Un autoclave es una máquina que se utiliza para llevar a cabo procesos industriales y científicos que requieren una temperatura y una presión elevadas en relación con la presión y/o temperatura ambiente . Los autoclaves se utilizan antes de los procedimientos quirúrgicos para realizar la esterilización y en la industria química para curar revestimientos y vulcanizar caucho y para la síntesis hidrotermal . Los autoclaves industriales se utilizan en aplicaciones industriales, especialmente en la fabricación de materiales compuestos.
Muchos autoclaves se utilizan para esterilizar equipos y suministros sometiéndolos a vapor saturado presurizado a 121 °C (250 °F) durante 30 a 60 minutos a una presión de 205 kPa o 2,02 atm [1] (aproximadamente el doble de la presión atmosférica) dependiendo del tamaño de la carga y el contenido. [2] El autoclave fue inventado por Charles Chamberland en 1879, [3] aunque un precursor conocido como digestor de vapor fue creado por Denis Papin en 1679. [4] El nombre proviene del griego auto- , que en última instancia significa uno mismo, y del latín clavis que significa llave, por lo tanto un dispositivo de autobloqueo. [5]
Los autoclaves de esterilización se utilizan ampliamente en microbiología y micología , fabricación de medicina y prótesis , tatuajes y perforaciones corporales y prácticas funerarias . Varían en tamaño y función según el medio a esterilizar y, a veces, se denominan autoclaves en las industrias química y alimentaria.
Las cargas típicas incluyen cristalería de laboratorio, otros equipos y desechos, instrumentos quirúrgicos y desechos médicos . [6] [7]
Una aplicación reciente y cada vez más popular de los autoclaves es el tratamiento previo a la eliminación y la esterilización de material de desecho, como los desechos hospitalarios patógenos. Las máquinas de esta categoría funcionan en gran medida según los mismos principios que los autoclaves convencionales, ya que pueden neutralizar (pero no eliminar) agentes potencialmente infecciosos mediante el uso de vapor presurizado y agua sobrecalentada. [8]
Los autoclaves también se utilizan ampliamente para curar materiales compuestos, especialmente para unir múltiples capas sin dejar huecos que reduzcan la resistencia del material, y en la vulcanización del caucho. [9] El calor y la presión elevados que generan los autoclaves ayudan a garantizar que se puedan reproducir las mejores propiedades físicas posibles. Los fabricantes de mástiles para veleros tienen autoclaves de más de 15 m (50 pies) de largo y 3 m (10 pies) de ancho, y algunos autoclaves de la industria aeroespacial son lo suficientemente grandes como para albergar fuselajes de aviones enteros hechos de materiales compuestos en capas. [10]
Un sistema de descontaminación térmica de efluentes funciona como un autoclave de un solo uso diseñado para la esterilización de desechos líquidos y efluentes.
Es muy importante asegurarse de que todo el aire atrapado se elimine del autoclave antes de la activación, ya que el aire atrapado es un medio muy deficiente para lograr la esterilidad. El vapor a 134 °C (273 °F) puede lograr un nivel deseado de esterilidad en tres minutos, mientras que para lograr el mismo nivel de esterilidad con aire caliente se requieren dos horas a 160 °C (320 °F). [11] Los métodos de eliminación de aire incluyen:
Los autoclaves de estufa que se utilizan en entornos pobres o no médicos no siempre tienen programas automáticos de extracción de aire. El operador debe realizar manualmente pulsaciones de vapor a ciertas presiones, según lo indique el manómetro. [12]
Un autoclave médico es un dispositivo que utiliza vapor para esterilizar equipos y otros objetos. Esto significa que todas las bacterias , virus , hongos y esporas se inactivan. [13] Sin embargo, los priones , como los asociados con la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob , y algunas toxinas liberadas por ciertas bacterias, como Cereulide , pueden no destruirse mediante la esterilización en autoclave a los típicos 134 °C durante tres minutos o 121 °C durante 15 minutos y, en su lugar, deben sumergirse en hidróxido de sodio (1M NaOH) y calentarse en un autoclave de desplazamiento por gravedad a 121 °C durante 30 min, limpiarse, enjuagarse con agua y someterse a una esterilización de rutina. [14] Aunque una amplia gama de especies de arqueas , incluida Geogemma barossii , pueden sobrevivir e incluso reproducirse a las temperaturas que se encuentran en los autoclaves, su tasa de crecimiento es tan lenta a las temperaturas más bajas en los entornos menos extremos ocupados por los humanos que es poco probable que puedan competir con otros organismos. [15] No se sabe que ninguno de ellos sea infeccioso o represente un riesgo para la salud humana; de hecho, su bioquímica es tan diferente de la de los humanos y su tasa de multiplicación es tan lenta que los microbiólogos no necesitan preocuparse por ellos. [16]
Los autoclaves se encuentran en muchos entornos médicos, laboratorios y otros lugares que necesitan garantizar la esterilidad de un objeto. En la actualidad, muchos procedimientos emplean elementos de un solo uso en lugar de elementos esterilizables y reutilizables. Esto ocurrió primero con las agujas hipodérmicas , pero hoy en día muchos instrumentos quirúrgicos (como fórceps , portaagujas y mangos de bisturí ) son comúnmente de un solo uso en lugar de elementos reutilizables (consulte autoclave de residuos ).
Debido a que se utiliza calor húmedo , los productos termolábiles (como algunos plásticos ) no se pueden esterilizar de esta manera porque se derretirían. El papel y otros productos que pueden dañarse con el vapor también se deben esterilizar de otra manera. En todos los autoclaves, los artículos siempre deben estar separados para permitir que el vapor penetre en la carga de manera uniforme.
El autoclave se utiliza a menudo para esterilizar los residuos médicos antes de su eliminación en el flujo estándar de residuos sólidos urbanos . Esta aplicación se ha vuelto más común como alternativa a la incineración debido a las preocupaciones ambientales y de salud sobre los subproductos de combustión emitidos por los incineradores, especialmente de las unidades pequeñas que se utilizaban comúnmente en los hospitales individuales. La incineración o un proceso de oxidación térmica similar todavía se suele exigir para los residuos patológicos y otros residuos médicos muy tóxicos o infecciosos. Para los residuos líquidos, un sistema de descontaminación de efluentes es el equipo equivalente.
En odontología, los autoclaves permiten esterilizar los instrumentos dentales.
En la mayor parte del mundo industrializado, los autoclaves de grado médico son dispositivos médicos regulados . Por lo tanto, muchos de ellos se limitan a ejecutar ciclos aprobados por los reguladores. Debido a que están optimizados para un uso hospitalario continuo, prefieren diseños rectangulares, requieren regímenes de mantenimiento exigentes y su funcionamiento es costoso. (Un autoclave de grado médico calibrado adecuadamente utiliza miles de galones de agua por día, independientemente de la tarea, con el correspondiente alto consumo de energía eléctrica).
Los autoclaves se utilizan en la educación, la investigación, la investigación biomédica, la investigación farmacéutica y en entornos industriales para esterilizar instrumentos y cristalería de laboratorio, procesar cargas de desechos antes de su eliminación, preparar medios de cultivo y medios líquidos y envejecer artificialmente materiales para pruebas.
Aunque los autoclaves producidos para su uso en medicina pueden utilizarse en entornos de investigación, los laboratorios pueden optar por autoclaves de "grado de investigación". Estos están diseñados específicamente para aplicaciones no médicas. Los autoclaves de investigación suelen utilizar un diseño "sin camisa" en el que el vapor se genera directamente en la cámara de presión mediante serpentines de calentamiento (en lugar de depender de una "camisa de vapor" y un generador de vapor independiente, como es el caso de los autoclaves médicos de alto rendimiento). Los autoclaves de grado de investigación no tienen que cumplir con los estrictos requisitos asociados con la esterilización de instrumentos que se utilizarán directamente en humanos. En cambio, pueden priorizar la eficiencia, la flexibilidad de programación, la facilidad de uso y la sostenibilidad.
En 2016, la Oficina de Sostenibilidad de la Universidad de California, Riverside (UCR) realizó un estudio sobre la eficiencia de los autoclaves en sus laboratorios de investigación en genómica y entomología, haciendo un seguimiento del consumo de energía y agua de varias unidades. Descubrieron que, incluso cuando funcionaban dentro de los parámetros previstos, los autoclaves de grado médico utilizados en sus laboratorios de investigación consumían cada uno 700 galones de agua y 90 kWh de electricidad por día (1134 MWh de electricidad y 8,8 millones de galones de agua en total), porque consumían energía y agua de forma continua, incluso cuando no se utilizaban. Los autoclaves de grado de investigación de la UCR realizaban las mismas tareas con la misma eficacia, pero utilizaban un 83 % menos de energía y un 97 % menos de agua. [17]
La Universidad de Alabama en Birmingham (UAB) completó un estudio similar en 2023 para evaluar las diferencias de rendimiento entre autoclaves con y sin camisa de tamaño similar que realizaban tareas idénticas en un entorno de investigación. Monitorearon autoclaves uno al lado del otro en una instalación que ejecutaba ciclos indicativos de las tareas de carga y esterilización más comunes utilizadas por sus investigadores en todo el campus. La UAB descubrió que los autoclaves con camisa consumían significativamente más agua (44-50 galones por ciclo) y vapor de la casa (25-41 libras por ciclo) que los autoclaves sin camisa, que usaban menos de 2 galones de agua y nada de vapor de la casa por ciclo, independientemente del tipo de ciclo o tarea. El mayor uso de agua por parte de los autoclaves con camisa resultó en un costo estimado de agua de $764 por autoclave con camisa por año, en comparación con $23 para los autoclaves sin camisa. Con más de 100 autoclaves con camisa de vapor en el campus, el autor calculó que el uso de autoclaves con camisa para tareas de investigación se tradujo en un gasto adicional anual de $74.000 para la UAB. Además, los autoclaves con camisa tenían un precio de compra inicial más alto que sus equivalentes sin camisa (un 37% más). El autor también señaló informes anecdóticos de ahorros en costos de mantenimiento y servicios eléctricos asociados con los autoclaves sin camisa. [18]
Los autoclaves de investigación presentan una amplia gama de diseños y tamaños, y con frecuencia se adaptan a su uso y tipo de carga. Las variaciones más comunes incluyen una cámara de presión cilíndrica o cuadrada, sistemas de refrigeración por aire o agua y puertas de cámara que se abren vertical u horizontalmente (que pueden funcionar de forma eléctrica o manual). Los autoclaves de grado de investigación pueden configurarse para un funcionamiento de "paso continuo". Esto permite mantener un aislamiento absoluto entre las áreas de trabajo "limpias" y las potencialmente contaminadas. Los autoclaves de investigación de paso continuo son especialmente importantes en instalaciones BSL-3 o BSL-4 .
Para esterilizar los artículos de manera eficaz, es importante utilizar parámetros óptimos al ejecutar un ciclo de autoclave. Un estudio de 2017 realizado por la unidad de biocontención del Hospital Johns Hopkins probó la capacidad de los autoclaves de paso para descontaminar cargas de desechos biomédicos simulados cuando se ejecutan con la configuración predeterminada de fábrica. El estudio descubrió que 18 de 18 (100%) cargas de pacientes simulados (6 EPP, 6 ropa de cama y 6 cargas de líquido) pasaron las pruebas de esterilización con los parámetros optimizados en comparación con solo 3 de 19 (16%) cargas simuladas que pasaron con el uso de la configuración predeterminada de fábrica. [19]
Existen indicadores físicos, químicos y biológicos que se pueden utilizar para garantizar que un autoclave alcance la temperatura correcta durante el tiempo correcto. Si un elemento no tratado o tratado de forma inadecuada se puede confundir con un elemento tratado, existe el riesgo de que se confundan, lo que, en algunas áreas como la cirugía, es crítico.
Los indicadores químicos en los envases médicos y en la cinta de autoclave cambian de color una vez que se cumplen las condiciones correctas, lo que indica que el objeto dentro del envase, o debajo de la cinta, se ha procesado adecuadamente. La cinta de autoclave es solo un marcador de que el vapor y el calor han activado el tinte. El marcador de la cinta no indica una esterilidad completa. También se utiliza un dispositivo de desafío más difícil, llamado dispositivo Bowie-Dick en honor a sus inventores, para verificar un ciclo completo. Este contiene una hoja completa de indicador químico colocada en el centro de una pila de papel. Está diseñado específicamente para demostrar que el proceso alcanzó la temperatura y el tiempo completos necesarios para un ciclo mínimo normal de 134 °C durante 3,5 a 4 minutos. [20]
Para comprobar la esterilidad se utilizan indicadores biológicos. Los indicadores biológicos contienen esporas de una bacteria resistente al calor, Geobacillus stearothermophilus . Si el autoclave no alcanza la temperatura adecuada, las esporas germinarán al incubarse y su metabolismo cambiará el color de una sustancia química sensible al pH . Algunos indicadores físicos consisten en una aleación diseñada para fundirse solo después de ser sometida a una temperatura determinada durante el tiempo de mantenimiento pertinente. Si la aleación se funde, el cambio será visible. [21]
Algunos autoclaves controlados por computadora utilizan un valor F 0 (F-cero) para controlar el ciclo de esterilización . Los valores F 0 se establecen para la cantidad de minutos de esterilización equivalente a 121 °C (250 °F) a 103 kPa (14,9 psi) por encima de la presión atmosférica durante 15 minutos. Dado que el control exacto de la temperatura es difícil, se monitorea la temperatura y se ajusta el tiempo de esterilización en consecuencia. [22]
{{citation}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )Sumergir en hidróxido de sodio (NaOH)20 y calentar en un autoclave de desplazamiento por gravedad a 121 °C durante 30 min; limpiar; enjuagar con agua y someter a esterilización de rutina.
