Tiệt khuẩn là gì? Các nghiên cứu khoa học về Tiệt khuẩn

Tiệt khuẩn (sterilization) là quá trình vật lý hoặc hóa học tác động nhằm tiêu diệt hoặc loại bỏ hoàn toàn mọi dạng sống vi sinh vật có khả năng sống sót, bao gồm tất cả các vi khuẩn sinh dưỡng, virus vỏ bọc và trần, nấm, đơn bào và đặc biệt là các bào tử vi khuẩn có sức đề kháng môi trường cực cao. Trong y học thực hành, công nghiệp dược phẩm và vi sinh ứng dụng, tiệt khuẩn là rào cản nền tảng tuyệt đối để ngăn ngừa nhiễm khuẩn bệnh viện và bảo đảm độ an toàn vô trùng cho các dược phẩm tiêm truyền và dụng cụ phẫu thuật.

Cơ sở vi sinh vật học và khái niệm Mức độ bảo đảm vô khuẩn (SAL)

Về mặt toán học và vi sinh học, việc tiêu diệt vi sinh vật diễn ra theo quy luật hàm số mũ âm tính theo thời gian. Do đó, trạng thái vô khuẩn tuyệt đối không thể đo lường trực tiếp trên toàn bộ sản phẩm mà được định lượng thông qua chỉ số Mức độ bảo đảm vô khuẩn (Sterility Assurance Level - SAL) và xác suất đơn vị không vô trùng:

Đối với các dụng cụ y tế tiếp xúc trực tiếp với mô vô trùng hoặc mạch máu người, tiêu chuẩn vàng quốc tế quy định mức SAL phải đạt tối thiểu $PNSU \leq 10^{-6}$, nghĩa là xác suất để một đơn vị sản phẩm còn tồn tại một vi sinh vật sống sót sau chu trình tiệt khuẩn là không vượt quá một phần triệu ($PNSU \leq 10^{-6}$).

Các thông số động học vi sinh quan trọng bao gồm:

• Giá trị D (D-value): Thời gian (tính bằng phút) hoặc liều bức xạ cần thiết ở nhiệt độ xác định để tiêu diệt 90% (giảm 1 log) số lượng vi sinh vật của một loài cụ thể.
• Giá trị Z (Z-value): Số độ tăng nhiệt độ cần thiết để làm giảm giá trị D đi 10 lần (giảm 90%).
• Giá trị F0: Thời gian tiệt khuẩn tương đương ở nhiệt độ chuẩn 121 độ C nhằm chuyển đổi hiệu quả tiêu diệt bào tử của các chu kỳ nhiệt độ biến thiên.

Các phương pháp tiệt khuẩn nhiệt độ cao

Nhiệt là phương pháp tiệt khuẩn lâu đời, đáng tin cậy và kinh tế nhất khi áp dụng cho các vật liệu chịu nhiệt:

Tiệt khuẩn nhiệt ẩm bằng hơi nước áp suất cao (Autoclave)

Hơi nước bão hòa dưới áp suất cao là phương thức tiệt khuẩn hiệu quả nhất trong các cơ sở y tế. Cơ chế tác động là làm biến tính không phục hồi và đông tụ các protein, enzym thiết yếu của tế bào vi sinh vật. Áp suất buồng hấp giúp nâng nhiệt độ sôi của nước lên trên 100 độ C. Các chu trình chuẩn hóa phổ biến bao gồm:

• 121 độ C (áp suất xấp xỉ 1.05 bar trên áp suất khí quyển) trong thời gian tối thiểu 15 đến 20 phút đối với đồ đóng gói thông thường.
• 134 độ C (áp suất xấp xỉ 2.1 bar) trong thời gian từ 3 đến 5 phút cho các dụng cụ kim loại trần hoặc chu trình tiệt khuẩn nhanh.

Tiệt khuẩn nhiệt khô (Dry heat sterilization)

Sử dụng không khí nóng khô trong tủ sấy Pasteur ở nhiệt độ từ 160 độ C trong 2 giờ hoặc 170 độ C trong 1 giờ. Nhiệt khô tiêu diệt vi sinh vật thông qua quá trình oxy hóa tế bào và phá hủy cấu trúc protein từ từ. Phương pháp này chuyên dùng cho các dụng cụ thủy tinh chịu nhiệt, bột khan, dầu mỡ và các dụng cụ kim loại sắc nhọn dễ bị oxy hóa gỉ sét trong môi trường ẩm ướt.

Các phương pháp tiệt khuẩn nhiệt độ thấp bằng hóa chất và khí hóa lỏng

Sự ra đời của các thiết bị y tế tinh vi như ống nội soi mềm, vi mạch điện tử và vật liệu polyme nhân tạo không chịu được nhiệt độ cao đòi hỏi các công nghệ tiệt khuẩn nhiệt độ thấp (từ 30 đến 55 độ C):

Khí Ethylene Oxide (EtO): Khí EtO là chất alkyl hóa mạnh mẽ, thay thế các nguyên tử hydro hoạt động trong nhóm sulfhydryl, amino, hydroxyl và carboxyl của protein và ADN vi sinh vật, gây ức chế vĩnh viễn sự phân chia tế bào. Khí EtO có khả năng thâm nhập sâu vào các ngóc ngách hẹp và các vật liệu xốp, nhưng có nhược điểm là chất khí độc hại, dễ cháy nổ và đòi hỏi thời gian xả khí khử độc kéo dài nhiều giờ sau chu trình.

Khí Hydro Peroxide thể Plasma (H2O2 Gas Plasma): Sử dụng hơi dung dịch H2O2 được hóa hơi trong buồng chân không, sau đó kích hoạt sóng vô tuyến RF để tạo trạng thái plasma giàu các gốc tự do oxy hóa mạnh (hydroxyl, peroxy). Các gốc tự do này phá hủy màng tế bào và phân cắt ADN vi sinh vật tức thì. Phương pháp này có chu trình ngắn (từ 45 đến 75 phút), không độc hại với môi trường vì sản phẩm phân hủy chỉ là oxy và nước.

Tiệt khuẩn bằng bức xạ ion hóa và màng lọc vô trùng

Bức xạ ion hóa: Sử dụng tia gamma phát ra từ đồng vị phóng xạ Cobalt-60 hoặc chùm tia điện tử năng lượng cao (E-beam). Tia bức xạ ion hóa phân cắt chuỗi kép ADN của vi sinh vật và tạo ra các gốc tự do hydroxyl nội bào có hoạt tính hủy diệt. Phương pháp này được ứng dụng ở quy mô công nghiệp để tiệt khuẩn bao bì, bơm kim tiêm dùng một lần và chỉ phẫu thuật.

Lọc vô trùng (Sterilizing filtration): Dùng màng lọc có kích thước lỗ xốp 0.22 micromet hoặc 0.1 micromet để loại bỏ vi khuẩn và nấm khỏi các dung dịch nhạy cảm với nhiệt như vắc-xin, huyết thanh và dung dịch môi trường nuôi cấy tế bào.

Kiểm định và giám sát bảo đảm chất lượng chu trình tiệt khuẩn

Để đảm bảo một mẻ tiệt khuẩn đạt chuẩn an toàn, quy trình kiểm soát bắt buộc phải tích hợp ba cấp độ kiểm chứng:

1. Chỉ thị vật lý/cơ học: Ghi nhận liên tục thời gian, nhiệt độ và áp suất buồng tiệt khuẩn qua biểu đồ hoặc máy in dữ liệu tự động.
2. Chỉ thị hóa học: Sử dụng các vạch chỉ thị đổi màu nhạy cảm với nhiệt, hơi nước hoặc khí (từ Class 1 đến Class 6 theo ISO 11140-1) dán ngoài gói đồ và đặt sâu bên trong các gói dụng cụ thử thách.
3. Chỉ thị sinh học (Biological Indicators - BIs): Là tiêu chuẩn kiểm định có giá trị pháp lý cao nhất, sử dụng các ống chứa bào tử vi khuẩn kháng nhiệt cao nhất được chuẩn hóa: bào tử Geobacillus stearothermophilus cho chu trình hơi nước áp suất cao và H2O2 plasma; bào tử Bacillus atrophaeus cho chu trình nhiệt khô và khí EtO. Nếu sau chu trình nuôi cấy bào tử không phát triển, mẻ tiệt khuẩn mới được xác nhận đạt vô khuẩn tuyệt đối.