DURABILIDAD DE CATÉTERES DE PVC: INFLUENCIA DE LA

Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba
DURABILIDAD DE CATÉTERES DE PVC: INFLUENCIA DE LA
CALIDAD ORIGINALY EL PROTOCOLO DE REUSO
D.Granados, N.Azcona, T.R.Cuadrado
Instituto de Investigación en Ciencia y Tecnología de Materiales (INTEMA), Facultad de Ingeniería, Universidad
Nacional de Mar del Plata (UNMdP)-CONICET, Juan B.Justo 4302, (B7600FDQ) Mar del Plata, Argentina.
e-mail: [email protected]
RESUMEN
Este trabajo consiste en un estudio comparativo de dos
marcas comerciales de catéteres venossos centrales de
PVC evaluando la calidad topográfica de ambas caras de
las tubuladuras a escala del nanometro y parámetros
significativos del material asociados a probables
alteraciones que puede sufrir la formulación a lo largo de
sucesivos reusos y procesos de esterilización de estos
dispositivos mediante óxido de etileno (fracción de
solubles, temperatura de transición vítrea (Tg) y módulo
elástico (E') y pesos moleculares promedio (Mw,Mn)).
Mediante ensayos de microscopía electrónica de barrido
(SEM) se detectaron, en algunos dispositivos de ambas
marcas, defectos longitudinales de fabricación en la cara
interna de dimensiones significativas para el sistema
biológico. Sería importante incluir este tipo de análisis
topográfico para la definición adecuada de la calidad de
los catéteres disponibles en el mercado.
La técnica de extracción Soxhlet utilizando
ciclohexano, optimizada para alcanzar niveles de
extracción comprarbles con técnicas más avanzadas como
la que utiliza fluidos supercríticos (CO2), permitió
establecer la estabilidad notable de una de las
formulaciones frente al reuso y el riesgo de la liberación
de solubles tóxicos tales como di-octil ftalato (DOP), en
cantidades apreciables en la otra.
Las marcas de catéteres venosos estudiadas, ambas
formulaciones basadas en PVC de Mw similar, presentan
diferencias de 19 ºC en Tg y de 60% en los valores de E'
de dispositivos nuevos. La variación de la fracción de
solubles con el número de usos y reprocesos introduce en
una de las marcas, cambios apreciables en parámetros
tales como Tg y E' así como cambios topográficos de
relevancia (rugosidad y grietas).
Palabras clave: catéteres, poli(cloruro de vinilo), reuso
de dispositivos biomédicos, durabilidad de catéteres de
PVC
1. INTRODUCCIÓN
La variedad de formulaciones de biomateriales y el alto
valor agregado de los insumos médicos ha generado un
gran debate mundial acerca del reprocesamiento de
dispostivos descartables debido al riesgo de infección y de
malfuncionamiento de los mismos[4], [16]. En EEUU y
Canadá esta actividad constituye una práctica usual,
llevada a cabo por empresas registradas (terceros) y por
hospitales, a la cual se oponen los fabricantes de
dispositivos [12], [14]. Estas empresas cobran a los
hospitales en promedio un 50% del valor del dispositivo
por este servicio. Este costo se reduce al 10% del valor si la
propia institución se hace cargo del reciclado [3]. Las
instituciones hospitalarias han sido incluídas recientemente
en la directiva de la FDA acerca del reuso de dispositivos
médicos [15] lo que implica que en el plazo de un año
estarán forzadas a registrarse como empresa reprocesadora,
a la denuncia de eventos adversos asociados al reuso de
esos dispositivos, al rotulado específico de los mismos y a
efectuar un seguimiento permanente de dispositivos
removiendo del sistema aquellos considerados riesgosos
para la salud de la población.
Toda reglamentación debe plantear la obligación del
reprocesador de demostrar que cada dispositivo ha sido
adecuadamente esterilizado y que
su calidad y
performance no se ha visto afectada por el tratamiento
impuesto lo cual obliga a
contar con amplios
conocimientos en el área de ciencia y tecnología de
materiales y a la realización de ensayos específicos que no
son viables en el marco de la función natural de un centro
de salud.
En Argentina el ANMAT (Administración Nacional de
Medicamentos, Alimentos y Tecnología Médica) trabaja
arduamente en la organización del sistema de verificación
y control pero son muy pocos los recursos humanos y los
laboratorios existentes en nuestro país capacitados para
asegurar el cumplimiento de todas las normas.
La situación en Latinoamérica muestra que solo en México
Argentina y Brasil existen reglamentaciones en el área de
dispositivos médicos ejerciéndose un cierto control de las
actividades. Otros países si bien disponen de algunas
normas las mismas constituyen meras recomendaciones
que no son consideradas en la práctica (Ej:Perú, Colombia,
Ecuador, Uruguay, Venezuela, Guatemala). Bolivia,
Paraguay y el resto de los países de Centroamérica no
cuentan con reglamentaciones el este campo.
La respuesta del medio biológico está condicionada por la
química y topografía de los materiales constitutivos de los
dispositivos bimédicos y por la estimulación mecánica
producida como resultado de la interacción entre ambos
[1], [13]. Debido al gran número de formulaciones
poliméricas existentes en el mercado (aunque acotemos la
lista a las basadas en polímeros de policloruro de vinilo) y
las diferentes opciones tecnológicas disponibles para la
950-7132-57-5 (c) 2001, Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00422
fabricación de dispositivos y la modificación de su calidad
superficial así como el acceso a diferentes técnicas de
esterilización, se hace difícil adelantar una recomendación
general para la implementación de los protocolos de
reutilización. Estudios previos indican que la
hemocompati-bilidad de las formulaciones de PVC
depende de la naturaleza y concentración del plastificante
incorporado [18]. DOP es es incorporado usualmente a la
resina base en cantidades del orden de un 30 a 40% en
peso a los efectos de lograr sistemas flexibles a
temperatura. Se encuentran en la literatura trabajos cuyo
objetivo es prevenir esta migración lo cual se efectúa por
diferentes métodos tales como: mezcla o injerto de PVC
con otros polímeros, tratamiento de la superficie mediante
plasma de gases, irradiación ultravioleta para
fotoentrecruzamiento de PVC modificado con ditiocarbamato [11].
Lakshmi y colaboradores han desarrollado una técnica
basada en el tratamiento de la superficie con sulfuro de
sodio en medio acuoso a 80ºC. El entrecruzamiento
confinado a la superficie previene la difusión del
plastificante pero provoca una disminución en
la
resistencia a la tracción (8%) y en la deformación (28%)
[10].
Otro de los agentes tóxicos a tener en cuenta es el óxido de
etileno residual del proceso de esterilización. En la
literatura se encuentran trabajos que analizan el efecto de
este agente sobre diferentes polímeros biomédicos en
relación con alteraciones físico-químicas y de color en
termoplásticos [2],. [8], [9], o con eventos tóxicos y
coeficientes de difusión de óxido de etileno [15], [17].
El número aceptable de reusos debe determinarse
teniendo en cuenta el protocolo de reutilización factible
para cada centro de salud y en base a la calidad de los
materiales y diseños de los diferentes insumos. Para ello
deben realizarse estudios previos acerca del daño o
modificación de parámetros y propiedades relevantes que
experimenta cada dispositivo específico sometido a un
determinado protocolo de reprocesameinto.
y externas de las tubuladuras; d) Microscopía de Fuerza
Atómica (AFM) para la obtención de imágenes
topográficas de ambas caras de los catéteres, evitando así el
potencial enmascaramiento de defectos que puede producir
el recubrimiento con oro requerido por el método SEM; d)
Cromatografía de permeación de geles para determinar la
evolución de pesos moleculares promedio del PVC con el
número de usos (Nu).
3. RESULTADOS
Mediante ensayos de microscopía electrónica de barrido
(SEM) se detectaron, en algunos dispositivos de ambas
marcas, defectos longitudinales de fabricación en la cara
interna de dimensiones significativas para el sistema
biológico.
Fig. 1. Imágenes de la cara interna de algunos catéteres obtenidas mediante
Microscopía electrónica de barrido (SEM) donde se observan defectos de
fabricación longitudinales. La barra indica dimensión= 10 µm.
La técnica de extracción Soxhlet tradicional, utilizando
ciclohexano como solvente y mediante optimización de
parámetros significativos del proceso (preparación de la
muestra y tiempo de extracción) permitió alcanzar niveles
de extracción comparables con técnicas más avanzadas
tales como la que utiliza fluidos supercríticos (CO2) [6].
La Figura 2 muestra que mediante la técnica Soxhlet es
factible recuperar el 93-95 % del material soluble
determinado mediante extracción con CO2.
40
El trabajo se realizó en base a muestras de catéteres
venosos centrales de dos marcas comerciales obtenidos del
stock de material reprocesado de una Institución
Hospitalaria. Se evaluaron dispositivos nuevos y aquellos
sometidos a diferente número de usos, tomando en todos
los casos catéteres de muestra por triplicado..Para la
evaluación de los efectos introducidos en parámetros del
material y calidad topográfica de las tubuladuras se
aplicaron las siguientes técnicas:a) Extraccción por el
método Soxhlet utilizando ciclohexano como solvente. Las
muestras se llevaron a particulas pequeñas de gran relación
area volumen y se procesaron durante 9 horas; b) Ensayos
dinámico mecánicos (Perkin Elmer DMA-7) de probetas
(sección 3x2mm, distancia entre puntos de apoyo
5mm)sometidas a flexión en tres puntos para determinar
módulo elástico (E') y relación entre módulo de pérdida(E')
y módulo elástico (tan δ). La temperatura correspondiente
al pico de tan δ permitió determinar el valor de
temperatura de transición vítrea (Tg) del material; c)
Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) para la
obtención de imágenes de la superficie de las caras internas
Solubles (% en peso)
2. METODOLOGÍA
20
Método de extracción
Soxhlet-Ciclohexano
93%
0
20
Número de usos
técnicas diferentes: a) Utilizando fluídos supercríticos, CO2, temperatura=
Soxhlet con ciclohexano como
solvente.
de la estabilidad notable de una de las formulaciones
frente al
La Figura 4
muestra las curvas tan
(tan δ
correspondiente a catéteres nuevos, resultado de los
ensayos realizados mediante el Analizador Dinámico
Mecánico . Los valores de Tg fueron obtenidos de los
picos respectivos de las curvas de tan δ.
orden de 50 nm, escala significativa en la definición de los
fenomenos de adhesión proteica, los cuales a su vez son
precursores y determinantes de los potenciales eventos de
adhesión y colonización bacteriana.
Tabla I
Resumen de los valores experimentales
40
Marca de Catéter
Polystan
Stöckert-Shiley
Solubles (% en peso)
35
Marca de Catéter
30
Número de usos
(Nu)
POLYSTAN
0
8
0,33
0,50
24
STOCKERTSHILEY
0
10
25
E' (GPa)
1,27 0,55
0,66
20
Incremento E' (%)
52
384
2
12
20
15
0
5
10
15
20
25
Número de Usos
Tg (ºC)
-3
16
19
Fig.3. Porcentaje en peso de material extractable presente en las
formulaciones de los catéteres comerciales en función del número de usos en
pacientes luego de ser reprocesados mediante esterilización con óxido de
etileno.
a. Stöckert-Shiley
b. Polystan
Tg= 16 ºC
0.6
tan δ
Tg= -3 ºC
0.4
a
0.2
b
0.0
-40
-20
0
20
40
60
80
Temperatura (ºC)
Fig. 4. Curvas de tan δ de las muestras de catéteres nuevos, obtenida
mediante Análisis Dinámico Mecánico.
Fig. 5. Imagen de la cara interna de un catéter Polystan luego de ser
reprocesado 23 veces mediante esterilización con óxido de etileno.
Las marcas de catéteres venosos estudiadas,
formulaciones basadas en PVC de peso molecular similar,
constatado mediante Cromatografía de permeación de
Geles, presentan diferencias de 19 ºC en Tg y de un
60% en los valores de E' en los dispositivos nuevos. El
factor de disipación de energía de ambas formulaciones
(área bajo la curva tan δ) es similar pero no así el rango
del nivel térmico correspondiente. Los catéteres marca
Polystan son más flexibles a temperatura ambiente pero
sufren modificaciones significativas en las propiedades
estructurales y topográficas ante el reuso prolongado.y el
reproceso utilizando óxido de etileno. En la Tabla I se
observa que la variación de la fracción de solubles con el
número de usos genera cambios apreciables en parámetros
tales como Tg y E'. La Figura 5 muestra el daño
superficial (grietas) detectado mediante microscopía de
fuerza atómica(AFM) en la cara interna de catéteres
Polystan que habían sido reusados 24 veces. Esto implica
cambios de gran magnitud en los valores de rugosidad del
4. DISCUSIÓN
Un control adecuado de la calidad de los catéteres
disponibles en el mercado debería incluir la evaluación
topográfica de ambas caras de la tubuladura debido a la
magnitud de las rugosidades y defectos encontrados la cual
está dentro de los valores aceptados en la literatura como
determinantes de la activación de diferentes eventos
biológicos. McAllister y colaboradores encontraron que las
irregularidades de las superficies poliméricas promueven
la adhesión bacteriana. Debemos tener en cuenta además
las diferencias de escalas significativas para los eventos
mencionados. Los valores de rugosidad relevantes a nivel
de adhesión celular (1 µm) son diferentes a los reportados
a nivel de adsorción de proteínas (50 nm) [13, Pag 165] .
La perdida de plastificante o la eliminación de moléculas
solubles de la formulación a lo largo de sucesivos
reprocesos puede llevar a un cambio importante en la
flexibilidad de una tubuladura y a la vitrificación
(rigidización) del polímero a la temperatura de manipuleo
o aplicación, quedando el dispositivo fuera de las
especificaciones impuestas en el diseño original [6].
Una rigidización de la tubuladura puede significar la rotura
o resquebrajamiento de un catéter o una disminución de los
coeficientes de difusión de los agentes esterilizantes lo cual
obligaría a un recálculo de los tiempos y temperaturas
apropiados para la etapa de aereación de los dispositivos
previo a su reutilización.
La disminución del contenido de solubles con el número
de usos lleva asociado además riesgos tales como: a) la
liberación de agentes tóxicos tales como di-octil ftalato
(DOP), presente en cantidades apreciables en la
formulación de Polystan original (22% en peso
determinado por Cromatografía Gaseosa [6] ), b) la
generación de defectos superficiales (poros, grietas) que
permitan la retención de microorganismos, fluidos de
contraste, etc. no eliminables durante el reprocesamiento
de los dispositivos, c) la introducción de cambios
topográficos que pueden modificar la performance in
vivo(activación de reacciones biológicas no deseadas,
promoción
del
fenómeno
de
adhesión
de
microorganismos,etc.) esperada en base al diseño original
del catéter.
5. CONCLUSIONES
La existencia de gran variedad de biomateriales y
dispositivos comerciales, la poca información acumulada
en las bases de datos existentes, el alto nivel de
conocimiento requerido para abordar el problema, el
carácter multidisciplinario obligado para el planteo y
análisis de estos temas, así como la contraposición de
intereses sectoriales ha generado que el reuso se
constituya en un tema abierto de discusión a nivel mundial.
El número aceptable de reusos deberá determinarse en cada
caso particular en base a la calidad de las formulaciones y
a la infraestructura de reprocesamiento disponible en cada
institución hospitalaria. Para ello sería necesario llevar a
cabo estudios previos acerca del daño o modificacion de
parámetros y propiedades significativas para cada tipo y
duración de la practica médica en la que el dispositivo
participa.
En Latinoamerica en general será más difícil aún
abordar la discusión e implementar medidas debido a la
escasez de recursos humanos calificados, a la falta de
laboratorios dotados de equipamiento de última generación
y la ausencia de financiamiento para llevar a cabo acciones
tendientes a establecer las políticas de reuso apropiadas.
AGRADECIMIENTOS
Los autores desean expresar su reconocimiento por el
apoyo financiero recibido para la realización de este
trabajo, en el marco del Proyecto Polímeros Biomédicos, de
parte de la Universidad Nacional de Mar del Plata
(UNMdP) y el Consejo Nacional de Investigaciones
Científicas y Técnicas de Argentina (CONICET).
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DURABILITY OF PVC CATHETERS: INFLUENCES OF
ORIGINAL QUALITY AND THE REUSE PROTOCOL
ABSTRACT
This work consists on a comparative study of two commercial marks of PVC catheters evaluating the
topographical quality of both faces from nanometer scale and significant parameters of the material associated
to probable alterations that it can suffer the formulation along successive uses and sterilization processes by
means of ethylene oxide (fraction of soluble, temperature of vitreous transition (Tg) and elastic module (E')
and average molecular weigh (Mw,Mn). By means of electronic microscopy of sweeping (SEM) they were
detected, in some devices of both marks, longitudinal defects of production in the internal face of significant
dimensions for the biological system. It would be important to include this type of topographical analysis for
the appropriate definition of the quality of the available catheters in the market. The extraction technique
Soxhlet using ciclohexan, optimized to reach levels of extraction similar with more advanced techniques as
which uses critique flowing (CO2), allowed to establish the remarkable stability of one of the formulations in
front of the reuse and the risk of the soluble toxic liberation such as di-octilftalato (DOP), in appreciable
quantities in the other formulations. The studied marks of veined catheters, both formulations based on PVC
with similar Mw, present differences of 19 ºC in Tg and of 60% in the E' values of new devices. The variation of
the soluble fraction with the number of uses and reprocess introduces in one of the marks, appreciable changes in
such parameters as Tg and E' as well as important topographical changes (ruggedness and cracks).