Microbiologie médicale II: stérilisation, diagnostic de laboratoire et réponse immunitaire

Par Nikolas Morein, Merim Kumars et Gerald Dunders

La stérilisation fait référence à tout processus qui élimine, tue ou désactive toutes les formes de vie (en particulier en ce qui concerne les micro-organismes tels que les champignons, les bactéries, les virus, les spores, les organismes eucaryotes unicellulaires tels que Plasmodium, etc.) et d'autres agents biologiques comme les prions présents dans une surface, un objet ou un fluide spécifique. La présentation clinique d'une maladie infectieuse reflète l'interaction entre l'hôte et le micro-organisme. Le diagnostic de laboratoire nécessite un ensemble d'informations, y compris les antécédents, l'examen physique, les résultats radiographiques et les données de laboratoire. Une réponse immunitaire est une réaction qui se produit au sein d'un organisme dans le but de se défendre contre les envahisseurs. Ces envahisseurs comprennent une grande variété de micro-organismes différents, notamment des virus, des bactéries, des parasites et des champignons qui pourraient causer de graves problèmes à la santé de l'organisme hôte s'ils ne sont pas éliminés du corps. Contenu de ce livre: Stérilisation, Stérilisation à la chaleur humide, Niveau d'assurance de la stérilité, Tyndallisation, Stérilisation à la chaleur sèche, Asepsie, Antiseptique, Liste des instruments utilisés pour la stérilisation et la désinfection microbiologiques, Résistance aux antimicrobiens, Résistance multiple aux médicaments, Précautions liées à la transmission, Principes de diagnostic, Diagnostic en laboratoire des infections virales, In vitro, Extrapolation in vitro à in vivo, Microscopie, Diagnostic moléculaire, Pathogénomique, Nucléique test acide, sérologie, anticorps, instruments utilisés en microbiologie, microbiologie d'impédance, isolement, analyse bactériologique de l'eau, dosage, Isolement, analyse bactériologique de l'eau, dosage, Isolement, analyse bactériologique de l'eau, dosage, Immunoassay, Antigène, Anticorps microarray, Interaction antigène-anticorps, Système immunitaire, Réponse immunitaire, Réponse des lymphocytes B polyclonaux, Système immunitaire inné, Système immunitaire adaptatif, Tolérance immunitaire, Cellule lymphoïde innée, Immunostimulant, Co-stimulation, Inflammation
Authors: Nikolas Morein, Merim Kumars, Gerald Dunders

• Langue: Français
• Éditeur: Cambridge Stanford Books
• Date de sortie: 24 sept. 2020
• ISBN: 9781005621674

Aperçu du livre

Stérilisation

La stérilisation fait référence à toute méthode qui élimine, tue ou désactive toutes les formes de vie (en particulier en ce qui concerne les micro-organismes comme illustré par les champignons, les bactéries, les virus, les spores, les organismes eucaryotes unicellulaires comme illustré par Plasmodium, etc.) et d'autres agents biologiques comme les prions présents dans une surface, un objet ou un fluide spécifique, comme des aliments ou des milieux de culture biologiques. La stérilisation peut être obtenue par divers moyens, y compris la chaleur, les produits chimiques, l'irradiation, la haute pression et la filtration. La stérilisation est différente de la désinfection, de l'assainissement et de la pasteurisation, en ce que ces méthodes réduisent au lieu d'éliminer toutes les formes de vie et les agents biologiques présents. Après stérilisation, un objet est dit stérile ou aseptique.

Applications

Nourriture

L'une des premières étapes vers la modernisation de la stérilisation a été faite par Nicolas Appert qui a découvert qu'une application complète de chaleur sur une période appropriée ralentissait la décomposition des aliments et de divers liquides, les conservant pour une consommation sûre pendant plus longtemps que d'habitude. La mise en conserve des aliments est une extension du même principe et a contribué à réduire les maladies d'origine alimentaire («intoxication alimentaire»). L'irradiation des aliments et la haute pression (pascalisation) sont d'autres méthodes de stérilisation des aliments. La stérilisation des aliments est l'une des étapes les plus importantes pour assurer la conservation des aliments dans l'industrie alimentaire. Il existe de nombreuses techniques utilisées pour aider cette méthode. L'un de ces processus serait le traitement thermique.Le traitement thermique interrompt l'activité bactérienne et enzymatique, ce qui conduit alors à diminuer les chances d'aliments de mauvaise qualité tout en maintenant la durée de vie des aliments non périssables. Un type spécifique de traitement thermique utilisé serait la stérilisation UHT (Ultra-High Temperature). Ce type de traitement thermique se concentre sur la stérilisation à plus de 100 degrés Celsius. Deux autres types de stérilisation sont la stérilisation à la chaleur humide et sèche. Lors de la stérilisation à la chaleur humide, les températures utilisées varient de 110 à 130 degrés Celsius. La durée minimale pendant laquelle la stérilisation aurait lieu avec une chaleur humide serait de 20 minutes et 40 minutes étant le maximum. Scilicet, plus la chaleur est élevée, plus le temps de stérilisation raccourcit.L'utilisation de la stérilisation à la chaleur sèche utilise des temps de susceptibilité plus longs qui peuvent durer jusqu'à 2 heures et qui utilisent des températures beaucoup plus élevées que la stérilisation à la chaleur humide. Ces températures peuvent varier de 160 à 180 degrés Celsius.

Médecine et chirurgie

En général, les instruments chirurgicaux et les médicaments qui pénètrent dans une partie déjà aseptique du corps (telle que la circulation sanguine ou pénétrant la peau) doivent être stériles. Des exemples de tels instruments comprennent les scalpels, les aiguilles hypodermiques et les stimulateurs cardiaques artificiels. Ceci est en outre essentiel dans la fabrication de produits pharmaceutiques parentéraux.

La préparation de médicaments injectables et de solutions intraveineuses pour la thérapie de remplacement des fluides nécessite non seulement la stérilité, mais aussi des récipients bien conçus pour empêcher l'entrée d'agents fortuits après la stérilisation initiale du produit.

La plupart des dispositifs médicaux et chirurgicaux utilisés dans les établissements de santé sont fabriqués à partir de matériaux capables de subir une stérilisation à la vapeur. Même si, depuis 1950, il y a eu une augmentation des dispositifs médicaux et des instruments faits de matériaux (par exemple, les plastiques) qui nécessitent une stérilisation à basse température. L'oxyde d'éthylène gazeux est utilisé depuis les années 1950 pour les dispositifs médicaux sensibles à la chaleur et à l'humidité. Au cours des 15 dernières années, un certain nombre de nouveaux systèmes de stérilisation à basse température (p. Ex. Peroxyde d'hydrogène vaporisé, immersion à l'acide peracétique, ozone) ont été développés et sont utilisés pour stériliser les dispositifs médicaux.

La stérilisation à la vapeur est la plus utilisée et la plus fiable. La stérilisation à la vapeur est non toxique, peu coûteuse, rapidement microbicide, sporicide et chauffe et pénètre rapidement les tissus.

Vaisseau spatial

Il existe des règles internationales strictes pour protéger la contamination des corps du système solaire par le matériel biologique de la Terre. Les normes varient en fonction du type de mission et de sa destination; plus une planète est considérée comme habitable, plus les exigences sont strictes.

De nombreux composants des instruments utilisés sur les engins spatiaux ne peuvent pas résister à des températures très élevées, de sorte que des techniques ne nécessitant pas de températures excessives sont utilisées comme tolérées, notamment le chauffage à au moins 120 ° C (248 ° F), la stérilisation chimique, l'oxydation, les ultraviolets et l'irradiation.

Quantification

Le but de la stérilisation est la réduction des micro-organismes initialement présents ou d'autres agents pathogènes potentiels. Le degré de stérilisation est clairement exprimé par des multiples du temps de réduction décimal, ou valeur D, indiquant le temps nécessaire pour réduire le nombre initial N 0 à un dixième (10 - 1) de sa valeur d'origine. Ensuite, le nombre de microorganismes N après le temps de stérilisation t est donné par:

N ∕ N 0 = 10 (- t ∕ D)

La valeur D est un service des conditions de stérilisation et varie selon le type de micro-organisme, la température, l'activité de l'eau, le pH etc. Pour la stérilisation à la vapeur (voir ci-dessous), la température, en degrés Celsius, est généralement donnée à titre d'indice.

Théoriquement, la probabilité de survie d'un micro-organisme individuel n'est jamais nulle. Pour compenser cela, l'action de surpuissance est souvent utilisée. En utilisant l'action de surpuissance, la stérilisation est effectuée en stérilisant plus longtemps que nécessaire pour tuer la biocharge présente sur ou dans l'article à stériliser. Cela fournit un niveau d'assurance de stérilité (SAL) égal à la probabilité d'une unité non stérile.

Pour les applications à haut risque, comme l'illustrent les dispositifs médicaux et les injections, un niveau d'assurance de stérilité d'au moins 10 -6est requis par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis.

Chaleur

Vapeur

Une action largement utilisée pour la stérilisation thermique est l'autoclave, parfois appelé convertisseur ou stérilisateur à vapeur. Les autoclaves utilisent de la vapeur chauffée à 121–134 ° C (250–273 ° F) sous pression. Pour obtenir la stérilité, l'article est placé dans une chambre et chauffé par de la vapeur injectée jusqu'à ce que l'article atteigne une température et une durée de consigne. Presque tout l'air est éliminé de la chambre, car l'air n'est pas souhaité dans la méthode de stérilisation à la chaleur humide (c'est un trait qui diffère d'un autocuiseur typique utilisé pour la cuisson des aliments). L'article est maintenu à la température de consigne pendant une période de temps qui varie en fonction de la charge biologique présente sur l'article à stériliser et de sa résistance (valeur D) à la stérilisation à la vapeur. Un cycle général durerait entre 3 et 15 minutes,(en fonction de la chaleur produite) à 121 ° C (250 ° F) à 100 kPa (15 psi), ce qui est suffisant pour fournir un niveau d'assurance de stérilité de 10−4pour un produit avec une biocharge de 10 ⁶ et une valeur D de 2,0 minutes. Après la stérilisation, les liquides dans un autoclave pressurisé doivent être refroidis lentement pour éviter de déborder lorsque la pression est relâchée. Ceci peut être réalisé en dépressurisant progressivement la chambre de stérilisation et en permettant aux liquides de s'évaporer sous une pression négative, tout en refroidissant le contenu.

Un traitement approprié à l'autoclave inactivera toutes les spores bactériennes résistantes de la même manière aux champignons, bactéries et virus, mais ne devrait pas éliminer tous les prions, dont la résistance varie. Pour l'élimination des prions, diverses recommandations indiquent 121–132 ° C (250–270 ° F) pendant 60 minutes ou 134 ° C (273 ° F) pendant au moins 18 minutes. Le prion de tremblante 263K est inactivé relativement rapidement par de telles procédures de stérilisation; même si, une autre souche de tremblante, et des souches de Creutzfeldt-Jakob malade (CKD) et d'encéphalopathie spongiforme bovine( BSE) sont plus résistantes. En utilisant des souris comme animaux de test, une expérience a montré que le chauffage du tissu cérébral positif au BSE à 134-138 ° C (273-280 ° F) pendant 18 minutes n'entraînait qu'une diminution de 2,5 log de l'infectiosité des prions.

La plupart des autoclaves ont des compteurs et des graphiques qui enregistrent ou affichent des informations, en particulier la température et la pression en tant que service du temps. Les informations sont vérifiées pour s'assurer que les conditions requises pour la stérilisation sont remplies. Le ruban indicateur est souvent placé sur les emballages des produits avant l'autoclavage, et certains emballages contiennent des indicateurs. L'indicateur change de couleur lorsqu'il est exposé à la vapeur, fournissant une confirmation visuelle.

Les bioindicateurs peuvent en outre être utilisés pour confirmer indépendamment l'exécution de l'autoclave. Des dispositifs bioindicateurs simples sont disponibles dans le commerce, à base de spores microbiennes. La plupart contiennent des spores du microbe résistant à la chaleur Geobacillus stearothermophilus (anciennement Bacillus stearothermophilus), qui est extrêmement résistant à la stérilisation à la vapeur. Les indicateurs biologiques peuvent prendre la forme de flacons en verre de spores et de milieux liquides, ou de spores sur des bandes de papier à l'intérieur d'enveloppes en verre. Ces indicateurs sont placés dans des endroits où il est difficile d'atteindre la vapeur pour vérifier que la vapeur y pénètre.

Pour l'autoclavage, le nettoyage est essentiel. Des matières biologiques étrangères ou des saletés peuvent protéger les organismes de la pénétration de vapeur. Un nettoyage approprié peut être obtenu par un lavage physique, une sonication, des ultrasons ou de l'air pulsé.

La cuisson sous pression et la mise en conserve sont analogues à l'autoclavage et, lorsqu'elles sont effectuées correctement, les aliments sont stériles.

La chaleur humide provoque la destruction des microorganismes par dénaturation des macromolécules, principalement des protéines. Cette action est une méthode plus rapide que la stérilisation à la chaleur sèche.

Chaleur sèche

La chaleur sèche a été la première action de stérilisation et est une méthode plus longue que la stérilisation à la chaleur humide. La destruction des micro-organismes par l'utilisation de la chaleur sèche est un phénomène progressif. Avec une exposition plus longue à des températures létales, le nombre de micro-organismes tués augmente. Une ventilation forcée d'air chaud peut être utilisée pour augmenter la vitesse à laquelle la chaleur est transférée à un organisme et réduire la température et la durée nécessaires pour obtenir la stérilité. À des températures plus élevées, des temps d'exposition plus courts sont nécessaires pour tuer les organismes. Cela peut réduire les dommages causés par la chaleur aux produits alimentaires.

Le réglage standard pour un four à air chaud est d'au moins deux heures à 160 ° C (320 ° F). Une action rapide chauffe l'air à 190 ° C (374 ° F) pendant 6 minutes pour les objets non emballés et 12 minutes pour les objets emballés. La chaleur sèche a l'avantage de pouvoir être utilisée sur les poudres et autres articles thermostables qui sont affectés par la vapeur (par exemple, elle ne provoque pas la rouille des objets en acier).

Flamboyant

La flamme est faite aux boucles d'inoculation et aux fils droits dans les laboratoires de microbiologie pour les stries. Laisser la boucle dans la flamme d'un bec Bunsen ou d'un brûleur à alcool jusqu'à ce qu'elle devienne rouge garantit que tout agent infectieux est inactivé. Ceci est clairement utilisé pour les petits objets en métal ou en verre, mais pas pour les grands objets (voir Incinération ci-dessous). Même si, pendant le chauffage initial, du matériel infectieux peut être pulvérisé à partir de la surface du fil avant d'être tué, contaminant les surfaces et les objets à proximité. En conclusion, des appareils de chauffage spéciaux ont été développés qui entourent la boucle d'inoculation avec une cage chauffée, garantissant qu'un tel matériau pulvérisé ne contamine pas de plus la zone. Un autre problème est que les flammes de gaz peuvent laisser du carbone ou d'autres résidus sur l'objet si l'objet n'est pas suffisamment chauffé.Une variante du flambage consiste à plonger l'objet dans une solution concentrée à 70% ou plus d'éthanol, puis à toucher brièvement l'objet avec une flamme de brûleur Bunsen. L'éthanol s'enflamme et brûle rapidement, laissant moins de résidus qu'une flamme de gaz

Incinération

L'incinération est une méthode de traitement des déchets qui implique la combustion de substances organiques contenues dans les déchets. Cette action brûle en outre tout organisme en cendres. Il est utilisé pour stériliser les déchets médicaux et autres déchets biologiques dangereux avant de les jeter avec les déchets non dangereux. Bacteria Les incinérateurs Bacteria sont des mini-fours qui incinèrent et tuent tous les micro-organismes qui peuvent se trouver sur une boucle ou un fil d'inoculation.

Tyndallisation

Nommé d'après John Tyndall, est une méthode obsolète et longue conçue pour réduire le niveau d'activité des bactéries sporulantes laissées par une simple action de l'eau bouillante. La méthode consiste à faire bouillir pendant une période (généralement 20 minutes) à la pression atmosphérique, à refroidir, à incuber pendant une journée, puis à répéter la méthode trois à quatre fois au total. Les périodes d'incubation doivent permettre aux spores résistantes à la chaleur ayant survécu à la période d'ébullition précédente de germer pour former le stade végétatif (de croissance) sensible à la chaleur, qui peut être tué par l'étape d'ébullition suivante. Ceci est efficace car de nombreuses spores sont stimulées à se développer par le choc thermique. Le mode de fonctionnement ne fonctionne que pour les milieux qui peuvent soutenir la croissance bactérienne et ne stérilisera pas les substrats non nutritifs comme l'eau. Est en outre inefficace contre les prions.

Stérilisateurs à billes de verre

Les stérilisateurs à billes de verre fonctionnent en chauffant les billes de verre à 250 ° C (482 ° F). Les instruments sont ensuite rapidement aspergés de ces billes de verre, qui chauffent l'objet tout en grattant physiquement les contaminants de leur surface. Les stérilisateurs à billes de verre étaient autrefois une action de stérilisation courante utilisée dans les cabinets dentaires en plus des laboratoires biologiques, mais ne sont pas approuvés par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis et les Centers for Ailing Control and Prevention( CDC) pour être utilisés comme stérilisateurs depuis 1997. Ils sont pourtant populaires dans les cabinets dentaires européens et israéliens, malgré l'absence de directives fondées sur des preuves pour l'utilisation de ce stérilisateur.

Stérilisation chimique

Les produits chimiques sont en outre utilisés pour la stérilisation. Le chauffage fournit un moyen fiable de débarrasser les objets de tous les agents transmissibles, mais il n'est pas toujours approprié s'il endommagera les matériaux thermosensibles comme l'illustrent les matériaux biologiques, les fibres optiques, l'électronique et de nombreux plastiques. Dans ces situations, des produits chimiques, sous forme gazeuse ou liquide, peuvent être utilisés comme stérilisants. Alors que l'utilisation de stérilisants chimiques gazeux et liquides évite le problème des dommages causés par la chaleur, les utilisateurs doivent s'assurer que l'article à stériliser est chimiquement compatible avec le stérilisant utilisé et que le stérilisant est capable d'atteindre toutes les surfaces qui doivent être stérilisées (ne peut généralement pas pénétrer dans l'emballage). De la même manière, l'utilisation de stérilisants chimiques pose de nouveaux défis pour la sécurité au travail,car les propriétés qui font des produits chimiques des stérilisants efficaces les rendent habituellement nocifs pour les humains. Le mode de fonctionnement pour éliminer les résidus de stérilisant des matériaux stérilisés varie en fonction du produit chimique et de la méthode utilisés.

Oxyde d'éthylène

Le traitement des gaz à l'oxyde d'éthylène (OE, EtO) est l'une des méthodes couramment utilisées pour stériliser, pasteuriser ou désinfecter des articles en raison de sa large gamme de compatibilité des matériaux. Il est en outre utilisé pour la méthode des objets sensibles au traitement avec d'autres méthodes, comme l'illustrent les rayonnements (gamma, faisceau d'électrons, rayons X), la chaleur (humide ou sèche) ou d'autres produits chimiques. Le traitement à l'oxyde d'éthylène est l'action de stérilisation chimique la plus courante, utilisée pour environ 70% des stérilisations totales et pour plus de 50% de tous les dispositifs médicaux jetables.

Le traitement à l'oxyde d'éthylène est systématiquement effectué entre 30 et 60 ° C (86 et 140 ° F) avec une humidité relative supérieure à 30% et une concentration de gaz entre 200 et 800 mg / l. Généralement, la méthode dure plusieurs heures. L'oxyde d'éthylène est très efficace, car il pénètre dans tous les matériaux poreux, et il peut pénétrer à travers certaines matières plastiques et films. L'oxyde d'éthylène tue tous les micro-organismes connus, comme l'illustrent les bactéries (y compris les spores), les virus et les champignons (y compris les levures et les moisissures), et est compatible avec presque tous les matériaux même lorsqu'il est appliqué à plusieurs reprises. Il est inflammable, toxique et cancérigène; même si, seulement avec un potentiel signalé pour certains effets néfastes sur la santé lorsqu'ils ne sont pas utilisés conformément aux exigences publiées. Les stérilisateurs et procédés à l'oxyde d'éthylène nécessitent une validation biologique après l'installation du stérilisateur,réparations importantes ou changements de méthode.

La méthode traditionnelle consiste en une phase de préconditionnement (dans une pièce ou une cellule séparée), une phase de traitement (plus clairement dans une enceinte à vide et parfois dans une enceinte à pression nominale) et une phase d'aération (dans une pièce ou une cellule séparée) pour éliminer Résidus d'OE et sous-produits inférieurs comme illustré par l'éthylène chlorhydrine (EC ou ECH) et, de moindre importance, l'éthylène glycol (EG). Une méthode alternative, connue sous le nom de traitement tout-en-un, existe en outre pour certains produits, les trois phases étant exécutées dans le récipient sous vide ou sous pression. Cette dernière option peut faciliter un temps de traitement plus rapide et une grande dissipation des résidus.

L'action de traitement de l'OE la plus courante est l'action de la chambre à gaz. Pour bénéficier d'économies d'échelle, l'OE a traditionnellement été fourni en remplissant une grande chambre avec une combinaison d'OE gazeux soit sous forme d'OE pur, soit avec un autre gaz utilisé comme diluants; les diluants comprennent les chlorofluorocarbures (CFC), les hydrochlorofluorocarbures (HCFC) et le dioxyde de carbone.

L'oxyde d'éthylène est encore largement utilisé par les fabricants de gadgets médicaux. Étant donné que l'OE est explosif à des concentrations supérieures à 3%, l'OE était traditionnellement fourni avec un gaz vecteur inerte, comme illustré par un CFC ou un HCFC. L'utilisation de CFC ou de HCFC comme gaz vecteur a été interdite en raison de préoccupations liées à l'appauvrissement de la couche d'ozone. Ces hydrocarbures halogénés sont remplacés par des systèmes utilisant 100% d'OE, en raison de la réglementation et du coût élevé des mélanges. Dans les hôpitaux, la plupart des stérilisateurs à l'OE utilisent des cartouches à usage unique en raison de la commodité et de la facilité d'utilisation par rapport aux anciennes bouteilles de gaz plombées des mélanges d'OE.

Il est important de respecter les limites spécifiées par le gouvernement pour les patients et le personnel de santé concernant les résidus d'OE dans et / ou sur les produits transformés, l'exposition de l'opérateur après le traitement, pendant le stockage et la manipulation des bouteilles de gaz d'OE et les émissions environnementales produites lors de l'utilisation de l'OE.

L'OSHA (Occupational Safety and Health Administration) des États-Unis a fixé la limite d'exposition autorisée (PEL) à 1 ppm - calculée comme une moyenne pondérée dans le temps (TWA) sur huit heures - et 5 ppm comme une excursion de 15 minutes limite (EL). Le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) immédiatement dangereux pour la vie et la santé limite (IDLH) pour l'OE est de 800 ppm. Le seuil d'odeur est d'environ 500 ppm, donc l'OE est imperceptible jusqu'à ce que les concentrations soient bien au-dessus de la PEL OSHA. En conclusion, l'OSHA recommande que des systèmes de surveillance continue des gaz soient utilisés pour protéger les travailleurs utilisant l'OE pour le traitement.

Dioxyde d'azote

Le gaz de dioxyde d'azote (NO 2) est un stérilisant rapide et efficace à utiliser contre un large éventail de micro-organismes, y compris les bactéries, virus et spores courants. Les propriétés physiques uniques du gaz NO 2 permettent la dispersion du stérilisant dans un environnement fermé à température ambiante et pression atmosphérique. Le mécanisme de la létalité est la dégradation de DNA dans le noyau de la spore par nitration du squelette phosphate, qui tue l'organisme exposé en absorbant le NO 2. Cette dégradation se produit même à de très faibles concentrations de gaz. Le NO 2 a un point d'ébullition de 21 ° C (70 ° F) au niveau de la mer, ce qui se traduit par une pression de vapeur relativement fortement saturée à température ambiante. Pour cette raison, le liquide NON2 peut être utilisé comme source commode pour le gaz stérilisant. Le NO 2 liquide est souvent désigné par la dénomination de son dimer, tétroxyde de diazote (N 2 O 4). De la même manière, les faibles niveaux de concentration requis, associés à la pression de vapeur élevée, garantissent qu'aucune condensation ne se produit sur les dispositifs en cours de stérilisation. Cela signifie qu'aucune aération des dispositifs n'est requise immédiatement après le cycle de stérilisation. Le NO 2 est en outre moins corrosif qu'un autre gaz stérilisant et est compatible avec la plupart des matériaux et adhésifs médicaux.

L'organisme le plus résistant (MRO) à la stérilisation avec du gaz NO 2 est la spore de Geobacillus stearothermophilus, qui est le même MRO pour les procédés de stérilisation à la vapeur et au peroxyde d'hydrogène. La forme de spore de G. Stearothermophilus a été bien caractérisée au fil des ans comme un indicateur biologique dans les applications de stérilisation. Inactivation microbienne de G.Stearothermophilus avec NO 2le gaz se déroule rapidement de manière log-linéaire, comme cela est typique d'un autre processus de stérilisation. Noxilizer, Inc. a commercialisé cette technologie pour offrir des services de stérilisation sous contrat pour les dispositifs médicaux dans ses installations de Baltimore, Maryland (États-Unis). Cela a été démontré dans le laboratoire de Noxilizer dans plusieurs études et est soutenu par des rapports publiés par d'autres laboratoires. Ces mêmes propriétés permettent en outre une élimination plus rapide du stérilisant et des gaz résiduels par aération de l'environnement fermé. La combinaison d'une létalité rapide et d'une élimination facile du gaz permet des temps de cycle plus courts et importants pendant la méthode de stérilisation (ou décontamination) et un niveau inférieur de résidus stérilisants que ceux trouvés avec d'autres méthodes de stérilisation.

Ozone

L'ozone est utilisé dans les milieux industriels pour stériliser l'eau et l'air, en plus comme désinfectant pour les surfaces. Il a l'avantage de pouvoir oxyder la plupart des matières organiques. Cependant, c'est un gaz toxique et instable qui doit être produit sur place, il n'est donc pas pratique de l'utiliser dans de nombreux contextes.

L'ozone offre de nombreux avantages en tant que gaz stérilisant; l'ozone est un stérilisant très efficace en raison de ses fortes propriétés oxydantes (E = 2,076 vs SHE) capable de détruire un large éventail d'agents pathogènes, y compris les prions, sans avoir besoin de manipuler des produits chimiques dangereux car l'ozone est généré dans le stérilisateur par -de qualité oxygène. La réactivité élevée de l'ozone signifie que l'ozone résiduaire peut être détruit en passant sur un simple catalyseur qui le transforme en oxygène et garantit que le temps de cycle est relativement court. L'inconvénient de l'utilisation de l'ozone est que le gaz est très réactif et très dangereux. La limite de danger immédiat pour la vie et la santé (IDLH) du NIOSH pour l'ozone est de 5 ppm, 160 fois plus petite que la 800 ppm IDLH pour l'oxyde d'éthylène. Le NIOSH et l'OSHA ont fixé le PEL pour l'ozone à 0,1 ppm, calculé comme une moyenne pondérée dans le temps sur huit heures. Les fabricants de gaz stérilisants incluent de nombreuses caractéristiques de sécurité dans leurs produits, mais il est prudent de prévoir une surveillance continue de l'exposition à l'ozone, en règle générale pour fournir un avertissement rapide en cas de fuite. Des moniteurs pour déterminer l'exposition à l'ozone sur le lieu de travail sont disponibles dans le commerce.

Glutaraldéhyde et formaldéhyde

Les solutions de glutaraldéhyde et de formaldéhyde (également utilisées comme fixateurs) sont des agents stérilisants liquides acceptés, à condition que le temps d'immersion soit suffisamment long. Tuer toutes les spores dans un liquide clair peut prendre jusqu'à 22 heures avec le glutaraldéhyde et encore plus avec le formaldéhyde. La présence de particules solides peut allonger la période requise ou rendre le traitement inefficace. La stérilisation des blocs de tissu peut prendre beaucoup plus de temps, en raison du temps nécessaire au fixateur pour pénétrer. Le glutaraldéhyde et le formaldéhyde sont volatils et toxiques à la fois par contact cutané et par inhalation. Le glutaraldéhyde a une courte durée de conservation (<2 semaines) et coûte cher. Le formaldéhyde est moins cher et a une durée de conservation beaucoup plus longue si du méthanol est ajouté pour inhiber la polymérisation en paraformaldéhyde, mais il est beaucoup plus volatil.Le formaldéhyde est en outre utilisé comme agent stérilisant gazeux; dans ce cas, il est préparé sur place par dépolymérisation du paraformaldéhyde solide. De nombreux vaccins, comme l'illustre le vaccin antipoliomyélitique original de Salk, sont stérilisés au formaldéhyde.

Peroxyde d'hydrogène

Le peroxyde d'hydrogène, à la fois liquide et sous forme de peroxyde d'hydrogène vaporisé (VHP), est un autre agent stérilisant chimique. Le peroxyde d'hydrogène est un oxydant puissant, ce qui lui permet de détruire un large éventail d'agents pathogènes. Le peroxyde d'hydrogène est utilisé pour stériliser des articles sensibles à la chaleur ou à la température, comme illustré par les endoscopes rigides. Dans la stérilisation médicale, le peroxyde d'hydrogène est utilisé à des concentrations plus élevées, allant d'environ 35% à 90%. Le plus grand avantage du peroxyde d'hydrogène en tant que stérilisant est le temps de cycle court. Alors que la durée du cycle pour l'oxyde d'éthylène peut être de 10 à 15 heures, certains stérilisateurs modernes au peroxyde d'hydrogène ont une durée de cycle aussi courte que 28 minutes.

Les inconvénients du peroxyde d'hydrogène comprennent la compatibilité des matériaux, une capacité de pénétration inférieure et des risques pour la santé de l'opérateur. Les produits contenant de la cellulose, comme illustré par le papier, ne peuvent pas être stérilisés avec du VHP et les produits contenant du nylon peuvent devenir cassants. Le talent de pénétration du peroxyde d'hydrogène n'est pas aussi bon que l'oxyde d'éthylène et il y a donc des limitations sur la longueur et le diamètre de la lumière des objets qui peuvent être stérilisés efficacement. Le peroxyde d'hydrogène est un irritant primaire et le contact de la solution liquide avec la peau provoquera un blanchiment ou une ulcération en fonction de la concentration et du temps de contact. Il est relativement non toxique lorsqu'il est dilué à de faibles concentrations, mais c'est un oxydant dangereux à des concentrations élevées (> 10% p / p). La vapeur est en outre dangereuse, affectant principalement les yeux et le système respiratoire.Même les expositions à court terme peuvent être dangereuses et le NIOSH a fixé l'IDLH à 75 ppm, moins d'un dixième de l'IDLH pour l'oxyde d'éthylène (800 ppm). Une exposition prolongée à des concentrations plus faibles peut causer des lésions pulmonaires permanentes et, par conséquent, l'OSHA a fixé la limite d'exposition autorisée à 1,0 ppm, calculée comme une moyenne pondérée dans le temps sur huit heures. Les fabricants de stérilisateurs se donnent beaucoup de mal pour sécuriser leurs produits grâce à une disposition soignée et à l'incorporation de nombreuses caractéristiques de sécurité, mais il existe encore des expositions au peroxyde d'hydrogène provenant des stérilisateurs à gaz sur le lieu de travail documentées dans la base de données FDA MAUDE. Lors de l'utilisation de tout type de stérilisateur à gaz, les pratiques de travail prudentes devraient inclure une bonne ventilation, un moniteur de gaz continu pour le peroxyde d'hydrogène et de bonnes pratiques de travail et une formation.

Le peroxyde d'hydrogène vaporisé (VHP) est utilisé pour stériliser de grandes zones fermées et scellées, comme l'illustrent des pièces entières et des intérieurs d'avion.

Bien que toxique, le VHP se décompose en peu de temps en eau et en oxygène.

L'acide peracétique

L'acide peracétique (0,2%) est un stérilisant reconnu par la FDA pour une utilisation dans la stérilisation des dispositifs médicaux comme illustré par les endoscopes.

Potentiel de stérilisation chimique des prions

Les prions sont très résistants à la stérilisation chimique. Il a été démontré que le traitement avec des aldéhydes, comme illustré par le formaldéhyde, augmente la résistance aux prions. Le peroxyde d'hydrogène (3%) pendant une heure s'est avéré inefficace, fournissant une réduction de moins de 3 log (10 -3) de la contamination. L'iode, le formaldéhyde, le glutaraldéhyde et l'acide peracétique échouent en outre à ce test (traitement d'une heure). Seuls le chlore, les composés phénoliques, le thiocyanate de guanidinium et l'hydroxyde de sodium réduisent les niveaux de prion de plus de 4 log; le chlore (trop corrosif pour être utilisé sur certains objets) et l'hydroxyde de sodium sont les plus consistants. De nombreuses études ont montré l'efficacité de l'hydroxyde de sodium.

Stérilisation par rayonnement

La stérilisation peut être réalisée en utilisant un rayonnement électromagnétique, comme illustré par des faisceaux d'électrons, des rayons X, des rayons gamma ou une irradiation par des particules subatomiques. Le rayonnement électromagnétique ou particulaire peut être suffisamment énergétique pour ioniser des atomes ou des molécules (rayonnement ionisant), ou moins énergétique (rayonnement non ionisant).

Stérilisation par rayonnement non ionisant

L'irradiation par la lumière ultraviolette (UV, d'une lampe germicide) est utile pour la stérilisation des surfaces et de certains objets transparents. De nombreux objets transparents à la lumière visible absorbent les UV. L'irradiation UV est couramment utilisée pour stériliser l'intérieur des armoires de sécurité biologique entre les utilisations, mais elle est inefficace dans les zones ombragées, y compris les zones encrassées (qui peuvent se polymériser après une irradiation prolongée, de sorte qu'elles sont très difficiles à enlever). Il endommage en outre certains plastiques, comme illustré par la mousse de polystyrène s'il est exposé pendant de longues périodes de temps.

Stérilisation par rayonnement ionisant

La sûreté des installations d'irradiation est réglementée par l'Agence internationale de l'énergie atomique des Nations Unies et surveillée par les disparates commissions nationales de réglementation nucléaire (NRC). Les accidents d'exposition aux rayonnements survenus dans le passé sont documentés par l'agence et analysés en profondeur pour en déterminer la cause et le potentiel d'amélioration. Ces améliorations sont ensuite mandatées pour moderniser les installations existantes et la configuration future.

Le rayonnement gamma est très pénétrant et est clairement utilisé pour la stérilisation du matériel médical jetable, comme l'illustrent les seringues, les aiguilles, les canules et les ensembles IV, et les aliments. Il est émis par un radio-isotope, habituellement le cobalt-60 ( ⁶⁰Co) ou le césium-137(¹³⁷Cs), qui ont des énergies photoniques allant jusqu'à 1,3 et 0,66 MeV, respectivement.

L'utilisation d'un radio-isotope nécessite un blindage pour la sécurité des opérateurs pendant l'utilisation et le stockage. Dans la plupart des conceptions, le radio-isotope est abaissé dans une piscine de stockage de source remplie d'eau, qui absorbe le rayonnement et permet au personnel de maintenance d'entrer dans le bouclier anti-rayonnement. Une variante maintient le radio-isotope sous l'eau à tout moment et abaisse le produit à irradier dans l'eau dans des cloches hermétiquement fermées; aucun blindage n'est en outre requis pour de telles conceptions. Un autre concept rarement utilisé utilise le stockage à sec, fournissant des écrans mobiles qui réduisent les niveaux de rayonnement dans les zones de la chambre d'irradiation. Un incident à Decatur, en Géorgie, aux États-Unis, où du césium-137 soluble dans l'eau s'est infiltré dans le pool de stockage de la source, nécessitant une intervention du CNRC, a conduit à l'arrêt presque complet de l'utilisation de ce radio-isotope au profit du plus coûteux,cobalt 60 non soluble dans l'eau. Les photons gamma du cobalt-60 ont par rapport à deux fois l'énergie, et inévitablement une plus grande plage de pénétration, du rayonnement produit au césium-137.

Le traitement par faisceau d'électrons est d'ailleurs clairement utilisé pour la stérilisation. Les faisceaux d'électrons utilisent une technologie on-off et fournissent un taux de dosage beaucoup plus élevé que les rayons gamma ou X. En raison du débit de dose plus élevé, un temps d'exposition moindre est nécessaire et ainsi toute dégradation potentielle en polymères est réduite. En raison du fait que les électrons portent une charge, les faisceaux d'électrons sont moins pénétrants que les rayons gamma et X. Les installations reposent sur des écrans en béton substantiels pour protéger les travailleurs et l'environnement contre l'exposition aux rayonnements.

Les rayons X à haute énergie (produits par bremsstrahlung) permettent l'irradiation de gros colis et de palettes de dispositifs médicaux. Ils sont suffisamment pénétrants pour traiter plusieurs chargements de palettes d'emballages de faible densité avec de très bons rapports d'uniformité de dose. La stérilisation aux rayons X ne nécessite aucun matériau chimique ou radioactif: des rayons X à haute énergie sont générés à haute intensité par un générateur de rayons X qui ne nécessite pas de blindage lorsqu'il n'est pas utilisé. Les rayons X sont générés en bombardant un matériau dense (objectif) comme illustré par le tantale ou le tungstène avec des électrons à haute énergie, dans une méthode connue sous le nom de conversion de bremsstrahlung. Ces systèmes sont inefficaces en énergie, nécessitant beaucoup plus d'énergie électrique que les autres systèmes pour le même effet.

L'irradiation avec des rayons X, des rayons gamma ou des électrons ne rend pas les matériaux radioactifs, car l'énergie utilisée est trop faible. Une énergie d'au moins 10 MeV est constamment nécessaire pour induire la radioactivité dans un matériau. Les neutrons et les particules à très haute énergie peuvent rendre les matériaux radioactifs, mais ont une bonne pénétration, tandis que les particules à plus faible énergie (autres que les neutrons) ne peuvent pas rendre les matériaux radioactifs, mais ont une pénétration plus faible.

La stérilisation par irradiation aux rayons gamma peut même affecter les propriétés du matériau.

L'irradiation est utilisée par la fonction postale des États-Unis pour stériliser le courrier dans la région de Washington, DC. Certains aliments (par exemple les épices et les viandes hachées) sont stérilisés par irradiation.

Les particules subatomiques peuvent être plus ou moins pénétrantes et peuvent être générées par un radio-isotope ou un gadget, selon le type de particule.

Filtration stérile

Les fluides qui seraient endommagés par la chaleur, l'irradiation ou la stérilisation chimique, comme illustré par la solution médicamenteuse, peuvent être stérilisés par microfiltration à l'aide de filtres à membrane. Cette action est clairement utilisée pour les produits pharmaceutiques thermolabiles et les solutions protéiques dans le traitement des médicaments. Un microfiltre avec une taille de pore habituellement de 0,22 um éliminera habituellement efficacement les micro-organismes. Certaines espèces de staphylocoques se sont toutefois révélées suffisamment flexibles pour passer à travers des filtres de 0,22 µm. Lors du traitement des produits biologiques, les virus doivent être éliminés ou inactivés, ce qui nécessite l'utilisation de nanofiltres avec une taille de pore plus petite (20 à 50 nm). Des tailles de pores plus petites abaissent le débit, donc en règle générale pour atteindre un débit total plus élevé ou pour éviter un blocage prématuré, la puissance des pré-filtres doit être utilisée pour protéger les filtres à membrane à petits pores.Les systèmes de filtration à flux tangentiel (TFF) et à flux tangentiel alternatif (ATF) réduisent en outre l'accumulation et le blocage des particules.

Les filtres à membrane utilisés dans les processus de production sont clairement fabriqués à partir de matériaux illustrés par un mélange d'ester de cellulose ou de polyéthersulfone (PES). L'équipement de filtration et les filtres eux-mêmes peuvent être achetés sous forme d'unités jetables pré-stérilisées dans un emballage scellé ou doivent être stérilisés par l'utilisateur, systématiquement par autoclavage à une température qui n'endommage pas les membranes de filtre fragiles. Pour assurer le bon fonctionnement du filtre, les filtres à membrane sont testés d'intégrité après utilisation et parfois avant utilisation. Le test d'intégrité non destructif garantit que le filtre n'est pas endommagé et constitue une exigence réglementaire. Généralement, la filtration stérile pharmaceutique terminale est effectuée à l'intérieur d'une salle blanche pour éviter la contamination.

Préservation de la stérilité

Les instruments qui ont subi une stérilisation peuvent être maintenus dans de telles conditions par confinement dans un emballage scellé jusqu'à leur utilisation.

La technique aseptique consiste à maintenir la stérilité pendant les procédures.

Stérilisation à la chaleur humide

La stérilisation à la chaleur humide décrit des techniques de stérilisation qui utilisent de l'air chaud fortement chargé de vapeur d'eau et où cette humidité joue un rôle particulier dans la stérilisation. Le chauffage d'un article est l'une des premières formes de stérilisation pratiquées. Les différentes procédures utilisées pour effectuer la méthode de stérilisation à la chaleur humide provoquent la destruction des micro-organismes par dénaturation des macromolécules.

La description

Le chauffage d'un article est l'une des premières formes de stérilisation pratiquées. Les procédés de stérilisation à la chaleur humide stérilisent en utilisant de l'air chaud fortement chargé de vapeur d'eau, qui joue un rôle particulier dans la stérilisation. Faire bouillir un échantillon pendant 30 minutes ou plus tuera pratiquement toutes les cellules végétatives présentes, mais ne tuera pas les spores, qui peuvent germer peu de temps après et reprendre la croissance. En conclusion, l'ébullition est une action insuffisante pour obtenir la stérilisation.

Action sur les micro-organismes

La chaleur humide provoque la destruction des micro-organismes par dénaturation des macromolécules, principalement des protéines. La destruction des cellules par lyse peut en outre jouer un rôle. Alors que la stérilité implique la destruction d'organismes vivants libres qui peuvent se développer dans un échantillon, la stérilisation n'entraîne pas nécessairement la destruction des matières infectieuses. Les prions sont un exemple d'agent infectieux qui peut survivre à la stérilisation par chaleur humide, selon les conditions.

Validation

Pour faciliter une stérilisation efficace par vapeur et pression, plusieurs méthodes de vérification et d'indication sont utilisées; ceux-ci comprennent des rubans indicateurs à changement de couleur et des indicateurs biologiques. Lors de l'utilisation d'indicateurs biologiques, les échantillons contenant des spores de microbes résistants à la chaleur comme illustré par Geobacillus stearothermophilis sont stérilisés le long d'une charge standard, puis sont incubés dans des milieux stériles (souvent contenus dans l'échantillon dans une ampoule en verre à briser après la stérilisation). Un changement de couleur dans le milieu (indiquant la production d'acide par les bactéries; nécessite que le milieu soit formulé à cet effet), ou l'apparition de turbidité (trouble indiquant la diffusion de la lumière par les cellules bactériennes) indique que la stérilisation n'a pas été réalisée et que le cycle de stérilisation peut nécessiter révision ou amélioration.

Méthodes utilisées

Tyndallisation

Une action plus efficace est, qui utilise trois traitements à la vapeur successifs pour obtenir une stérilisation sur une période de trois jours. Cela fonctionne en tuant les cellules végétatives, en permettant la germination des spores survivantes et en tuant les cellules végétatives résultantes avant qu'elles n'aient le temps de former d'autres spores. Toutes les spores survivantes du premier traitement, ou les spores formées accidentellement pendant la première période d'incubation, sont tuées dans un troisième cycle de cuisson à la vapeur.

Haute pression

Une action plus clairement utilisée lorsque la chaleur prolongée n'est pas un problème consiste à utiliser un autoclave ou un autocuiseur. Lors de la stérilisation de cette manière, les échantillons sont placés dans une chambre à vapeur sur une étagère ou un plancher surélevé, et la chambre est fermée et chauffée de sorte que la vapeur force l'air hors des évents ou des échappements. Une pression est ensuite appliquée de sorte que la température intérieure atteigne 121 ° C (250 ° F), et cette température est maintenue entre 15 et 30 minutes. Cette température et cette pression élevées sont suffisantes pour stériliser des échantillons de tous microbes ou spores clairement rencontrés. On laisse ensuite la chambre refroidir lentement ou par dissipation thermique passive; il est rare qu'un refroidissement forcé soit appliqué ou que la pression soit évacuée délibérément. La stérilisation sous pression est l'action dominante utilisée pour la stérilisation médicale des outils résistants à la chaleur,et pour la stérilisation de matériel pour la microbiologie et d'autres domaines nécessitant une technique aseptique.

Dans les cas où les articles doivent être stérilisés pour une utilisation immédiate, une stérilisation flash peut être utilisée. Les techniques flash fonctionnent systématiquement pendant le temps, la température ou la pression minimum et peuvent sacrifier certaines garanties, comme l'illustrent les capacités à valider avec des indicateurs biologiques ou à prévenir la contamination. Des protocoles supplémentaires sont systématiquement pris pour atténuer les sacrifices; L'équipement de stérilisation flash est souvent conservé dans le champ stérile d'une salle d'opération, un emballage protecteur à pénétration de vapeur peut être utilisé pour préemballer des articles et, en particulier, des systèmes de conteneurs de stérilisation rigides conçus peuvent être réutilisés.

Niveau d'assurance de la stérilité

En microbiologie, le niveau d'assurance de la stérilité (SAL) est la probabilité qu'une seule unité qui a été soumise à la stérilisation reste néanmoins non stérile.

Il n'est jamais possible de prouver que tous les organismes ont été détruits, car la probabilité de survie d'un micro-organisme individuel n'est jamais nulle. Donc SAL est utilisé pour exprimer la probabilité de survie. Par exemple, les fabricants de gadgets médicaux organisent leurs processus de stérilisation pour un SAL extrêmement faible, comme illustré par 10 -6, ce qui représente une chance sur 1 000 000 d'une unité non stérile. SAL décrit en outre l'efficacité destructrice d'une méthode de stérilisation. Une méthode de stérilisation très efficace a un SAL très faible.

Tyndallisation

La tyndallisation est une méthode datant du XIXe siècle pour stériliser des substances, habituellement alimentaires, du nom de son inventeur, le scientifique John Tyndall, qui peuvent être utilisées pour tuer les endospores résistantes à la chaleur. Bien que considéré comme démodé, il est encore parfois utilisé.

Une action de stérilisation simple et efficace clairement utilisée aujourd'hui est l'autoclavage: chauffer la substance stérilisée à 121 ° C pendant 15 minutes dans un système sous pression. Si l'autoclavage n'est pas possible en raison d'un manque d'équipement ou de la nécessité de stériliser quelque chose qui ne résiste pas à la température plus élevée, un chauffage sans pression pendant une période prolongée à une température allant jusqu'à 100 ° C, le point d'ébullition de l'eau, peut être utilisé. La chaleur tuera les cellules bactériennes; même si les spores bactériennes capables de germer plus tard dans les cellules bactériennes peuvent survivre. Peut être utilisé pour détruire les spores.

La tyndallisation consiste en fait à chauffer la substance au point d'ébullition (ou juste un peu en dessous du point d'ébullition) et à la maintenir pendant 15 minutes, trois jours en série. Après chaque chauffage, la période de repos permettra aux spores qui ont survécu de germer en cellules bactériennes; ces cellules seront tuées par le chauffage du lendemain. Pendant les périodes de repos, la substance stérilisée est conservée dans un environnement humide à une température ambiante chaude, propice à la germination des spores. Lorsque l'environnement est favorable aux bactéries, il est propice à la germination des cellules à partir des spores, et les spores ne se forment pas à partir des cellules de cet environnement (voir spores bactériennes).

La méthode est généralement efficace dans la pratique. Mais cela n'est pas considéré comme totalement fiable - certaines spores peuvent survivre, puis germer et se multiplier. Il n'est pas souvent utilisé aujourd'hui, mais est utilisé pour stériliser certaines choses qui ne peuvent pas résister à un chauffage sous pression, comme l'illustrent les graines de plantes.

Stérilisation à la chaleur sèche

La stérilisation à la chaleur sèche d'un article est l'une des premières formes de stérilisation pratiquées. Il utilise de l'air chaud exempt de vapeur d'eau ou en très peu de vapeur, où cette humidité joue un rôle minime ou nul dans la méthode de stérilisation.

Méthode

La méthode de stérilisation à la chaleur sèche est réalisée par conduction; c'est là que la chaleur est absorbée par la surface extérieure d'un article, puis transmise à la couche suivante. Finalement, l'article entier atteint la température appropriée nécessaire pour réaliser la stérilisation. La durée et la température appropriées pour la stérilisation à la chaleur sèche sont de 160 ° C (320 ° F) pendant 2 heures ou 170 ° C (340 ° F) pendant 1 heure ou dans le cas de stérilisateurs à air chaud haute vitesse 190 ° C (375 ° F)) pendant 6