蒸汽灭菌中的最大和最小负载

蒸汽灭菌是许多制药和医疗器械产品制造过程中的关键工序，由于它的重要性和用途的广泛性，它受到了从业者和管理者的极大关注。尽管蒸汽灭菌收到了诸多关注，但负载大小的问题对于企业来说还是非常麻烦的，它会在灭菌周期的开发和验证中造成一定的困难。监管机构在批准前后都会对企业蒸汽灭菌不同负载量的验证进行定期检查。监管机构希望企业使用固定不变的负载量，且用于所有灭菌过程。¹、² 且同时针对局部（多孔）和终端（无孔）负载。虽然一些企业已经使用了定义的负载，但在实际使用中限制了操作灵活性，许多工业用户寻求更灵活、更有效的手段。根据单个消毒过程的细节，他们可能没有能力去捍卫他们实际的负载量。

使用最大负载作为灭菌杀伤力的“最坏情况”演示，并假定较小尺寸的负载将被适当消毒是常见的做法。假设最大载荷的大小、数量和质量是最坏的情况，并且在验证过程中充分验证了最小负载（以及所有中等大小的负载）在默认情况下是可以接受的。取决于灭菌器在过程中控制的方式，这可能是也可能不是真的。不同的空气去除率和/ 或加热/ 冷却速率的差异，可能在不同的负载大小，可能会导致过程的差异，可能会导致降低循环效能。

本文将讨论负载大小对部分（多孔负载）和终端灭菌过程的影响。在灭菌过程中，处理载荷大小的具体方法不尽相同；然而，遵循的一般方法是相似的。根据本文所提供的内容，操作人员可以自信的选择使用多孔或非多孔的负载进行灭菌，他们相信，他们可以满足监管预期，同时最大限度地提高操作灵活性。

部分（多孔）循环

在验证工作中，应首先研究最大负载量。最大负载可以是实际负载，也可以是为了验证而人为设定的负载量。根据灭菌器的使用情况，可能有几种不同的最大负载。企业应对最大负载量进行详细记录，包括相应的负载配件尺寸、数量和质量等。首先应评估负载配件，以确定包装得当和有导向性的“最慢热”的位置。这应该用一种不破坏包装材料完整性的方式使用温度传感器来实现。在热电偶和生物指示器的复制研究中对最大载荷进行了验证，表明在整个负载中已经有足够的灭菌性。

多孔负载的一个主要考虑因素是必须从负载中有效地去除空气。由于最大负载通常有许多被包裹的物体，所以可以移除空气的速率受到负载量的影响。包裹内的空气必须通过包装扩散，而从负载物外除去空气没有限制，并且很快被去除（见数据1A）。当处理最小负载时，随着内部空气量减少，当接近目标真空度时，负载物内的空气可能无法彻底除去（见数据1B）。在负载物中残留的空气会导致最小负载的灭菌程度低于要求水平。解决这个潜在问题的方法因灭菌器控制系统及其复杂性而有所不同。请注意，在所有的场景中，真空脉冲的数目都是相同的，并且可以根据所需平衡时间的要求来确定。

设有压力设定点、真空和蒸汽喷射速率控制的蒸汽灭菌器

具有这种功能的灭菌器允许在真空脉冲期间控制腔室压降和蒸汽喷射速率。这是最优化的设计，因为可以设定控制率，这样就能消除负载大小所带来的影响。在最大负载的时候，一旦空气被充分去除，确定了最大负载量，并以最小负载验证，那真空下降率和蒸汽喷射率的值可以确定并保持不变，和负载量无关。匝道率不得超过上限的90%，以期得到更佳的控制。因此，灭菌器的预真空和蒸汽脉冲是可重复使用的，以充分去除空气，和负载量无关。对于所有负载量的灭菌周期来说，其灭菌时间应相差无几（见图2A 和2B）。通过这种控制方法，对于最大负载量的验证结果将支持较小负载类似物的灭菌结果。为了解决监管问题，对于单词最小负载的灭菌，可以使用热电偶和生物指示剂。

灭菌器的压力设定点和真空/压力保持时间控制

有了这种控制，真空下降时间将随负载量而变化，最大负载通常需要最长的时间才能达到真空设定值。最大负载验证将在每个真空脉冲中进行，无需增加维持期，并经物理和生物数据证明是可接受的（见数据3A 和3B）。下一步，将真空抽至最大负载设定时间定为每个真空脉冲的真空保持时间（见数据3）。尽管蒸汽增压率可能不那么重要，但在每次蒸汽喷射结束时仍需保持类似的额外保持时间。这种方法将真空下降和蒸汽脉冲的全部时间延长至最大负载所需的时间，并确保最低负载有足够的时间去除空气/蒸汽渗透。整个循环时间仅由于每一个真空/ 蒸汽脉冲增加了保持时间而稍微延长。这种控制方案的总周期时间比真空/蒸汽喷射速率控制可能要长一些。然而，即使是这种不太精细的灭菌器控制，最大负载的验证也支持由较小负载的类似物的灭菌。需要结合热电偶和生物指标运行一次最小负载的灭菌流程，以对整个流程加以确认。

只有真空/ 压力设定点的灭菌器

由于真空下降率和真空保持时间都不受控制，所以这种灭菌器控制系统不适用于上述方法，以确保最低负载的充分灭菌。这种灭菌器设计的验证需要考虑使用热电偶和生物指示剂的三项研究中的最小和最大负载。

终端灭菌周期

液体填充的水容器的灭菌是一个更具挑战性的情况，不仅存在最小灭菌期望值，而且负载中的材料也不能过度使用。这个方法更容易确保在不同负载下的一致性，因为终端灭菌器通常配备更先进的控制系统用于调控加热和冷却速率。在开始之前，需要消毒容器，而且必须从容器的定位研究中选取，并获取预期负载电阻和数量的信息。这种计算通常包括增加一些安全系数以简化日常操作。

在最大负载下进行复制映射研究，以确定最小和最大灭菌位置（这些区域通常是一个或一片区域，而不是单个容器）。在这些研究中，加热和冷却速率应该设置在设备满负荷上限的90% 左右（见图4a）。选择这个值的目的是确保可控性，而不是显著延长整个周期。

热负荷主要来源于灭菌堆

终端灭菌的关键问题是，灭菌容器的热量随负载大小而变化。必须通过调节灭菌停留控制位置（假定在腔室中的某个位置）和负载中“最慢加热区”之间的任何滞后时间来确定循环的适当过程。由于最大负载的质量较大，因此其停滞时间相对最长，但将根据负载大小（以及某种程度上容器的大小/ 产品的热容量等）而变化。如果腔室的加热/ 冷却速率可以在不同的负载大小下自由变化，则从负载以外的探测导致的停滞周期可能提前开始，而且对于小负载的灭菌可能不充分（见数据4B）。在冷却过程中也会发生类似的情况，负载越小，对总加热的影响就越小，因此，对启动时间的影响也就越小。但是，不应假定用于最大负载的参数直接适用于最小负载。因为终端灭菌流程也必须考虑对其影星的极端条件，实验室和负载温度之间的
滞后是由实验确定的。比较评价也必须考虑高F0 位置。如果最大和最小灭菌范围相同，则控制策略是可以接受的。验证研究必须包括最大和最小负载两部分，结果一式三份，使用温度探针和生物指标。在相同的灭菌过程中，极限负载大小已被证明是成功的，因此不需要确认中间负载大小的灭菌性能。

结论

概述的方法应该能使医生能够有效和有信心地验证接受蒸汽灭菌的最大和最小负载，更全面地了解控制元件，以确保疗效的一致性。控制建议表明允许在操作的更大的灵活性，同时保持所需的灭菌能力和产品稳定性，这是必不可少的法规遵从性。

参考文献：

[1] FDA, Guideline - Guidance for Industry for the Submission of Documentation for Sterilization Process Validation in Applications for Human & Veterinary Drug Products, 1994.

[2] EMA, Annex 1, Sterile Medicinal Products, 2008.