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La esterilización es un proceso que destruye, mata o desactiva cualquier forma de vida y agentes biológicos, incluyendo bacterias, virus, esporas, priones y eucariotas unicelulares. Su aplicación es muy importante en diversos campos, especialmente en medicina e investigación.

La esterilización se puede conseguir con diversos métodos físicos aplicando calor u otras formas de energía como la radiación, o también se puede conseguir por acción de agentes químicos. Entre los diversos métodos de esterilización, algunos de los más utilizados son:

  • Autoclaves: utilizan corrientes de vapor de agua a altas temperaturas y presión. Método barato y efectivo. No válido para materiales sensibles al calor.
  • Hornos de aire caliente: más ineficientes que los autoclaves. No válido para materiales sensibles al calor.
  • Óxido de etileno: útil para materiales sensibles al calor pero deja residuos de sustancias potencialmente tóxicas.
  • Otros químicos utilizados generalmente como antisépticos y desinfectantes pero que también pueden esterilizar si se utilizan en períodos prolongados.
  • Irradiación: radiación gamma, radiación UV, bombardeo con electrones acelerados. Muy efectivo pero de mayor coste.
  • Gases en estado de plasma.

¿Qué es un autoclave?

La invención del autoclave se atribuye a Charles Chamberland en 1879, aunque el digestor a vapor, inventado en 1679 por Denis Papin, se considera el precursor del autoclave. En la actualidad, por su efectividad y bajo coste, sigue siendo uno de los métodos de esterilización más utilizados.

Un autoclave consiste básicamente en una cámara sellada en la que se introduce vapor de agua a alta presión y temperatura que actúa como agente esterilizador. El autoclave más rudimentario es similar a una olla a presión de las que se utilizan para cocinar, aunque actualmente existen autoclaves muy sofisticados de tamaños y diseños muy diferentes.

En el interior de la cámara, el vapor de agua alcanza temperaturas superiores a 100 ºC, generalmente entre 121 y 140 ºC, y se mantiene entre 15 y 20 minutos. Para que el vapor de agua pueda estar a más de 100 ºC, es necesario que la presión en el interior del autoclave sea superior a la presión atmosférica normal.

Aunque la esterilización en autoclave es muy efectiva y barata, no se puede aplicar a cualquier material, solo es válido para materiales resistentes a la temperatura y que no se vean afectados por el agua.

¿Cómo funciona?

El vapor de agua es un agente excelente para transmitir la energía calorífica en comparación con el aire seco. En el proceso de esterilización con calor húmedo, las moléculas de agua condensan sobre las superficies más frías, incluyendo superficies de organismos vivos, y transfieren alrededor de 2500 J (julios) por gramo de vapor. Esta cantidad de energía eleva la temperatura de los microorganismos hasta niveles que los mata o los hace inviables.

La mayoría de microorganismos mueren a partir a de 80 ºC pero otros agentes biológicos, como priones o esporas, requieren una mayor temperatura y tiempo para su destrucción e inactivación. Una temperatura de las más utilizadas en autoclaves es 121 ºC durante 15 – 20 minutos, en función del tamaño de la carga y el contenido a esterilizar. Otra temperatura común son 134 ºC durante 3 minutos. No obstante, el proceso completo puede durar hasta 1.5 horas, incluyendo el tiempo requerido para presurizar, despresurizar y enfriar.

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Para conseguir el máximo efecto del vapor de agua, el aire en el interior del autoclave debe alcanzar el punto de saturación, que a las temperaturas utilizadas en el autoclave suele ser una humedad relativa del 3 – 5%. Al estar saturado, cuando las moléculas de agua condensan en las superficies frías, el volumen se reduce y crea un efecto de succión del vapor hacia el material responsable de la gran penetración del vapor, una característica que contribuye a la alta eficiencia de la esterilización en autoclave.

Para alcanzar la saturación es necesario eliminar el aire seco del interior del autoclave, lo que se puede hacer con varios métodos, los dos más utilizados son:

  • Desplazamiento por gravedad: el vapor entra en la cámara y va ocupando las zonas altas al ser menos denso que el aire. El aire va siendo desplazado hacia la parte inferior forzando su salida a través de una válvula de drenaje que suele estar controlada mediante una válvula solenoide.
  • Bombas de vacío: una bomba succiona el aire de la cámara del autoclave de forma activa.
proceso de esterilización en autoclave
Esquema del proceso de esterilización en autoclave

El material esterilizado se mantiene estéril mientras no se vuelva a poner en contacto con microorganismos, lo que incluye la exposición al aire normal. Aunque la esterilización sea muy eficaz, es necesario utilizar indicadores para validar que el proceso se ha desarrollado correctamente. Uno de los indicadores más utilizados son tiras con sustancias que cambian de color cuándo se alcanzan determinadas temperaturas y que sirven para comprobar que en el interior de la cámara se han alcanzado las temperaturas deseadas, además de manómetros, termómetros y sensores digitales.

Principales aplicaciones

Los autoclaves se utilizan en muchos campos diferentes, destacando el ámbito médico, la investigación y diversos procesos industriales.

En medicina se utilizan para esterilizar materiales reutilizables y que entran en contacto con tejidos de los pacientes. Por ejemplo, en hospitales se utilizan para esterilizar material quirúrgico, especulos, raspadores, bisturís, etc. La esterilización de este tipo de materiales reduce considerable el coste en instrumental de las instalaciones médicas, al mismo tiempo que reduce la cantidad de desechos potencialmente peligrosos. El tratamiento de desechos hospitalarios también suele incluir la esterilización antes de su depósito en los servicios de gestión de residuos públicos.

Con fines similares pero fuera del ámbito médico, los autoclaves se utilizan para esterilizar herramientas en salones de tatuajes, de piercings y salones de belleza que realizan manicura y pedicura.

Los laboratorios de investigación utilizan los autoclaves para esterilizar muchas herramientas y materiales en los que la presencia de microorganismos podrían alterar los resultados de los experimentos, por ejemplo en estudios animales, moleculares y bacterianos. Un ejemplo muy frecuente es la esterilización de los medios de cultivo de microorganismos antes de su uso; de esta forma solo crecerán los microorganismos sembrados o presentes en las muestras estudiadas.

Los autoclaves se pueden utilizar para otros procesos que no necesariamente persiguen la esterilización. Por ejemplo, en los autoclaves se realiza la conocida con síntesis hidrotermal que se utiliza para sintetizar diversas sustancias, por ejemplo la amatatista sintética.

Referencias

  1. Autoclave Sterilization Process Guide. Sterilization and Infection Control Blog.
  2. Faugeroux, Delphine; Wells, Barbra (2016). Laboratory autoclaves: a case study. Laboratory Design 20(6):10–12.

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