Trabajar bajo presión no es divertido. Plazos, estrés, dolores de cabeza, un jefe exigente. Pero si tú eres un autoclave, trabajas mejor bajo presión. De hecho, sólo trabajas bajo condiciones de alta presión. En este post exploraremos cómo funcionan los autoclaves bajo las condiciones de alta presión de vapor y calor para aniquilar a los microorganismos. También vamos a ver cómo el funcionamiento del autoclave es similar al de una olla a presión, y cuáles son las fases básicas de un ciclo de autoclave.

 

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El calor mata todo

Como explicamos en nuestro primer post sobre microbiología, los microorganismos necesitan alimento, la temperatura adecuada y suficiente humedad para sobrevivir y reproducirse. Entonces, ¿por qué no matarlos de hambre o los secarlos? Debido a que los microorganismos pueden sobrevivir en pequeñas cantidades de nutrientes y humedad, estos métodos no son lo suficientemente efectivos. Además, la espora, una especie de bacteria que vive en un estado de casi hibernación, puede sobrevivir en condiciones extremadamente inhóspitas.

Si ninguno de estos métodos funciona, ¿cómo podemos destruir los microorganismos? La respuesta es el calor. El calor destruye las proteínas dentro de los microorganismos, un proceso llamado desnaturalización. Con el fin de entender cómo funciona esto, echemos un vistazo a las dos maneras en que podemos cocinar un huevo.

  1. Si se toma un huevo, se lo abre y se lo deja caer en una olla de agua hirviendo, se cocinará y obtendremos un huevo escalfado. La parte blanca del huevo comienza a pegarse y se vuelve dura, un proceso llamado coagulación, que ocurre a los 52℃. Cuando el huevo se coagula, se vuelve desnaturalizado, matando así todas las proteínas dentro de las células del huevo.
  2. Otra manera de cocinar un huevo es freírlo en una sartén. Al principio el huevo se coagulará, pero si se deja el huevo en la sartén y se sigue friendo, finalmente se volverá negro. Este quemado se llama oxidación, y ocurre a temperaturas mucho más altas que la coagulación. La oxidación es un proceso químico en el cual los electrones son removidos del átomo, y el resultado es la muerte de ese organismo.

An Example of Oxidation - Sterilization Basics - Tuttnauer

(I) El escalfado hace que el huevo se vuelva blanco y duro, coagulando. (D) Aquí se queman dos huevos en la sartén, un ejemplo de la oxidación (crédito de la imagen aquí)

 

La esterilización por vapor en un autoclave utiliza el primer método, la coagulación, para matar a los microorganismos. Eso significa que la cámara del autoclave actúa de manera similar a esa olla de agua hirviendo que escalfaba el huevo. Ambos comparten el mismo ingrediente clave, la presencia de vapor, o el estado gaseoso del agua. El vapor en el interior de la autoclave es el agente por el cual el calor húmedo ataca los microorganismos, causando así que se coagulen y mueran.  

Para entender cómo los autoclaves utilizan el poder del vapor para matar a los microorganismos, veamos cómo funciona una olla a presión.

 

La olla a presión

La palabra "autoclave" viene del latín "auto" (auto) y "Clavis"(llave), en otras palabras, un dispositivo de autobloqueo. El funcionamiento básico del autoclave es bastante similar al de una olla a presión, un tipo de recipiente que es capaz de cocinar los alimentos un 50-70% más rápido que los métodos de cocción regulares.

 

View of the inside of a pressure cooker - Tuttnauer - Sterilization Basics

Vista del interior de una olla a presión

 

Tome algunos alimentos crudos, por ejemplo, frijoles, y colóquelos dentro de la olla a presión con agua u otro líquido, y luego selle el recipiente con la tapa de cierre especial, que incluye una junta de goma redonda que se usa para sellar el vapor dentro de la olla. Colóquela en el fuego a altas temperaturas y espere a que suba la temperatura y el vapor comience a escaparse. El vapor se expandirá dentro de la cámara sellada y expulsará el aire restante a través de la válvula de escape. 

Baje la llama y deje que la olla a presión continúe cocinándose sin tocar la válvula o la tapa. Observe que la válvula de escape del aire permite que parte del vapor se escape, de modo que la presión no se acumule demasiado, evitando así una explosión. 

Esta forma eficiente de cocinar literalmente fuerza el calor en el interior de los alimentos mediante el uso de:

  • Vapor de alta presión, que es un mejor conductor de calor que el aire.
  • Calor de alta temperatura (por sobre los 100℃), lo que hace que el alimento se cocine más rápido.

 

Aquí viene el Autoclave

Al igual que la olla a presión, un autoclave es una máquina que utiliza la combinación de alta presión y vapor con el fin de transferir el calor a los artículos colocados dentro de el. Inventado en 1879 por Charles Chamberland, el primer autoclave era esencialmente una olla de presión sofisticada. Y al igual que la olla a presión, el autoclave ha pasado por innumerables mejoras de diseño en los últimos siglos. Desde las primeras máquinas básicas y mecánicas, hasta las sofisticadas obras maestras de ingeniería completamente computarizadas de esterilización, las autoclaves han recorrido un largo camino.

En la actualidad, los hospitales, laboratorios y consultorios médicos utilizan autoclaves para esterilizar equipos sólidos y huecos, suministros, líquidos y desechos. Y en las industrias químicas, los autoclaves vulcanizan el caucho, curan revestimientos y sintetizan cristales – como por ejemplo en las crecientes industrias del cuarzo y las gemas sintéticas.

Aunque los autoclaves vienen en una variedad de tamaños y modelos, el principio básico sigue siendo: aprovechar el poder de la presión y el vapor para matar a los microorganismos.

 

Bacteria before and after sterilization

(I) antes de la esterilización, las bacterias parecen sanas y fuertes. (D) después de la esterilización, las membranas se agrietan y se rasgan a causa de la exposición al vapor de alta temperatura, causando así que las bacterias mueran.

 

El autoclave, un resumen básico

Como hemos comentado anteriormente, la olla a presión fuerza el calor húmedo dentro de los alimentos con el fin de cocinarlos. Imagine que en lugar de alimentos Ud. tuviera una bandeja de suministros quirúrgicos lista para ser esterilizada para la cirugía de mañana. Colocarlos dentro del autoclave y ejecutar un ciclo forzaría el calor húmedo a todos los rincones y grietas posibles en las superficies de los equipos. 

Aquí está la descripción básica de un ciclo de autoclave, que varía, por supuesto, dependiendo de qué y cuántos materiales se están esterilizando:

  1. Primero calentamos el agua a la temperatura de ebullición para generar el vapor que entra en la cámara del autoclave. A medida que el vapor entra en la cámara, el aire se retira de la cámara y continúa siendo expulsado a medida que el vapor se expande. El aire debe ser retirado de la cámara ya sea por un proceso de vacío (como en los autoclaves grandes que utilizan una bomba o un eyector) o por un proceso de desplazamiento (como en algunos autoclaves de sobremesa más pequeños).
  2. Ahora que no hay aire en el autoclave, aumentamos la temperatura y la presión cerrando la válvula de escape de la cámara mientras se continúa agregando vapor a la cámara. La temperatura y la presión aumentarán hasta el nivel requerido para la esterilización. La temperatura requerida se fija generalmente de 121℃ a 134℃..
  3. Esta fase se denomina tiempo de esterilización, o tiempo de retención, ya que ahora es el momento en que se produce la esterilización real. Esto puede tardar alrededor de 3-20 minutos, dependiendo del tamaño y el contenido de la carga. ¡Adiós microorganismos!
  4. Ahora que la esterilización está completa, es hora de reducir la presión, lo que hacemos abriendo la válvula de escape y soltando el vapor. (¿Recuerda cómo las ollas a presión tienen una válvula de seguridad por la misma razón?)
  5. Finalmente, enfriamos la carga, para que sea segura de manipular cuando abrimos la puerta del autoclave.

Autoclave Loading - Tuttnauer

 

No se quede sin vapor... ¡Recién estamos comenzando!

Repasemos: aprendimos que el calor, y específicamente el calor húmedo, es la mejor manera de matar a los gérmenes. Hay dos maneras de matar usando calor, por coagulación o por oxidación. La esterilización por autoclave utiliza la coagulación en forma de vapor altamente presurizado para desnaturalizar las proteínas dentro de los microorganismos. A continuación, comparamos cómo funciona una olla a presión con la forma de operar de un autoclave. Así como la olla a presión utiliza el intenso poder del vapor para forzar que el calor penetre en los alimentos, el autoclave también utiliza vapor para "forzar" que el vapor penetre en el equipo, matando todas las formas de vida microbiológica que viven en dicho equipo. Y Finalmente vimos las fases básicas de un ciclo de autoclave, desde el calentamiento del agua y la formación de la presión, pasando por el tiempo de retención y el enfriamiento.

Esperamos que hayan disfrutado de esta introducción al mundo de los autoclaves. Sólo agradezca que Ud. no es una pequeña bacteria experimentando el proceso por Ud. mismo.

(Post basado en “La esterilización por vapor de suministros médicos” de Jan Huys. Las imágenes de bacterias antes y después de la esterilización aparecen con el permiso de  Huys.)

 

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