Il ciclo a gravità nelle autoclavi

Il ciclo a gravità si è affermato come una metodologia tradizionale e ampiamente utilizzata nella sterilizzazione a umido mediante autoclave. La sua semplicità, l’efficacia e il costo contenuto lo rendono un’opzione interessante per una varietà di ambienti.

Questo ciclo si caratterizza per il metodo di rimozione dell’aria dalla camera di sterilizzazione: il vapore viene generato nella parte inferiore della camera e, dopo aver riscaldato l’aria nella parte inferiore, questa diminuisce di densità e viene spinta verso l’alto e verso l’esterno. Dopo diversi minuti, la frazione di aria nella camera si riduce in modo significativo e ciò che rimane è principalmente vapore acqueo saturo.

Questo processo si basa sulla legge di gravità, da cui il termine “a gravità”. L’efficienza di questo metodo risiede nella sua semplicità e nella capacità del vapore pressurizzato di raggiungere temperature elevate e di trasmettere il calore al carico in modo molto valido, rendendolo ideale per una sterilizzazione efficace a basso costo.

Il ciclo di gravità è particolarmente adatto per i materiali con geometrie semplici, che non sono sensibili all’umidità e possono resistere a temperature superiori a 121°C, come il vetro, i metalli e alcune plastiche. Viene comunemente utilizzato nei laboratori universitari, nell’industria, nei centri di ricerca e negli ambienti sanitari per sterilizzare gli strumenti che non presentano cavità interne o imballaggi complessi.

Dal punto di vista operativo, il ciclo a gravità segue di solito il seguente schema: il carico viene prima riscaldato mentre l’aria fredda viene espulsa, poi la valvola di spurgo viene chiusa e la pressione interna inizia ad aumentare fino a raggiungere la temperatura di sterilizzazione. Quindi inizia la fase di sterilizzazione e, dopo aver raggiunto il tempo di esposizione programmato, inizia la fase di raffreddamento naturale, in cui la camera e il carico vengono progressivamente raffreddati e depressurizzati.

Uno dei principali vantaggi del ciclo a gravità è la sua semplicità. Non richiede sistemi di vuoto, né compressore d’aria, né camicia di riscaldamento, né generatore di vapore, né pompe aggiuntive, il che rende un’autoclave che esegue solo questo tipo di cicli molto meno costosa e molto facile da mantenere. Inoltre, l’efficacia di questo tipo di ciclo nell’eliminare i microrganismi è stata ampiamente dimostrata, rendendolo un metodo affidabile per sterilizzare diversi tipi di oggetti.

Tuttavia, il ciclo a gravità ha i suoi limiti. Ad esempio, non è compatibile con la sterilizzazione di materiali porosi o di oggetti confezionati. Questo perché il suo sistema di rimozione dell’aria non è eccellente e l’aria rimanente nella camera agisce da isolante impedendo al vapore di penetrare adeguatamente in tutte le superfici del carico. Inoltre, non è adatto alla sterilizzazione di oggetti sigillati ermeticamente. In questi casi, si possono prendere in considerazione altri metodi di sterilizzazione, come il ciclo di vuoto o il ciclo a contropressione.

Principi di funzionamento del ciclo a gravità

Il ciclo a gravità in un’autoclave si distingue per la sua efficienza e semplicità, basandosi sull’uso di vapore ad alta pressione e ad alta temperatura. Di seguito sono riportati i principi chiave che regolano il suo funzionamento:

1. Generazione e utilizzo del vapore

   L’autoclave riscalda l’acqua fino a ottenere vapore saturo, cioè vapore che non contiene gocce d’acqua in sospensione. Questo vapore raggiunge ogni angolo della camera di sterilizzazione, garantendo un trasferimento di calore efficiente e uniforme. Nelle autoclavi più semplici, il vapore viene generato per mezzo di resistenze elettriche situate alla base dell’autoclave. Nelle autoclavi più avanzate, un generatore di vapore situato all’esterno della camera inietta vapore saturo nella camera di sterilizzazione.

2. Spurgo, espulsione dell’aria

   Il vapore caldo, che è più leggero dell’aria, sale e sposta l’aria fuori dalla camera attraverso una valvola di spurgo che è aperta durante questa fase. Questo processo, basato sulla legge di gravità, è fondamentale per rimuovere l’aria dalla camera, in quanto la presenza di sacche di aria fredda impedisce al vapore di entrare in contatto con tutte le superfici degli oggetti da sterilizzare.

3. Fase di sterilizzazione

   Una volta espulsa completamente l’aria, la camera viene sigillata e la temperatura del vapore continua a salire fino al raggiungimento della temperatura di sterilizzazione, che di solito è di 121ºC. La temperatura e la pressione saranno quindi mantenute costanti e senza fluttuazioni per un certo periodo di tempo. Questa combinazione di temperatura, pressione e tempo assicura la trasmissione completa dell’energia dal vapore al carico, inattivando tutti i microrganismi. La durata di questa fase varia in base al tipo di materiale da sterilizzare e alla carica microbica presente.

4. Raffreddamento e fine ciclo

   Dopo la sterilizzazione, inizia la fase di raffreddamento. Il vapore viene rilasciato dalla camera, riducendo la pressione in modo controllato e permettendo agli articoli di raffreddarsi. Nei programmi per i solidi questa fase avviene ad alta velocità, mentre nelle autoclavi con programmi per i liquidi deve essere eseguita a velocità ridotta e in modo scaglionato per evitare schizzi o rotture dei contenitori a causa di un improvviso cambiamento di temperatura e pressione.

   Nel caso di carichi solidi, le nostre autoclavi della Serie AES incorporano un pulsante che consente di rilasciare rapidamente all’esterno il vapore che si trova all’interno della camera, una volta completato il ciclo di sterilizzazione. Al contrario, i modelli più avanzati eseguono questa procedura automaticamente nei programmi per i solidi e dispongono persino di sistemi di asciugatura per garantire che i materiali sterilizzati escano asciutti e pronti per l’uso o la conservazione.

   

5. Controllo e monitoraggio

   Durante tutto il ciclo, è essenziale un controllo rigoroso dei parametri di tempo, temperatura e pressione. Le nostre autoclavi sono dotate di sistemi di monitoraggio e controllo automatici che garantiscono la precisione e la riproducibilità del processo. Possono anche essere equipaggiate con stampanti di biglietti e software di gestione, consentendo un controllo completo di tutti i processi svolti nell’autoclave.

Ciclo a gravità vs. ciclo di vuoto

La scelta tra il ciclo a gravità e il ciclo di vuoto nelle autoclavi dipende dalle esigenze specifiche di sterilizzazione del laboratorio in cui sarà collocata l’autoclave. Sebbene un’autoclave di vuoto possa eseguire un ciclo a gravità, un’autoclave economica progettata esclusivamente per i cicli a gravità non sarà mai in grado di eseguire un ciclo di vuoto. È quindi fondamentale scegliere il modello giusto di autoclave al momento dell’acquisto, tenendo conto dell’uso attuale e futuro che sarà richiesto.

Ciclo a gravità

Il ciclo a gravità è adatto alla sterilizzazione di oggetti solidi, strumenti, liquidi, materiali non porosi e carichi non confezionati. Questo ciclo è comunemente utilizzato nei laboratori, nelle università, nelle scuole e nei centri di ricerca per sterilizzare vetreria e strumenti semplici che non presentano cavità interne o geometrie complesse. Il suo vantaggio principale consiste nei minori costi di acquisizione, manutenzione e funzionamento, grazie alla sua semplicità.

Ciclo di vuoto

D’altra parte, il ciclo di vuoto comporta la creazione di un vuoto all’interno della camera prima dell’introduzione del vapore. Questo processo rimuove efficacemente tutte le sacche d’aria presenti nei materiali porosi o negli oggetti con cavità interne, rendendolo adatto alla sterilizzazione di materiali più complessi come sacchetti per rifiuti, strumenti chirurgici con lumi, tessuti, oggetti confezionati e bioreattori. Il suo vantaggio principale consiste nel fornire una sterilizzazione efficace per i carichi più difficili.

Quale ciclo è più efficiente?

In termini di efficienza, il ciclo di vuoto supera il ciclo a gravità nella sterilizzazione di oggetti con superfici difficili da penetrare o materiali porosi. Tuttavia, il ciclo a gravità è più veloce, più economico e sufficientemente efficiente per carichi semplici e non porosi.

Dal punto di vista dei costi e della manutenzione, le autoclavi che funzionano con cicli di vuoto sono più costose e richiedono una manutenzione più frequente e rigorosa a causa dei loro componenti, che possono includere un sistema di vuoto, un compressore d’aria, una camicia di riscaldamento, un filtro batteriologico, un sistema di raffreddamento rapido o un generatore di vapore. Inoltre, richiedono un sistema di depurazione dell’acqua per funzionare.

Applicazioni del ciclo a gravità

Il ciclo a gravità dell’autoclave, noto per la sua popolarità e semplicità, viene utilizzato in un’ampia varietà di settori. Di seguito sono riportate alcune delle applicazioni più comuni di questo ciclo, presentate in modo conciso e chiaro:

• Laboratori di ricerca e scienze biologiche

In questi laboratori, il ciclo a gravità viene utilizzato per sterilizzare i terreni di coltura, le soluzioni acquose, gli strumenti metallici e la vetreria di laboratorio. È particolarmente indicato per la sterilizzazione di routine di pipette, matracci e altri contenitori in vetro.

• Laboratori di controllo qualità nell’industria alimentare e delle bevande

Per il controllo qualità nell’industria alimentare, il ciclo a gravità è spesso utilizzato per la sterilizzazione di strumenti, vetreria, terreni di coltura, rifiuti di laboratorio e contenitori. La corretta sterilizzazione del carico è essenziale per evitare la contaminazione e garantire la sicurezza alimentare della produzione, contribuendo così a mantenere gli standard igienici e di qualità in tutto il settore.

• Impianti di trattamento delle acque reflue

In qualsiasi laboratorio di un impianto di trattamento delle acque, è necessario effettuare un monitoraggio preciso della contaminazione microbiologica delle acque reflue e delle acque trattate. In questi centri, il ciclo a gravità viene utilizzato per sterilizzare vetreria da laboratorio, rifiuti di laboratorio, terreni di coltura e soluzioni. È particolarmente indicato per la sterilizzazione di routine di provette, piastre di Petri, imbuti, burette e bottiglie contenenti liquidi.

• Istituti scolastici e università

In questo settore, le autoclavi sono generalmente dotate esclusivamente della funzionalità di eseguire il ciclo a gravità, e il loro utilizzo è molto diffuso grazie alla loro economicità e affidabilità. Questi dispositivi sono popolari non solo perché possono sterilizzare efficacemente carichi liquidi acquosi e terreni di coltura, ma anche perché possono trattare un’ampia varietà di materiali solidi, come matracci, puntali per pipette, bottiglie di vetro e piastre di Petri.

• Industria farmaceutica, biotecnologica e cosmetica

In questo settore, spesso si preferisce l’uso di cicli di vuoto e di cicli supportati dalla pressione, soprattutto per la produzione di prodotti farmaceutici e biotecnologici confezionati in contenitori. Tuttavia, il ciclo a gravità viene utilizzato per sterilizzare i liquidi e la vetreria.

• Nel contesto clinico

Questo ciclo è comunemente utilizzato nei laboratori di ospedali, cliniche e strutture sanitarie per trattare carichi singoli, non confezionati. È ideale per la sterilizzazione di strumenti metallici come vaschette, forbici, pinzette e altri utensili in acciaio inossidabile. Fornisce una sterilizzazione efficace e rapida, essenziale per mantenere un elevato standard di cura e di prevenzione delle infezioni. Tuttavia, per la lavorazione di oggetti più delicati, come strumenti laparoscopici o impianti medici, si utilizza sempre un ciclo di vuoto.

• Veterinaria e cura degli animali

Come in ambito clinico, il ciclo a gravità viene applicato anche negli ospedali veterinari e nei centri di cura degli animali per sterilizzare carichi singoli, non confezionati. Questo riduce al minimo il rischio di trasmissione di malattie tra animali e tra animali ed esseri umani.

Fattori critici per garantire l’efficacia del ciclo a gravità

Per garantire l’efficacia del ciclo a gravità nella sterilizzazione in autoclave, è fondamentale considerare e controllare diversi fattori. Questi fattori sono essenziali per garantire un processo di sterilizzazione efficace e sicuro:

1. Caricamento e distribuzione dei materiali

   Il modo in cui i materiali vengono caricati nell’autoclave ha un impatto significativo sull’efficacia del ciclo. È importante distribuire gli oggetti in modo uniforme e assicurarsi che non siano troppo stretti o impilati, per consentire una corretta circolazione del vapore.

2. Corretta rimozione dell’aria

   L’efficacia del ciclo a gravità dipende in larga misura dalla rimozione completa dell’aria dalla camera di sterilizzazione. Se rimane dell’aria residua, potrebbe impedire al vapore saturo di raggiungere tutte le superfici degli oggetti da sterilizzare, con il rischio di una sterilizzazione incompleta. Pertanto, è necessario verificare che lo spurgo sia eseguito correttamente e che la valvola di spurgo sia libera da ostruzioni.

3. Controllo rigoroso della sterilizzazione

   È fondamentale mantenere la temperatura e la pressione corrette durante il ciclo di sterilizzazione. In genere, è necessario raggiungere e mantenere una temperatura di almeno 121°C a una pressione specifica per garantire l’eliminazione efficace di tutti i microrganismi. A tal fine, i risultati di ogni ciclo devono essere registrati e controllati e devono essere accompagnati dall’uso di elementi di controllo biologici e/o chimici che convalidino la corretta sterilizzazione del carico. Tra questi possiamo citare il nastro di controllo della sterilizzazione o il test delle spore.

4. Tempo di esposizione adeguato

   Il tempo di esposizione dei materiali al vapore saturo deve essere sufficiente a garantire uno smaltimento adeguato. Questo tempo di esposizione varia a seconda del tipo di materiale da sterilizzare e della carica microbica presente. Pertanto, verifica con il produttore che i parametri di ogni programma siano adeguati. Come regola generale, è sempre meglio peccare di prudenza e prolungare il tempo di sterilizzazione in caso di dubbio.

5. Manutenzione e calibrazione dell’autoclave

   La manutenzione regolare e la corretta calibrazione dell’autoclave sono fondamentali per il suo funzionamento ottimale. Ciò include la verifica periodica dei componenti critici come guarnizioni, valvole e sensori, nonché la calibrazione accurata dei controlli di temperatura e pressione. L’accuratezza e la precisione delle sonde di temperatura che regolano il ciclo di sterilizzazione dell’autoclave possono degradarsi nel tempo, quindi è necessario verificare periodicamente il loro perfetto funzionamento.

Considerazioni sulla sicurezza e sulla manutenzione

Il funzionamento sicuro e la corretta manutenzione delle autoclavi con ciclo a gravità sono essenziali per prevenire i rischi e garantire l’efficacia del processo di sterilizzazione. Di seguito sono riportate alcune considerazioni chiave in queste aree:

Sicurezza dell’operatore

Il funzionamento dell’autoclave deve seguire rigorosamente le istruzioni del produttore e le norme di sicurezza. Gli operatori devono essere addestrati all’uso dell’apparecchiatura e devono essere consapevoli dei rischi associati al lavoro con macchinari che operano con vapore ad alta pressione e ad alta temperatura. È fondamentale evitare di aprire l’autoclave durante il funzionamento per evitare il rilascio improvviso di vapore caldo e pressurizzato. Sebbene le autoclavi moderne siano dotate di sistemi di blocco dello sportello durante il ciclo, al termine del programma e quando lo sportello viene aperto il carico può essere ancora molto caldo, in particolare i carichi liquidi voluminosi.

Manutenzione preventiva

L’implementazione di un programma di manutenzione preventiva è essenziale per il funzionamento ottimale e sicuro dell’autoclave. Questo include ispezioni regolari dei componenti critici per la sicurezza, come guarnizioni, valvole, filtri e sensori, nonché la sostituzione immediata delle parti usurate.

Calibrazione e controlli periodici

La calibrazione regolare dei controlli di temperatura e pressione è fondamentale per garantire il corretto funzionamento dell’autoclave. Inoltre, si raccomandano controlli periodici dell’efficacia di ogni ciclo con nastro di controllo della sterilizzazione o test delle spore, per verificare l’efficacia del processo di sterilizzazione ad ogni rotazione.

Utilizzo di acqua pulita

È fondamentale rinnovare periodicamente l’acqua utilizzata e utilizzare solo acqua distillata o depurata per evitare il trasferimento di sali al carico e la formazione di depositi di sale sulle pareti e sul rivestimento interno della camera di sterilizzazione nel corso del tempo.

Pulizia e disinfezione

È importante pulire e disinfettare regolarmente la camera di sterilizzazione e altre parti dell’autoclave per evitare l’accumulo di residui, la formazione di depositi di sale e per prevenire la contaminazione incrociata. Occorre seguire le raccomandazioni del produttore per quanto riguarda gli agenti detergenti e disinfettanti adatti.

Manipolazione di materiali sterili

Dopo la sterilizzazione, i materiali devono essere maneggiati con cura per preservarne la sterilità. Questo include lasciare raffreddare adeguatamente gli articoli prima di maneggiarli e conservarli in un ambiente pulito e asciutto. Se non è disponibile un’autoclave con asciugatura, si deve utilizzare una stufa da laboratorio per asciugare il carico solido prima dell’uso.

Registro e documentazione

Per facilitare il controllo qualità delle apparecchiature, è fondamentale tenere un registro dettagliato dei cicli di sterilizzazione, della manutenzione effettuata e di eventuali incidenti. Questi registri sono anche essenziali per rispettare le normative e gli standard di qualità, come la Buona Pratica di Laboratorio (GLP).