Cómo elimina los microorganismos el peróxido de hidrógeno: el mecanismo de oxidación del VHP
El peróxido de hidrógeno vaporizado (VHP) se utiliza para descontaminar aisladores, salas limpias y laboratorios porque elimina una gama muy amplia de microorganismos, incluidas las esporas bacterianas, y después se descompone en agua y oxígeno. Comprender cómo los elimina ayuda a explicar el diseño de los ciclos: por qué importan la concentración y el tiempo de contacto, por qué se limpian primero las salas, por qué se controla la condensación y por qué se utilizan esporas para demostrar que un ciclo funciona.
La respuesta breve
El peróxido de hidrógeno elimina los microorganismos por oxidación. Tanto este compuesto como las especies reactivas que genera, principalmente radicales hidroxilo, extraen electrones de los lípidos de membrana, las proteínas y el ADN. Cuando se han dañado suficientes estructuras, la célula ya no puede funcionar ni multiplicarse. Como ataca muchas dianas a la vez, los microorganismos no desarrollan una resistencia específica frente a él como puede ocurrir con un antibiótico.
La química
El peróxido de hidrógeno (H2O2) es un oxidante. Por sí solo reacciona directamente con algunos componentes celulares, pero gran parte del daño procede de lo que genera dentro de la célula. Las células contienen pequeñas cantidades de hierro y cobre libres. Estos metales reaccionan con el peróxido de hidrógeno en la reacción de Fenton:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH− + •OH
El radical hidroxilo (•OH) es una de las especies químicas más reactivas conocidas. Dura solo una fracción ínfima de segundo y reacciona con casi todo lo que tiene al lado. Como los radicales se forman cerca de iones metálicos unidos al ADN y a las proteínas, causan daño justo donde más importa.
Qué se daña
| Diana | Qué ocurre | Resultado para la célula |
|---|---|---|
| Lípidos de membrana | Peroxidación lipídica: los ácidos grasos insaturados se oxidan en una reacción en cadena. | La membrana presenta fugas y pierde el control de lo que entra y sale de la célula. |
| Proteínas y enzimas | Los aminoácidos que contienen azufre (grupos tiol de la cisteína, metionina) se oxidan; las proteínas se despliegan o forman enlaces cruzados. | Las enzimas dejan de funcionar; fallan el transporte y la producción de energía. |
| ADN y ARN | Las bases se oxidan y las cadenas se rompen. | La célula no puede copiar sus genes ni repararse. |
| Cápsides y envolturas víricas | Las proteínas de la cápside y las envolturas lipídicas se oxidan. | El virus ya no puede unirse a las células hospedadoras ni penetrar en ellas. |
| Cubierta de la espora y proteínas de germinación | La cubierta protectora se daña y las proteínas necesarias para germinar se inactivan. | La espora no puede volver a convertirse en una célula en crecimiento. |
Por qué las esporas son las más difíciles de eliminar
Las esporas bacterianas son formas latentes adaptadas para sobrevivir. Varias características ralentizan la acción del peróxido de hidrógeno:
- Una gruesa y multicapa cubierta de la espora que reacciona con los oxidantes y los absorbe antes de que lleguen al núcleo.
- Un bajo contenido de agua en el núcleo, que limita las reacciones químicas en su interior.
- Pequeñas proteínas solubles en ácido (SASPs) que se unen al ADN y lo protegen.
- Una gran reserva de ácido dipicolínico unido al calcio, que estabiliza el núcleo.
Como las esporas son los organismos más resistentes que se espera eliminar con VHP, se utilizan para demostrar la eficacia de un ciclo. Las esporas de Geobacillus stearothermophilus son el indicador biológico habitual para VHP. Si un ciclo elimina una población de 106 de estas esporas en las ubicaciones de peor caso, se espera que también elimine allí los organismos menos resistentes. Véase cómo se valida un ciclo VHP con indicadores biológicos.
Orden general de resistencia
La bibliografía sobre desinfección clasifica los microorganismos según la dificultad para inactivarlos con agentes químicos. Un orden simplificado, de mayor a menor resistencia:
| Grupo | Ejemplos | Motivo |
|---|---|---|
| Esporas bacterianas | Geobacillus, Bacillus, Clostridioides | Cubierta, núcleo seco, ADN protegido |
| Micobacterias | Mycobacterium de distintas especies | Pared celular cérea y rica en lípidos |
| Virus sin envoltura | Norovirus, adenovirus | Cápside proteica robusta, sin capa lipídica |
| Hongos | Mohos y sus esporas, levaduras | Paredes celulares gruesas; las esporas de moho son resistentes |
| Bacterias vegetativas | Staphylococcus, E. coli | En crecimiento activo, menos protegidas |
| Virus con envoltura | Virus de la gripe, coronavirus | Envoltura lipídica frágil |
Los priones quedan fuera del alcance de las declaraciones habituales de descontaminación con VHP y requieren una evaluación independiente.
Catalasa, suciedad y biopelícula
Muchas bacterias producen catalasa y peroxidasa, enzimas que descomponen el peróxido de hidrógeno para proteger a la célula de las pequeñas cantidades generadas por el metabolismo normal. A las concentraciones utilizadas para descontaminación, estas defensas se ven superadas. Siguen siendo importantes donde los organismos están presentes en gran número o protegidos:
- La suciedad orgánica , como las proteínas, la sangre o los medios de cultivo, reacciona con el peróxido de hidrógeno y lo consume antes de que llegue a los organismos.
- Las biopelículas combinan un elevado número de células, actividad de catalasa y una matriz protectora.
Por eso el VHP se aplica sobre superficies limpias. Es una etapa final de descontaminación, no un sustituto de la limpieza.
Vapor o líquido: dónde se produce la eliminación
En un ciclo VHP, el peróxido de hidrógeno llega en forma de vapor. Las investigaciones sugieren que gran parte de la eliminación ocurre en la superficie, donde las moléculas de peróxido de hidrógeno se adsorben y forman una capa extremadamente fina, a menudo invisible, de peróxido de hidrógeno concentrado. Allí tienen lugar las reacciones de oxidación.
La condensación visible es otra cuestión. Las grandes zonas mojadas hacen que la distribución sea desigual, pueden dañar los materiales y ralentizan la aireación. Por ello, el diseño del ciclo busca una concentración suficiente en las superficies sin condensación incontrolada. Para más detalles, véase Concentración de VHP, humedad y condensación.
Qué controla la velocidad de eliminación
| Factor | Efecto | Cómo lo gestiona un ciclo |
|---|---|---|
| Concentración | Una mayor concentración en la superficie implica una oxidación más rápida. | Tasa de inyección y monitorización con un sensor de peróxido de hidrógeno. |
| Tiempo de contacto | La eliminación aumenta con el tiempo de exposición a una determinada concentración. | Una fase de exposición (mantenimiento) definida. |
| Humedad | El vapor de agua compite con el peróxido de hidrógeno y desplaza el punto de condensación. | Deshumidificación antes de la inyección. |
| Temperatura | Afecta a la cantidad de vapor que puede contener el aire y a dónde se condensa; las zonas frías condensan primero. | Temperatura estable de la sala o del recinto. |
| Estado de la superficie | La suciedad y la biopelícula consumen peróxido de hidrógeno y protegen a los organismos. | Limpieza antes de la descontaminación. |
| Materiales y carga | Algunos materiales absorben o descomponen el peróxido de hidrógeno. | Configuraciones de carga ensayadas durante el desarrollo del ciclo. |
El tiempo necesario para reducir una población de esporas un 90% en condiciones definidas es el valor D. Los proveedores de indicadores biológicos lo indican para sus indicadores, y quienes desarrollan los ciclos lo utilizan para evaluar el margen de un ciclo.
Tras la eliminación: agua y oxígeno
El peróxido de hidrógeno se descompone en agua y oxígeno:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Durante la aireación, el vapor se elimina con aire fresco o pasa por un catalizador que acelera esta descomposición. No quedan sustancias tóxicas en las superficies, una de las principales razones por las que el VHP sustituyó al formaldehído en muchas instalaciones. Solo se puede volver a entrar cuando se ha medido una concentración inferior al límite de exposición laboral, por ejemplo 1 ppm como media de 8 horas según OSHA en EE. UU. Para saber cómo gestionan los generadores cada fase, véase cómo funciona un generador VHP.
Qué implica esto para el diseño del ciclo
- Limpiar primero. La suciedad y los residuos consumen peróxido de hidrógeno y protegen a los organismos.
- Secar el aire. La deshumidificación deja margen para el vapor de peróxido de hidrógeno antes de que comience la condensación.
- Medir, sin dar por supuesto. La concentración en la superficie y el tiempo a esa concentración determinan el resultado.
- Demostrarlo con esporas. Los indicadores biológicos en las ubicaciones de peor caso muestran si el ciclo funciona en su espacio.
- Airear hasta un punto final medido. La reentrada se basa en una lectura, no en el tiempo transcurrido.
Equipos VHP de Fenggu
Fenggu fabrica esterilizadores VHP móviles de salas, sistemas VHP integrados en HVAC, generadores VHP de recirculación y generadores VHP de vacío pulsado, pass boxes VHP y esclusas. Los sistemas están diseñados para una reducción de 6 log de las esporas bacterianas; la eficacia real se establece mediante el protocolo y el informe de validación de cada proyecto.
Todos los equipos VHP: esterilizadores y generadores VHP.
Preguntas frecuentes
¿Pueden los microorganismos hacerse resistentes al peróxido de hidrógeno?
Algunos organismos lo toleran mejor que otros, por ejemplo gracias a la catalasa o a la biopelícula. Como daña muchas estructuras celulares a la vez, la resistencia adquirida específica del tipo observado con los antibióticos no supone un problema práctico a las concentraciones de descontaminación.
¿Por qué se utilizan esporas para validar los ciclos VHP?
Se encuentran entre los organismos más resistentes al peróxido de hidrógeno. Si un ciclo elimina 106 Geobacillus stearothermophilus en forma de esporas en las ubicaciones de peor caso, se espera que también elimine allí los organismos menos resistentes.
¿Es el vapor más eficaz que el peróxido de hidrógeno líquido?
El vapor llega a las superficies de forma más uniforme, incluidas las zonas en sombra, y deja menos humedad. En ambos casos, la eficacia depende de la concentración y del tiempo de contacto en la superficie.
¿Deja residuos el VHP?
El peróxido de hidrógeno se descompone en agua y oxígeno. Tras la aireación, se mide la concentración para confirmar que está por debajo del límite de exposición antes de volver a entrar.
¿Elimina virus el peróxido de hidrógeno?
Sí, tanto virus con envoltura como sin ella, al oxidar sus envolturas y las proteínas de la cápside. Los virus sin envoltura son más resistentes que los que la tienen.
Referencias
- McDonnell G, Russell AD. Antiseptics and disinfectants: activity, action, and resistance. Clinical Microbiology Reviews. 1999;12(1):147–179.
- Linley E, Denyer SP, McDonnell G, Simons C, Maillard JY. Use of hydrogen peroxide as a biocide: new consideration of its mechanisms of biocidal action. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 2012;67(7):1589–1596.
- Setlow P. Spores of Bacillus subtilis: their resistance to and killing by radiation, heat and chemicals. Journal of Applied Microbiology. 2006;101(3):514–525.
- Norma sobre indicadores biológicos: ISO 11138-1:2017, Sterilization of health care products — Biological indicators — Parte 1: General requirements
- USP <1229.11> Vapor Phase Sterilization
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