Introduction. On lui doit la baisse énorme de la mortalité humaine depuis le début du XIXè siècle

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1 LA STÉRILISATION Importance considérable On lui doit la baisse énorme de la mortalité humaine depuis le début du XIXè siècle Sujet d actualité Introduction Milieu hospitalier: infections nosocomiales Agroalimentaire: listérioses Historique Hippocrate, Appert, Pasteur, Semmelweis, Lister Premier autoclave en

2 Aspects théoriques Croissance et mort des micro-organismes Mécanisme général Une génération bactérienne est le doublement du nombre de cellules Les n générations successives comprennent un nombre de cellules en progression géométrique La vie d une culture cellulaire est divisée en plusieurs phases S il y a des spores, la phase D peut durer indéfiniment Aspects théoriques Croissance et mort des micro-organismes Les spores Formes de résistance Vie latente: résistance et transmission des germes telluriques (Bacillus, Clostridium ) Stérilisation réussie: très faible probabilité de survie des spores bactériennes Thermo résistance: très faible teneur en eau 2

3 Aspects théoriques Croissance et mort des micro-organismes Les ATNC Agents Transmissibles Non Conventionnels: prions Premier cas en 1989: hormone de croissance Risque très faible: 0,5-1 cas/million mais très forte médiatisation Valeurs stérilisatrices en vapeur d eau d au moins 200 fois la valeur courante Aspects théoriques Croissance et mort des micro-organismes Les ATNC: précautions particulières Immersion dans la soude 1N une heure à température ambiante: instruments chirurgicaux Immersion dans l eau de Javel à 6 Cl une heure à température ambiante: objets non métalliques Stérilisation à la vapeur d eau 32 min à 132 C ou 18 min à 134 C 3

4 Aspects théoriques Inactivation des micro-organismes La première loi et ses conséquences pédagogiques A température constante, la contamination initiale est à peu près divisée par 10 chaque fois que l opération est prolongée d une durée constante, le temps de réduction décimale D On ne fait que tendre vers 0: quand la probabilité de survie des spores est de 1/10 6, l objet est déclaré stérile Aspects théoriques Inactivation des micro-organismes La première loi et ses conséquences pédagogiques La qualité ne s apprécie que par le nombre de défauts: le niveau de non stérilité acceptable Impossibilité de vérification expérimentale: validation des moyens (BPF) à défaut du niveau de qualité Rôle primordial de la qualification des opérateurs 4

5 Aspects théoriques Inactivation des micro-organismes La seconde loi et ses conséquences pratiques Chaque fois que l on accroît la température d un même nombre de degrés z, la stérilisation est 10 fois plus rapide Il faut des conditions adaptées aux spores les plus résistantes: D T et z les plus élevés Bacillus stearothermophilus: D min et z = 9,5 Aspects théoriques Inactivation des micro-organismes La seconde loi et ses conséquences pratiques Chaque fois que la température s accroît de 10 degrés, la stérilisation est 10 fois plus rapide Taux de létalité L: efficacité relative à une température donnée A 120 C, L = 1, mais à 134 C, L = 25: 1 min à 120 C est équivalente à 2,5 s à 134 C 5

6 Aspects théoriques Inactivation des micro-organismes La seconde loi et ses conséquences pratiques Dans la réalité: cycle de stérilisation qui comporte plusieurs phases Valeur stérilisatrice F: efficacité du cycle complet, découpé en intervalles de 30 s Augmenter le temps de stérilisation au delà 56 min à 120 C ou 2,3 min à 134 C n a pas de sens physique Aspects théoriques Inactivation des micro-organismes Valeurs algébriques Analogie avec la vitesse de purge de l air d une enceinte par une pompe à vide dn dt = "kn Impossibilité théorique de parvenir à la destruction totale des spores! 6

7 Aspects théoriques Inactivation des micro-organismes Valeurs algébriques Temps de réduction décimale D A chaque température, temps nécessaire pour inactiver 90% des micro-organismes présents N = 1 t = D T en min N0 10 Valeur d inactivation thermique z Elévation de température qui réduit D T de 10 fois, s exprime en C! Aspects théoriques Inactivation des micro-organismes Valeurs algébriques Temps équivalent Temps nécessaire pour produire le même effet qu à la température de référence (120 C) Effet létal: 1/F! T Taux de létalité Défini par le rapport 1/F T sur 1/F réf, soit F Tréf /F T exprimé en %. On choisit z = 10 C! L T z F T 7

8 Aspects théoriques Inactivation des micro-organismes Valeurs algébriques F T z Valeur stérilisatrice Somme des effets stérilisants cumulés au cours du cycle de traitement Généralisation! Applicable aux différents types de stérilisation Les micro-organismes de référence et les valeurs de D T et z changent Opérations préalables Préparation La décontamination Le tri Lots homogènes Le nettoyage Auto laveurs, bacs à ultrasons Le conditionnement Maintien de la stérilité 8

9 Opérations préalables Les emballages L emballage plié Se conserve plusieurs semaines. Paquets volumineux L emballage thermosoudé Sachets mixtes papier-plastique plats et pelables Matériaux Papier kraft, films de PE et PP, polyester bi-orienté (PET), polyamide, non-tissés (Tyvek ) Opérations préalables Les conteneurs réutilisables Forme parallélépipédique Couvercle adapté à dispositif de verrouillage et joint de fermeture Poignées de transport et ouverture pour l agent stérilisant Matériaux Inox 9

10 par l air chaud «Chaleur sèche» Pratiquée entre 160 et 180 C dans des étuves dites «Poupinel» Données A 140 C, il faut 4 heures et 30 min à 180 C z = 20 C par l air chaud Tombe en désuétude car: Temps de traitement long Homogénéité de température difficile à réaliser Bilan énergétique médiocre Cycle thermique non enregistrable Peu d emballages adaptés Émousse le tranchant des instruments 10

11 par l air chaud Marges de sécurité importantes Pharmacopée européenne: 4 heures à 140 C, 1 heure à 170 C, 30 min à 180 C z = 20 C Utilisation Retirées des hôpitaux: circulaire 2001/138 Milieu industriel jusqu à 250 C: dépyrogénéisation par l eau en phase vapeur Principe Dénaturation par hydrolyse (liaisons hydrogène): l effet sporicide est une conséquence de la température La vapeur se condense au contact des objets: transferts d énergie et de matière qui assurent l effet sporicide en quelques minutes Diffusion isotrope 11

12 par l eau en phase vapeur Principe Technique la plus fiable, la plus sûre et la moins coûteuse Doit être stérilisé à la vapeur d eau tout ce qui peut l être par l eau en phase vapeur Réglementation Marquage CE depuis 1998 Norme EN 285: concerne les stérilisateurs de plus de 54 L 12

13 par l eau en phase vapeur Réglementation Une ou deux portes Joint de porte remplaçable, contrôlable et nettoyable sans démontage Impossibilité d initier un cycle sans fermeture ou verrouillage et avant la fin du précédent Dispositif qui ramène la pression à la P atm en cas de défaillance par l eau en phase vapeur Réglementation Si deux ouvertures, impossibilité d ouverture simultanée Surfaces extérieures isolées Filtre à air (< 3 µm) permettant un retour à la P atm en moins de 3 min Au moins un indicateur de température et de pression et un enregistreur 13

14 par l eau en phase vapeur Réglementation Signalisations visuelles obligatoires: «porte verrouillée», «en service», «cycle terminé», «défaut» Pilotage automatique des cycles Compteur de cycles et indicateur de phase du cycle Les appareils Schéma par l eau en phase vapeur Les cycles de stérilisation La purge de l air Retards dûs à l air résiduel Pompes à anneau d eau Prétraitement: élimination de l air et montée en température sans tomber au dessous de la P atm «Temps perdu»: permet d obtenir une pénétration optimale de la vapeur 14

15 par l eau en phase vapeur Les cycles de stérilisation Le chauffage de la charge Élévation de la température et action chimique stérilisante Purges multiples: permettent un brassage mécanique Valeur stérilisatrice Cycles adaptés à la nature des charges par l eau en phase vapeur Les cycles de stérilisation Le séchage Revaporisation de l eau Rayonnement d une double paroi 15

16 par l eau en phase vapeur Les stérilisateurs à petit volume Utilisés au voisinage des blocs opératoires, dans les cabinets médicaux Peuvent contenir au moins une unité de stérilisation de 600 x 300 x 300 mm Trois classes par les gaz alkylants Alkylation qui transforme l hydrogène actif en alcools, nitriles, sulfones Inactive sur les ATNC L oxyde d éthylène Utilisé la première fois en 1929, généralisé en 1949, premiers appareils hospitaliers au début des années

17 par les gaz alkylants L oxyde d éthylène Propriétés physico-chimiques A température ordinaire, gaz incolore de densité 1,52 Ne doit pas arriver à l état liquide dans le stérilisateur Forme un hydrate solide avec l eau Très réactif: polymérisation par les gaz alkylants L oxyde d éthylène Pouvoir bactéricide Micro-organisme de référence: B. subtilis var. niger z = 40 C Absorption par la charge: pouvoir de pénétration très important 17

18 par les gaz alkylants L oxyde d éthylène Inflammabilité Inflammable dans l air avec caractère explosif Dilution dans des gaz supports: CO 2 et fréon 12 EO/CO 2 : 10/90 par les gaz alkylants L oxyde d éthylène Toxicité Irritant, pouvoir carcinogène chez l animal Résidus: éthylène glycol et éthylène chlorhydrine Limite d exposition: 5 ppm (10 mg/m 3 ) pour 15 min et 1 ppm pour 8 heures (Circulaire DRT du 12/7/1993) 18

19 par les gaz alkylants L oxyde d éthylène Mise en œuvre Importance de l humidité relative Préconditionnement systématique en enceintes auxilliaires: inertie importante Taux optimal d humidité: 30-50% par les gaz alkylants L oxyde d éthylène Désorption Diffusion gouvernée par les lois de Fick Effectuée à température la plus élevée compatible avec les matériaux: 60 C Entreposage ou chambres-étuves Dépend du matériau, de la température et de la durée 19

20 par les gaz alkylants L oxyde d éthylène Taux maximal admissible Norme ISO Quantité maximale délivrée en fonction de la durée de contact cumulée par les gaz alkylants Le formaldéhyde Propriétés Monomère gazeux incolore Inflammable dans l air entre 1,3 et 73% Odeur très irritante: détecteurs inutiles 20

21 par les gaz alkylants Le formaldéhyde Propriétés Polymérisation: polyoxyméthylènes (CH 2 O) n et paraformaldéhyde Sublimation du trioxyméthylène Stérilisateurs à formaldéhyde: évaporation par les gaz alkylants Le formaldéhyde Activité bactéricide Meilleure avec 80% d humidité relative Chauffage de la charge par le mélange vapeurformaldéhyde Corrosif: traitement des surfaces, vêtements et literie Cycle de stérilisation 21

22 à basse température Le procédé VPHP Injection de vapeur H 2 O 2 sous vide Utilisation: surfaces de lyophilisateurs Le procédé STERRAD Plus performant, pas de résidu Séquence finale avec production de plasma Utilisation en milieu hospitalier: endoscopes, stimulateurs, fibres optiques Les autres agents Le dioxyde de chlore Oxydant très puissant Industrie pharmaceutique: ligatures chirurgicales, oxygénateurs du sang Utilisation comparable à l oxyde d éthylène Pas de résidu ni de mutagénicité 22

23 Les autres agents L ozone Oxydant Milieu industriel: peu d applications Moins pénétrante que l oxyde d éthylène, élimination facile Pas de résidu Produite par UV, utilisée à 6-8% avec 60-80% d humidité Les autres agents L acide peracétique Liquide, très instable Commercialisé en solution à 35% Isolateurs de type bulle et circuits d hémodialyseurs Faible pénétration, corrosif et toxique Procédé Plazlyte 23

24 par irradiation Effet stérilisant découvert en 1896, utilisation récente Principes généraux Traitement dans l emballage définitif Apport d énergie supérieur à la liaison chimique la plus forte Ionisation directe et production de radicaux libres Mêmes effets sur les matériaux organiques des dispositifs médicaux par irradiation Effet stérilisant découvert en 1896, utilisation récente Inactivation des micro-organismes Loi logarithmique Micro-organisme de référence: B. pumilus Pharmacopée européenne: dose la plus faible permettant d assurer la stérilité sans dégradation Dose reçue par unité de surface indépendante de la composition, de la température du produit et de celle de l atmosphère avoisinante 24

25 par irradiation Inactivation des micro-organismes Seuls les électrons, les rayons X et γ d énergie > 0,7 MeV sont pénétrants Dose d énergie absorbée: Gy (J/Kg) 1 Kgy = 0,1 MRad Qualification et contrôles Libération paramétrique Traçabilité des produits: dosimétrie par irradiation Les irradiateurs Accélérateurs d électrons basse énergie Faible encombrement Traitement des surfaces, séchage Conditionnement alimentaire et imprimerie 25

26 par irradiation Les irradiateurs Accélérateurs d électrons moyenne énergie Sources de rayons X ionisants Utilisation récente: petit matériel médical Accélérateurs d électrons haute énergie Pénétration jusqu à cm Flexibilité, durée faible, stocks réduits, répartition homogène de la dose par irradiation Les irradiateurs Rayonnement γ Source: 60 Co Réduire la non isotropie de la dose reçue Grande taille et adaptés aux grandes quantités: industrie Paramètres: source et durée d exposition Reproductibilité et pilotage aisé 26

27 par irradiation Les irradiateurs Rayonnement X Au maximum 5 MeV: radioactivité induite Alternative prometteuse au rayonnement γ Avantages et inconvénients Récapitulatif Quelques méthodes industrielles par lots L eau comme conducteur de chaleur Solutés injectables en conditionnement étanche L eau du conditionnement est l agent stérilisant Homogénéité de la température dans la charge Grands volumes: enregistrement en plusieurs points Contamination initiale faible et charge homogène: valeur stérilisatrice la plus faible 27

28 Quelques méthodes industrielles par lots L eau comme conducteur de chaleur Intégrité du contenant Large choix: ampoules, sachets PVC Application d une contre-pression: lest d air ajusté au long du cycle Homogénéité du mélange air-vapeur Refroidissement accéléré Aspersion d eau Quelques méthodes industrielles par lots La tyndallisation Trois traitements de 30 min à basse température séparés par deux fois 24 h Remplacée par la filtration stérilisante suivie d un conditionnement aseptique 28

29 Quelques méthodes industrielles par lots La filtration stérilisante Les micro-organismes sont retirés du milieu Nécessite un environnement aseptique Principe Filtration: arrête les particules > 10 µm Microfiltration: entre 10 et 0,02 µm Ultrafiltration: < 0,02 µm Quelques méthodes industrielles par lots La filtration stérilisante Matériel Disques ou cartouches dans un support stérilisable Supports: inox, plastiques (PSF, PP, PS, acrylique, teflon) Membranes: si possible hydrophiles Transport: pompes péristaltiques, pompes à vide, récipients sous pression 29

30 Quelques méthodes industrielles par lots La filtration stérilisante Mise en œuvre Stade pré-terminal dans le conditionnement définitif, suivi d une stérilisation à la vapeur d eau Phase finale: remplissage aseptique Filtration étagée 80% des solutés injectables Quelques méthodes industrielles en continu Rayonnements ionisants Dispositifs médicaux Autoclaves en continu Industrie agroalimentaire: tours de type Stork et autoclaves de type Sterilmatic Tunnels micro-ondes Traitement thermique suivi d un conditionnement aseptique: lait UHT 30

31 Contrôles Nature des contrôles Norme AFNOR EN 556 Elle fixe le Niveau d assurance de stérilité N.A.S.: probabilité d existence d un produit non stérile Niveau si bas (10-6 ) qu il est non certifiable Certification Validation du procédé Surveillance en routine: BPF Surveillance de l entretien Contrôles Nature des contrôles Contrôle du procédé Paramètres: durée, température, agent stérilisant Biocharge de départ, lors du stockage Maîtrise de l environnement Contrôle de routine Qualification des stérilisateurs Spécifications des normes EN 554 et

32 Contrôles Organisation des contrôles Assurance de qualité Responsables et personnel: formation et qualification Contrôle du procédé Paramètres physiques et physico-chimiques Indicateurs biologiques Contrôle du résultat Marqueurs biologiques Contrôles Libération paramétrique Définition Reconnaissance de la stérilité sur la base des données du traitement physique Maîtrise du procédé Contamination initiale Estimation de la biocharge: NF EN 1174 Fréquence temporelle ou volumique Dénombrement des germes 32

33 Contrôles Libération paramétrique Maîtrise du procédé Les indicateurs physico-chimiques Normes NF EN 867/1 à 867/3 Test de Bowie-Dick: vapeur d eau Paquet d essai: défini par NF EN 285 Température: tubes-témoins, intégrateurs Contrôles Libération paramétrique Maîtrise du procédé Les indicateurs biologiques Normes NF EN 866/1 à 867/3 Associés à une surveillance physico-chimique Détermination de D: NPP et courbe de survie Vapeur d eau: D 1,8 min et z 6 C Oxyde d éthylène: D 8 min à 30 C Radiations: D voisin de 3,2 KGy 33

34 Contrôles Mise en œuvre Centralisation Zones délimitées Zone de déconditionnement Zone de stockage du matériel de conditionnement Zone de réception: tri, lavage Zone de conditionnement Zone de stérilisation Zone de stockage Contrôles Mise en œuvre Maintenance Coût d entretien Matériel de conditionnement fourni lors de la livraison Aspects économiques Oxyde d éthylène 4 fois plus coûteux Industrie: prix de revient au m 3 34

35 Législation Terminologie européenne Normes européennes harmonisées Organismes européens de normalisation Transposition nationale obligatoire: normes NF EN Marquage CE Assurance de qualité Série EN 9000 Normes en vigueur 35

36 D C E A B Croissance et mort d une culture Temps de réduction décimale à T C D T DT D T Courbe de survie à température constante 36

37 z ΔT La valeur d inactivation thermique z Bacillus stearothermophilus Cinétique d inactivation de spores bactériennes 37

38 La valeur stérilisatrice F Schéma d un stérilisateur 38

39 Cycle de stérilisation à la vapeur d eau Oxyde d éthylène: mode d action et dégradation 39

40 PTFE PE Cycle de stérilisation à l oxyde d éthylène (EN 550) Évacuation de l air Pré-conditionnement (facultatif) Injection Maintien des conditions spécifiées Évacuation de l agent Rinçage (facultatif) Admission de l air jusqu à la P atm AC ABS Famille 1 EVA Silicone PVC plastifié PP Polyacétals Famille 3 Famille 2 Polycarbonates Latex Famille 4 Polyamides PVC non plastifié Fixation forte Fixation faible Polymères de synthèse fixant l oxyde d éthylène (d après document Vygon) 40

41 Dose maximale résidu Vie entière Mensuelle Quotidienne Oxyde d éthylène Ethylène chlorhydrine 2,5 g 50 g 60 mg/mois 60 mg/mois Doses maximales délivrées au patient 20 mg/jour 12 mg/jour Durée d exposition résidu Contact permanent > 30 jours Exposition prolongée 24 h<temps<30 jours Exposition limitée <24 h Oxyde d éthylène Ethylène chlorhydrine 0,1 mg/jour 2 mg/jour 2 mg/jour 2 mg/jour Doses résiduelles acceptables 20 mg/jour 12 mg/jour Cycle de stérilisation au formaldéhyde 41

42 Formaldéhyde Oxyde d éthylène Action bactéricide Concentration usuelle du gaz Températures usuelles Humidité relative optimale Durée du cycle Inflammabilité Toxicité Détection Diffusibilité Polymérisation Désorption des résidus Formes commerciales Action corrosive Conditionnement des objets Alkylation 6 mg/l 50 à 80 C 80% 3 à 4 heures 1,3 à 73% dans l air Valeur limite d exposition: 2 mg/m3 Valeur moyenne d exposition: 1 mg/m3 Très forte odeur dès 1 mg/m3 Très faible Réversible à 150 C Quasi instantanée (sauf cellulose et latex) Peu coûteuses (formol en solution) Très grande selon les matériaux Sachets pelables spécifiques Alkylation 400 à 1000 mg/l 40 à 60 C 40 à 80% 2 à 6 heures suivant la pression Gaz pur: 3 à 100% dans l air Danger d explosion Mélanges ininflammables: 1O% O.E./90% CO2 12% O.E./88% Fréon 12 Valeur limite d exposition: 10 mg/m3 Valeur moyenne d exposition: 2 mg/m3 Faible odeur éthérée au seuil de toxicité aiguë Détecteur obligatoire Très grande Lente et irréversible 2 à 3 jours à 50 C Mélanges ininflammables assez coûteux Propriétés comparées de l aldéhyde formique et de l oxyde d éthylène Faible D 10 N.A.S. Stérilisation par les radiations ionisantes 42

43 Qualités Electrons Rayonnement X γ Compatibilité avec le produit Durée minimum du temps d exposition Flexibilité Variabilité des paramètres Utilisation du rayonnement Rendement Utilisation intermittente Simplicité du convoyage Uniformité de la dose Stérilisation par Irradiation Validation du procédé Qualification du produit Régulation du procédé Technicité Maintenance Montant de l investissement Coût rapporté au volume traité Protection contre le rayonnement Aspects réglementaires Développements futurs Engagement financier Procédés physico-chimiques utilisés à l hôpital et dans l industrie Procédé physique industriel Procédés Chaleur sèche (oxygène) Chaleur humide (eau) Gaz alkylants Rayonnements ionisants Micro-organismes sporulés Bacillus subtilis ATCC 9372 Bacillus stearothermophilus ATCC Bacillus subtilis ATCC 9372 Bacillus pumilus ATCC T ( C) T ambiante Valeurs de référence D (min) 3 1,5 2,5 3,2 KGy z ( C) Valeurs de référence T, D et z pour les procédés inscrits à la Pharmacopée 43

44 Stérilisateur en continu 44