Что такое стерилизация и какими методами она выполняется

Стерилизация (лат. sterilis бесплодный) — полное уничтожение всех видов микроорганизмов и их спор на поверхности и внутри различных предметов, а также в жидкостях и воздухе. Применяется в медицине, микробиологии, гнотобиологии, пищевой промышленности и в других областях. С. является основой асептики, имеет большое значение в борьбе с госпитальной инфекцией.
Методы стерилизации
В российских медицинских учреждениях для стерилизации применяется (Паровая стерилизация, Воздушная стерилизация, Прокаливание, Радиационная стерилизация, Стерилизация сухим жаром, Стерилизация ультрафиолетовой радиацией, Химическая стерилизация). В основном используются термические методы – паровой и сухожаровой. Причем наиболее надежным является паровой метод. Основными факторами, определяющими эффективность паровой стерилизации, являются температура и продолжительность воздействия насыщенного пара при стерилизации, полнота удаления воздуха из камеры и стерилизуемых изделий, конфигурация и масса изделий, количество микроорганизмов на стерилизуемых изделиях (микробная обсемененность) и др. Обеспечение условий эффективной стерилизации во многом зависит от типа парового стерилизатора, от применяемого стерилизационного цикла, средств контроля критических параметров стерилизации.

Паровой метод стерилизации
Паровой метод стерилизации применяют для изделий из коррозийностойких металлов, стекла, текстиля, резины. Стерилизацию производят насыщенным паром под избыточным давлением в паровом стерилизаторе – автоклаве.
Сочетанное воздействие на микроорганизмы влажностью и высокой температурой является основой парового метода стерилизации.
При создании избыточного давления достигается наиболее высокое качество стерилизации, а именно:
1) 0,11 — 0,02 мПа (1,1 — 0,2 кгс/см2) — температура (120 — 2) °С;
2) 0,2 — 0,02 мПа (2,2 — 0,2 кгс/см2) — температура (132 — 2)°С.
Пар, находящийся в состоянии равновесия с жидкостью, из которой он образуется, считается насыщенным.
Для стерилизации паром под давлением были сконструированы различные виды стерилизаторов.
По форме они могут быть цилиндрическими и квадратными, причем цилиндрические располагаются либо вертикально, либо горизонтально.
Стерилизатор состоит из трех цилиндров. Наружный цилиндр называется кожухом. Функция кожуха, с одной стороны, предохранять водопаровую камеру от механических воздействий извне, с другой — делать невозможным контакт персонала со стенами парового котла, имеющими высокую температуру.
Средний цилиндр является водопаровой камерой — главной частью стерилизатора. Материалом для изготовления водопаровой камеры является высококачественная сталь. Функция среднего цилиндра — получение пара из воды.
Третий цилиндр является стерилизационной камерой, которая, вмещая стерилизуемый материал, предохраняет его от воды. Стерилизуемый материал загружается через крышку, снабженную резиновой прокладкой и центральным затвором, служащим для надежной герметизации внутреннего пространства камеры.
Верхняя часть камеры имеет отверстия, пропускающие пар, отделяя его от воды, тем самым не позволяя стерилизуемому материалу увлажняться.
Водопаровая камера имеет внутри электронагревательный элемент.
При заполнении камеры дистиллированной водой через воронку уровень наполнения отслеживается по водомерному стеклу (устройство по принципу сообщающихся сосудов).
Стерилизаторы, работающие под давлением, оснащены:
1. электроконтактным манометром;
2. мановакуумметром;
3. водоструйным эжектором;
4. насосом;
5. предохранительным клапаном.
Функция электроконтактного манометра — автоматическое поддержание заданного давления.
Контроль давления в стерилизационной камере осуществляет мановакуумметр.
Водоструйный эжектор после каждой стерилизации производит быстрое удаление пара, создает вакуум в камере, сушит стерилизуемый материал (это особенно актуально для стерилизации бумажных фильтров, ваты и др.).
Предохранительный клапан защищает стерилизатор от чрезмерного повышения давления пара: автоматически поднимаясь, он выпускает часть лишнего пара.
Предпочтение отдается стерилизаторам, автоматически поддерживающим указанное давление и температуру, имеющим режим просушивания вспомогательного материала (фильтровальной бумаги, марли, ваты и др.).

Воздушная стерилизация
Данный метод стерилизации осуществляется горячим воздухом в воздушных стерилизаторах при температуре 180—200 °С. Все формы микроорганизмов погибают из-за пирогенетического разложения веществ белковой природы. Для воздушной стерилизации в аптеках используют шкаф сушильно-стерилизационный марки ШСС-250, стерилизатор сухожаровой СС-200, воздушные стерилизаторы с небольшим размером стерилизационной камеры марки ВП-10, ГП-20, ГП-40.
Для больших объемов стерилизуемого материала чаще используются сушильно-стерилизационные шкафы ШСС-500; ШСС-1000П 2; ШСС-500П; ШСС-100П (цифры обозначают размеры стерилизационной камеры, “П” — проходной).
Шкафы ШСС имеют стандартную структуру, отличаясь между собой лишь объемом стерилизационной камеры. ШСС-250 — односторонний и имеет прямоугольную стерилизационную камеру, ШСС-500П бывает односторонним и двусторонним. Стерилизатор оснащен фильтром очистки воздуха, предусмотрена принудительная циркуляция воздуха.
Эффективность стерилизации непосредственно зависит от точности соблюдения режима стерилизации. Для воздушной стерилизации это нормированные значения температуры и времени. Стерилизуемые объекты должны равномерно прогреваться, это зависит от правильности их расположения внутри стерилизационной камеры, обеспечивающего свободную циркуляцию горячего воздуха, а также от степени теплопроводности самого объекта. Таким образом, стерилизуемые объекты расфасовываются в соответствующую тару, укупориваются и свободно размещаются в стерилизаторах.
Прогрев стерилизуемых объектов происходит медленно из-за невысокой теплопроводности воздуха, и загружают стерилизаторы при температуре в них 60 °С и ниже.
С момента нагрева воздуха в стерилизаторе до 180—200 °С начинается отсчет времени стерилизации
Толщина слоя порошков для достижения равномерного прогрева должна составлять 6—7 см.
Для надежной стерилизации масса стерилизуемого объекта не должна превышать 500 г.
Установки для стерилизации фильтрованием с фильтрами и приемники фильтрата, а также фарфоровые, стеклянные, металлические, резиновые изделия стерилизуют при 180 °С в течение 60 мин (при этом мелкие стеклянные и металлические предметы стерилизуют в специальных биксах).
Воздушная стерилизация не подходит для растворов. Плохая теплопроводность воздуха не позволяет быстро прогреть раствор до требуемой температуры. Например, в стерилизаторе, нагретом до 120 °С, 200 мл раствора натрия хлорида через 1 ч нагревается лишь до 60 °С. Более высокие температурные показатели могут привести к разложению лекарственных веществ. Из-за возникающей разницы давления внутри и снаружи флаконов может произойти их разрыв.

Радиационная стерилизация (ионизирующая)
Радиационная стерилизация применима для крупного производства. Лучистая энергия при определенных величинах поглощенных доз вызывает в клетках нарушение метаболических процессов, вызывающих их гибель. Бактерицидный эффект достигается при 15—25 кГр (при наивысших значениях споры погибают).
Источники ионизирующего излучения:
1. ускорители электронов прямого действия;
2. линейные ускорители электронов;
3. долгоживущие изотопы Со, Cs.
Ранее применение этого метода стерилизации было ограничено из-за того, что при облучении многие вещества разрушаются, в воде обнаруживаются продукты разрушения (например, водорода пероксид).
Способы, позволяющие избавиться от побочных реакций:
1. добавление стабилизаторов (акцепторов продуктов радиолиза);
2. облучение предварительно замороженных растворов (программированная криорадиационная стерилизация);
3. снижение доз стерилизации с 10—25 кГр до 2,5—6 кГр, что возможно при применении субстерилизации в малой дозе, выдерживании в течение 0,5—3 месяцев, а затем повторной стерилизации объекта в малой дозе.
Эффективность радиационной стерилизации зависит и от внешних факторов, таких как температура, наличие влаги и др.

Стерилизация ультрафиолетовой радиацией
Ультрафиолетовая радиация используется для обеззараживания воздуха, воды и многих других объектов в различных отраслях народного хозяйства. Применение данного вида обеззараживания в аптечных условиях приобрело большое практическое значение благодаря тому, что имеет множество преимуществ перед другими способами обеззараживания. Ультрафиолетовая радиация — очень мощный стерилизующий фактор, убивающий вегетативные и споровые формы микроорганизмов, при этом исключающий вероятность адсорбирования лекарственными веществами резких запахов (как это часто бывает при использовании дезинфицирующих средств).
Для создания условий асептики и стерилизации объектов метод стерилизации ультрафиолетовой радиацией часто применяется в аптеках и производственных помещениях, но при этом он не включен в Государственную фармакопею XI.
Ультрафиолетовая радиация — невидимая коротковолновая часть солнечного света с длиной волны менее 300 нм. Воздействие на протоплазму микробной клетки приводит к фотохимическому нарушению ферментных систем, образованию ядовитых пероксидов и фотодимеризации тиаминов.
Бактерицидное воздействие ультрафиолетовой радиацией зависит от ряда факторов:
1. длины волны излучателя;
2. дозы излучения;
3. вида микроорганизмов;
4. запыленности и влажности среды.
Лучи с длиной волны 254—257 нм обладают наиболее высокой бактерицидной активностью. Воздействие излучения на микробные клетки вызывает в них следующие стадийные изменения: стадию стимуляции, стадию угнетения и стадию гибели. Разная доза излучения требуется для гибели вегетативных клеток и для споровых форм (для спор доза выше в среднем в 10 раз).
В аптеках чаще всего применяются лампы БУВ (бактерицидные увиолевые).
Эта лампа состоит из прямой трубки, изготовленной из специального увиолевого стекла (способного пропускать ультрафиолетовую радиацию), вольфрамовых спиралевидных электродов, покрытых стронция и бария гидрокарбонатами. В трубке находятся ртуть и газ аргон при давлении в несколько миллиметров ртутного столба. При подаче напряжения на электроды, происходит разряд ртути, который и является источником ультрафиолетовых лучей. Для увиолевого стекла коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения составляет 75 %. Лампа БУВ имеет приближенные к максимально бактерицидным значениям длины волн (254 нм). При этом отношение образовавшихся окислов азота и озона на долю волн, повлекших выделение этих продуктов, составляет 0,5 %. Существует несколько разновидностей ламп БУВ, различающиеся между собой мощностью (БУВ-15, БУВ-30, БУВ-60 и др.).
Итак, ультрафиолетовые лампы нашли широкое применение в аптеках для обеззараживания воздуха, дистиллированной воды, воды для инъекций, различных вспомогательных материалов.
В аптечных помещениях для обеззараживания воздуха применяются бактерицидные лампы (настенные, потолочные, экранированные, неэкранированные). При этом вид, мощность и количество ламп подбираются так, чтобы при прямом облучении на 1 м3 объема помещения приходилось не менее 2—2,5 Вт мощности излучателя, для экранированных ламп этот показатель составляет 1 Вт. Равномерно по всему помещению, по ходу конвекционных потоков воздуха на высоте 1,8—2 м от пола размещают настенные и потолочные бактерицидные облучатели. Стерилизацию воздуха неэкранированными лампами проводят из расчета 3 Вт мощности лампы на 1 м3 помещения в течение 1,5—2 ч в отсутствие обслуживающего персонала.

Химическая стерилизация
Позволяют стерилизовать оптические изделия, радио- и электронную аппаратуру, а также изделия из термонестойких материалов, металла, стекла. Стерилизация эффективна в том случае, когда химическое средство поглощается стерилизуемым объектом. Химические вещества в растворенном и особенно в газообразном состоянии обладают незначительной скоростью проникновения в стерилизуемый объект, что требует более длительной стерилизационной выдержки и очень тщательной предстерилизационной очистки пористых материалов. Недостатком метода является также необходимость нейтрализации или дегазации химических веществ, оставшихся в стерилизуемых объектах. Растворами химических препаратов нельзя стерилизовать изделия из влагонестойких материалов.
Основные пути воздействия химических веществ:
1. изменение осмотических свойств клетки;
2. разрушение окислительных и других ферментов клетки;
3. окисление протоплазмы клетки;
4. коагуляция белков оболочки и протоплазмы клетки.
Химическая стерилизация осуществляется:
1. растворами;
2. газами.
Для стерилизации растворами чаще других применяются дезоксон-1 (надкислота) и водорода пероксид. Проводится стерилизация в неповрежденных эмалированных, стеклянных, пластмассовых сосудах. При стерилизации учитывается концентрация действующего химического агента, температура стерилизующего раствора, время стерилизационной выдержки.
Например:
1. при стерилизации дезоксоном-1 температура стерилизующего раствора должна быть не менее 18 °С, время стерилизационной выдержки — 45 мин;
2. при стерилизации 6%-ным раствором водорода пероксида, температура стерилизующего раствора должна быть не менее 18 °С, время стерилизационной выдержки — 6 ч (при температуре 50 °С время выдержки сокращается до 3 ч).
Необходимо полностью погружать изделия в стерилизующий раствор, а после стерилизации промывать в стерильной воде в асептических условиях. Для стерилизации газами и аэрозолями используются оксиды этилена и пропилена, полиэтиленоксиды, смеси этилена оксида с углерода диоксидом или метилом бромистым и др.
Режим стерилизации газами зависит от многих факторов — свойств стерилизуемого материала, его толщины, проницаемости упаковки, а также индивидуальной чувствительности различных микроорганизмов к воздействию газов. Газы подаются в стерилизуемую среду при давлении до 2 кгс/см2, время стерилизации составляет от 4 до 20 ч.
Например, для уничтожения стафилококков концентрация газа (этилена оксида) в воздухе должна составлять до 1000 мг/м3 в течение 6 ч, а для стрептококков концентрация газа снижается до 500 мг/м3 в течение того же времени.