مقدمه
از قرن ۱۶ام میلادی، از بخار آب برای از بین بردن بیماری و عفونت استفاده میشد. اما در سال ۱۸۷۹ میلادی، شخصی به نام چارلز چمبرلند (Charles Chamberland) برای اولین بار دستگاه اتوکلاو را اختراع نمود. از آن زمان تا کنون اصول و روشهای استریل کردن توسط بخار تقریبا دست نخورده باقیمانده و تغییر چندانی نکرده است. در حقیقت، بیشتر پیشرفتهای عمده در فناوری اتوکلاو، به جای تغییر در روند اتوکلاو کردن، حول نظارت بر ایمنی دستگاه اتوکلاو صورت گرفته است.
علت نامگذاری اتوکلاو نیز جالب میباشد. این کلمه فرانسوی است که از ۲ واژهی “auto” به معنای اتوماتیک و “clave” به معنای قفل گرفته شده است. ترکیب این ۲ واژه دستگاهی را توصیف میکند که هنگام افزایش فشار به طور خودکار قفل میشود.
دستگاه اتوکلاو مدلهای مختلفی دارد و در سایز و اندازههای متفاوت بسته به نیاز مشتری از این دستگاه تولید میشود.
اتوکلاو و انواع آن
اگر در آزمایشگاه، مطب دندانپزشکی، بیمارستان و اینگونه مکانها مشغول به کار هستید، حتما واژهی اتوکلاو را شنیدهاید و ممکن است تجربهی کار با دستگاه اتوکلاو را نیز داشته باشید. اتوکلاو تجهیزی است که نه تنها در حوزه پزشکی و آزمایشگاهی، بلکه در صنعت نیز برای سترونسازی و آلودگیزدایی مورد استفاده قرار میگیرد و برای استریل کردن مواد و تجهیزات کاربرد دارد. همچنین گاهی نیاز است زبالههای عفونی نیز قبل از دفع، ضدعفونی شوند. اتوکلاو کردن زبالههای عفونی باعث میشود تا حین حمل و نقل و دفع، مسئولین جمع آوری زباله در معرض خطر آلودگی کمتری قرار گیرند. اگر کاربر، تکنسین یا اپراتوری که با دستگاه اتوکلاو کار میکند، مراحل مختلف فرآیند اتوکلاو کردن را درک کند، کارایی و عملکرد بهتری خواهد داشت. پیش از هرچیز باید گفت که استریل کردن مطلق مواد یا تجهیزات امکانپذیر نیست و کارایی هر فرآیند استریلیزاسیون به ماهیت محصول، میزان و نوع آلودگی بستگی خواهد داشت.
اتوکلاوها انواع مختلفی دارند اما در حقیقت اصول کار تمامی آنها یکسان است. اتوکلاوهای رومیزی معمولا در آزمایشگاهها مورد استفاده قرار میگیرند، در حالی که اتوکلاوهای بیمارستانی اغلب بسیار بزرگ هستند. در شکل ۱ انواع رایج اتوکلاوها را میتوان مشاهده نمود.
شرح مکانیسم عمل دستگاه
قرار گرفتن میکروارگانیسمها در معرض بخار تحت فشار باعث دناتوراسیون آنزیمها و پروتئینهای ساختاری آنها میشود. به این معنا که پیوندهایی که سبب پایدار شدن پروتئینهای یک ارگانیسم میشوند، در اثر حرارت نابود یا دناتوره[1] میشوند. این موضوع دقیقا همان چیزی است که درون دستگاه اتوکلاو رخ میدهد. استریل کردن مواد و تجهیزات به کمک دستگاه اتوکلاو، به کنترل دقیق زمان، دما و فشار نیاز دارد. معمولا در شرایط استاندارد، مواد و تجهیزات در دمای ۱۲۱ الی ۱۲۴ درجه سانتیگراد و به مدت ۱۵ دقیقه تحت فشار ۲۰۰ کیلوپاسکال اتوکلاو میشوند. اما گاهی اوقات نیز این شرایط ممکن است به صورت زیر جایگزین شوند:
جدول ۱: رابطه بین دما، فشار و زمان در اتوکلاو کردن
اصول کار تمامی اتوکلاوها، یکسان است. به این صورت که ابتدا درب قفل میشود تا محفظهای مهر و موم شده تشکیل شود. سپس تمام هوای داخل آن محفظه با بخار آب جایگزین میشود. سپس بر اساس پروتکلهای مشخص شده و برنامهای که به دستگاه داده میشود، بخار تحت فشار قرار میگیرد و فرایند اتوکلاو کردن در زمان تعیین شده صورت خواهد گرفت.
مراحل اصلی اتوکلاو کردن به لحاظ فنی در شکل ۲ نشان داده شده است. این مراحل عبارتند از :
۱- شروع فرایند اتوکلاو: درب محفظه بسته میشود و محفظهی اتوکلاو به کمک لولههای موجود در اطراف آن گرم میشود.
۲- جایگزینی هوای محفظه با بخار (Purge Phase): در فرایند استریل کردن، وجود هوا مانع از نفوذ بخار به تجهیزات و یا مواد شده و در نتیجه استریل کردن به خوبی صورت نمیگیرد. بنابراین لازم است تا هوای درون محفظه اتوکلاو با بخار آب جایگزین شود. در این مرحله بخار آب جایگزین هوای درون محفظهی اتوکلاو میشود و دما و فشار شروع به افزایش خواهند کرد. لازم به ذکر است که جایگزینی هوای درون محفظه اتوکلاو با بخار، بسته به مواد و تجهیزات به روشهای مختلفی صورت میگیرد که در جدول ۲ به آنها اشاره شده است.
جدول ۲: روشهای مختلف برای جایگزینی بخار با هوای درون محفظه
۳- مرحله تهویه (Conditioning): گرم شدم فضای درون محفظه و افزایش فشار ادامه مییابد.
۴- گرم شدن محفظه(Heat up): فشار و دما به حد مطلوب میرسند.
۵- شروع فرایند استریلازیسیون: زمان اتوکلاوو کردن از این لحظه محاسبه میشود.
۶- خروج بخار از محفظه (Exhaust Phase): فشار محفظه از طریق دریچه آزاد میشود.
۷- خشک کردن: تجهیزات در مدت زمان تعیین شده خشک میشوند و فضای داخلی به فشار محیط باز میشود.
۸- ورود هوا به محفظه: محفظهی اتوکلاو مجددا از هوا پر میشود.
۹- اتمام فرایند اتوکلاو: میتوانید درب اتوکلاو را باز کنید. دقت داشته باشید که در این مرحله هنوز محتویات نسبتا گرم هستند.
اجزای اصلی اتوکلاو
اجزای اصلی یک دستگاه اتوکلاو در شکل ۳ نشان داده شده است که در ادامه به بررسی خواهیم پرداخت.
- محل قرار گیری ظروف: این قسمت شامل یک محفظه داخلی میشود که اطراف آن لولههایی وجود دارد. این لولهها از بخار آب پرشده و به این ترتیب باعث بهبود یکنواختی دما در محفظه میشوند که در بهینه شدن استریلازیسیون نقش موثری دارد.
- سیستم کنترل: همانطور که گفته شد، در اتوکلاو کردن ۳ پارامتر اصلی دما، زمان و فشار موثر هستند. به همین دلیل لازم است به کمک یک نرمافزار، این پارامترها برنامهریزی شوند تا دریچهها و سایر اجزای اتوکلاو در یک توالی خاص باز و بسته شوند. بنابراین، تقریبا تمامی اتوکلاوها به نوعی سیستم کنترل احتیاج دارند.
- دام یا تله بخار: تله بخار جزء جدایی ناپذیری از یک دستگاه اتوکلاو است. درون محفظه اتوکلاو، زمانی که بخار آب انرژی خود را از دست میدهد، تبدیل به مایع میشود (میعان). اگر این میعانات به محض تشکیل از سیستم خارج نشوند، سرعت انتقال گرما را تحت تاثیر قرار داده و به این ترتیب کارایی سیستم کاهش مییابد. از تله بخار برای حذف میعانات صورت گرفته درون محفظه اتوکلاو استفاده میکنند.
- شیر ایمنی یا سوپاپ اطمینان: تمام اتوکلاوها تحت فشار بالا کار میکنند. بنابراین باید ساختاری مقاوم داشته و از ایمنی بالایی برخوردار باشند تا کاربر آسیب نبیند. یکی از تجهیزاتی که باعث افزایش ایمنی دستگاه اتوکلاو میشود، سوپاپ اطمینان است. سوپاپ اطمینان در واقع یک شیر ایمنی است که جهت کنترل فشار در بویلرها و مخازن تحت فشار استفاده میشود. در صورت بالا رفتن بیش از حد فشار یا دما در مخزن اتوکلاو، این سوپاپ مقداری از فشار داخل محفظه را تخلیه میکند.
- مکانیزم خنک کننده میعانات: بسیاری از اتوکلاوها مجهز به سیستم خنکسازی پساب (هوا، بخار و میعانات) هستند. بسیاری از قوانین در شهرهای مختلف اجازه نمیدهند پساب با دمایی بالای ۶۰ درجه سانتیگراد وارد فاضلاب شود. این کار به منظور جلوگیری از آسیب دیدن لوله کشی فاضلاب صورت میگیرد. سادهترین روش برای خنک سازی پساب ناشی از فرایند اتوکلاو، مخلوط کردن آن با آب سرد است. برخی از اتوکلاوها مجهز به مکانیزم خنک کننده هستند که پساب ناشی از اتوکلاو را خنک کرده و سپس آن را تخلیه میکند.
- سیستم خلا: به منظور انجام یک فرایند اتوکلاو موثر، لازم است تا هوای درون محفظه با بخار آب جایگزین شود. این کار به ۲ طریق گراویمتری و پیش خلاء انجام میشود. سیستم خلاء، شامل پمپ خلاء است که به فرایند پیش خلاء در اتوکلاو ها کمک میکند.
چه پارامترهایی در اتوکلاو کردن موثر هستند؟
دستیابی به استریلیزاسیون مطلق امکانپذیر نیست و کارایی هر فرآیند استریلیزاسیون به ماهیت محصول، میزان و نوع آلودگی بستگی دارد. در حقیقت میتوان گفت که هیچ فرمول دقیق و ثابتی برای اتوکلاو کردن و دستیابی به سطح مطلوب استریلیزاسیون وجود ندارد. به همین دلیل رعایت پارامترهایی که فرایند اتوکلاو تحت تاثیر قرار میدهند، بسیار مهم است.
- زمان: پارامتری حیاتی در اتوکلاو کردن است. از آنجا که زمان لازم برای اتوکلاو کردن بسته به نوع مواد و جنس تجهیزات متفاوت است، تعیین زمان مناسب برای اتوکلاو یکی از پارامترهای بسیار مهم در دستیابی به استریلیزاسیون مطلوب خواهد بود.
- حجم محلولهای آبی: مدت زمان اتوکلاو کردن محلولهای آبی اغلب به مقدار نمونه بستگی دارد.
محلولهای آبی موجود در ظروف شیشهای تا حجم ۱۰۰ میلیلیتر معمولا حدود ۱۰ دقیقه اتوکلاو میشوند.
محلولهای آبی موجود در ظروف شیشهای تا حجم ۱۰۰۰ میلیلیتر معمولا حدود ۲۰ دقیقه اتوکلاو میشوند.
- تجهیزات متخلخل: تجهیزات متخلخل مانند پانسمانهای جراحی باید به گونهای اتوکلاو شوند که بخار به تمام قسمتهای آنها نفوذ کند. اکثر پانسمانها در دمای ۱۳۸-۱۳۴ درجه سانتیگراد و به مدت ۵ دقیقه تا حد مطلوب استریل میشوند. در موارد خاص و در صورتی که لازم باشد شیشهآلات، ظروف چینی یا فلزات متخلخل اتوکلاو شوند، توصیه میشود فرایند اتوکلاو کردن در دمای ۱۲۴-۱۲۱ درجه سانتیگراد و به مدت ۲۰ دقیقه صورت گیرد.
- مواد چرب و روغنی: مواد چرب و روغنی معمولا در دمای ۱۲۱ درجه سانتیگراد و به مدت ۲ ساعت استریل میشوند. اما توصیه میشود استریل کردن این مواد با حرارت خشک صورت گیرد. در موارد خاص (به عنوان مثال زمانی که مواد روغنی نسبت به دما حساس هستند) فرایند اتوکلاو کردن در دمای پایینتر از ۱۲۱ درجه سانتیگراد صورت میگیرد. در این صورت کاربر حتما باید توجه داشته باشد که دما و فشار جایگزین شده با هم همخوانی داشته باشند.
- درجه حرارت: دمای استاندارد برای اتوکلاو کردن ۱۲۱ درجه سانتیگراد است که برای استریل کردن اغلب مواد و تجهیزات مناسب است. این دما ممکن است برحسب نیاز به دمای ۱۳۴ درجه سانتیگراد و یا بالاتر افزایش یابد که به آن شرایط فلش یا اتوکلاو فوری گفته میشود و اغلب برای دستگاههای پزشکی کاربرد دارد.
جدول ۳: شرایط اتوکلاو
- فشار: دمای جوش آب ۱۰۰ درجه سانتیگراد است. اما این میزان دما برای از بین بردن میکروارگانیسمها کافی نیست. از آنجایی که نقطه جوش با فشار ارتباط دارد و با افزایش فشار، نقطه جوش نیز افزایش مییابد، برای انجام یک فرایند استریل موفق، لازم است که فشار هوا را افزایش دهیم تا بتوانیم نقطه جوش موثر آب را به ۱۲۱ درجه سانتیگراد برسانیم. برخی مواقع که نیاز به دستیابی به حرارت بالاتری باشد، لازم است تا فشار درون محفظه اتوکلاو نیز افزایش یابد.
- حجم نمونه و ظرفیت اتوکلاو: بدیهی است که هرچه حجم مواد بیشتر باشد، زمان بیشتری برای اتوکلاو کردن نیز لازم است. اگر قصد اتوکلاو کردن مایعات را دارید، توجه داشته باشید که ظرف حاوی نمونه باید تا نیمه پُر شود. توجه به ظرفیت اتوکلاو و میزان مواد و تجهیزاتی که درون آن قرار میگیرد نیز نکتهی بسیار مهمی است. برای گردش بخار درون محفظه بین ظروف، بستهها و یا بطریها کمی فاصله ایجاد کنید. همچنین توجه داشته باشید که فضای درون اتوکلاو را بیش از حد پُر نکنید. در صورتی که مواد یا تجهیزاتی زیادی درون اتوکلاو قرار گرفته است، توصیه میشود زمان اتوکلاو کردن را ۵ الی ۱۰ دقیقه افزایش دهید.
- ظروف ثانویه: معمولا برای استریل کردن مواد در دستگاه اتوکلاو، آنها را درون یک سینی قرار میدهند. این سینیها از جنسهای مختلفی (مانند پلی پروپیلن، پلیاتیلن، پلی استایرن و فلزات مختلف) ساخته میشوند و در صورت نشت کردن مواد، از آلوده شدن دستگاه جلوگیری میکنند. اما نباید از این نکته غافل شد که این ظروف فرایند استریل کردن را تحت تاثیر قرار خواهند داد. سینیهای پلاستیکی از جنس پلیپروپیلن به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت نسبت به سایر سینیهای پلاستیکی مناسبتر هستند. با این وجود، استفاده از یک ظرف پلاستیکی زمان مورد نیاز برای اتوکلاو را افزایش میدهد، زیرا پلاستیک عایق حرارتی است و مانع انتقال گرما به نمونهها خواهد شد. به همین دلیل توصیه میشود همیشه هنگام استفاده از سینی پلاستیکی ۵ دقیقه به زمان اتوکلاو کردن اضافه کنید. از طرف دیگر، ظروف استیل ضد زنگ بادوام بوده و رسانایی گرمایی بهتری دارند. به این ترتیب زمان اتوکلاو کردن کوتاهتر خواهد شد.
چه موادی را میتوان اتوکلاو کرد؟
بدیهی است که شرایط شدید ناشی از دمای بالا و فشار زیاد، برای یکسری مواد و تجهیزات مناسب نیست. به همین دلیل لازم است کاربر نوع مادهای که قرار است درون اتوکلاو قرار گیرد را به دقت بررسی کند. به طور مثال موارد زیر را در نظر بگیرید:
شیشه: تنها شیشهای که قابلیت اتوکلاو شدن را دارد، پیرکس است. با این وجود دقت داشته باشید که حتی اگر شیشههای پیرکس نیز در دستگاه اتوکلاو قرار بگیرند و درب آنها محک بسته شود، احتمال منفجر شدن شیشه وجود دارد.
پلی پروپیلن: پلی پروپیلن نوعی پلاستیک است که میتواند درجه حرارت اتوکلاو را تحمل کند. در صورت اتوکلاو کردن تجهیزات پلی پروپیلنی توصیه میشود که برای نفوذ بخار مقدار کمی آب درون بستهبندی بریزید تا انتقال حرارت تسهیل شود.
لاتکس یا ونیل: تجهیزاتی که از جنس لاتکس یا ونیل هستند اغلب درون دستگاه اتوکلاو و تحت دمای بالا ذوب میشوند. توصیه میشود این تجهیزات درون دستگاه اتوکلاو قرار نگیرند.
کاغذ: چنانچه لیبل مواد بیولوژیکی و یا بستهبندی تجهیزات از جنس کاغذ باشد، قرار دادن این کاغذها درون دستگاه اتوکلاو مانعی ندارد. اما توجه داشته باشید که این کاغذها پس از اتوکلاو کردن دیگر نباید مورد استفاده قرار گیرند. اما خودِ کاغذ را نمیتوان به عنوان یک ماده اصلی درون دستگاه اتوکلاو استریل نمود.
نوک سمپلر: نوک سمپلرها اغلب از مواد پلاستیکی ساخته میشوند و ذوب شدن آنها در دستگاه اتوکلاو به تنظیم اتوکلاو، چگالی مواد و نوع پلاستیک بستگی دارد. نکتهی حائز اهمیت این است که نوک سمپلرهای استفاده شده باید تنها به عنوان یک زبالهی زیست محیطی اتوکلاو شده و سپس امحا شوند و نباید مجددا از آنها استفاده کرد.
فلزات: بیشتر فلزات مورد استفاده در آزمایشگاهها برای اتوکلاو کردن مناسب هستند. اما پیش از اتوکلاو کردن مطمئن شوید که هرگونه پلاستیک، واشر یا سایر وسایل را که ممکن است حین اتوکلاو کردن ذوب شوند را باز کنید.
ناگفته نماند که یکی از علل بروز آتشسوزی در آزمایشگاهها و یا مراکز علمی این است که کسی فراموش کرده تا مراقب آنچه در داخل اتوکلاو قرار میدهد، باشد.
دقت داشته باشید که مواد زیر را تحت هیچ شرایطی درون دستگاه اتوکلاو قرار ندهید.
- مواد رادیواکتیو
- مایعات قابل احتراق، قابل اشتعال یا فرار
چگونه میتوان از صحیح انجام شدن فرایند اتوکلاو اطمینان حاصل کرد؟
نشانگرهای اتوکلاو یا اندیکاتور برای تأیید صحت عملکرد اتوکلاو مورد استفاده قرار میگیرند.
۱- نشانگرهای شیمیایی
نشانگرهای شیمیایی به یک تغییر شیمیایی یا فیزیکی خاصی که در داخل اتوکلاو رخ میدهد، حساس هستند. انواع مختلفی از این نشانگرها وجود دارد اما نوارهای کاغذی رایجترین نوع نشانگرهای شیمیایی هستند. در طراحی این نوارها از نشانگرهای نوار از جوهر حساس به گرما استفاده شده است. به این ترتیب اگر دما درون اتوکلاو به ۱۲۱ درجه سانتیگراد رسیده باشد، رنگ از سفید به یک رنگ دیگر تغییر خواهد کرد. اگر نوار تغییر رنگ ندهد، به این معنا است که مشکلی در فرآیند اتوکلاو کردن وجود دارد.
۲- نشانگرهای بیولوژیکی
نشانگرهای بیولوژیکی نوعی دیگر از نشانگرهای مورد استفاده در فرایند اتوکلاو کردن هستند. این نشانگرها به صورت نوار یا لولههای حاوی اسپور عرضه میشوند. استفاده از اندیکاتور بیولوژیکی نشان میدهد که فرایند اتوکلاو کردن تا چه حد برای از بین بردن میکروارگانیسمها موثر بوده است. به این منظور نوار یا لوله حاوی اسپور درون دستگاه اتوکلاو قرار میگیرد. پس از اتمام فرایند، لازم است تا نوار یا لوله درون دستگاه انکوباتور آزمایشگاهی کشت داده شود. اگر اسپورها زنده باشند، شروع به رشد کرده و رنگ ماده یا نوار تغییر خواهد کرد. این موضوع نشان میدهد که فرایند اتوکلاو به خوبی صورت نگرفته است.
۳- نشانگر خارجی
این اندیکاتورها تنها برای شناسایی و تمایز بستههایی طراحی شدهاند که در دستگاه اتوکلاو قرار گرفتهاند. نوار نشانگر زردرنگ بوده و با چسبهای حساس به فشار پوشیده شده است. با اتمام فرایند اتوکلاو، رنگ نوارهای نشانگر از زرد به قهوهای تیره یا سیاه تبدیل میشود.
تاثیر بخار خشک و بخار مرطوب در اتوکلاو کردن
رطوبت کمتر از ۳٪ باعث تولید بخار خشک و بیش از حد گرم میشود. این بخار خشک سبب میشود انتقال انرژی کاهش یافته و زمان اتوکلاو کردن افزایش یابد. از طرفی، رطوبت بیش از ۳٪ نیز بخار اشباع یا مرطوب ایجاد میکند. این بخار مرطوب باعث میشود فرایند اتوکلاو نیاز به فشار و دمای بالاتری داشته باشد. بخار مرطوب همچنین باعث طولانی شدن زمان خشک شدن در پایان فرآیند اتوکلاو کردن میشود.
کاربردهای اتوکلاو
کلاسبندی یک اتوکلاو در واقع نشان میدهد که دستگاه برای استریل کردن چه تجهیزاتی مناسب است و چه کاربردهایی دارد.
اتوکلاو کلاس N: کلاس N پایینترین کلاس دستگاه اتوکلاو است و طبق استاندارد اروپا EN 13060، از سال ۲۰۰۴ فقط به عنوان یک دستگاه کمکی میتوان از آن استفاده کرد. این اتوکلاوها تنها برای استریل کردن مواد جامد بدون پوشش مناسب هستند و در صورتی که مواد یا تجهیزات دارای حفره باشند، یک اتوکلاو کلاس N برای استریل کردن آنها مناسب نیست. دستگاههای ضدعفونی کننده کلاس N برخلاف اتوکلاوهای پیشرفتهتر، گزینه خشک کردن موثری ندارند و فاقد پمپ خلاء هستند.
اتوکلاو کلاس B: کلاس B پیشرفتهترین کلاس اتوکلاو است که در کلینیکهای دندان پزشکی و بیمارستانها مورد استفاده قرار میگیرند. اتوکلاوهای کلاس B برای استریل کردن اغلب مواد و تجهیزات پزشکی و صنعتی مناسب هستند.
اتوکلاو کلاس S: اتوکلاو کلاس S یک کلاس متوسط بین N و B است. اتوکلاوهای این کلاس دارای پمپ خلا هستند، که باعث میشود قبل از شروع فرآیند اتوکلاو، هوا به طور کامل از محفظه خارج شود.
پاورقی
[1] . دِناتوره شدن در حققیت تغییر شکل پروتئین و اسیدهای نوکلئیک وجود در سلولها استکه بر اثر تغییر عوامل محیطی مانند pH و دما رخ میدهد. دناتوره شدن با نام واسِرِشتن نیز شناخته میشود.