Esterilización con peróxido de hidrógeno
Métodos de esterilización de baja temperatura (segunda parte) Conoce el plasma y el vapor de H₂0
9 abril, 2019 por
Esterilización con peróxido de hidrógeno
Mauricio Benjamín Jiménez Ramírez
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En la entrega anterior exploramos la alternativas a la esterilización con autoclaves de vapor u otros métodos que involucran el uso de calor y que pueden afectar a algunos instrumentos, especialmente aquellos que se usan a partir del desarrollo de los métodos de intervención quirúrgica con mínima intervención. Como recordamos, estos instrumentos tienen partes sensibles al calor y a la humedad que no permiten la esterilización con vapor. Los métodos que usan radiaciones, requieren instalaciones especiales y están sometidos a regulaciones muy rigurosas. Por otro lado, el uso de óxido de etileno es cada vez más restringido por el peligro que supone para usuarios y población aledaña. En el caso de la esterilización con formaldehído, si bien es menos peligrosa, tienen inconvenientes similares al óxido de etileno por los efectos nocivos del agente activo. Estos problemas motivaron el desarrollo de un método que usara un agente esterilizante que una vez usado, es prácticamente inocuo para las personas y el medio ambiente. Este agente es el peróxido de hidrógeno, una sustancia que es conocida por sus propiedades microbicidas desde hace tiempo pero que a partir de la década de 1980 comenzó a provocar más interés por su alta eficiencia cuando es usado en fase de vapor.

Esterilización con peróxido de hidrógeno

El peróxido de hidrógeno H2O2 es un potente oxidante que posee un amplio espectro de acción y es bastante seguro ya que se degrada en agua y oxígeno. Es usado como preservativo, antiséptico, desinfectante, fumigante y esterilizante. Es muy eficiente para matar bacterias y hongos en disolución, pero en el caso de las esporas, se requieren concentraciones altas para lograr su inactivación o la aplicación de temperaturas altas para mejorar su eficiencia. Esto es diferente cuando se usa en fase vapor, ya que su eficiencia contra las esporas aumenta, pasando de concentraciones de 30 a 59% en liquido a solo 0.1 mg/L en vapor. Por ello, el uso del peróxido en fase vapor es bastante común, en concentraciones de 4.5 mg de peróxido por litro a temperaturas entre 40 y 45 °C por al menos 10 segundos. Esto funciona bien en materiales sólidos con superficies abiertas. Para materiales porosos o con lúmenes es necesario extraer el aire para permitir la penetración del vapor de peróxido. Esta necesidad es similar en otros métodos de esterilización como el mismo vapor de agua o el óxido de etileno.

La efectividad del vapor de peróxido de hidrógeno lo ha hecho un material muy interesante para ser usado en procesos de esterilización y uno candidato ideal para el tratamiento de equipos delicados o termolábiles. Pero su uso presenta también limitaciones, por lo que el desarrollo de sistemas de esterilización con peróxido se dio en dos líneas diferentes; los que usan el vapor de peróxido de hidrógeno solo y los que combinan el vapor con la generación de plasma. Ambos métodos tienen características muy similares, en general emplean bajas concentraciones de peróxido y tienen ciclos cortos ya que comparten la ventaja de requerir tiempos de ventilación reducidos. La diferencia central radica en que, los equipos de plasma requieren realizar un vacío más profundo por lo que pueden tener una penetración más eficiente, a lo que se suma que la generación de plasma provoca reacciones más rápidas y en consecuencia una degradación más rápida del peróxido y menor tiempo de ventilación. Al mismo tiempo, debido a que el plasma degrada más rápido el H2O2, también es necesario una atención cuidadosa de la carga para evitar que esta absorba demasiado esterilizante y reduzca su efectividad.

Se ha probado la eficacia del peróxido contra diferentes microorganismos y como parámetro general se ha observado una SAL 106 en 10 s con una concentración de 4.5 mg/L a 45 °C y presión atmosférica.

Para lograr que el H2O2 pase a fase vapor, se puede evaporar calentando progresivamente una solución de peróxido disuelto en agua, pero debido a las diferencias en la presión de vapor del agua y el peróxido, la primera se evapora más rápido y satura antes el aire. Por ello, para vaporizar la disolución peróxido-agua de forma efectiva, se pone en contacto la disolución con una superficie a alta temperatura (>100 °C) para generar vapor de forma instantánea e introducirlo en la cámara de esterilización. Para facilitar la vaporización se hace vacío en la cámara presiones inferiores a 1.5 kPa cuando sólo se usará el vapor. En el caso de que se vaya a generar plasma, como ya se mencionó, se requieren presiones aún más bajas de 0.15 kPa hasta 0.001 kPa.

Un esterilizador de peróxido de hidrógeno típico consta de un cámara de metal no reactivo como el aluminio, capaz de resistir presiones menores a 0.02 kPa. El aluminio es muy usado porque también es importante el calentamiento de la carga, proceso que facilita este metal y que permite mantener temperaturas estables a lo largo del ciclo. La cámara suele conectar con una bomba de vacío, que dependiendo del diseño puede ser más o menos potente, e incluir un catalizador que degrade los restos de peróxido de hidrógeno. Por otro lado tienen una entrada de aire filtrado, necesaria para la ventilación de la cámara al final del ciclo, o en algunos casos para facilitar la difusión del mismo esterilizante. Finalmente está el inyector del peróxido y en el caso de los equipos de plasma, se incluye un generador de radiofrecuencia. En general, el diseño comparte con otros métodos de esterilización varios elementos, pero con algunos elementos que hacen más sencilla su construcción debido a que las condiciones de ventilación son menos demandantes.

Un ciclo típico de esterilización con peróxido comprende, de forma general:

  1. Una fase de vacío, evacuación y acondicionamiento de la carga, en la que se evacua el aire de la cámara, se calienta la carga y se preparan las condiciones para la esterilización.

  2. Una fase de inyección de una solución de H₂O₂ que se vaporiza. Generalmente dicha disolución tiene una concentración de entre 35 y 59%. La disolución se inyecta en una cantidad predefinida en el vaporizador caliente. En algunos casos, se usan cartuchos de un solo uso, con la cantidad de peróxido adecuada predosificada.

  3. La etapa de difusión del peróxido para permitir que este entre en contacto con los dispositivos a esterilizar. En algunos casos se recurre a la inyección de aire filtrado para facilitar la difusión del esterilizante. En el caso de los equipos de plasma, es en este momento cuando se pone en funcionamiento el generador de plasma.

  4. Se pueden aplicar dos o más inyecciones de la solución de peróxido seguidas de ciclos subsecuentes de vacío para facilitar la entrada del esterilizante en las cavidades. En algunos sistemas esto se logra incluyendo cápsulas de peróxido dentro de la cámara conectadas directamente a los tubos que se quieren esterilizar, sistema conocido como 
    booster.

  5. Finalmente, se realiza la extracción del peróxido y la ventilación de la carga, se extrae el remanente de vapor de peróxido que se transforma rápidamente en H₂O y O₂ al tiempo que se inyecta aire estéril, que pasa por un filtro de partículas de alta eficiencia, conocido por sus siglas en inglés como HEPA. El proceso de eliminación de residuos es mucho más rápido que el necesario para los objetos procesados con óxido de etileno, lo que reduce la duración total del ciclo de esterilización.

En el caso de vapor de H2O2 generalmente se emplea una concentración de entre 0.5 y 9 mg/L en ciclos que van de 15 min a 4 h, y las temperaturas generalmente no exceden los 55 °C. Los sistemas de plasma generalmente inyectan concentraciones mayores de peróxido de hidrógeno y usan ciclos más cortos debido a que el plasma acelera las reacciones y reduce la necesidad de ventilación al degradar más rápido al peróxido.

El plasma de peróxido presenta algunas diferencias con el uso del vapor, las cuales esta evidentemente relacionadas con la naturaleza del plasma, ya que como veremos en el siguiente apartado, este estado provoca la formación de especies reactivas que hacen al peróxido más eficaz.

Plasma de peróxido de hidrógeno

El plasma es conocido como el cuarto estado de agregación de la materia ya que en él, los átomos y las moléculas se comporta de una forma muy diferente con respecto a los otros tres (líquido, sólido y gaseoso). El plasma es similar al estado gaseoso, pero a diferencia de este, una porción de las partículas están cargadas eléctricamente, lo que también significa que quedan electrones libres que permiten la conducción de la electricidad y la formación de nuevas partículas cargadas, conocidas en conjunto como iones.

Plasma lamp touching

Para generar plasma las moléculas de un gas son excitadas aplicando energía lo que provoca sus electrones queden libres y ionicen otras moléculas. Por ejemplo, en presencia de vapor de agua y oxígeno, el plasma puede formar radicales hidroxilo u ozono. Todos estos productos son sumamente reactivos por lo que reaccionan con las superficies con las que tienen contacto. Esto provoca que al exponer microorganismos a los plasmas con oxígeno o peróxidos, ocurran una variedad de reacciones que causan daños estructurales y funcionales a los componentes de la célula provocando su muerte. Además de la formación de especies reactivas, el movimiento de los electrones en el plasma provoca la liberación de energía en forma de calor o fotones, estos últimos pueden generar radiación en el rango del UV (~100 a 350 nm) que también contribuye a la actividad antimicrobiana.

El gas que forma el plasma determina muchas de las propiedades del plasma, y considerando que un mecanismo de inactivación de microorganismos es la oxidación, es por ello que se ha usado el peróxido como gas base para la generación de plasma. Además para generar el plasma la forma de energía que se ha preferido es la radiofrecuencia, ya que permite generar plasma en temperaturas de entre 30 y 50 °C.

En general, se ha visto que los plasmas tienen una amplia actividad antimicrobiana por las diferentes especies reactivas que producen, pero su efectividad dependerá del nivel de vacío usado y de la absorción de la carga ya que el plasma tiene una vida corta, por lo que solo pueden ser aplicados cerca de las superficies y en general su penetración es acotada. Al mismo tiempo, debido a su alta reactividad, su acción es muy rápida y la liberación del material también ya que dejan muy pocos residuos.

En los sistemas de plasma las concentraciones de peróxido son más altas que en el de vapor y van de 6 a 18 mg/L, pero a diferencia, los ciclos son más cortos. Generalmente van de 15 min hasta 4 h, pero en algunos sistemas incluso se pueden usar ciclos de 4 min. en condiciones especiales. Para la producción del plasma se aplica una energía en el orden de los 400 W. Cómo se mencionó antes, el plasma acelera la velocidad de reacción y la eficacia antimicrobiana, pero también aumenta la degradación del peróxido lo que reduce el tiempo de aireación y en algunos casos incluso permitiría eliminar la aireación posterior.

Ventajas

La eficacia esporicida del peróxido cambia mucho entre la fase líquida y la gaseosa, en el caso de las esporas de B. stearothermophilus el valor D en líquido es de 1.5 para una concentración de 250,000 mg/L, mientras que en vapor se logra un valor D de entre 1 y 2 con una concentración de 1.5 mg/L. Las diferencias entre la interacción en fase líquida y la gaseosa también se manifiestan en el tipo de esporas, ya que para inactivar las esporas de Bacillus atrophaeus en líquido el valor D para la misma concentración es de entre 2.0 y 7.3, mientras que en fase gaseosa es de 0.5 a 1. En general se acepta que las esporas de B. stearothermophilus son los organismos más resistentes al peróxido en fase gaseosa y por ello se han usado hasta ahora como indicadores de la eficacia del proceso. El vapor de H2O2 se ha probado como efectivo contra las fases adultas y latentes de CryptosporidiumGiardia y Acanthamoeba spp. También es eficaz contra nematodos como EnterobiusCaenorhabditis y Sphacia spp. El peróxido también reduce la contaminación producida por toxinas que pudieran encontrarse en la superficies.

Por otro lado, los sistemas de vapor parecen más efectivos al degradar priones. Con respecto a otros métodos de esterilización, ambos sistemas tienen en general ciclos más cortos, especialmente en comparación con el óxido de etileno. Además el peróxido es prácticamente inocuo ambientalmente, ya que se degrada en oxígeno y agua, lo que lo hace menos peligroso para los usuarios y la población aledaña. Los sistemas de peróxido tienen una ventaja sobre la esterilización con vapor, además de la temperatura, y es que se ha observado que en ciertas condiciones tienen actividad contra las endotoxinas que generalmente no se degradan en vapor. Además, para la instalación de los sistemas de peróxido solo se requiere electricidad, no son necesarias instalaciones especiales de vapor, ni áreas exclusivas como con el óxido de etileno.

En la siguiente entrega, discutiremos las limitaciones del peróxido de hidrógeno y las alternativas más recientes para la esterilización en baja temperatura.

Esterilización con peróxido de hidrógeno
Mauricio Benjamín Jiménez Ramírez 9 abril, 2019
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