Ethylene oxide sterilisation of medical devices : development of mathematical models for prediction of ethylene oxide diffusion and microbial lethality - Mendes, Gisela Cristina da Cunha (2012)
O óxido de etileno (EO) é um agente de esterilização dominante na indústria dos dispositivos médicos, devido à sua efectividade e compatibilidade com a maioria dos materiais. Considerando o crescimento exponencial do mercado de dispositivos médicos sensíveis, complexos e sofisticados, assim como de conjuntos de procedimento customizados (que combinam uma grande diversidade de produtos e gama de polímeros) utilizados em actos médicos e cirúrgicos específicos, o EO emerge como o método de esterilização de eleição. A optimização deste processo constitui um desafio devido ao facto da competitividade do mercado global exigir custo-efectividade, flexibilidade e redução do tempo de ciclo necessário à colocação dos produtos no mercado, sem prejuízo da segurança e assegurando o cumprimento dos requisitos reguladores. A esterilização por EO é um processo multi-paramétrico complexo, que exige uma fase final de arejamento dos materiais. A eficácia destes processos é influenciada por diversas variáveis (e.g. temperatura, humidade, concentração do agente, material alvo), pelo que a sua optimização exige o conhecimento da influência das condições impostas e das suas relações com os produtos. A modelização matemática do processo de esterilização e arejamento permite a definição das condições óptimas para morte microbiana e desgaseificação, respectivamente. Tal permite a redução dos tempos de ciclo e/ou concentração de EO, assim como a comparação de diferentes processos de esterilização. Deste modo é possível contribuir para o desenvolvimento de processos com eficiência e flexibilidade acrescidas e a libertação paramétrica da esterilização surge assim cientificamente apoiada. Nesta dissertação foi estudada a influência das condições de processo na esterilização de dispositivos médicos por EO. Este é um processo implementado na empresa Bastos Viegas, S.A., desde 2005. Foram estudados os efeitos e interacções da temperatura, concentração de óxido de etileno e humidade relativa na inactivação do Bacillus subtilis, var. niger (ATCC 9372), o microrganismo de referência usado no controlo do processo. As experiências foram realizadas em câmaras de esterilização, com uma carga de campos cirúrgicos. Aplicou-se um planeamento experimental factorial 23 para avaliação dos efeitos das três variáveis (de acordo com limites comuns de condições operacionais) na letalidade da esterilização por EO. A inactivação do B. subtilis apresentou um comportamento sigmoidal e um modelo baseado em Gompertz foi ajustado com sucesso aos dados experimentais. Características importantes das curvas, tais como atraso inicial e taxa de inactivação foram considerados parâmetros do modelo. A temperatura e a concentração de óxido de etileno foram as variáveis que afectaram significativamente esses parâmetros, pelo que experiências adicionais foram realizadas de forma a incluir o efeito dessas variáveis do processo. Foi desenvolvido um modelo matemático para previsão da morte de B. subtilis expresso em função da temperatura e concentração de EO. Uma vez que a letalidade demonstrou estar directamente relacionada com a concentração de agente esterilizante, compreender a efectividade da esterilização por EO suscita obter a permeabilidade dos materiais ao gás, assim como o conhecimento sobre a dinâmica deste processo. A análise em tempo real da concentração de EO no espaço-livre do esterilizador tem-se tornado prática comum e o desafio neste momento é prever o seu valor no interior da carga. Foi desenhado, concebido e desenvolvido um equipamento para determinar a difusividade e a solubilidade de EO, e a permeabilidade de diversos materiais ao gás, pela metodologia de tempo de atraso. A operação deste equipamento é baseada no princípio de medição de uma mudança transiente de pressão em condições de volume e temperatura constantes (abordagem pressão-variável) e permite a determinação do tempo de atraso e do fluxo de EO em estado estacionário através de diversos materiais. As experiências foram executadas com um material de campo cirúrgico, a uma temperatura típica de esterilização, i.e. 48 ˚C, e a uma pressão de 3,2x105 Pa. As propriedades de transferência do EO no campo cirúrgico foram usadas para modelizar a sua cinética numa carga industrial do mesmo material. A segunda lei de Fick demonstrou ser adequada na descrição do processo de transferência, o que foi validado pela utilização de dosímetros que integraram a concentração de EO durante o tempo de exposição. A etapa de arejamento é importante para reduzir os resíduos de EO a um nível seguro e neste contexto, prever a desorção do EO é uma importante ferramenta para a optimização global da esterilização por EO. A cinética de desorção de EO de diferentes materiais esterilizados foi avaliada numa gama de temperaturas de arejamento entre 1,5 e 59,0 °C. Os dados experimentais seguiram um processo de difusão Fickiano e as difusividades foram estimadas para dois materiais médicos têxteis e dois poliméricos. Os resultados apresentados nesta dissertação contribuem para uma melhor compreensão da dinâmica do processo de esterilização por EO e por conseguinte, para uma optimização e controlo eficiente deste processo.