainda empregam esse procedimento em seus esterilizadores. Entretanto, Roberts e Rendell-Barker179 demonstraram que ciclos de vácuos repetidos são ineficazes em acelerar a eliminação do EO residual. Até o momento, o único método comercialmente disponível de redução do período de aeração é o uso de um aerador aquecido que circula e ventila o ar continuamente a 50-60 ºC. Esse procedimento reduz o tempo de aeração para 8 a 12 horas, dependendo do tipo de material177-180 e sua geometria (ou seja, tamanho e espessura). A corrente de ar é descarregada na atmosfera externa, a fim de evitar a exposição da equipe na instalação do esterilizador. Problemas do controle de processo/eficácia biocida. Por muitos anos, a monitoração paramétrica tem sido o meio aceito de fornecer garantia de qualidade para os suprimentos médicos esterilizados por vapor de alta pressão. Já que a correlação entre os parâmetros de processo da esterilização por vapor (temperatura e pressão) e mortalidade está bem estabelecida, é possível liberar suprimentos para o uso, contanto que os parâmetros de processo sejam mantidos nas tolerâncias especificadas; em outras palavras, possibilitando a liberação paramétrica. Entretanto, a liberação paramétrica dos suprimentos esterilizados por EO é atualmente impossibilitada por incertezas relativas à concentração do gás, umidade relativa e temperatura por toda a carga. Assim, o controle de qualidade do processo de esterilização por EO requer a monitoração biológica com todas as suas variabilidades, custo e demora inerentes. Já que a concentração de EO na câmara não é medida e como as cargas variam muito em sua capacidade de absorver o EO, é preciso admitir na câmara quantidades de gás que sejam altas o suficiente para garantir, indiretamente, as concentrações de EO necessárias em toda a carga, independentemente da composição do material. Isso, é claro, tem um efeito adverso sobre os níveis de EO absorvidos pelos materiais e, consequentemente, sobre os resíduos associados nos materiais após a esterilização. Os atuais métodos de processo de aquecimento da carga contam com os elementos de aquecimento na parede da câmara, os quais podem resultar em pontos gelados na carga. Por isso, para gerar os níveis de umidade relativa

adequados, quantidades de água, além das necessárias na ausência da condensação associada a tais pontos gelados, são admitidas na câmara. Também, notou-se que em determinadas regiões do mundo, em determinados períodos do ano quando a umidade atmosférica é muito baixa, os materiais e microorganismos se tornam dessecados, o que causa um efeito danoso no processo de esterilização. Há ainda o problema que ocorre quando os materiais, que são umedecidos ou molhados, em contato com o EO, se contaminam com os resíduos de etilenoglicol. Além disso, caso o EO esteja em solução com água, porém não tenha reagido para formar o etilenoglicol, ele pode, subseqüentemente, evaporar com a abertura da câmara, o que aumentaria a exposição ocupacional. Problemas associados à esterilização por formaldeído e vapor à baixa temperatura (LTSF) Problemas com resíduos. Os resíduos de formaldeído têm sido observados em produtos após a esterilização, sendo a concentração residual dependente do tipo de material.181-183 Resíduos consideráveis são encontrados em fibras de poliéster e poliamidas, sendo que a quantidade depende dos parâmetros de processo, como acontece com o óxido de etileno. O formaldeído residual ocorre como formaldeído monomérico absorvido e como paraformaldeído absorvido. A presença dos resíduos como paraformaldeído explica os altos níveis de resíduos ainda observados após vários meses de armazenamento. O paraformaldeído pode ser formado em superfícies úmidas, devido à dissolução do formaldeído na água absorvida, produzindo, assim, os hidratos poliméricos. A precipitação do paraformaldeído ocorre na desidratação, conforme a água evapora em uma fase de vácuo subsequente. Isso significa que os materiais hidrofílicos reterão mais formaldeído residual que os materiais hidrofóbicos. Existe pouca informação disponível com relação aos coeficientes de solubilidade e difusão do formaldeído gasoso em polímeros.184 As conseqüências toxicológicas da presença dos resíduos de formaldeído, nos suprimentos médicos, ainda não foram estabelecidas. Além disso, não existe atualmente limites para o formaldeído residual em materiais esterilizados por vapor/formaldeído. Entretanto, preocupações têm sido expressas sobre os efeitos na saúde causados pelo formaldeído transportado pelo ar, que resultaram em limites de exposição ocupacional, em muitos países, de aproximadamente 1 ppm.185

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Problemas do controle de processo/eficácia microbiológica O LTSF tem sido pesquisado no Reino Unido desde o início da década de 60.186-189 A eficácia microbiológica do LTSF tem sido testada somente a um grau limitado, sob circunstâncias que podem ser reproduzidas. A falta de reprodutibilidade é devido ao fato de o formaldeído gasoso sozinho, ou em misturas com o vapor, ser um sistema físico/químico complexo altamente solúvel em água e com pronta polimerização. As medições de formaldeído gasoso em esterilizadores demonstram que a concentração, mesmo na autoclave não carregada, diminui com o tempo.182-190 Recentemente, foram definidos processos melhorados de esterilização, que possuem uma alegação de confiabilidade e consistência.191,192 Entretanto, não existe nenhum indicador biológico atualmente disponível que seja específico para a esterilização por LTSF. Os esporos B. stearothermophilus, usados para monitorar a esterilização por vapor, provaram ser inseguros para o LTSF. Entretanto, há uma necessidade de selecionar esporos bacterianos adequados para a monitoração por LTSF; o ideal para isso seria os não-patogênicos aeróbicos e prontamente caracterizados por uma confiável resistência à inativação por calor e formaldeído.193 Com um processo como o LTSF, no qual existem vários parâmetros a serem integrados, os esporos selecionados devem possuir uma alta resistência para cada parâmetro na isolação, a fim de confirmarem que a combinação esporicida foi criada. Otimização do processo de esterilização por óxido de etileno A garantia de esterilidade associada ao vapor e à radiação ionizante é satisfatória, porém é improvável que os problemas associados aos efeitos causados aos materiais sejam reduzidos por algum desenvolvimento futuro dessas tecnologias. Por essa razão, o uso contínuo será governado pelo custo e compatibilidade de material. Atualmente, não existem grandes desenvolvimentos na esterilização por formaldeído ou LTSF, que direcionem os problemas de garantia de esterilidade, toxicidade ou efeitos adversos sobre os biomateriais. Entretanto, conforme será definido aqui, novos desenvolvimentos na tecnologia dos esterilizadores de EO são sustentados para estabelecerem uma garantia de esterilidade adequada e eliminarem os problemas de toxicidade associados.

Eliminação acelerada dos resíduos de EO Uma das conseqüências dos problemas, apresentados pelos resíduos de óxido de etileno, é que são necessários inventários excessivamente grandes para facilitar a aeração a longo prazo. Outra conseqüência é que os dispositivos implantáveis freqüentemente usados, como por exemplo os endoscópios, são agora submetidos à desinfecção entre pacientes com esterilização por glutaraldeído em vez de óxido de etileno, o que é indesejável. Os métodos atuais de aeração ainda apresentam um nível de risco de exposição ocupacional inaceitável, pois os dispositivos são transferidos do esterilizador para o aerador. As novas evidências sugerem que a redução da exposição, a níveis relativamente altos, pode ser mais prejudicial que a exposição a longo prazo da mesma dose total.163 Por isso, se o processo puder ser melhorado, a fim de reproduzir itens esterilizados isentos de resíduos, antes que a porta do esterilizador seja aberta, isso poderia garantir que não haveria exposição a curto prazo dos operadores. Com isso, seria desnecessário regular essa situação por medidas de controle ambiental, as quais criam custos substanciais. Além disso, isso asseguraria a conformidade com as normas do FDA sobre os limites de resíduos e, consequentemente, garantiria a eliminação dessa fonte de risco para o paciente. Um ponto mais importante, que poderia passar despercebido na literatura, é que a reação local do tecido, originada pelos dispositivos implantáveis que contém níveis inaceitáveis de óxido de etileno, pode sofrer alguma outra conseqüência além da agressão química. A evidencia dos fatos com relação à infecção, conforme definida anteriormente, demonstra claramente que os materiais estranhos implantados no corpo dão margem para um aumento do risco de infecção, em parte devido à inflamação e ao efeito dessa inflamação sobre a resposta imunológica local ao hospedeiro. Por essa razão, embora a literatura sobre os resíduos esteja relacionada aos efeitos quimicamente mediados (por exemplo, queimaduras químicas promovendo estenose traqueal ou resíduos de EO nos tubos levando a hemolises), talvez haja um efeito significativo dos resíduos de EO no aumento do risco de infecção, afetando, prejudicialmente, o meio que envolve o implante e, com isso, a resposta imunológica local ao hospedeiro. Por todas essas razões, os métodos, que reduzirão os resíduos após a esterilização, serão uma grande vantagem. Na ausência de forças externas, acredita-se que a difusão seja um processo passivo, um estado de

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equilíbrio a ser atingido quando o agente de difusão for uniformemente distribuído por todo o sistema, e o fluxo líquido for zero.194 Se essa consideração for verdadeira, a concentração espacial máxima possível do agente de difusão, em qualquer ponto no material submetido a um típico ciclo de esterilização, independentemente do tempo de duração do ciclo, não deve ser maior que a concentração espacial que circunda o ambiente (ou seja, a concentração de gás na câmara). Entretanto, ficou demonstrado que a absorção do EO nos materiais poliméricos é um processo ativo e é o resultado de tal interação entre as moléculas das duas substâncias (ou seja, material penetrante e hospedeiro).195 Concluímos que, se a ligação do gás penetrante puder ser influenciada, então a etapa de limitação do índice seria afetada e o índice de desabsorção do óxido de etileno poderia ser muito acelerado, comparado aos processos térmicos convencionais. A radiação de microondas foi considerada o modo mais apropriado de acoplar energia ao sistema. Um novo esterilizador/desorbedor foi, então, fabricado, em que a radiação de microondas dos materiais esterilizados por óxido de etileno foi utilizada para aprimorar o índice no qual o gás é desabsorbido.195,196

Figura 5. Protótipo do esterilizador/desorbedor de microondas. A Figura 5 mostra um protótipo de um esterilizador de EO/desorbedor de microondas integrado de 100 litros, que foi fabricado para a experimentação de processo. A câmara de esterilização é um vaso de pressão de aço inoxidável, adequado para a propagação de microondas. A monitoração da atmosfera da câmara e a entrada ou

saída controlada de ar ou gases selecionados é obtida através de duas portas de admissão (2) e duas de saída (3) na lateral da câmara. O equipamento a ser esterilizado é colocado em um cesto giratório de polipropileno (4), suspenso por suportes montados na parede (5). A base da câmara é uma janela de microondas (6), formada por uma placa de microondas de polipropileno transparente. Abaixo da câmara, existem geradores de microondas de 750 W (magnétrons) (7, 8) ligados a uma antena retangular de emissão (9, 10). A temperatura de um artigo na câmara é captada, por controle remoto, por um termômetro infravermelho (11), cujo tubo de fixação está preso ao tubo de choque de microondas na tampa da câmara. Um computador foi programado para interpretar o sinal de temperatura e controlar os tempos para ligar/desligar o magnétron, a fim de garantir que a temperatura da carga esteja dentro do limite pré-selecionado. O termômetro infravermelho foi calibrado pela termometria de contato, usando um termopar de cordão. A eficiência desse processo foi verificada com materiais de uso comum e a eliminação de EO foi aumentada para até 400%, comparada com a aeração convencional, conforme demonstrada na Tabela 4. O modo de ação das microondas no aprimoramento da difusão foi pesquisada197, e conclui-se que está relacionada ao efeito de ruptura da ligação do hidrogênio entre as moléculas imobilizadas do agente de difusão e do material do hospedeiro. Isso leva a uma redução significativa na proporção das moléculas mobilizadas e imobilizadas do agente de difusão e, consequentemente, a um aumento substancial no valor do coeficiente de difusão. Monitoração e controle paramétrico do processo de EO Conforme descrito anteriormente, existem muitos problemas associados à monitoração e à manipulação dos parâmetros de processo do EO (ou seja, concentração de gás, umidade relativa e distribuição de temperatura). Entretanto, o processo de esterilização por EO pode ser bastante melhorado se forem implementadas soluções para esses problemas. Considerou-se que a aplicação do campo de microondas melhorou muito o processo de pré-umidificação. Além disso, isso resulta em uma uniformidade maior da temperatura dos materiais por toda a carga, comparado aos processos de aquecimento convencionais. Com isso,

RADIAÇÃO DE MICROONDAS

RADIAÇÃO INFRAVERMELHA

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a aplicação da radiação de microondas (2,45 GHz), durante a fase de pré-umidificação, aumentará a eficácia da esterilização, aprimorando o equilíbrio da umidade relativa dos microorganismos. Além disso, isso finalizará o processo com uma quantidade muito mais reduzida de água injetada que, por sua vez, reduzirá os problemas em potencial de produção de resíduos de etilenoglicol. Para atingir a meta da liberação paramétrica, é necessário medir a concentração de óxido de etileno e água na câmara simultaneamente e em tempo real. Hoje em dia, um método ambíguo, prático e de eficácia de custo para a obtenção dessa liberação não é possível. Entretanto, estamos desenvolvendo um método de monitoração do EO ambiental e das concentrações de água na câmara de esterilização, através da espectroscopia de microondas rotacional molecular. Essa é uma técnica analítica fundamental, que opera com o principio da absorção quantizada de radiação eletromagnética. A molécula na fase de gás apresentará o estímulo de seu estado rotacional para um dos vários níveis de energia disponíveis, resultando em um espectro de largura de banda (absorção) estreita, altamente característico e único daquela espécie molecular. A

magnitude dessa absorção máxima a freqüências de ressonância está relacionada com a concentração molecular do analito e às baixa pressões, quando as interações moleculares estão no mínimo, e uma relação de concentração linear é estabelecida. Os picos de absorção para muitos componentes podem ser detectados a freqüências entre 10 e 40 GHz. A interação das microondas a essas freqüências é um efeito mecânico quantum e é, por isso, quantitativamente diferente do aquecimento por Joule, que ocorre a 2,45 GHz. Os picos são propagados de forma relativamente uniforme em uma freqüência acima dessa faixa e, sendo estreitos (da ordem de 1 MHz à temperatura ambiente e a pressões entre 1 e 10 P), a chance de sobreposição entre as linhas das diferentes espécies, mesmo nas misturas de muitos gases componentes, é extremamente pequena. A intensidade de cada pico espectral é reconhecida por aumentar rapidamente de acordo com a freqüência. Entretanto, devido às limitações impostas pelo custo e disponibilidade dos componentes, o pico ótimo para o EO ocorre na freqüência central de 24,927 GHz, e para o vapor de água, na freqüência central de 22,235 GHz.

Tabela 4. Resíduos de óxido de etileno após tratamentos com fluxo de ar quente ou irradiação de microondas.

Material Processo de aeração (temperatura nominal

= 55 °C)

Tempo (h) Concentração inicial do EO residual após a esterilização (ppm)

Concentração de EO residual após aeração

(ppm) Polietileno Microondas aprimorado 3 60 Convencional

12 7800 80

PVC Tygon Microondas aprimorado 3 100 Convencional

12 10 900 100

Borracha de silicone Microondas aprimorado 3 2,6 Convencional

12 11 2,2

Borracha vermelha Microondas aprimorado 1,5 100 Convencional

6 3500 100

Borracha marrom Microondas aprimorado 1,5 100 Convencional

4 1100 100

Policarbonato Microondas aprimorado 1,5 150 Convencional 12

700 95

Observação: Os valores em ppm foram determinados usando um Cromatógrafo a Gás Perkin-Elmer 8310 e Analisador de Espaço Morto HS6.

Durante o estágio de exposição do gás do ciclo de esterilização, propõe-se manipular a concentração de gás

de EO por meio de um injetor de EO eletromecânico, capaz de injetar uma quantidade predeterminada de gás

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na câmara através de um controlador automático. Um ponto importante é que a medição das concentrações de EO, que estão na câmara durante todo o processo, permita a garantia de esterilidade com uma redução da concentração na câmara (por um fator de aproximadamente de 2) e, consequentemente, uma redução dos resíduos de EO ao final do ciclo. Assim como aprimora o processo de pré-umidificação, a radiação de microondas (2,45 GHz) mantém uma uniformidade maior da temperatura por toda a carga dos materiais, comparado ao processo de aquecimento convencional. A simples medição da temperatura da parede da câmara não é adequada; por essa razão, a temperatura deve ser medida em toda a carga. Estamos desenvolvendo um sistema de monitoração de temperatura que conta com uma série de sensores estrategicamente posicionados dentro da carga. Para obter a medição da temperatura em um campo de microondas, cada sensor é formado por um material de cristal líquido de cianobifenol de esmectita, que não é afetado pela radiação de microondas, porém com a útil propriedade de alterar uma substância de opaca para transparente, conforme a temperatura aumenta acima de um limite especifico (dependendo da exata composição do material do sensor). Colocando esses sensores em pares, ou seja, um projetado para indicar um limite superior e outro, um inferior, é possível determinar a temperatura dos materiais nas adjacências dos pares de sensores em uma faixa desejada. As informações dos sensores são transmitidas para o controlador por um link de fibra ótica de preço acessível. Os acopladores especiais de fibra ótica, capazes de transmitir informações através da parede da câmara de esterilização, sem afetar a integridade da pressão, passam as informações para o circuito de interface. Após a aplicação de tal tecnologia, a monitoração paramétrica da esterilização por óxido de etileno significaria que a monitoração biológica, com suas freqüentes variabilidades e custos, precisaria ser utilizada somente para a mesma função que é empregada para o vapor (ou seja, a monitoração dos procedimentos corretos, por exemplo, envolvimento ou configuração da carga, ao invés da monitoração do desempenho da máquina). As indicações preliminares são favoráveis para que a aplicação da radiação de microondas e gás de óxido de etileno, durante a fase de esterilização, possa ter um efeito sinergético. Se Isso for confirmado por uma

validação biológica completa, teria a importante conseqüência de permitir que até concentrações mais baixas de EO na câmara atingissem a esterilidade. Com isso, os níveis absorvidos e os tempos de desabsorção resultante seriam bem menores e, como resultado, a eficiência de todo o processo, em termos de liberação de material, seria mais aprimorada. Finalmente, há o problema considerável de emissão efluente para a atmosfera das instalações de esterilizadores de EO. Em virtude do atual debate ambiental com relação aos efeitos nocivos dos clorofluorocarbonos (CFCs), desde a metade do ano de 1989, o US Environmental Protection Agency (EPA) está comprometido em reduzir os níveis de 1986 em 50%. Consequentemente, a DuPont, que é a maior produtora mundial de CFCs, está interrompendo sua produção. Por essa razão, os processos de esterilização por EO, que utilizam o CFC na mistura com o EO, necessitarão de um equipamento aliado para a eliminação ou reciclagem. O EPA também está coletando informações sobre as emissões de EO e exigirá a redução dessas emissões no final dessa década. Consequentemente, em futuro próximo, as instalações de esterilizadores serão obrigadas a empregar tecnologias de filtragem de emissão, ou seja, conversores catalíticos ou unidades de recuperação. Embora as indústrias consigam arcar com os custos da suspensão de tal emissão, isso implicará em uma considerável sobrecarga financeira para os hospitais. Estamos desenvolvendo meios de reciclar o gás usado no processo, o que remediaria a necessidade de tecnologias para o controle de emissões. SUMÁRIO Em virtude de todas essas questões mencionadas nesse documento, atualmente há uma tentativa de definir processos de esterilização à baixa temperatura alternativos, por exemplo, óxido de propileno, dióxido de cloro, peróxido de hidrogênio e ozônio. Todos esses processos sofrem consideráveis desvantagens de toxicidade e/ou efeitos adversos sobre os biomateriais. Em relação a isso, deve-se observar que os problemas de toxicidade, conforme explicados anteriormente, não são eliminados através da desinfecção por formaldeído ou vapor à baixa temperatura ou glutaraldeído a 2%. De fato, a princípio, qualquer agente letal ao microorganismo é provavelmente tóxico ao ser humano. Por essa razão, é preferível considerar quais dos processos de esterilização disponíveis podem ser desenvolvidos para garantir a monitoração e o controle adequados, a fim de assegurar a

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esterilidade com um mínimo de problemas associados, ao invés de procurar por um esterilizante indefinido que não tenha nenhum problema associado a ele. REFERÊNCIAS 1. Melton, L. J. III, Stauffer, R. N., Chao, E. Y.S. &

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