Unidade 09 - Esterilização

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<p>Unidade 09</p><p>Esterilização</p><p>• Definição: A esterilização é uma operação unitária que tem por</p><p>objetivo liberar um objeto ou material dos micro-organismos vivos</p><p>que o contaminam.</p><p>• Na prática a esterilização visa a incapacidade de reprodução de todos</p><p>os organismos presentes no material a ser esterilizado, causando a</p><p>morte microbiana até que a probabilidade de sobrevivência do agente</p><p>contaminante seja menor que 1:1.000.000.</p><p>• A morte de um organismo é definida como sendo a falha do</p><p>organismo em reproduzir–se. Um microrganismo é considerado morto</p><p>se não formar colônia em nenhum meio de cultura</p><p>http://www.hospvirt.org.br/enfermagem/port/microrg.htm</p><p>• A morte microbiana é um conceito estatístico.</p><p>• A probabilidade de morte de um determinado microrganismo é constante por</p><p>unidade de tempo</p><p>• Se em um determinado espaço de tempo, uma determinada fração de</p><p>microrganismo é destruída ao se utilizar um agente esterilizante, a velocidade</p><p>em que isto ocorre é chamada de taxa de morte bacteriana.</p><p>• O número de microrganismos decresce de maneira exponencial e a uma taxa</p><p>constante de morte.</p><p>• Por exemplo: se um agente esterilizante empregado causa a morte de 90% das</p><p>células nos primeiros 10 minutos, por conseguinte, pode-se esperar que 90%</p><p>das células sobreviventes morram em cada intervalo sucessivo de 10 minutos.</p><p>• Para a aplicação de qualquer agente esterilizante, três fatores precisam ser</p><p>considerados:</p><p>1. A taxa de letalidade dos organismos a serem destruídos;</p><p>2. A duração da exposição ao agente letal;</p><p>3. O tamanho da população inicial dos organismos.</p><p>• Levamos em consideração a taxa de mortalidade e a densidade da população</p><p>do organismo com a menor taxa de mortalidade, uma vez que o material a ser</p><p>esterilizado contém uma mistura de organismos</p><p>o mais resistente, matando o mais forte mata todos</p><p>• Em farmácia esterilizam-se</p><p>• Na indústria de alimentos</p><p> Todas as preparações injetáveis</p><p> Colírios</p><p> Material cirúrgico</p><p> Curativos</p><p> Material para injeção</p><p> Medicamentos</p><p> Material de acondicionamento asséptico</p><p> Alimento embalado em latas, vidros ou</p><p>bolsas autoclaváveis</p><p> Frutas e hortaliças</p><p> Carnes</p><p> Sementes</p><p>• Procedimentos de esterilização mais utilizados:</p><p>• Por meios físicos</p><p>• Por meios químicos</p><p> Esterilização por vapor saturado sob pressão</p><p> Esterilização pelo calor</p><p> Esterilização por filtração</p><p> Esterilização por radiação ionizante</p><p> Esterilização por gás</p><p> Esterilização por líquidos</p><p> Formaldeído</p><p> Glutaraldeído</p><p> Óxido de etileno</p><p> Peróxido de hidrogênio</p><p> Ácido peracético</p><p> Plasma de peróxido de</p><p>hidrogênio</p><p>• Esterilização por vapor saturado sob pressão</p><p> É o processo mais utilizado no meio hospitalar.</p><p> O vapor pode ser obtido em vários estados físicos, sendo as mais comuns:</p><p> Vapor saturado: encontra-se no limiar do estado líquido e gasoso, podendo</p><p>apresentar-se seca ou úmida.</p><p> Vapor úmido: é normalmente formado quando o vapor carrega a água em estado</p><p>líquido.</p><p> Vapor super aquecido: vapor saturado submetido à temperaturas mais elevadas.</p><p> O tipo de vapor mais utilizado é o vapor saturado seco, uma vez que o vapor</p><p>úmido tem um excesso de água que torna úmidos os materiais dentro da</p><p>esterilizadora.</p><p> A água utilizada para a produção do vapor deve estar livre de contaminantes.</p><p>• Equipamentos: Os equipamentos utilizados para o método de esterilização</p><p>por vapor saturado são as autoclaves.</p><p>• Elas são constituídas basicamente de uma câmara em aço inox, com uma</p><p>ou duas portas, válvula de segurança, manômetros de pressão e um</p><p>indicador de temperatura.</p><p>Mecanismo de ação da esterilização: O efeito letal decorre da ação conjugada</p><p>da temperatura e umidade. O vapor, em contato com uma superfície mais fria,</p><p>umedece, libera calor, penetra nos materiais porosos e possibilita a coagulação</p><p>das proteínas dos microrganismos.</p><p>vapor bem aquecido, rompe as membranas até afetar o DNA, rompe-lo</p><p>• Esterilização por calor seco:</p><p> A esterilização através do calor seco pode ser alcançada pelos seguintes métodos:</p><p> Flambagem: aquece-se o material, por exemplo, uma pinça, na chama do bico de</p><p>gás, aquecendo-os até ao rubro.</p><p> Incineração: é um método destrutivo para os materiais, é eficiente na destruição</p><p>de matéria orgânica e lixo hospitalar.</p><p> Raios infravermelhos: utiliza-se de lâmpadas que emitem radiação infravermelha,</p><p>essa radiação aquece a superfície exposta a uma temperatura de cerca de 180O C.</p><p> Estufa de ar quente: constitui-se no uso de estufas elétricas. É o método mais</p><p>utilizado dentre os de esterilização por calor seco.</p><p>não confundir com vapor na forma seca (presença de água mas não a molécula liquida)</p><p>apenas aumenta a temperatura</p><p>ou colocar direto no fogo</p><p> Comparação entre a velocidade de aquecimento superficial por convecção e por</p><p>aquecimento por infravermelho em estufa de esterilização:</p><p>• A radiação infravermelha é transmitida rapidamente para a superfície do material sendo usada</p><p>primariamente para o aquecimento de superfícies como por exemplo na esterilização de seringas</p><p>hipodérmicas e material cirúrgico.</p><p>• São empregadas lâmpadas emissoras capazes de provocar um aquecimento da ordem de 180°C.</p><p>• O uso do calor seco, por não ser penetrante como o calor úmido, requer o uso de</p><p>temperaturas muito elevadas e tempo de exposição muito prolongado.</p><p>• Por isso este método de esterilização só deve ser utilizado quando o contato com</p><p>vapor é inadequado.</p><p>• O uso de temperaturas muito elevadas pode interferir na estabilidade de alguns</p><p>materiais, como por exemplo, o aço quando submetido a temperaturas muito</p><p>elevadas perde a têmpera; para outros materiais como borracha e tecidos além da</p><p>temperatura empregada ser altamente destrutiva, o poder de penetração do calor</p><p>seco é baixo, sendo assim a esterilização por este método inadequada.</p><p>• Vidrarias são materiais indicados para serem esterilizados por este método.</p><p>não tão penetrante quando o úmido</p><p>• Equipamentos:</p><p>• O processo de esterilização por calor seco pode ser realizado por meio de</p><p>estufas de ar quente ou fornos de Pasteur.</p><p>como se fosse forno elétrico</p><p>Mecanismo de ação da esterilização: Este processo causa a destruição dos</p><p>microrganismos fundamentalmente por um processo de oxidação, ocorrendo</p><p>uma desidratação progressiva do núcleo das células.</p><p>Tabela de tempo aproximado de esterilização por calor seco em estufas</p><p>Temperatura (o C) Tempo de Exposição *</p><p>180 30 minutos</p><p>170 1 hora</p><p>160 2 horas</p><p>150 2 horas e 30 minutos</p><p>140 3 horas</p><p>121 6 horas</p><p>processo exponencial a temp e tempo não é proporcional</p><p>• Esterilização por radiação ionizante:</p><p> As radiações são denominadas de ionizantes quando produzem íons, radicais e</p><p>elétrons livres na matéria que sofreu a interação. A ionização se deve ao fato das</p><p>radiações possuírem energia alta, o suficiente para quebrar as ligações químicas ou</p><p>expulsar elétrons dos átomos após colisões:</p><p> Para fins de esterilização industrial as fontes de raios beta e gama são as mais</p><p>utilizadas.</p><p> Radiação Beta: Este tipo de radiação é conseguida através da desintegração natural</p><p>de elementos como o Iodo 131 ou Cobalto 60, ou ainda artificialmente por meio de</p><p>máquinas aceleradoras de elétrons.</p><p> Radiação Gama: É produzida pela desintegração de certos elementos radioativos, o</p><p>mais utilizado é o Cobalto 60. Os raios gama possuem grande penetração nos</p><p>materiais.</p><p>mais energéticas (raio-x), quebra ligações ou expulsa elétrons</p><p>produzem íons, são capazes de ionizar um átomo, elétron recebe energia e ele saí fora de seu orbital, formando um íon instáve</p><p>raios gama mais utilizado, maior penetração</p><p>Equipamentos:</p><p>são altamente cancerígenas</p><p>pode esterilizar já com o produto embalado</p><p>• Mecanismo de ação da esterilização</p><p> A ação antimicrobiana da radiação ionizante se dá através de alteração da composição</p><p>molecular das células, modificando seu DNA. As células sofrem perda ou adição de</p><p>cargas elétricas.</p><p>1. Estágio físico inicial. Dura somente uma fração de segundo (10-16 s), em que a energia é</p><p>depositada</p><p>na célula e causa ionização. Na água o processo pode ser descrito como:</p><p>H2O + radiação  H2O+ + e</p><p>2. Estágio físico-químico. Dura cerca de 10-16 segundos, em que os íons interagem com</p><p>outras moléculas de água resultando em novos produtos. O íon positivo se dissocia:</p><p>H2O+</p><p> H+ + OH</p><p>e o íon negativo, que é o elétron, ataca uma molécula neutra de água, dissociando-a:</p><p>H2O + e-</p><p> H2O-</p><p>H2O-</p><p> H + OH-</p><p>Os produtos destas reações são H+, OH-, H, OH e H2O2.</p><p>3. Estágio químico. Dura uns poucos segundos, em que os produtos da reação interagem</p><p>com as moléculas orgânicas mais importantes da célula. Os radicais livres (H, OH) e os</p><p>agentes oxidantes (H2O2) podem atacar as moléculas compostas que formam o</p><p>cromossomo.</p><p>por radiação ionizante</p><p>assim sofrem a ionização, perda de cargas elétricas</p><p>INDIRETA --> água</p><p>Altamente reativas</p><p>• Respostas do DNA às radiações</p><p> Os efeitos das radiações ionizantes no DNA dependem de fatores como tipo de</p><p>radiação, pH do meio, temperatura, teor de oxigênio, presença de aceptores de</p><p>radicais livre, características do próprio DNA e a possibilidade de reparação dos</p><p>produtos induzidos pela radiação. Entre os efeitos estão:</p><p> alterações estruturais das bases</p><p>nitrogenadas e das desoxirriboses</p><p> eliminação de bases</p><p> rompimento de pontes de hidrogênio</p><p>entre duas hélices</p><p> ruptura de cadeias</p><p> ligações cruzadas entre moléculas</p><p>de DNA e proteínas.</p><p>romper cadeias, ligar moléculas cruzadas</p><p>rompe pontes de H</p><p>as radiações tem capacidade de fazer isso diretamente, onde a radiação interage direto com o DNA</p><p>forma radicais livres que vão reagir</p><p>• Vantagens</p><p> Possui alto poder de penetração (atravessa embalagens de papelão, papel ou</p><p>plástico)</p><p> O material que se esteriliza não sofre danos físicos ou outros que podem</p><p>ocorrer nos demais processos.</p><p> Não há emissões tóxicas e não gera resíduos nocivos</p><p>• Cinética da Esterilização.</p><p>• A morte de microrganismos pelo calor é de ordem logarítmica, ou seja, se as</p><p>condições térmicas são constantes, a mesma porcentagem de microrganismos</p><p>morrerá num determinado intervalo de tempo (não importando o número de</p><p>microrganismos sobreviventes).</p><p>• A cinética da esterilização pode ser descrita como uma reação química de</p><p>primeira ordem:</p><p>kN</p><p>dt</p><p>dN</p><p></p><p>• dN/dt = velocidade de morte dos microrganismos na unidade de tempo</p><p>• k = fator de proporcionalidade</p><p>• N = número de microrganismos vivos</p><p>sempre mata a mesma taxa</p><p>Integrando-se</p><p> </p><p>t</p><p>t</p><p>N</p><p>N</p><p>dtk</p><p>N</p><p>dN</p><p>00</p><p>)()ln(ln 00 ttkNN </p><p>Fazendo t0 = 0</p><p>kt</p><p>N</p><p>N</p><p>0ln</p><p>N</p><p>N</p><p>k</p><p>t 0ln</p><p>1</p><p></p><p>Como ln x = 2,3 log x</p><p>N</p><p>N</p><p>k</p><p>t 0log</p><p>3,2</p><p></p><p></p><p>Por exemplo, tempo para destruir 90% de microrganismos:</p><p>100 </p><p>N</p><p>N</p><p>)10log(</p><p>3,2</p><p>%90</p><p>k</p><p>t </p><p>k</p><p>t</p><p>3,2</p><p>%90 </p><p>Chamando t90% = D</p><p>k</p><p>D</p><p>3,2</p><p></p><p>N</p><p>N</p><p>k</p><p>t 0log</p><p>3,2</p><p></p><p>N</p><p>N</p><p>Dt 0log</p><p>NN</p><p>t</p><p>D</p><p>loglog 0 </p><p>ou</p><p>90% pois facilita por dar sempre 10</p><p>k é fator de proporcionalidade</p><p>• Determinação Gráfica dos parâmetros D e Z.</p><p>• D – Tempo de redução decimal: Tempo necessário, em minutos, para que</p><p>ocorra a redução de 90% da população microbiana, a uma dada temperatura.</p><p>NN</p><p>t</p><p>D</p><p>loglog 0 </p><p> Onde: t  tempo em minutos</p><p>N0 e N  são as populações iniciais e</p><p>finais respectivamente</p><p>tempo necessário em min para que ocorra redução de 90% da população micro em determinada temp</p><p>120.000</p><p>100.000</p><p>80.000</p><p>60.000</p><p>40.000</p><p>20.000Po</p><p>p</p><p>u</p><p>la</p><p>çã</p><p>o</p><p>M</p><p>ic</p><p>ro</p><p>b</p><p>ia</p><p>n</p><p>a</p><p>Tempo (min)</p><p>0 2 4 6 8 10 12 14</p><p>Po</p><p>p</p><p>u</p><p>la</p><p>çã</p><p>o</p><p>M</p><p>ic</p><p>ro</p><p>b</p><p>ia</p><p>n</p><p>a</p><p>Tempo (min)</p><p>0 2 4 6 8 10 12 14</p><p>100.000</p><p>10.000</p><p>1.000</p><p>100</p><p>10</p><p>1</p><p>0.1</p><p>D</p><p>fazer log pelo tempo</p><p>ou fazer escala logarítmica</p><p>um ciclo</p><p>Po</p><p>p</p><p>u</p><p>la</p><p>çã</p><p>o</p><p>M</p><p>ic</p><p>ro</p><p>b</p><p>ia</p><p>n</p><p>a</p><p>Tempo (min)</p><p>0 2 4 6 8 10 12 14</p><p>100.000</p><p>10.000</p><p>1.000</p><p>100</p><p>10</p><p>1</p><p>0.1</p><p>120°</p><p>122°</p><p>126°128°130°</p><p>• Curvas de D para várias temperaturas</p><p>D120°</p><p>D128°</p><p>1D redução de 90%</p><p>2D redução de 99%</p><p>3D redução de 99,9%</p><p>4D redução de 99,99%</p><p>Esterilização comercial de alimentos usa entre 5D e 8D</p><p>12D para garantir a inativação da Clortridium Botulinum (usada para</p><p>alimentos enlatados)</p><p>D eliminação número de número de</p><p>organismos eliminados organismos que sobram</p><p>0 0 0 1.000.000</p><p>1 90% 900.000 100.000</p><p>2 99% 990.000 10.000</p><p>3 99,9% 999.000 1.000</p><p>4 99,99% 999.900 100</p><p>5 99,999% 999.990 10</p><p>6 99,9999% 999.999 1</p><p>7 100% 1.000.000 0</p><p>• Z – constante de resistência térmica: Aumento da temperatura necessário</p><p>para reduzir em 90% o valor de D (está relacionado com a resistência</p><p>térmica dos esporos bacterianos)</p><p>21</p><p>loglog</p><p>12</p><p>TT DD</p><p>TT</p><p>Z</p><p></p><p></p><p></p><p>conforme aumenta temp</p><p>diminui temp</p><p>• Representação gráfica de Z</p><p>D</p><p>(</p><p>m</p><p>in</p><p>)</p><p>Temperatura (oC)</p><p>90 100 110 120</p><p>300</p><p>30</p><p>3</p><p>0,3</p><p>Z</p><p>(110-100=10)</p><p>• Exemplo: Um certo alimento tem uma população inicial de bactérias estimada em</p><p>3,5 x 106 bac/g. O valor de D para esta bactéria à 100°C é 12 min e o valor de Z =</p><p>5°C. Quanto tempo teremos que esterilizar este alimento a 100°C para obtermos</p><p>uma morte microbiana de 99,999%? Quantos bactérias resistiriam ao processo?</p><p>D100°C = 12 min</p><p>99,999%  5D</p><p>• Quanto tempo seria necessário para obter a mesma letalidade usando uma</p><p>temperatura de 110°C ?</p><p>• 100°C  110°C = 10°C  2Z</p><p>• Lembrando que Z muda D em 1 ciclo de log</p><p>• 2Z  D 100 x menor  D110°C = 0,12 min</p><p>• 99,999%  5D 5 x 0,12 min = 0,6 min</p><p>5 x 12 min = 60 min</p><p>3,5 x 106 / 105 = 35 bac/g</p><p>• Penetração de Calor</p><p>• Estado, condições e tipos de alimentos</p><p>• Disposição dos envases</p><p>• Tamanho, forma e capacidade do material da embalagem</p><p> Nos alimentos líquidos a penetração de calor no interior da embalagem</p><p>é feita mais rapidamente por convecção</p><p> Já nos sólidos o calor se desloca por condução, processo mais vagaroso</p><p>Determinação do ponto frio</p><p>Ponto frio: Região onde o aquecimento é mais lento e que se encontra</p><p>no centro geométrico do eixo vertical da embalagem (quando</p><p>o calor se propaga por condução) e no fundo da embalagem,</p><p>no eixo vertical (quando o calor se propaga por convecção)</p><p>Utilização de modelamento matemático de</p><p>transferência de calor na avaliação de</p><p>processos de esterilização de</p><p>Carne bovina em conserva</p><p>Revista Brasileira de Produtos</p><p>Agroindustriais, Cam</p><p>pina Grande, v.12, n.2, p.179-187, 2010</p><p>• Destruição térmica Bactéria X vitamina</p><p>Te</p><p>m</p><p>p</p><p>o</p><p>d</p><p>e</p><p>aq</p><p>u</p><p>ec</p><p>im</p><p>e</p><p>n</p><p>to</p><p>(</p><p>m</p><p>in</p><p>)</p><p>Temperatura (oC)</p><p>90 100 110 120</p><p>300</p><p>30</p><p>3</p><p>0,3</p><p>Bactéria (Z=10)</p><p>Vitamina (Z=25)</p><p>Destruídos</p><p>Não-Destruídos</p><p>HTST</p><p>HTST – High temperature sterilization</p><p>• Pasteurização</p><p>Método Temperatura Tempo</p><p>Lenta</p><p>ou</p><p>Americana</p><p>63 - 65 C 30 minutos</p><p>Placas</p><p>ou</p><p>HTST</p><p>73 C 15 segundos</p><p>UHT 140 C 5 segundos</p><p>Características principais dos métodos de pasteurização</p><p>Desenho esquemático do tanque usado na pasteurização lenta</p><p>• Pasteurização HT e UHT</p><p>Desenho esquemático expandido mostrando a configuração das placas</p><p>e a direção do fluxo Produto / Agente aquecedor</p>