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环氧乙烷(EO)灭菌的基本原理

返回新闻列表发表日期:2012/6/11 10:58:23

        灭菌机理 - 烷基化作用

    环氧乙烷在作用时,其环状结构断裂,经羟化,与菌体内蛋白质上的氨基、羧基、羟基等活性基团烷基化作用,使酶代谢过程发生障碍,从而破坏菌体的新陈代谢,造成微生物死亡,达到杀菌的目的。

 环氧乙烷(ethylene oxide,EO)在常温常压下为无色气体,4℃时冷凝为液体,沸点为10.4℃,具有高度的化学活性,易燃易爆。环氧乙烷具有广谱高效杀菌作用,属最有效的化学冷灭菌剂之一。环氧乙烷常被用于工业灭菌与消毒,近年来在医院怕热怕湿医疗器械灭菌中也得到广泛应用。但环氧乙烷属于有毒气体,对许多物品具有高度的吸附性,灭菌物品必须等待残留气体完全挥发才可给病人使用。因此,医护人员应充分掌握环氧乙烷的性质及灭菌原理和严格职业行为,这对有效监测和控制环氧乙烷灭菌及其灭菌后的物品安全试用具有重要意义。
1 、环氧乙烷灭菌的应用
1.1 EO的灭菌原理:

 EO可以杀灭各种微生物,包括细菌繁殖体、芽胞、病毒和真菌孢子,是一种广谱灭菌剂。一般认为是由于它能与微生物的蛋白质、DNARNA发生非特异性烷基化作用(non2specificalkylation)。水溶液中的EO能与蛋白质上的游离羧基(COOH(2NH2),硫氢基(2SH)和羟基(2OH)发生烷基化作用,取代不稳定的氢原子而形成带有羟乙根(CH2CH2OH)的化合物,蛋白质上的基团被烷基化,使蛋白质失去了在基本代谢中需要的反应基,阻碍了细菌蛋白质正常的化学反应和新陈代谢,从而导致微生物死亡。

到目前为止,所有资料显示EO杀菌作用是不可逆的,也就是说EO是杀菌剂(sterileagent)而不是消毒剂(disinfectant)。而且根据各种临床、科研结果显示EO是所有化学消毒剂或灭菌剂中灭菌效果最好的一种化学灭菌剂。环氧乙烷能抑制一些微生物酶的活性,包括磷酸致活酶、肽酶、胆碱化酶和胆碱脂酶。环氧乙烷也和DNARNA发生烷基化作用而导致微生物的灭活。
1.2 EO灭菌的优缺点及临床适用范围:
1.2.1 EO灭菌的优点:

①    可用于不耐高温、不耐湿物品的灭菌。

②    环氧乙烷被认为是一种灭菌效果最好的化学灭菌剂,可杀灭所有微生物包括细菌芽胞。

③    穿透性强,可用以各种难通透部位的灭菌:如有些较细、较长的导管用其他低温灭菌方法很难达到灭菌效果,而只能用EO或辐照。

④    对物品损坏小,由于EO杀灭微生物是利用烷基化原理而非氧化过程,因此对物品损坏非常小,对不耐热精密仪器灭菌有着非常广泛的用途。

⑤    灭菌时,可以用各种包裹材料包裹,便于储存、运输,打开包裹即可使用避免了交叉污染的危险。

⑥    有标准的化学、生物监测手段,从而可以有效地控制灭菌质量,及时发现灭菌失败的包裹。

⑦    有几十年的使用经验。

1.2.2 EO灭菌的缺点

 ① 整个灭菌循环时间较长,其原因是需较长时间通风以去除EO残留;

② EO气体有毒,必须控制室内空气中EO的浓度低于国家规定的标准;

③ EO气体易燃易爆,储存和灭菌时绝对不能泄露。必须选择安全的灭菌器,进行安全操作和储存。

 

1.2.3 EO灭菌的临床应用范围

 EO灭菌在临床上有着广泛的用途常用于EO灭菌的设备仪器包括:

①    硬式和软式内镜:关节镜、气管镜、膀胱镜、胃镜、肠镜、纵隔镜、眼底镜、耳镜、咽镜直肠镜、前列腺切除器、胸腔镜、尿道镜。

②    医疗设备:麻醉设备、人工肾、透热设备、电线、表头、心肺机、呼吸、治疗设备、血透。

③    仪器:电钻、电烧器、电刀笔、牙钻、显微手术器械、神经刺激器、压力计、外科手术器械、骨钻、针头、人工关节。

④    橡胶制品:导管、扩张器、引流管、气管内插管、外科手套、被单。

⑤    塑料制品:气道插管、扩引器、气管内插管手套、起搏器、心瓣膜、喷雾器、培养皿、注射器。

⑥    其他书、玩具、线形探条、探条、温度计、缝线。

因此EO灭菌过去、今后和将来仍将是一种最主要的低温灭菌方法。
2、环氧乙烷的监测

2.1 生物指示剂监测环氧乙烷灭菌效果
2.1.1 生物指示剂监测

环氧乙烷灭菌效果监测方法是伴随着灭菌方法的产生和发展而出现的保证措施,它能够把灭菌效果客观地呈现在我们的视觉面前。美国药典第17 版首先记载了用细菌芽胞作为环氧乙烷和热力灭菌的生物监测指标,并出现了生物指示剂( biological indicator) 这一学术专用名词。美国药典第21 版全面规范了多种灭菌因子的生物指示剂,其中就包括了用于环氧乙烷灭菌效果监测的枯草杆菌黑色变种芽胞ATCC9372 ,我国卫生部1991 年版《消毒技术规范》中也作了明确规定。
2.1.2 生物指示剂规定标准

生物指示剂是用活的细菌芽胞制成,其抗力最具有代表性,均大于或等于各种致病微生物。用生物指示剂来证明灭菌物品内微生物是否全部死亡,因而是判断灭菌是否合格的直接指标。美国医疗器械使用促进会(AAMI) 和我国《消毒技术规范》中关于环氧乙烷灭菌生物指示剂规定标准如下:在环氧乙烷浓度(600 ±30) mg/ L ,灭菌温度(54 ±2) ℃,相对湿度(RH) 60 % ±10 % ,染菌量(CFU/ ) 均为5 ×1055 ×106 条件下,采用枯草杆菌黑色变种芽胞ATCC9372 生物指示剂,其存活时间≥7.8 min , 杀灭时间≤58 min , D 值为2.65.8 min 2
2.1.3 监测方法

将生物指示剂(目前已经有生产厂家生产自含式生物指示剂)放于灭菌器日常物品中央, 一个灭菌周期过后,将生物指示剂取出,进行培养。由于生物指示剂是用活的微生物制成,培养时应设阴性、阳性对照。培养结果若为无菌生长,说明灭菌成功。

2.2 化学指示剂及物理监测环氧乙烷灭菌效果

化学指示剂监测:日常监测可用化学指示剂。它具有使用方便,能及时判定灭菌合格与否等优点,故已成为医院进行灭菌质量控制最主要的手段之一。监测时将化学指示卡放在灭菌物品中央,指示胶带贴封于包外,根据了解到的灭菌过程中环氧乙烷穿透和分布情况,以及环氧乙烷与镁盐作用生成碱性的氢氧化镁使指示剂变色情况,来推断环氧乙烷接触物品的剂量是否已达到灭菌要求。

3、环氧乙烷的控制参数

EO灭菌过程关键参数的控制是达到灭菌质量的保证其灭菌的关键参数为EO的浓度、灭菌时腔体内的湿度、温度和时间。这些关键因素直接影响灭菌的效果;每个关键因素在程度上可有所不同,但相互之间必须达到平衡。

3.1 时间

气体灭菌不是一个快速过程,灭菌时间必须足够杀灭微生物,其时间长短受以下因素影响:灭菌物品的洁净程度;微生物的湿润和含水量;所用包装材料的种类和密度;包裹的大小和灭菌负荷的装载情况;EO的浓度;灭菌时温度;EO气体类型等。灭菌包内所载物品因其制造材质和包装材料不同,灭菌时间有所不同,灭菌时间必须确保负荷内最难灭菌之物品达到灭菌效果。在同样条件下,装载方式和装载量不同也会影响灭菌的时间。灭菌锅温度及EO浓度也会影响灭菌循环时间;温度或EO浓度越高,所需灭菌时间越短;温度低,则需较长的灭菌时间或较高的EO浓度灭菌时间同时也受锅内压力及EO气体循环方式的影响;有效的EO气体循环,可以协助锅内负荷均匀的润湿及加热EO气体类型不同,灭菌时间也不同,100%EO气体比EO混合气体灭菌时间要短。一般医院使用的灭菌器灭菌时间为15h不等,一般来说纯EO灭菌比EO混合气体灭菌时间要短,其时间的长短须根据灭菌器生产商的产品说明书。

3.2 温度

EO灭菌时,温度会影响微生物杀灭的速率,据测算,温度每升高10℃,芽胞杀灭率提高1倍,温度可增加EO的穿透力。医院使用的灭菌器,一般设置的温度在4960℃之间,少量不能耐受此温度物品,可选择3538℃之间,但此时必须提高EO的浓度或延长灭菌时间。在灭菌阶段温度下降可能会导致灭菌失败;按照AAMI要求,灭菌器温度误差<±5℃;灭菌器的温度通常已预先设置好,常设置两个温度(37℃55℃)供不同需要选择。

3.3 EO的浓度

 EO的浓度通常以mg/L表示,医院灭菌器常用的浓度为450750mg/L,在一定的温度和相对湿度水平下,EO浓度升高(50500mg/L),微生物杀灭率也显著增加,灭菌时间也随着EO浓度达到其最高点而相应缩短。但EO浓度>500mg/L,并没有显著提高微生物的灭活率,甚至反面降低其杀灭率。

环氧乙烷灭菌过程

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