医疗产品环氧乙烷(EO)灭菌原理、应用、检测及控制事项

1. 环氧乙烷灭菌的原理及应用

1.1 环氧乙烷（EO）的灭菌原理

环氧乙烷可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、芽胞、病毒和真菌孢子，是一种广谱灭菌剂。一般认为是由于它能与微生物的蛋白质、DNA和RNA发生非特异性烷基化作用（non2specificalkylation）。

水溶液中的EO能与蛋白质上的游离羧基（COOH基(2NH2），硫氢基（2SH）和羟基（2OH）发生烷基化作用，取代不稳定的氢原子而形成带有羟乙根（CH2CH2OH）的化合物，蛋白质上的基团被烷基化，使蛋白质失去了在基本代谢中需要的反应基，阻碍了细菌蛋白质正常的化学反应和新陈代谢，从而导致微生物死亡。

到目前为止，所有资料显示EO杀菌作用是不可逆的，也就是说EO是杀菌剂（sterileagent）而不是消毒剂（disinfectant），而且根据各种临床、科研结果显示EO是所有化学消毒剂或灭菌剂中灭菌效果好的一种化学灭菌剂。

环氧乙烷能抑制一些微生物酶的活性，包括磷酸致活酶、肽酶、胆碱化酶和胆碱脂酶。环氧乙烷也和DNA、RNA发生烷基化作用而导致微生物的灭活。

1.2 EO灭菌的优缺点及临床适用范围

1.2.1 EO灭菌的优点

①可用于不耐高温、不耐湿物品的灭菌。

②环氧乙烷被认为是一种灭菌效果好的化学灭菌剂，可杀灭所有微生物包括细菌芽胞。

③穿透性强，可用以各种难通透部位的灭菌如有些较细、较长的导管用其他低温灭菌方法很难达到灭菌效果，而只能用EO或辐照。

④对物品损坏小，由于EO杀灭微生物是利用烷基化原理而非氧化过程，因此对物品损坏非常小，对不耐热精密仪器灭菌有着非常广泛的用途。

⑤灭菌时，可以用各种包裹材料包裹，便于储存、运输，打开包裹即可使用避免了交叉污染的危险。

⑥有标准的化学、生物监测手段，从而可以有效地控制灭菌质量，及时发现灭菌失败的包裹。

⑦有响应的国标和行业标准及数十年的使用经验，方案成熟。

1.2.2 EO灭菌的缺点

①整个灭菌循环时间较长，其原因是需较长时间通风解析以去除EO残留；

②EO有毒，是可疑的致癌物，必须控制室内空气中EO的浓度低于国家规定的标准；

③EO易燃易爆，储存和灭菌时不能泄露，必须选择安全的灭菌器，进行安全操作和储存。

1.2.3 EO灭菌的应用范围

EO在医疗器械和医疗品上有着广泛的用途，常用于EO灭菌的

（1）医疗品有一次性使用医用防护口罩， 一次性使用无菌注射器，一次性使用血路产品，一次性使用血浆分离杯， 一次性使用去白细胞滤器，一次性使用血浆袋， 一次性使用采血器， 一次性使用无菌导尿管， 一次性使用血液容器，一次性使用防护服 ，软组织扩张器 ，医用外科口罩，医用脱脂棉， 植入式给药装置， 医用输液器， 医用输血器等。

（2）设备仪器包括：

①硬式和软式内镜：关节镜、气管镜、膀胱镜、胃镜、肠镜、纵隔镜、眼底镜、耳镜、咽镜、直肠镜、前列腺切除器、胸腔镜、尿道镜。

②医疗设备：麻醉设备、人工肾、透热设备、电线、表头、心肺机、呼吸、治疗设备、血透。

③仪器：电钻、电烧器、电刀笔、牙钻、显微手术器械、神经刺激器、压力计、外科手术器械、骨钻、针头、人工关节。

④橡胶制品：输液器、导管、扩张器、引流管、气管内插管、外科手套、被单。⑤塑料制品：气道插管、扩引器、气管内插管手套、起搏器、心瓣膜、喷雾器、培养皿、注射器。

⑥其他书、玩具、线形探条、探条、温度计、缝线。

因此环氧乙烷过去、今后和将来仍将是一种主要的低温灭菌方法。

2. 环氧乙烷的监测

2.1 生物指示剂监测环氧乙烷灭菌效果

2.1.1 生物指示剂监测

环氧乙烷灭菌效果监测方法是伴随着灭菌方法的产生和发展而出现的保证措施，它能够把灭菌效果客观地呈现在我们的视觉面前。美国药典第17 版首先记载了用细菌芽胞作为环氧乙烷和热力灭菌的生物监测指标，并出现了生物指示剂（ biological indicator）这一学术专用名词。美国药典第21 版全面规范了多种灭菌因子的生物指示剂，其中就包括了用于环氧乙烷灭菌效果监测的枯草杆菌黑色变种芽胞ATCC9372 株，我国原卫生部2017年版《消毒技术规范》中也作了明确规定。

2.1.2 生物指示剂规定标准

生物指示剂是用活的细菌芽胞制成，其抗力具有代表性，均大于或等于各种致病微生物。用生物指示剂来证明灭菌物品内微生物是否全部死亡，因而是判断灭菌是否合格的直接指标。美国医疗器械使用促进会（AAMI）和我国《消毒技术规范》中关于环氧乙烷灭菌生物指示剂规定标准如下：在环氧乙烷浓度（600 ±30）mg/ L ，灭菌温度（54 ±2） ℃，相对湿度（RH）60 % ±10 % ，染菌量（CFU/ 片）均为5 ×105～5 ×106 条件下，采用枯草杆菌黑色变种芽胞ATCC9372 生物指示剂，其存活时间≥7.8 min ，杀灭时间≤58 min ，D 值为2.6～5.8 min 2 。

2.1.3 监测方法

将生物指示剂（目前已经有生产厂家生产自含式生物指示剂）放于灭菌器日常物品中央，一个灭菌周期过后，将生物指示剂取出，进行培养。由于生物指示剂是用活的微生物制成，培养时应设阴性、阳性对照。培养结果若为无菌生长，说明灭菌成功。

2.2 化学指示剂及物理监测环氧乙烷灭菌效果

化学指示剂监测：日常监测可用化学指示剂。它具有使用方便，能及时判定灭菌合格与否等优点，故已成为医疗品及医院进行灭菌质量控制主要的手段之一。监测时将化学指示卡放在灭菌物品中央，指示胶带贴封于包外，根据了解到的灭菌过程中环氧乙烷穿透和分布情况，以及环氧乙烷与镁盐作用生成碱性的氢氧化镁使指示剂变色情况，来推断环氧乙烷接触物品的剂量是否已达到灭菌要求。

3. 环氧乙烷的控制参数

EO灭菌过程关键参数的控制是达到灭菌质量的保证，其灭菌的关键参数为EO的浓度、灭菌时腔体内的湿度、温度和时间。这些关键因素直接影响灭菌的效果；每个关键因素在程度上可有所不同，但相互之间必须达到平衡。

3.1 时间

气体灭菌不是一个快速过程，灭菌时间必须足够杀灭微生物，其时间长短受以下因素影响：

①灭菌物品的洁净程度；

②微生物的湿润和含水量；

③所用包装材料的种类和密度；

④包裹的大小和灭菌负荷的装载情况；

⑤EO的浓度；

⑥灭菌时温度；

⑦EO气体类型等。

灭菌包内所载物品因其制造材质和包装材料不同，灭菌时间有所不同，灭菌时间必须确保负荷内最难灭菌之物品达到灭菌效果。在同样条件下，装载方式和装载量不同也会影响灭菌的时间。灭菌器温度及EO浓度也会影响灭菌循环时间；温度或EO浓度越高，所需灭菌时间越短；温度低，则需较长的灭菌时间或较高的EO浓度灭菌时间同时也受锅内压力及EO气体循环方式的影响；有效的EO气体循环，可以协助锅内负荷均匀的润湿及加热EO气体类型不同，灭菌时间也不同，100%纯EO气体比EO混合气体灭菌时间要短。一般使用的灭菌器灭菌时间为1～8h不等，一般来说纯EO灭菌比EO混合气体灭菌时间要短，其时间的长短须根据灭菌器生产商的产品说明书。

3.2 温度

EO灭菌时，温度会影响微生物杀灭的速率，据测算，温度每升高10℃，芽胞杀灭率提高1倍，温度可增加EO的穿透力。

经过优化，使用的灭菌柜（器），一般设置的温度在50～60℃之间，少量不能耐受此温度物品，可选择35～38℃之间但此时必须提高EO的浓度或延长灭菌时间。

在灭菌阶段温度下降可能会导致灭菌失败；按照AAMI要求，灭菌器温度误差<±5℃；一般灭菌器的温度通常已预先设置好，常设置两至三个温度（如37℃、55℃及60℃）供不同需要选择。

3.3 EO的浓度

EO的浓度通常以mg/L表示，医疗品灭菌柜（器）常用的浓度为450～800mg/L，在一定的温度和相对湿度水平下，EO浓度升高（从50～500mg/L），微生物杀灭率也显著增加，灭菌时间也随着EO浓度达到其最高点而相应缩短。但EO浓度>500mg/L，并没有显著提高微生物的灭活率，甚至反面降低其杀灭率。实际灭菌时，因考虑EO的损失包括EO的水解、吸附等，选择的浓度应比相对浓度最高点要高。

4. EO灭菌包装材料要求

用于EO灭菌的包装材料至少需具备以下特点：必须允许EO灭菌剂的进入；能耐受一定的湿度；能较容易地去除EO残留。

5. EO安全防护原则

EO是一种易燃易爆化学品，当空气中浓度>3%时会发生爆炸，操作时务必遵守下列安全原则：

①保证灭菌器及气瓶（或气罐）远离火种如火柴﹑点燃的烟头、火花和静电。

②EO气瓶或气罐应严格按照国家制定的有关易燃易爆物品贮存要求进行处理。

③EO灭菌环境中空气中的浓度要检测。

④应对工作人员进行专业知识和紧急事故处理的培训。

⑤按照生产厂商要求定期对EO灭菌设备进行清洁、维修和调试。

⑥EO在贮存瓶、输送管道、灭菌柜中有聚合倾向，应经常清洗管道、灭菌器和贮存瓶。

6. 环氧乙烷残留检测

环氧乙烷(EO)是一种广谱低温灭菌剂，可在常温下杀灭各种微生物，包括芽孢、结核杆菌、细菌、病毒、真菌等。同时环氧乙烷穿透性很强，可以穿透微孔达到产品内部相应的深度，从而大大提高灭菌效果，目前大多数无菌医疗器械及一次性医疗用品生产企业普遍采用环氧乙烷灭菌柜（器）进行（半周期至一周期），然而在杀灭微生物的同时，残留在医疗器械中的环氧乙烷会对使用者的身体产生一定程度的伤害。经动物实验表明，环氧乙烷不仅具有急性毒性，还具有致过敏性、致突变和致癌作用。因此，经过环氧乙烷灭菌后要通过一定时间的无菌自然通风或强制通风（解析室）解析（一般7～15天，这也是近期新冠病毒肺炎防控中为什么口罩生产0.5秒/只，却不能即时投放市场造成短缺的原因），厂家需要检测环氧乙烷残留量并依据相关产品标准判断是否产品放行。

7. 本文总结

环氧乙烷是广谱、高效的气体杀菌消毒剂，对消毒物品的穿透力强，可达到物品深部，可以杀灭病原微生物，包括细菌繁殖体、芽孢、病毒和真菌，其在医学上的广泛应用大大推动了现代医学的进步和发展。但由于环氧乙烷本身具有危害性，从事灭菌的工作人员应该在熟悉其性质的基础上严格规范操作，以保证自己和他人的安全。