Ethylene oxide sterilisation of medical devices : development of mathematical models for prediction of ethylene oxide diffusion and microbial lethality

O óxido de etileno (EO) é um agente de esterilização dominante na indústria dos dispositivos médicos, devido à sua efectividade e compatibilidade com a maioria dos materiais. Considerando o crescimento exponencial do mercado de dispositivos médicos sensíveis, complexos e sofisticados, assim como de conjuntos de procedimento customizados (que combinam uma grande diversidade de produtos e gama de polímeros) utilizados em actos médicos e cirúrgicos específicos, o EO emerge como o método de esterilização de eleição. A optimização deste processo constitui um desafio devido ao facto da competitividade do mercado global exigir custo-efectividade, flexibilidade e redução do tempo de ciclo necessário à colocação dos produtos no mercado, sem prejuízo da segurança e assegurando o cumprimento dos requisitos reguladores. A esterilização por EO é um processo multi-paramétrico complexo, que exige uma fase final de arejamento dos materiais. A eficácia destes processos é influenciada por diversas variáveis (e.g. temperatura, humidade, concentração do agente, material alvo), pelo que a sua optimização exige o conhecimento da influência das condições impostas e das suas relações com os produtos. A modelização matemática do processo de esterilização e arejamento permite a definição das condições óptimas para morte microbiana e desgaseificação, respectivamente. Tal permite a redução dos tempos de ciclo e/ou concentração de EO, assim como a comparação de diferentes processos de esterilização. Deste modo é possível contribuir para o desenvolvimento de processos com eficiência e flexibilidade acrescidas e a libertação paramétrica da esterilização surge assim cientificamente apoiada. Nesta dissertação foi estudada a influência das condições de processo na esterilização de dispositivos médicos por EO. Este é um processo implementado na empresa Bastos Viegas, S.A., desde 2005. Foram estudados os efeitos e interacções da temperatura, concentração de óxido de etileno e humidade relativa na inactivação do Bacillus subtilis, var. niger (ATCC 9372), o microrganismo de referência usado no controlo do processo. As experiências foram realizadas em câmaras de esterilização, com uma carga de campos cirúrgicos. Aplicou-se um planeamento experimental factorial 23 para avaliação dos efeitos das três variáveis (de acordo com limites comuns de condições operacionais) na letalidade da esterilização por EO. A inactivação do B. subtilis apresentou um comportamento sigmoidal e um modelo baseado em Gompertz foi ajustado com sucesso aos dados experimentais. Características importantes das curvas, tais como atraso inicial e taxa de inactivação foram considerados parâmetros do modelo. A temperatura e a concentração de óxido de etileno foram as variáveis que afectaram significativamente esses parâmetros, pelo que experiências adicionais foram realizadas de forma a incluir o efeito dessas variáveis do processo. Foi desenvolvido um modelo matemático para previsão da morte de B. subtilis expresso em função da temperatura e concentração de EO. Uma vez que a letalidade demonstrou estar directamente relacionada com a concentração de agente esterilizante, compreender a efectividade da esterilização por EO suscita obter a permeabilidade dos materiais ao gás, assim como o conhecimento sobre a dinâmica deste processo. A análise em tempo real da concentração de EO no espaço-livre do esterilizador tem-se tornado prática comum e o desafio neste momento é prever o seu valor no interior da carga. Foi desenhado, concebido e desenvolvido um equipamento para determinar a difusividade e a solubilidade de EO, e a permeabilidade de diversos materiais ao gás, pela metodologia de tempo de atraso. A operação deste equipamento é baseada no princípio de medição de uma mudança transiente de pressão em condições de volume e temperatura constantes (abordagem pressão-variável) e permite a determinação do tempo de atraso e do fluxo de EO em estado estacionário através de diversos materiais. As experiências foram executadas com um material de campo cirúrgico, a uma temperatura típica de esterilização, i.e. 48 ˚C, e a uma pressão de 3,2x105 Pa. As propriedades de transferência do EO no campo cirúrgico foram usadas para modelizar a sua cinética numa carga industrial do mesmo material. A segunda lei de Fick demonstrou ser adequada na descrição do processo de transferência, o que foi validado pela utilização de dosímetros que integraram a concentração de EO durante o tempo de exposição. A etapa de arejamento é importante para reduzir os resíduos de EO a um nível seguro e neste contexto, prever a desorção do EO é uma importante ferramenta para a optimização global da esterilização por EO. A cinética de desorção de EO de diferentes materiais esterilizados foi avaliada numa gama de temperaturas de arejamento entre 1,5 e 59,0 °C. Os dados experimentais seguiram um processo de difusão Fickiano e as difusividades foram estimadas para dois materiais médicos têxteis e dois poliméricos. Os resultados apresentados nesta dissertação contribuem para uma melhor compreensão da dinâmica do processo de esterilização por EO e por conseguinte, para uma optimização e controlo eficiente deste processo.Ethylene oxide (EO) is a dominant sterilisation agent in medical device industry, due to its effectiveness and compatibility with most materials. Considering the exponential market growth of sensitive, complex and sophisticated medical devices, as well as custom procedure packs (that combine a large diversity of products and range of polymers) for use in specific medical and surgical procedures, EO emerges as the sterilisation method of choice. The process optimisation is a challenge, due to the fact that the global competition market requires cost effectiveness, flexibility and inherent reduction of turnaround time required to get the products to market, without compromising safety and compliance with regulatory requirements. Ethylene oxide sterilisation is a complex multi-parameter process that requires an aeration final step of the materials. The effectiveness of these processes is influenced by several variables (e.g. temperature, humidity, concentration of the agent, target material), so their optimisation requires knowledge of the influence of the conditions imposed and of their relations with the products. Mathematical modelling of the sterilisation and aeration processes allows the definition of optimal microbial inactivation and outgassing conditions, respectively. This allows cycle times and/or EO concentration reduction, as well as the comparison of different sterilisation processes. In this way it is possible to contribute to the development of processes with added efficiency and flexibility and, therefore, the parametric release of the sterilization arises scientifically supported. In this dissertation the influence of process conditions on EO sterilization of medical devices was studied. This is an implemented process in Bastos Viegas, S.A. company, since 2005. The main effects and interactions of temperature, ethylene oxide concentration and relative humidity on the inactivation of the Bacillus subtilis, var. niger (ATCC 9372), the reference microorganism used in the control of the process, were assessed. The experiments were carried out in sterilisation chambers, with a load of surgical drapes. A 23 full factorial experimental design was applied for evaluation of the effects of the three variables (under the common limits of operational conditions) on microbial lethality by EO sterilisation. The B. subtilis inactivation presented a sigmoidal behaviour and a Gompertz based model was successfully applied in experimental data fitting. Important characteristics of the curves, as initial shoulder and inactivation rate were considered model parameters. Temperature and ethylene oxide concentration were the variables that significantly affected those parameters, so additional experiments were carried out to include the effects of those process variables. A mathematical model for B. subtilis death prediction was developed, expressed in terms of temperature and EO concentration. Since the lethality was found to be directly related with the sterilant agent concentration, understanding EO sterilisation effectiveness requires attaining gas permeability of materials, as well as the knowledge of the process dynamics. The on-line analysis of EO concentration in the steriliser head-space is becoming common practice and the challenge now is to predict its value within the load. An apparatus was designed, conceived and developed for determination of EO diffusivity and solubility, and gas permeability of sheet materials, by lag time methodology. The operation of this apparatus is based upon the principle of measuring a transient change in pressure at conditions of constant volume and temperature (variable-pressure approach) and allows determination of lag time and steady state flow of EO through different materials. Experiments were carried out with a surgical drape material at a standard sterilisation temperature, i.e. 48 ˚C, and at a pressure of 3.22x105 Pa. The transport properties of EO through surgical drape were used for modelling its kinetics through an industrial load of the same material. The Fick‟s second law was adequate for describing the transport process, which was validated by the use of dosimeters that integrated EO concentration through exposure time. The aeration step is important for reducing EO residues to a safe level and in this context, prediction of EO desorption is a valuable tool for the overall optimisation of EO sterilisation. The kinetics of EO desorption, from different sterilised materials, was assessed within the range of aeration temperatures from 1.5 to 59.0 °C. The experimental data followed a Fickian diffusion process and diffusivities were estimated for two textile and two polymeric medical materials. The results presented in this dissertation contributes to a better understanding of the full dynamics of EO sterilisation and consequently, for an optimisation and efficient control of this process

Tracheal Trifurcation: An Uncommon Cause of Recurrent Pneumonia

info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Modulation of calcium signalling in human sperm by nitric oxide

Nitric oxide (NO) generation by nitric oxide synthase (NOS) is implicated in gamete interaction and fertilization. In vitro studies were undertaken to assess the ability of human sperm and cumulus cells (surrounding the oocyte) to generate NO, investigate the mechanism of action of NO, the NO-mediated [Ca$^{2+}$]$_i$ signalling pathways, the possible interaction of NO with progesterone (a product of cumulus) and its impact in the regulation of human sperm functions. Immunofluorescent staining revealed constitutive NOS in human cumulus. DAF-FM diacetate staining demonstrated NO production by cumulus cells. Human sperm exposure to NO donors caused mobilization of stored Ca$^{2+}$ by a mechanism not requiring guanylate cyclase activation but mimicked by S-nitrosoglutathione (GSNO; an S-nitrosylating agent). Dithiothreitol application, to reduce protein –SNO groups, rapidly reversed the actions of NO and GSNO on [Ca$^{2+}$]$_i$. The effects of NO, GSNO and dithiothreitol on protein S-nitrosylation, assessed using the biotin-switch assay, closely paralleled their actions on [Ca$^{2+}$]$_i$. Progesterone mobilizes stored Ca$^{2+}$ in human sperm, by a mechanism involving ryanodine receptor (RyR) activation. Pre-treatment with NO reduced the amplitude of the Ca$^{2+}$ response to ryanodine (a RyR agonist), suggesting convergence of the actions of NO and ryanodine. Sperm pre-treatment with NO greatly enhanced the progesterone effect on [Ca$^{2+}$]$_i$, causing a prolonged increase in flagellar excursion. We conclude that NO regulates mobilization of stored Ca$^{2+}$ in human sperm by protein (possibly RyRs) S-nitrosylation, that this action is synergistic with that of progesterone and that this synergism is potentially highly significant in gamete interactions leading to fertilization

Avaliação experimental do comportamento dinâmico de paredes de alvenaria de tijolo térmico

Compete aos agentes que concebem os edifícios, bem como aos legisladores e aos promotores, dotá-los com o máximo possível de tecnologias passivas que permitam ao utilizador economizar, sem no entanto perder conforto nem salubridade. O presente estudo consiste num trabalho de revisão bibliográfica e de investigação experimental com vista à avaliação do comportamento dinâmico de paredes de alvenaria de tijolo térmico. Aferiu-se o desempenho térmico deste tipo de paredes e a viabilidade da sua utilização essencialmente numa perspetiva da redução dos consumos energéticos e de garantia do conforto térmico e salubridade nos edifícios. Os tijolos térmicos estão cada vez mais a ser introduzidos na construção devido ainda à simplicidade na construção e a possível eliminação/redução do material isolante. Neste trabalho construiu-se uma célula de teste com paredes constituídas por este tipo de tijolo, o Bloco ThermoPrélis, cedido pela empresa PRELIS Lda. Assim, mediu-se o desempenho térmico do mesmo em condições reais, em períodos nas estações de primavera e do verão. Os resultados experimentais mostram claramente as vantagens da construção com este tipo de tijolo, que apresenta um atraso térmico de 7 a 8 horas e um amortecimento da amplitude térmica no ambiente interior bastante significativo, tirando partido do mecanismo físico associado à inércia térmica. Em termos de custos, a construção com tijolo térmico apresenta vantagens, quando comparado com a construção típica em parede dupla com isolamento térmico na caixa-de-ar

Modelling the inactivation of Bacillus subtilis spores by ethylene oxide processing

Ethylene oxide is currently a dominant agent in medical devices sterilization. This work intends to study the main effects and interactions of temperature (T), ethylene oxide (EO) concentration and relative humidity (RH) on commercial spore strips of Bacillus subtilis, var. niger (ATCC 9372) inactivation, the most common microorganism used in controlling the efficacy of the process. Experiments were carried out using a full factorial experimental design at two levels (23 factorial design). Limit target exposure conditions for EO concentration, temperature and relative humidity were 250 - 1000 mg EO/L, 40 - 60 °C and 50 - 90 %, respectively. Adopting a different approach from the first order kinetics, a Gompertz model was successfully applied in data fitting of the inactivation curves. Bacillus subtilis kinetic behaviour presented a sigmoidal inactivation with an initial shoulder (λ), followed by a maximum inactivation rate (kmax), these being model parameters. The influence of the referred environmental factors on lethality was assessed through λ and kmax estimates. It was concluded that, temperature and EO concentration were the most significant factors and consequently, additional experiments were carried out aiming at describing the parameters dependence on these process factors. Mathematical relations describing such dependences were successfully developed and included in the Gompertz kinetic model. The predictive ability of this integrated model was assessed, and its adequacy in predicting B. subtilis inactivation was proven

A Qualitative Evidence Synthesis Protocol

Nursing Bedside Handover (NBH) is acknowledged as a nursing practice implemented at the patient’s bedside to improve communication safety during the shift change, but it is vulnerable due to inconsistent application among nurses. This synthesis of qualitative evidence aims to review and synthesize the perceptions and experiences of nurses regarding the factors that, in their perspective, influence NBH practice. We will follow the thematic synthesis methodology of Thomas and Harden and the Enhancing Transparency in Reporting the Synthesis of Qualitative Research (ENTREQ) Statement guidelines. A search will be conducted through the databases of MEDLINE, CINAHL, Web of Science, and Scopus, and we will follow the three-step search process to identify primary studies with qualitative or mixed-method research designs and projects of quality improvement. The screening and selection of the studies will be carried out by two independent reviewers. We will use the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-analyses (PRISMA) to report the screening, search, and selection of studies. To assess its methodological quality, two reviewers will independently use the CASM Tool. The extracted data will be reviewed, categorized, and summarized in tabular and narrative formats. The findings obtained will allow us to inform future research and change management led by nurse managers.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Ethylene oxide sterilization of medical devices: a review

Ethylene oxide (EO) is a well-known sterilizing agent. However, only recently has its use significantly emerged, based on its range of applications in the field of new medical device development and sterilization. This paper describes the progress in terms of EO sterilization and concludes that it remains a promising field to explore and develop. The EO action mechanism and toxicity are analyzed, and a critical analysis is made on how it is possible to use EO sterilization for medical devices advantageously, with emphasis on cycle design and validation. One huge challenge is related with the development of mathematical models to integrate lethality to allow a continuous increase of process flexibility, without compromising its safety. The scientific community should also focus on other important issues, such as EO diffusion in different substrates, taking into account different environmental conditions both for sterilization and aeration

SENSIBLE project community engagement both in Évora and Nottingham demonstrator sites

In this study, the authors detail the community engagement strategies applied to the Évora and Nottingham demonstrators under the scope of the project SENSIBLE, taking into account the different phases of the project. Additionally, the first results of the ongoing socio-economic study examining the impact of energy storage are presented, whose results are supporting the community engagement strategies

Reproduction and structure of the population of the Chaetognath Parasagitta friderici in Guanabara Bay (Brazil) based on short term sampling

The aim of this study was to describe the total density, densities of developmental stages and the reproduction period of Parasagitta friderici. Weekly samples were collected at one station in the channel of Guanabara Bay, Rio de Janeiro, during one year. Three vertical hauls were made for each sample, and P. friderici was separated, the developmental stages were identified, and body length (BL), ovary length (OL) and seminal vesicle width (SVW) were measured. Throughout the year P. friderici was the most abundant chaetognath species occurring in all four developmental stages, the densities of which varied from week to week. Higher densities of adults occurred in the spring, followed by peaks of juveniles in the summer. Although P. friderici seems to reproduce continuously in Guanabara Bay, a reproductive peak was apparent during the spring. The intensification of reproduction during the spring, with juveniles occurring in the summer, seems to be related to the period of higher food supply during the rainy season and intrusions of the South Atlantic Central Water.O objetivo deste estudo foi descrever a densidade total, densidades dos estágios de desenvolvimento e o período reprodutivo de Parasagitta friderici. As coletas foram realizadas semanalmente durante um ano em uma estação no canal da Baía de Guanabara, Rio de Janeiro. Foram realizados três arrastos verticais em cada amostragem e, P. friderici foi separada, os estágios de desenvolvimento identificados e o comprimento do corpo, comprimento dos ovários e a largura da vesícula seminal foram medidos. Ao longo do ano, P. friderici foi a espécie de Chaetognatha mais abundante, ocorrendo em todos os quatro estágios de desenvolvimento, dos quais as densidades variaram entre as semanas. As densidades mais altas de adultos ocorreram na primavera seguidas de picos de juvenis no verão. Embora, P. friderici se reproduza continuamente na baía de Guanabara, um pico reprodutivo foi aparente durante a primavera. A intensificação da reprodução durante a primavera com a ocorrência de juvenis no verão, parece estar relacionada ao aumento da oferta de alimento durante a estação chuvosa e intrusões da Água Central do Atlântico Sul