טלפון 04-3731411

בחירת מחזור עיקר האופטימלי

בחירת מחזור עיקר אופטימלי

בחירת מחזור עיקר אופטימלי

עיקור בקיטור נחשב לאחת השיטות הנפוצות שנמצאת בשימוש נרחב בתעשיות שונות, כולל תרופות, מכשור רפואי, מעבדות ומחקר. עם זאת,

בחירת מחזור העיקור האופטימלי יכולה להיות משימה לא פשוטה, שכן יעילות המחזור תלויה בגורמים רבים, כגון סוג החומר לסטריליזציה, גודל העומס וסוג המיקרואורגניזמים הקיימים. במאמר זה, נדון בשתי גישות לבחירת מחזור העיקור האופטימלי: גישתoverkill  וגישת Bioburden and D-value.

מה זה עיקור?

עיקור הוא כל תהליך שמסיר, הורג או משבית את כל צורות החיים. עיקור קשור למונח סטרילי, שפירושו היעדר מוחלט של מיקרואורגניזמים ברי קיימא שיש להם פוטנציאל להתרבות. לפיכך, מוצרים סטריליים שעוברים עיקור עוברים לרוב עיקור באמצעות קרינה, כימיקלים או חום. עיקור הורג כל מיקרואורגניזמים בתוך המוצרים המתקבלים במהלך הייצור.

עיקור סופי או Terminal sterilization מתרחש כאשר תהליך עיקור הופעל על המוצר בתוצרתו הסופית (באריזה סופית).

קינטיקת גדילה ומוות של מיקרואורגניזמים?

צמיחת החיידקים היא אקספוננציאלית. כאשר מתרחש זיהום, לא ניתן לזהות אותו מיד. יש עיכוב בזמן עד שהחיידקים המזהמים יגדלו עד לנקודה שבה ניתן למדוד אותם ולאמת זיהום. שלב העיכוב הזה משתנה בין דקות לשנים בהתאם למין החיידקים, טמפרטורת אחסון המוצר, חומרים מזינים זמינים וגורמים אחרים המשפיעים על קינטיקה של גידול חיידקים. עבור עיקור, זמני השהיה הרלוונטיים הם בסולם של דקות עד שעות. ברגע שהצמיחה מתחילה, היא מתקדמת די מהר. לדוגמה, תא חיידקי טיפוסי יכול לייצר מעל 1,300,000 תאים ב-8 שעות!

בסופו של דבר, רמות גדילה של חיידקים מגיעים לפלטו (plateau) או שלב נייח כאשר חומרים מזינים קריטיים נגמרים, דיפוזיה של חמצן מעוכבת או מטבוליטים רעילים מצטברים.

קינטיקת מוות של חיידקים, כמו קינטיקת גדילה, היא אקספוננציאלית, ראה איור 1 להלן דוגמה לגרף קינטי של מוות חיידקי. ניתן להשתמש בגרפים למוות של חיידקים כדי לחשב ערכים וקבועים המתארים קינטיקה של מוות מיקרוביאלי עבור מיקרואורגניזמים. הערכים והקבועים הנפוצים ביותר המשמשים במחקרים קינטיים של מוות מיקרוביאלי הם עומס ביולוגי (אוכלוסיית החיידקים הראשונית), ערך D, ערך Z וערך F.

Microbial death kinetics

Microbial death kinetics

מה זה Bioburden?

ה"bio" מתייחס לאורגניזמים ביולוגיים חיים, וה-"burden" מתייחס לריכוז האורגניזמים הביולוגיים בני-קיימא. לפיכך, עומס ביולוגי הוא הריכוז או הכמות של מיקרואורגניזמים באזור נתון או מדגימה מסוימת. במילים אחרות, עומס ביולוגי הוא האוכלוסייה הראשונית של מיקרואורגניזם לפני שדגימה או פריט עוברים עיקור. עומס ביולוגי נמדד ביחידות יוצרות מושבות (CFU).

מהו ערך D?

ערך הפחתת הנקודה העשרונית (ערך D) הוא הזמן או המינון הנדרש להורדת לוג אחד (ירידה של 90%) באוכלוסיית החיידקים בתנאים קטלניים. עבור מוצרים רפואיים, "מצבים קטלניים" הם שיטת העיקור הנבחרת.

ניתן לחשב את ערך D על ידי נתונים שנאספו באמצעות שיטת survivor-curve או שיטת fraction-negative. שיטת ה- survivor-curve קובעת ערך D המבוסס על מספר האורגניזמים ששרדו לאחר כל חשיפה להליך עיקור. שיטת fraction-negative  מחשבת בעקיפין ערך D המבוסס על צמיחה חלקית של אינדיקטורים ביולוגיים כמו נבגי חיידקים כשהם הוכנסו למצע גידול.

גרף לדוגמה של נתוני אוכלוסיית חיידקים מול זמן (או מינון) מוצגת באיור 1. גרף זה מדגים חזותית כיצד ערך D נקבע מנתונים ליניאריים. ניתן להשתמש במספר גישות מתמטיות מסובכות לחילופין לחישוב מדויק של ערך D.

ערך D תלוי במספר גורמים, כולל סוג המיקרואורגניזם, הטמפרטורה (או המינון) והחומר המכיל את המיקרואורגניזמים. ערכי D עבור מיקרואורגניזמים שונים ב-121°C מפורטים בטבלה 1A להלן. ניתן לראות את השונות בזמן הדרוש להרוג מיקרואורגניזמים שונים תחת אותה טמפרטורת עיקור.

Steam Sterilization D Values For Different Bacterial Spores

Steam Sterilization D Values For Different Bacterial Spores

טבלה 1B להלן מתארת את ההשפעה של שיטות עיקור נפוצות על ערך D של החיידק bacillus subtilis var niger כפי שניתן לראות, היעילות של טיפולים משתנה מאוד בהתאם לסוג העיקור.

Sterilization Treatment D Values For Bacillus subtilis var. Niger

Sterilization Treatment D Values For Bacillus subtilis var. Niger

מהו ערך Z?

ערכי Z מחושבים על סמך ערכי D. ערך Z הוא מספר המעלות (טמפרטורה) או יחידות המינון הנדרשות להפחתה של לוג אחד בערך D. במילים אחרות, ערך Z הוא השינוי במצב העיקור המשפיע על הפחתה של פי 10 (לוג אחד) בערך D. בסופו של דבר, ערך Z מודד את עמידות המיקרואורגניזם למוות על ידי מקור העיקור. איור 2 מציג גרף לוגריתמי של ערך D עבור מיקרואורגניזם בתהליך עיקור בחום לעומת טמפרטורה. ככל שהשיפוע של הגרף הלוגריתמי תלול יותר, כך האורגניזם עמיד יותר לעיקור. ערך Z המקובל בשימוש לעיקור בקיטור הוא 10°C.

Microbial Resistance Value

Microbial Resistance Value

רמת אבטחת סטריליות Sterility Assurance Level (SAL)

ניתן לתאר את רמת ההתרבות של החיידקים על ידי פונקציה אקספוננציאלית, "רמת אבטחת סטריליות" או SAL.

 לדוגמה SAL של 10-6 פירושו שההסתברות לקיום מיקרואורגניזם בר-קיימא בודד על פריט/מוצר מעוקר הוא אחד למיליון לאחר שהפריט עבר תהליך עיקור. SAL של 10-3 פירושו שההסתברות לקיום מיקרואורגניזם בר-קיימא בודד לאחר עיקור היא אחת לאלף.

ה-SAL הנדרש נקבע לפי השימוש המיועד (Intended Use) של הפריט/מוצר.

בדרך כלל ה-SAL של 10-6  יוגדר עבור תהליכי עיקור הקשורים למוצרים שמהווים סיכון משמעותי לזיהום מבחינת החומרה והסתברות כגון: תרופות פרנטרליות (אלו שלא ניתנות דרך הפה), שתלים, מוצרים המיועדים לבוא במגע עם רקמה שנפגעה או רקמות פנימיות אחרות.

מוצרי מכשור רפואי או תרופות שלא מיועדים לבוא במגע עם אברים ורקמות פנימיות, מעוקרים בדרך כלל ל SAL של 10-3.

הפחתת העומס הביולוגי Bioburden reduction-

הפחתה של 1 לוג פירושה הפחתת מספר המיקרואורגניזמים בני-קיימא בפקטור של 10 (הורדה של 90% מהמיקרואורגניזמים). העומס הביולוגי מתייחס למספר ולסוג של מיקרואורגניזמים קיימא הנמצאים על פריט מסוים. אם מחזור העיקור מספק רמת אבטחת סטריליות (SAL) של 10-6, זה אומר שכל המיקרואורגניזמים שעלולים להיות נוכחים (כלומר, העומס הביולוגי) הושמדו, יחד עם מקדם בטיחות נוסף של הפחתת 6 לוגים. לשם המחשה, ראה דוגמה למחזור המשיג SAL של 10-6:

1.   העומס הביולוגי במקרה הגרוע ביותר הוא 127 יחידות ליצירת מושבות (CFU).

2.   כדי להקטין את אוכלוסיית החיידקים מ-127 CFU ל-1 CFU, נדרשת הפחתה של 2.103 לוג.

3.   הפחתה נוספת של 6 לוג, המפחיתה באופן תיאורטי את אוכלוסיית החיידקים מ-1 CFU ל-0.000001 CFU, ומספקת SAL של 10-6 או הסתברות של אחד למיליון של מיקרואורגניזם בודד ששרד.

4.    סך הפחתת הלוג הנדרש הוא 2.103 + 6 = 8.103. לפיכך, השגת הפחתה של 8.103 לוג באמצעות העיקור נחוצה כדי לספק SAL של 10-6 עם עומס הביולוגי של 127 CFU.

טעות נפוצה וזמן עיקור אקוויוולנטי

זה לא נדיר להיתקל בתפיסה ש"121.1 מעלות צלזיוס (250°F) היא הטמפרטורה הנדרשת לעיקור בקיטור." הבנה זו אינה נכונה לחלוטין. נערכו מחקרים אמפיריים מקיפים ואחד המשתנים הקריטיים (טמפרטורה) נבחר מראש.

זמן עיקור אקוויוולנטי הוא מדד לאפקט העיקור בטמפרטורה מסוימת ומשמש להשוואת השפעות העיקור של טמפרטורות שונות. זה מחושב על בסיס העיקרון שכמות האנרגיה התרמית הנדרשת להשגת אפקט עיקור ספציפי זהה, ללא קשר לטמפרטורה.

הרעיון של זמן עיקור אקוויוולנטי חשוב בתעשיית העיקור מכיוון שהוא מאפשר השוואה בין היעילות של תהליכי עיקור שונים בטמפרטורות שונות. לדוגמה, תהליך עיקור בטמפרטורה גבוהה למשך זמן קצר יכול להשיג את אותו אפקט עיקור כמו תהליך המשתמש בטמפרטורה נמוכה יותר למשך זמן רב יותר. זמן עיקור אקוויוולנטי משמש לעתים קרובות בחישוב ערכי F עבור עיקור בקיטור, כאשר ערכי F מייצגים את קטלניות העיקור ליחידת זמן. זמן העיקור אקוויוולנטי נקבע על סמך טמפרטורת הייחוס (בדרך כלל 121.1 מעלות צלזיוס או 250 מעלות פרנהייט) והטמפרטורה בפועל בה נעשה שימוש במהלך תהליך העיקור. אם הטמפרטורה בפועל נמוכה מטמפרטורת הייחוס, זמן העיקור אקוויוולנטי יהיה ארוך יותר מהזמן בפועל, ולהיפך.

ניתן להשתמש במשוואת ערך F0 כדי לקבוע את זמן העיקור היחסי בטמפרטורות אחרות לפי ההנחיות הבאות (עם ערך Z = 10°C):

F0 = 10 (T – 121.1) /10

כאשר T = טמפרטורה (° C) ו- F0 = זמן עיקור אקוויוולנטי (דקות)

טבלה א' מספקת כמה דוגמאות והקשר מופיע בצורה גרפית באיור 2.

כפי שהוכח מהנתונים לעיל, ניתן להשיג עיקור באמצעות כל אחת מהטמפרטורות הללו. ככל שהטמפרטורה נמוכה יותר כך נדרש מחזור העיקור ארוך יותר. זה רעיון חשוב שיש לקחת בחשבון מכיוון שיש מקרים שבהם צריך לבחור בקפידה את הטמפרטורה. דוגמה לכך היא נוזל שאינו יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות.

באופן אידיאלי, יש לבחור בטמפרטורה הגבוהה ביותר שהעומס (מוצר שאמור להיות מעוקר) יכול לעמוד בו, מכיוון שזו תספק את המחזור הקצר ביותר האפשרי.

Overkill Approach

Overkill Approach היא גישה שמרנית של עיקור שמטרתו לסלק כל הזיהום הביולוגי שעלול להיות קיים במוצר על ידי השמדת ריכוז גבוה של מיקרואורגניזמים עמידים. גישה זו כוללת בחירת מחזור עיקור מחמיר.

בחירת גישה Overkill מאפשרת להימנע מאיסוף נתוני עומס ביולוגי וערך D על ידי הנחה של תנאים הגרועים ביותר (Worst Case).

לצורך גישת Overkill יש לבחור בחיידקים Bacillus stearothermophilus בריכוז של 106. חיידקים אלו יוצרים נבגים ועמידים בחום. ערך D ב-121.1 מעלות צלזיוס עבור חיידקים אלה הוא בדרך כלל מעט מעל 2 דקות, ולכן משך העיקור של 2.5 דקות יהיה מספק עבור הגישה המחמירה.

כדי להשיג SAL של 10-6 נדרש:

לוג (1,000,000) = 6

כדי להשיג SAL של 10-6 צריך = 6 לוג + 6 לוג = 12 לוג

בתנאים אידיאליים, אורך מחזור עיקור overkill ב-121.1°C = (12 לוג)*(2.5 דקות/לוג) = 30 דקות

גישת overkill נמצאת בשימוש נרחב בתעשיות הרפואה והתרופות מכיוון שהיא מספקת רמה גבוהה של ביטחון שהחומר סטרילי.

Bioburden and D-Value Approach

גישת העומס הביולוגי (Bioburden) וערך D היא גישה ממוקדת יותר לבחירת מחזור עיקור אופטימלי. גישה זו דורשת איסוף נתונים: העומס הביולוגי (סוגי המיקרואורגניזמים), ואת מספר המיקרואורגניזמים הנמצאים על גבי החומרים שעוברים עיקור, ואת ערך ה-D, או את הזמן הנדרש להרוג סוג מסוים של מיקרואורגניזם בטמפרטורה ולחץ ספציפיים. גישה זאת מקצרת באופן דרמטי את מחזור העיקור הנדרש.

לדוגמה, אם העומס הביולוגי נמוך (לדוגמה, 10 CFU) ועמיד במידה בינונית (לדוגמה, D = 0.5):

לכן: לוג (10) = 1

כדי להשיג SAL של 10-6 צריך =1 לוג + 6 לוג = 7 לוג

ניתן להחליף מחזור עיקור אידיאלי של 30 דקות ב-121.1 מעלות צלזיוס במחזור אידיאלי של 3.5 דקות (7 לוג x 0.5 דקות/לוג).

לחלופין, ניתן להוריד את טמפרטורת העיקור ל-112 מעלות צלזיוס ולמרות זאת לדרוש רק מעט פחות ממחזור אידיאלי של 30 דקות. זה עשוי להיות יתרון משמעותי להפחית את טמפרטורת העיקור ו/או הזמן. d

לעיתים ניתן להשתמש בגישת פשרה כאשר נאספים נתוני העומס הביולוגי, אך לא מבוצעים מחקרים עם ערך D. לאחר מכן ניתן יהיה להשתמש ב-D-value כמו בבמקרה הגרוע של 2.5 דקות.  גישה זו תספק מחזור מקוצר במקצת אך יחסוך זמן לביצוע מחקרי D value.

בעקבות הדוגמה שלנו עם עומס ביולוגי של 10 CFU, ניתן לקצר את המחזור האידיאלי ב-121.1 מעלות צלזיוס ממחזור יתר של 30 דקות למחזור של 17.5 דקות (7 לוג x 2.5 דקות/לוג).

איור 3 מציג את זמן העיקור הנדרש ב-121.1 מעלות צלזיוס עבור מחזור אידיאלי להשגת SAL של 10-6 ברמות שונות של עומס ביולוגי (ערך D = 2.5 דקות).

"עיקור עומס ביולוגי/אינדיקטור ביולוגי הוא שיטה שבה ניתן להשתמש בהרס לא שלם (או בהרס של אוכלוסייה צנועה) של אינדיקטור ביולוגי עמיד כדי להדגים את יכולת התהליך להרוס באופן מהימן כל עומס ביולוגי. זה מושג באמצעות ידע מפורט של אוכלוסיות העומס הביולוגי/האינדיקטור הביולוגי והעמידות היחסית שלהם".

גישת העומס הביולוגי ו-D-value היא שיטת עיקור ממוקדת יותר הלוקחת בחשבון את מספר וסוג המיקרואורגניזמים הקיימים בחומר המיועד לעיקור. גישה זו כוללת קביעת העומס הביולוגי, שהוא מספר המיקרואורגניזמים הנמצאים על החומר לפני העיקור, וערך D, שהוא הזמן הנדרש להרוג 90% מהמיקרואורגניזמים בטמפרטורה מסוימת. ערך D משמש לקביעת זמן העיקור הנדרש להשגת רמה מסוימת של הפחתה של חיידקים, כגון הפחתה של שישה לוג או רמת אבטחת סטריליות (SAL) של 10^-6. גישת השנייה Bioburden and D-Value Approach גוזלת יותר זמן ודורשת יותר בדיקות מאשר גישת Overkilled approach, אך יכולה לגרום למחזור עיקור יעיל וחסכוני יותר.

משתנים הנדרשים לקביעת מחזור עיקור אידיאלי

מחזור עיקור "אידיאלי" מניח סביבת עיקור אידיאלית (כלומר, קיטור רווי ללא אוויר). ניתן לקבוע את המחזור האידיאלי באמצעות שלושת המשתנים הבאים: עומס ביולוגי, ערך D ו-SAL נדרש. להלן מספר דוגמאות:

  • נתון: עומס ביולוגי = 75 CFU, ערך D = 0.5 דקות/לוג ב-1° C, SAL נדרש = 10-6

לכן: לוג (75) = 1.88

נדרשת הפחתת לוג = 1.88 לוג + 6 לוג = 7.88 לוג

מחזור אידיאלי ב-121.1° C (250°F) = (7.88 לוג)*(0.5 דקות/לוג) = 3.94 דקות

  • נתון: עומס ביולוגי = 1,215 CFU, = 1.6 דקות/לוג ב-1° C, SAL נדרש = 10-6

לכן: לוג (1215) = 3.08

נדרשת הפחתה = 3.08 לוג + 6 לוג = 9.08 לוג

מחזור אידיאלי ב-121.1° C (250°F)= (9.08 לוג)*(1.6 דקות/לוג) = 14.53 דקות

כדי לבחור את מחזור העיקור האופטימלי באמצעות חיטוי, חיוני לקחת בחשבון מספר גורמים, כולל סוג החומר המיועד לעיקור, גודל העומס, השימוש המיועד של הפריט המעוקר ודרישות הרגולציה. גישת Overkilled מתאימה לעיקור חומרים עמידים בחום ובעלי עומס ביולוגי נמוך, כגון מוצרים רפואיים ותרופות. גישת השנייה של העומס הביולוגי והערך D מתאימה יותר לחומרים בעלי עומס ביולוגי גבוה או קומפוזיציות מורכבות, כגון שתלים וציוד רפואיים.

סיכום

לסיכום, בחירת מחזור העיקור האופטימלי דורשת התייחסות מדוקדקת של גורמים שונים. גישת Overkill היא שיטה שמרנית המספקת רמה גבוהה של ביטחון שהחומר הוא סטרילי, בעוד שגישת Bioburden and D-Value היא שיטה ממוקדת יותר שיכולה להביא למחזור עיקור יעיל וחסכוני יותר. בסופו של דבר, בחירת מחזור העיקור האופטימלי תהיה תלויה בדרישות הספציפיות של החומר המיועד לעיקור, בשימוש המיועד של הפריט המעוקר ובדרישות הרגולטוריות.

לייעוץ וקבלת הצעת מחיר

תוכן עניינים

מאמרים

לייעוץ וקבלת הצעת מחיר

לייעוץ והזמנה