Sterilisasi Gas: Faktor Pengaruh

Sterilisasi bukanlah hal yang asing di dunia kesehatan, mengingat banyaknya sediaan-sediaan farmasi maupun alat-alat kesehatan yang mensyaratkan dilakukan sterilisasi terlebih dahulu sebelum digunakan demi keamanan dari pasien. Sterilisasi dapat dilakukan dengan berbagai cara dimulai dari sterilisasi panas kering biasa hingga sterilisasi radiasi yang menggunakan inti-inti radioaktif. Pada bahasan kali ini kita akan berbicara mengenai sterilisasi gas.
Sesuai dengan namanya sterilisasi gas menggunakan gas (umumnya etilen oksida) sebagai zat pensteril. sterilisasi gas menawarkan kelebihan dibanding cara sterilisasi lainnya, berupa ekonomisitas. Tekonologi saat ini menjamin pengontrolan proses sterilisasi gas secara penuh oleh komputer (computerized control) dan juga penggunaan 100% gas etilen oksida secara aman.
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi sterilisasi gas, antara lain: (1) kelembapan relatif udara saat sterilisasi; (2) suhu saat sterilisasi dilakukan; (3) konsentrasi dari gas yang digunakan dan jangka waktu pemaparannya; (4) kemampuan penetrasi dari gas yang digunakan. Berbagai parameter sterilisasi tersebut merupakan variabel kritis sehingga dianjurkan untuk melakukan prakondisi bahan sampai didapatkan kadar kelembapan yang diperlukan dapat mengurangi waktu yang diperlukan agar diperoleh suhu yang diinginkan pada bahan sebelum dimasukan ke dalam bejana sterilisasi.

Kelembapan relatif udara saat sterilisasi
Kelembapan merupakan parameter paling penting yang mempengaruhi efisiensi proses sterilisasi dengan gas. Ketika kelembapan optimal tercapai, maka proses sterilisasi hanya bergantung pada aktivitas molekular dari gas pensteril dan interaksinya dengan populasi mikroba yang diekspos. Kondisi kelembapan relatif optimum untuk suhu 25°C, di mana terdapat kesetimbangan antara bahan dan lingkungan adalah 33%. Namun umumnya diperlukan kelembapan relatif yang lebih tinggi karena proses sterilisai biasanya berlangsung pada suhu yang lebih tinggi dari suhu kamar.
Kelembapan sangat penting dalam memfasilitasi pembentukan sisi reaktif (reactive sites) yang ada pada mikroba untuk berinteraksi dengan gas pensteril (sebagai contoh proses alkilasi oleh gas etilen oksida). Ketika sel atau spora mengering akan membuat interaksi sisi reaktif dengan gas pensteril menurun akibat terjadi perubahan pada bagian sel yang mengandung protein.
Apabila kelembapan relatif mencapai kesetimbangan dengan suhu kamar, namun suhu bahan yang akan disterilkan meningkat maka akan menyebabkan penurunan kelembapan pada permukaan mikroba. Kondisi ini terjadi ketika bahan yang akan disterilisasi sudah dikemas sehingga terdapat barier difusi kelembapan sehingga kelembapan relatif optimum hanya dicapai oleh lingkungan di luar kemasan. Solusi atas permasalahan ini adalah dengan memperbesar kelembapan relatif sebesar 33% agar dapat memberikan kelembapan yang mampu menembus kemasan sehingga kondisi optimum pada permukaan mikroorganisme dapat dicapai.
Pada praktiknya, kelembapan relatif pada chamber yang digunakan biasanya ditingkatkan hingga 40-50%. Hal ini akan membuat kelembapan diabsorbsi dengan baik oleh bahan dan menghasilkan gradient konsentrasi yang selanjutnya dapat meningkatkan laju difusi melintasi bahan pengemas.
Sebagai contoh pada gas etilen oksida diperlukan kelembapan yang tepat agar gas tersebut dapat berpenetrasi dan membunuh mikroorganisme. Pada kelembapan yang rendah (contoh, kurang dari 20%), laju kematian mikroorganisme menjadi tidak logaritmik dan dengan semakin berkurangnya kelembapan akan semakin meningkatkan resistensi mikroorganisme. Kelembapan pada chamber sterilisasi biasanya dinaikkan hingga 50-60% dan berlangsung sampai permukaan dan membran sel mikroorganisme dapat menyerap kelembapan sebelum pemberian gas etilen oksida. Namun tingkat kelembapan yang terlalu tinggi, yaitu ketika melebihi titik embun, juga dapat mengurangi efektifitas dari gas etilen oksida. Jika titik embun terlewati, maka akan terjadi proses pengembunan uap air di mana akan memperlambat perpindahan gas etilen oksida ke spora. Selain itu, gas etilen oksida dapat bereaksi dengan air sehingga dapat mengurangi jumlah molekul etilen oksida yang tersedia.
Uap air yang dimasukan ke dalam kamar sterilisasi bersama gas tidak akan dapat menghidrasi mikroorganisme secara memadai. Padahal uap air harus diserap oleh bahan-bahan di sekelilingnya dan dapat menembus mikroorganisme. Oleh karena itu pada setiap siklus sterilisasi harus terdapat masa menetapnya uap air sampai kelembapan relatif mencapai 95%.

Suhu saat sterilisasi
Sterilisasi dapat berlangsung pada suhu kamar namun akan membutuhkan waktu pemaparan yang lama. Oleh karena itu, agar waktu sterilisasi berjalan efisien, umumnya dilakukan peningkatan suhu. Setiap kenaikan suhu sebesar 17°C dalam kisaran 5-40°C akan mengurangi waktu sterilisasi menjadi setengah kalinya. Penggunaan suhu yang sangat tinggi untuk sterilisasi gas sudah tidak dilakukan sejak seringnya sterilisasi terhadap bahan yang termolabil. Kisaran suhu 60°C dianggap sebagai batas tertinggi untuk sterilisasi gas.

Konsentrasi gas pensteril dan lama sterilisasi
Efektifitas dari sterilisasi bergantung pada interaksi antara molekul gas pensteril dengan mikroba yang diekspos. Oleh karena itu, semakin banyak molekul gas semakin cepat laju kematian dari mikroba. Meskipun demikian, besarnya konsentrasi dari gas pensteril juga perlu diseimbangkan dengan biaya yang dibutuhkan.
Selain itu laju sterilisasi bergantung pada tekanan parsial gas yang ditentukan oleh jumlah gas pada chamber. Jika konsentrasi gas diduakalikan maka waktu pemaparan yang dibutuhkan menjadi setengah kalinya. Sebagai contoh, konsentrasi gas etilen yang biasa direkomendasikan di pabrik-pabrik, yaitu 850-900 mg/L selama 3 jam atau 450 mg/L selama 5 jam pada suhu 54°C. Untuk mencapai tingkat keefektifan maksimum, digunakan konsentrasi gas etilen oksida sebesar 500 mg/L. Bila konsentrasi gas etilen oksida bukanlah faktor yang paling menentukan maka laju peng-inaktifan spora akan meningkat dua kali lipat setiap kenaikan suhu sebesar 10°C.
Waktu yang diperlukan pada proses sterilisasi gas cukup lama. Waktu sterilisasi berhubungan dengan tingkat kontaminasi, kelembapan, suhu, dan konsentrasi gas. Sebagai contoh, diperlukan konsentrasi etilen oksida sebesar 450 mg/L dan di bawah kondisi tekanan 27 Psi, suhu 55°C, dan kelembapan relati 50% untuk dapat melakukan proses sterilisasi dengan baik dalam jangka waktu 2-3 jam. Pada umumnya, waktu pemaparan berlangsung selama 6 jam dengan menggunakan etilen oksida untuk memberikan batas aman dan waktu yang cukup bagi gas untuk berpenetrasi ke bahan.

Kemampuan penetrasi gas pensteril
Penetrasi gas melewati barier kemasan menentukan banyaknya gas yang sampai pada mikroorganisme. Sangat penting untuk memastikan bahwa benda-benda yang akan disterilisasi gas telah bersih. Adanya partikel organik akan mengurangi efisiensi proses sterilisasi tetapi tidak mencegah proses tersebut. Oklusi mikroorganisme dalam bentuk kristal juga akan mencegah difusi kelembapan secara komplit. Penetrasi gas akan lebih efektif bila gas tersebut secara luas dapat diabsorbsi oleh berbagai bahan

Demikian sedikit-banyak mengenai sterilisasi gas, semoga bermanfaat.

Pustaka:
Gillis, John R. dan Greg Mosley. Validation of Ethylene Oxide Sterilization Processes. Dalam Agalloco, James dan Frederick J. Carleton (ed.). Validation of Pharmaceutical Processes 3rd edition. New York: Informa Healthcare USA