control de calidad de sondas y cateteres
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Resumen—Las normas vigentes de control de calidad de materiales y dispositivos biomédicos incluyen ensayos fisico-mecánicos, químicos y biológicos pero no contemplan la evaluación de ciertos parámetros de control claves para la aplicación específica y la estimación confiable de la performance "in vivo" de los mismos. Los métodos de reprocesamiento de dispositivos que han perdido su condición de estéril o que admiten un reuso limitado, disponibles generalmente en centros de salud, consisten en tratamientos con vapor (121ºC-1,2 atm) u óxido de etileno (EtO) a 45-55ºC. Las sondas vesicales NelatonTM selecionadas para este trabajo, fueron re-esterilizadas Nr veces por las técnicas antes mencionadas (tratamientos de muestras por quintuplicado), observándose en ellas cambios estructurales y superficiales y de efectos opuestos en función del método de esterilización aplicado. Los requerimientos de "Flexibilidad de la tubuladura" imponen una cota máxima de cinco tratamientos con EtO para posibilitar la operación de inserción de la sonda y disminuir el riesgo de estrangulamiento de la misma y de dos reprocesos con vapor por el incremento inaceptable de la rigidez, resultado de las reacciones adicionales de entrecruzamiento de las cadenas poliméricas a ese nivel térmico. Cambios registrados en topografía e hidrofilicidad superficial reafirman la necesidad de incluir en las normas otros parámetros de control.
Palabras clave —esterilización, dispositivos biomédicos,
reprocesamiento, degradación de polímeros., control de calidad.
I. INTRODUCCIÓN
Los controles de calidad para sondas de drenaje vesical consideran regularmente aspectos fisico-mecánicos, químicos y biológicos existiendo para ello normas generales aplicables a la evaluación de los diferentes plásticos de uso médico y procedimientos de validación y control de las diversas operaciones de esterilización[1].
Las normas de aplicación a los dispositivos bajo estudio incluyen: IRAM 9024/93 Sondas estériles plásticas, IRAM 9025-1/2/3 materiales plásticos de uso medicinal , IRAM 9026 materiales plásticos de uso medicinal: ensayos fisico-mecánicos, IRAM 37008 Esterilización de Dispositivos biomédicos por óxido de etileno, ASTM F623-99 catéteres Foley de balón y Disposición 4306/99 del ANMAT “Requisitos esenciales de seguridad y eficacia de los productos médicos”.
La Resolución 255/94 del Ministerio de Salud y Acción Social que regula el reproceso de dispositivos biomédicos indica, en su artículo 1º, el listado de dispositivos que
podrán ser utilizados un número limitado de veces, aún cuando sus fabricantes los recomiendan para un solo uso y cuyos rótulos los definen como atóxicos, estériles y libres de piretógenos.
En el artículo 2º de esta norma se establece que la utilización de los productos comprendidos en el punto 1 b) del artículo 1º queda limitado como máximo a tres veces y que el reprocesamiento de los productos comprendidos en el punto 1a) y 1b) del artículo 1º solo podrá realizarse cuando pueda garantizarse iguales condiciones de funcionalidad y esterilidad que las del producto original.
Los métodos de reprocesamiento de dispositivos, disponibles comunmente en los centros de salud de Latinoamerica, consisten en tratamientos de 15 min con vapor a 121ºC y presión de 1,2 atm u óxido de etileno durante 4 horas a una concentración de 450 mg/l y temperatura de 45 ó 55ºC .
El sistema de esterilización debiera selecionarse en base a la calidad de los biomateriales que componen cada dispositivo para evitar cambios significativos en las propiedades originales luego de sucesivos tratamientos a los efectos de garantizar la bioestabilidad y biocompatibilidad de los mismos.
Este trabajo consiste en el estudio comparativo de la degradación de sondas vesicales comerciales NelatonTM re-esterilizadas Nr veces por las técnicas de óxido de etileno (EtO) y vapor.
Estos dispositivos deben ser atóxicos, estériles y flexibles. El comportamiento mecánico del material debe asegurar la facilidad de la inserción de la sonda en el conducto de la uretra y la conservación de la dimensión del lúmen durante el drenaje.
Además, se requiere que la superficie externa posea un bajo coeficiente de fricción en contacto con la mucosa de la uretra durante la etapa de inserción o extracción del dispositivo.
Para lograr una mejor lubricidad superficial se suele modificar la energía libre superficial del material mediante el recubrimiento exterior de los dispositivos con formulaciones poliméricas de mayor hidrofilicidad que el material base de la estructura de la sonda [2]-[5].
Estos recubrimientos cumplen muchas veces una función adicional de barrera evitando que agentes tóxicos presentes en la formulaciones polimérica de la tubuladura afecten el tejido de la uretra (Ej.catéteres urinarios de latex recubiertos con un film de silicona o teflon) [6],[7].
El control de la calidad topográfica de la sonda es importante para evitar daños de la mucosa uretral por abrasión. Los recubrimientos poliméricos es otro de los métodos que se aplican para el logro de superficies más
Control de calidad de sondas y catéteres de drenaje vesical sometidos a reproceso
Teresita R. Cuadrado, Dolly L. Granados INTEMA, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Mar del Plata-CONICET,
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lisas siendo la rugosidad un parámetro significativo que puede promover y/o alterar mecanismos de adhesión proteica y la colonización bacteriana de estos dispositivos.
II. MATERIALES Y MÉTODOS
Para la realización de este trabajo se seleccionó una marca comercial de sonda uretral NelatonTM compuesta por una tubuladura flexible de latex recubierta exteriormente con un film de polidimetilsiloxano, de 45 cm de longitud y espesor de pared 1,5 mm, de punta cerrada con dos orificios alternados atraumáticos y el extremo opuesto unido a un conector tipo embudo.
Se caracterizó la formulación de la sonda mediante FTIR, espectrómretro Genesis II y técnica HATR (Reflectancia horizontal total atenuada, cristal standard ZnSe, 45º de ángulo de incidencia), barriendo el rango de longitudes de onda de 650 a 4000 cm-1.
Se analizaron los cambios estructurales que experimentaron los dispositivos reprocesados, llevando a cabo el tratamiento de muestras por quintuplicado, mediante las siguientes técnicas: a)Calorimetría diferencial dinámica (DSC), equipo Shimadzu TA50, determinando calor residual de reacción y temperatura de transición vítrea(Tg) y b)Ensayos de tracción uniaxial, Máquina Instron 1122, a temperatua de 25 ºC, utilizando probetas rectangulares (50x6x1,5mm), obtenidas de la pared de la tubuladura (2 probetas/sonda) registrando cuatro ciclos de carga a 50 mm/min y descarga luego de alcanzar deformaciones del orden del 170 %. Los valores promedio de las áreas de ciclo de histéresis y de la deformación residual (Dr=(L-Lo)/Lo) leída a carga cero luego de la relajación natural del material permite analizar alteraciones estructurales de los materiales reprocesados.
A los efectos de registrar posibles alteraciones de la calidad superficial se evaluó la hidrofilicidad de la pared de la tubuladura mediante la medición de ángulos de contacto ?, método estático, a 25 ºC y 65% de Humedad relativa, usando un equipo Industrial Monochrome CV-M50, CCD Camera JAI. Zoom 700 Nano zoom, 18-108 mm F/2,5 de Navitar.
La medida de ángulo de contacto se considera como una medida inversa de la mojabilidad de una gota de agua sobre la superficie. Las muestras a ensayar fueron lavadas con agua bidestilada, secadas con papel de filtro y aire comprimido filtrado. La imagen de la gota obtenida a través de la cámara fue visualizada en la pantalla y se calcularon los ángulos de contacto a partir de los archivos de las imágenes correspondientes obtenidos luego de 5 minutos de contacto de la superficie de la sonda con una gota de agua bidestilada y deionizada suministrada con una micropipeta (volumen de gota= 5 µl).
Mediante Microscopía electrónica de barrido, SEM, equipo Jeol-JSM-35CF, recubrimiento de las muestras con oro (300 Angstrom) usando un plasma de Argon en un aparato Pelco 91000, se obtuvieron imágnes de la topografía de ambas caras de las sondas.
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Mediante FTIR-ATR se identificaron los materiales constitutivos de la sonda: estructura de Poli(isobutileno-
isopreno) y recubrimiento de la cara exterior con polidimetilsiloxano.
El material de la sonda presenta reactividad residual del orden de 10,8 J/g, como resultado de reacciones de entrecruzamiento de las cadenas poliméricas a través de las insaturaciones remanentes del copolímero (aportadas por el comonómero isopreno) como se observa en Fig.1.
100 150 200 250
-1,2
-0,8
-0,4DSC, 10ºC/min
Calor de Reacción= 10,8 J/g
Sonda Nueva
Tpico=195 ºC
Flu
jo d
e ca
lor,
mW
Temperatura (ºC)
Fig. 1: Determinación de calor residual del material
constitutivo de sondas Nelaton TMnuevas , mediante DSC.
Luego de cinco reprocesos se observa en Figura 2 una disminución en el valor de calor residual registrando un descenso del 24% para las muestras tratadas con vapor y del 11,4 % para las sometidas a EtO.
0 5 107
8
9
10
11
Método deEsterilización - 24 %
- 11,4 %
Vapor EtO
Cal
or
Res
idu
al (J
/g)
Nº de reprocesos (Nr)
Fig. 2: Calores residuales de sondas NelatonTM nuevas y
reprocesadas 5 veces , determinados mediante DSC. Estos cambios estructurales generan modificaciones
en los valores de temperaturas de transición vítrea, Tg, como indican las curvas de DSC de la Fig. 3. Ambos tratamientos dan cuenta del aumento de Tg debido a la vulcanización adicional experimentada por el material al ser sometido a los diferentes niveles térmicos impuestos por los métodos de reproceso.
-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30
0
2000
4000
6000
8000
10000TM
10 ºC/minDSCSondas Nelaton
Tg=-73ºC (Nueva)Tg=-71ºC (EtO)
Tg=-69ºC (Vapor)
T final = -65ºCT final=-64ºC
T final=-61ºC
Fluj
o de
cal
or
End
otér
mic
o
Temperatura (°C)
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Fig. 3: Determinación de Tg de sondas nuevas y reprocesadas (Nr=5) por dos técnicas diferentes (EtO y vapor), mediante DSC.
La Figura 4 muestra las curvas resultantes de los ensayos de tracción uniaxial, para el caso particular de muestras reprocesadas 5 veces con vapor, donde se llevan a cabo cuatro ciclos de carga y descarga hasta alcanzar deformaciones máximas del 170%.
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0
0,0
0,2
0,4
0,6 Sonda vesical5 Reprocesos (Vapor)
Tm4=0,31Tm3=0,32Tm2=0,35
Tm1=0,51
Dr 1er ciclo=0,25
Tens
ión
(Kg/
mm
2)
(L-Lo)/Lo
Fig. 4: Ensayos de tracción uniaxial: Ciclos de histéresis. En este caso las reacciones de entrecruzamiento de
cadenas obliga a la aplicación de cargas mayores durante los ensayos de tracción para alcanzar deformaciones del orden de 170 %. a medida que aumenta Nr.
La tensión máxima, Tm, necesaria para alcanzar la deformación máxima fijada para los ensayos, D=1,7 es menor para las muestras tratadas con EtO en relación con el material de la sonda original. La Fig.5 presenta los resultados comparativos para Nr=5 en función del número de ciclo de carga.
1 2 3 40,2
0,3
0,4
0,5
Tm para deformación:(L-Lo)/Lo= 1,7
Sonda Nueva 5 reprocesos, EtO 5 reprocesos, Vapor
Tens
ión
Máx
ima,
Tm
Nº de ciclos carga-descarga
Fig. 5: Tensión máxima(Kg/mm2) para alcanzar deformación=170%.
El valor de deformación residual, Dr, al liberar la carga
alcanzó para la sonda nueva el valor de 0,21 mientras que se obtuvo 0,17 para Nr=5 con EtO y 0,25 en el caso de utilizar vapor.
En la Fig. 6 se observan los diferentes valores registrados. La energía de deformación del biomaterial acumulada durante el primer ciclo de carga y descarga (Area de ciclo de histéresis calculada a partir de la Fig.4, para Nr=5, se incrementa en un 17,8% cuando se aplica vapor mientras se registra una disminución del 6,12 %, al utilizar
EtO, alcanzándose en este úlimo caso el valor de 15,8% menos que el valor original para Nr=9.
1 2 3 40,10
0,15
0,20
0,25
0,30
Deformación impuesta:(L-Lo)/Lo= 1,7)Carga=0
Sonda Nueva Sonda 5 reprocesos, EtO Sonda 5 reprocesos, VaporD
efor
mac
ión
resi
dual
,(L-L
o)/L
o
Nº Ciclo (descarga)
Fig. 6: Deformación residual (Dr ) al liberar la carga
La Fig.7 indica la tendencia opuesta de los cambios
detectados en el área del primer ciclo, según el método de reproceso aplicado.
0 1 2
0,3
+ 17,8
- 6,12
5 Ciclos EtO
2 Ciclos EtO Sonda Nueva
5 Ciclos Vapor
2 Ciclos Vapor
Are
a de
Cic
lo
1er Ciclo Histéresis
Fig. 7: Area del 1º ciclo de histéresis, Nr= 2 y 5
La Fig. 8 muestra la evolución de los valores de energía
de deformación en función de Nr y el método de esterilización aplicado.
Mientras las sondas tratadas con vapor aumentan su rigidez debido a reacciones de entrecruzamiento que ocurren cuando el biomaterial es sometido a 121 ºC, las tratadas con EtO se vuelven más flexibles debido a reacciones de alquilación seguido de corte de cadenas por la acción del agente esterilizante, EtO, mostrando así una recuperación elástica mayor al liberar la carga.
0 2 4 6 8 10
0,24
0,28
0,32
0,36Sondas
Deformación impuesta: (L-Lo)/Lo=1,7
EtO Vapor
Are
a 1º
Cic
lo d
e H
isté
resi
s
Nº de reprocesos
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Fig. 8: Area del Primer ciclo de histéresis en función de Nr.
La Fig.9 muestra las imágenes SEM de ambas caras de la sonda donde se observa una menor rugosidad de la cara externa debido al recubrimiento de polidimetilsiloxano.
a)
b)
Fig. 7 : Imágenes SEM, a)cara interna, b) cara externa
Las imágenes SEM no permiten detectar cambios topográficos significativos con el aumento del número de reprocesamientos hasta Nr=5.
Las mediciones de ángulo de contacto indican variaciones de la hidrofobicidad superficial, donde los ángulos de contacto aumentan de 86,2 a 110 º como resultado de los sucesivos tratamientos, Fig.10- Sonda vesical nueva Sonda reprocesada
EtO, Nr= 5
T = 86 º T = 110 º
Fig. 10: Medición de ángulos de contacto. Los cambios estructurales observados pueden además
afectar los coeficientes de difusión del gas esterilizante en la matriz polimérica lo cual obligaría a ajustar los tiempos de tratamiento y aireación de los artículos reprocesados.
IV. CONCLUSIONES
El reproceso sucesivo (Nr veces) de sondas vesicales NelatonTM mediante la aplicación de dos técnicas diferentes de esterilización (vapor y EtO) genera cambios estructurales y superficiales particulares de la formulación del biomaterial constitutivo y en este caso de efectos opuestos en función del método aplicado.
La cota fijada en la normativa vigente, Resol. 255/94, para el número de reprocesamiento es “arbitraria” dado que la diversidad de formulaciones comerciales existentes obliga a un estudio previo cualitativo y cuantitativo particular del
deterioro asociado a cada biomaterial y protocolo de reproceso.
Los requerimientos de “Flesibilidad” de la sonda Nelaton TM analizada en este trabajo impone una cota de 5 tratamientos con EtO para no complicar la operación de inserción de la sonda y disminuir el riesgo de estrangulamiento de la misma y de dos reprocesos con vapor como máximo debido al incremento inceptable de la rigidez como resultado de las reacciones adicionales de entrecruzamiento de las cadenas poliméricas a ese nivel térmico.
El deterioro estructural y superficial que pueden experimentar diferentes formulaciones de los materiales constitutivos de las sondas y catéteres de drenaje [8]-[10] pone de manifiesto la necesidad de incorporar en las normas de control de calidad de los mismos, ensayos mecánicos adicionales así como técnicas para detectar cambios en la hidrofilicidad superficial y de parámetros topográficos tales como la rugosidad, los cuales están estrechamente vinculados a los eventos adversos de irritación y/o daño mecánico de la mucosa uretral en las etapas de colocación y retiro de la sonda así como también al incremento de colonización microbiana de catéteres destinados a uso prolongado.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece a la Agencia Nacional de Promoción Científca y Técnica (ANPCyT), y al CONICET por el apoyo brindado para la realización de este proyecto a través del aporte directo de fondos para llevar a cabo las actividades de investigación y la asignación de recursos humanos tanto becarios como profesionales pertenecientes a la Carrera de Investigador. Se agradece además a la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Mar del Plata y al CONICET por brindarnos el lugar de trabajo apropiado para la realización del trabajo dentro del Instituto de Investigación en Ciencia y Tecnología de Materiales,INTEMA.
REFERENCIAS
[1] www.fda.gov/cdrh/reuse,“Enforcement priorities for single use reprocessed by third parties and hospitals”, August 2000.
[2] Ikada Y., “Surface modification of polymers for medical applications”, Biomatrials, Vol. 15, Nº10, pp. 725-736 , 1994.
[3] Tomita N., Tamai S., Okajima E., Hirao Y., Ikeuchi K., Ikada Y., “Biomaterials lubricated for minimum frictional resistance", J. of Appl. Biomaterials, Vol. 5, pp. 175-181, 1994.
[4] Uyama Y.,Tadokoro H., Ykada Y. “Low-frictional catheter materials by photo-induced graft polimeization”, Vol.12, Nº1, pp. 71-79, 1991.
[5] Marmieri G., Petenatti M., Cassinelli C., Morra M., “Evaluation of slipperiness of catheter surfaces”, J. Of Biomed.Mater. Res., Section Appl.Biomaterilas, Vol.33, pp. 29-33, 1996.
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[7] Nacey J.N., Delahunt B., “Toxicity study of first and second generation hidrogel.coated latex urinary catheters”, Brit ish Journal of Urology, Vol 67, pp. 314-316, 1991.
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[10] Unverdorben. M., Quaden R., Werner C., Bloss P., Degenhardt R, Ackermann H., Vallbracht C., “Change of the mechanical porperties of two different balloon catheters with increasing number of resterilization cycles”, Catheter Cardiovasc.Interv., Vol. 58, pp.29-33, 2003.