Szafki bezpieczeństwa w pomieszczeniach czystych

Szafki bezpieczeństwa w czystych pomieszczeniach

Podstawowe urządzenie ochronne

Thomas Hinrichs, Berner International GmbH

Przyrządy bezpieczeństwa w postaci szafek bezpieczeństwa są w wielu laboratoriach biotechnologicznych i farmaceutycznych ważnym elementem ochronnym. Podczas pracy z niebezpiecznymi substancjami biologicznymi lub substancjami niebezpiecznymi należy chronić ludzi i środowisko za pomocą szafek bezpieczeństwa. Z drugiej strony, równie ważne są warunki produkcji i eksperymentów aseptycznych oraz wolnych od cząstek [1–3]. Poniższy tekst przedstawia stan techniki, zasadę działania szafek bezpieczeństwa oraz ważne warianty ich zastosowania w pomieszczeniach czystych.

Zastosowanie w laboratoriach biotechnologicznych i farmaceutycznych
Obowiązujące przepisy na poziomie europejskim i krajowym zobowiązują do używania szafek bezpieczeństwa (rys. 1) [4–19]. Pracodawca jest odpowiedzialny za przeprowadzenie oceny ryzyka przed rozpoczęciem działalności oraz podjęcie koniecznych środków ochronnych [20–21].
Częstym środkiem ochronnym jest używanie szafek bezpieczeństwa (SWB). Dla producentów i użytkowników SWB istotny jest stan techniki w momencie wprowadzania ich do obrotu. Definiuje się go m.in. przez wytyczne, przepisy i normy [22–25]. Przy aseptycznej produkcji toksycznych preparatów parenteralnych, tzw. leków CMR1, muszą być stosowane szafki bezpieczeństwa do cytostatyków (SFZ) [26–30]. Przy pracy z biologicznymi substancjami niebezpiecznymi, zakaźnymi, toksycznymi lub alergennymi należy używać mikrobiologicznych szafek bezpieczeństwa (MSW) klasy I, II lub III [31–33].

Funkcje ochronne: Podstawowe właściwości
Najbardziej podstawowe właściwości SWB to funkcje ochronne w zakresie ochrony osób, produktu i przed rozprzestrzenianiem się zanieczyszczeń. Ochrona personelu, czyli zdolność do zatrzymania na otworze roboczym, to cecha SWB zapewniająca ochronę użytkownika i środowiska przed substancjami biologicznymi i/lub niebezpiecznymi substancjami z przestrzeni roboczej. Ochrona produktu to cecha SWB, która chroni używany w przestrzeni roboczej produkt przed zanieczyszczeniem ze środowiska lub otoczenia. Ochrona przed rozprzestrzenianiem się to cecha SWB, która chroni produkt w przestrzeni roboczej przed substancjami biologicznymi i/lub niebezpiecznymi substancjami z tej przestrzeni.

Mechanika przepływu: Na czym polega
Odpowiednia kombinacja przepływu powietrza o niskiej turbulencji w przestrzeni roboczej i przepływu powietrza wlotowego do otworu roboczego (rys. 2) zapewnia, w połączeniu z filtracją cząstek, podstawową funkcję ochronną. Kluczowe znaczenie ma przemyślane kierowanie przepływu powietrza, czyli brak przepływu zwrotnego i optymalne dopasowanie między przepływem wlotowym a wypychającym. Celem jest szybkie i bezpieczne usunięcie zanieczyszczeń bez narażania ludzi, środowiska czy produktu. Producent SWB musi w trakcie rozwoju ustalić optymalne warunki przepływu. Pod tymi warunkami funkcje ochronne muszą być potwierdzone metodami mikrobiologicznymi (rys. 3) podczas testów typu.
Każda SWB ma z natury własny „punkt operacyjny”. Intensywne testy funkcji ochronnych, szczególnie w granicznych zakresach, są niezwykle istotne.
Ustalona docelowa prędkość przepływu musi być udokumentowana [34–35]. Powinna być również weryfikowana regularnie w laboratorium przez operatora podczas produkcji.
Jeśli energia kinetyczna przepływu wypychającego jest znacznie większa od energii przepływu wlotowego, ochrona personelu nie może być już zapewniona (rys. 4, po lewej). Natomiast jeśli przepływ wlotowy dominuje, ochrona produktu może być zagrożona (rys. 4, po prawej). Ta zależność jest powszechnie znana i powinna być odpowiednio uwzględniana podczas rozwoju [36]. W USA od wielu lat normatywnie wymaga się stosowania zmiennych warunków przepływu, tzw. „Performance Envelope Testing” [37].

Technika filtracji
Filtry w SWB są kluczowym elementem bezpieczeństwa. Zastosowane filtry HEPA2 muszą skutecznie zatrzymywać zanieczyszczenia i co najmniej odpowiadać klasie H 14 [38–39]. Filtry muszą być tak rozmieszczone i dobrane, aby zapewnić niezawodną i trwałą funkcję. Każdy element filtra musi być indywidualnie sprawdzony pod kątem ewentualnych nieszczelności i szczelności [40–41]. Przemyślane rozmieszczenie elementów filtracyjnych i otworów kontrolnych umożliwia pomiar aerozoli na stronie powietrza zewnętrznego i czystego [42–43].
Wszystkie filtry HEPA, zwłaszcza główne filtry pod powierzchnią roboczą, muszą być zabezpieczone przed uszkodzeniami mechanicznymi i niewłaściwym obciążeniem [44–45]. Przy użyciu segmentowanych lub perforowanych blatów roboczych należy tak zapobiegać rozlewaniu płynów, aby nie mogły one spływać na główny filtr. Systemy 2- i 3-filtrowe (rys. 5) różnią się liczbą zintegrowanych filtrów HEPA. Ich podstawowa budowa i funkcja są podobne. Kluczowa różnica to dodatkowy etap filtracji HEPA, tzw. główny filtr, który zwykle znajduje się bezpośrednio pod powierzchnią roboczą. Wysokie zagrożenie wymaga niemal zawsze stosowania systemów 3-filtrowych [46]. Użycie systemów 3-filtrowych znacząco zwiększa bezpieczeństwo pracy w laboratoriach, szczególnie przy działaniach o wysokim lub bardzo wysokim ryzyku [47].

Bezpośrednia filtracja zanieczyszczeń
Kluczowym argumentem za stosowaniem systemu 3-filtrów jest zatrzymywanie cząstek zanieczyszczeń bezpośrednio pod powierzchnią roboczą. Najważniejszy element bezpieczeństwa, główny filtr HEPA, jest umieszczony tak blisko potencjalnego źródła zanieczyszczeń – przestrzeni roboczej. Oznacza to, że zasięg zanieczyszczonych obszarów jest znacznie mniejszy niż w przypadku systemu 2-filtrów (rys. 5). Wszystkie potencjalnie zanieczyszczone obszary są dostępne do czyszczenia i dezynfekcji. Kosztowne i czasochłonne wymiany filtrów powietrza mogą być w dużej mierze wyeliminowane. W wielu przypadkach można zrezygnować z niebezpiecznego fumigowania formaldehydem w celu inaktywacji substancji biologicznych. Główny filtr HEPA zatrzymuje co najmniej 99,995% wszystkich cząstek, co pozwala na pracę kolejnych filtrów w warunkach czystych pod względem cząstek [48].
Norma DIN EN 12469 wskazuje, że kanały powietrzne przewodzące zanieczyszczone powietrze powinny być jak najkrótsze [49]. To wymaganie można konsekwentnie spełnić tylko przy użyciu systemu 3-filtrów z głównym filtrem HEPA bezpośrednio pod powierzchnią roboczą [50].

Filtracja z niskim poziomem zanieczyszczeń przy wymianie filtra
Górny etap filtracji powinien być wymieniany przy minimalnym poziomie zanieczyszczeń. Wymiana filtra o niskim poziomie zanieczyszczeń oznacza użycie segmentowanego filtra HEPA, który można wymieniać podczas pracy bez utraty ochrony personelu. Alternatywą jest technika „Sack-Wechsel”, znana z przemysłu jądrowego [51]. Kluczowe jest, oprócz bezpiecznej wymiany, rozmiar poszczególnych elementów filtra [52–55].
W przypadku SWB, zanieczyszczone filtry powietrza w obiegu i wywiewie (rys. 5, po lewej) zazwyczaj nie nadają się do bezpiecznego wymiany, transportu i dezynfekcji. Do tej pory filtry te miały rozmiar do 1,8 x 0,6 metra. Nowe segmentowane filtry recyrkulacyjne stanowią realną alternatywę. Elementy filtrów do dezaktywacji z głównego filtra HEPA nie mogą przekraczać określonego rozmiaru, zgodnie z definicją wymiany filtra niskiego poziomu zanieczyszczeń. Nie ustalono jednak maksymalnego rozmiaru. Pomocne jest określenie, czy element filtra mieści się w standardowych pojemnikach na odpady (zwykle 60 lub 90 litrów). Segmentowany główny filtr składa się w systemach tradycyjnych z do 18 filtrów klinowych lub, w bardziej nowoczesnych, z do 9 kompaktowych filtrów patronowych (rys. 6). Zasadniczo im mniejszy element filtra, tym lepiej. Opisane filtry HEPA w formie patronów pasują do wielu małych autoklawów laboratoryjnych, urządzeń do dezynfekcji i pojemników na odpady [56].

Ergonomia: Zapobieganie pracy
Ergonomiczne projektowanie „systemu człowiek-maszyna” jest formą zapobiegania w miejscu pracy. Najważniejszym celem jest poprawa samopoczucia i wydajności całego systemu. Dla stanowisk pracy z maszynami istnieją już szerokie wymagania antropometryczne, które należy uwzględnić podczas projektowania SWB [57]. Podstawą jest dostosowanie SWB do różnych rozmiarów i pozycji ciała. Szczególnie SWB z systemem 3-filtrów musi zapewniać wystarczającą przestrzeń na nogi, aby można było przyjąć różne pozycje siedzące. (rys. 7) Regulowane wysokościowo podstawy SWB umożliwiają nie tylko zmianę pozycji z siedzącej na stojącą, ale także dostosowanie do różnych rozmiarów ciała (rys. 8) [58].

Praca wspomagana komputerowo
Wielu użytkowników SWB korzysta dziś z systemów wspomaganych komputerowo (np. Cypro, cato®), aby zapewnić bezpieczeństwo procesu produkcji leków. Wszystkie niezbędne elementy, takie jak ekran, interfejs(y), kable, komputer, ewentualnie waga i klawiatura, muszą być tak zintegrowane, aby zapewnić prawidłowe funkcjonowanie SWB. Ważne informacje powinny znajdować się w polu widzenia, a przyciski, waga i interfejsy – łatwo dostępne (zob. rys. 9).

Kontrola
Tylko regularnie sprawdzana SWB zapewnia optymalne funkcje i ochronę [59]. Przeprowadzanie testów zależy od rodzaju i jest obowiązkiem producenta lub operatora. Podstawą testów wydajności jest stan techniki, czyli DIN 12980, DIN EN 12469 oraz szczegółowa dokumentacja producenta (np. dokumentacja techniczna). Urządzenia ochrony osobistej muszą być poddawane testom wydajności co najmniej raz w roku, a w przypadku podwyższonego ryzyka – częściej, zgodnie z oceną ryzyka lub zaleceniami producenta. Testy muszą być przeprowadzane przy użyciu skalibrowanych urządzeń pomiarowych, a wyniki dokumentowane w protokole testowym. Testy mogą wykonywać wyłącznie osoby posiadające odpowiednią wiedzę fachową, czyli autoryzowani serwisanci. Wszystkie przeprowadzone testy muszą być odtwarzalne i dokumentowane w protokole oraz w rejestrze urządzeń [60].
Pomieszczenie czyste
W przestrzeni roboczej SWB zwykle panuje klasa czystości A lub ISO 5 [61–62]. Jest to szczególnie istotne przy aseptycznej produkcji leków. Posiadacze pozwolenia na produkcję zgodnie z §13 AMG muszą dysponować odpowiednimi pomieszczeniami i urządzeniami do planowanej produkcji [63]. SWB używane do produkcji leków, które mają kluczowe znaczenie dla jakości wyrobu, muszą być poddane ocenie przydatności [64]. Odbywa się to poprzez kwalifikację i walidację [65]. W ramach analizy ryzyka i oceny należy ustalić zakres walidacji.
Dokumentacja odgrywa kluczową rolę w zgodnej z GMP produkcji leków.
Wszystkie istotne dane i informacje muszą być dokumentowane w sposób pełny i odtwarzalny zgodnie z wytycznymi UE GMP, m.in. w ramach:
- Planu walidacji (VMP)
- Kwalifikacji projektu (DQ)
- Kwalifikacji instalacji (IQ)
- Kwalifikacji operacyjnej (OQ)
- Kwalifikacji wydajności (PQ)
Do tego należą m.in. pomiary czystości cząstek w przestrzeni roboczej i badania mikrobiologiczne powierzchni i stref, aż po ciągłe monitorowanie cząstek w przestrzeni roboczej. Nowoczesne systemy SWB umożliwiają podłączenie mobilnej lub stałej sondy izokinetycznej do pobierania próbek w przestrzeni roboczej (rys. 9). Laminarność przepływu wypychającego w pomieszczeniu klasy „A” można potwierdzić za pomocą zweryfikowanych metod (rys. 2). Wszystkie parametry techniczne i warunki produkcji leków powinny być ciągle dokumentowane. Nowoczesne systemy oprogramowania, takie jak BFM – BERNER FlowSafe® Monitoring Software, zapewniają pełny nadzór, wizualizację i archiwizację wszystkich istotnych danych SWB, m.in. prędkości przepływu, temperatury i wilgotności, stanu filtrów, wykonanych prac serwisowych, szczegółowych protokołów błędów oraz przekroczeń ustawionych alarmów i limitów. Wszystko to służy do pełnej dokumentacji procesu produkcji w SWB.

Słownik
1 Rakotwórcze, mutagenne, teratogenne: m.in. cytostatyki, wirusostatyki
2 High Efficiency Particulate Air

Obraz: Stanowisko pracy w szafce bezpieczeństwa