影响注射用水系统水质的主要污染因素及其原因

工厂设计影响注射用水系统水质的主要污染因素及其原因中国石化集团上海工程有限公司(200120)　王志敏摘要　本文从《中国药典》(2000年版)对注射用水水质的要求出发,阐述了微生物和热原的控制标准,分析了影响注射用水系统水质的主要污染因素及其原因,为注射用水系统的合理设计、精心安装、严密验证、达标运行提供依据,并提出了注射用水系统水质保证的基本体系。

关键词　注射用水　污染因素　产生原因1　前言注射用水既是注射剂、滴眼剂、无菌冲洗剂等药品制备中的一种重要原料,也是灌装无菌产品的包装容器、生产中使用的相关设备、管道、工器具等的最后洗涤用水。

由于注射剂等无菌产品直接进入人体组织和血液内进行治疗,因此必须确保其无菌、无热原、澄明度、不溶性微粒等符合质量标准,否则将导致不同程度的潜在性危险及不良后果。

例如,输入染菌的输液,能引起脓毒症、败血病、内毒素中毒甚至死亡;含有热原的输液注入人体,大约半小时后,就使人体产生发冷、寒颤、体温升高、身痛、出汗、恶心沤吐等不良反应,严重者出现昏迷、虚脱、甚至生命危险;较大的微粒,可造成局部循环障碍,引起血管栓塞;微粒过多,同样会造成局部堵塞和供血不足,组织缺氧而产生水肿和静脉炎;异物侵入组织,由于巨噬细胞的包围和增殖引起肉芽肿,此外微粒还可引起过敏反应和热原样反应。

这些微生物、热原、不溶性微粒的污染可由原辅料、包装材料中带入,也可由贮存容器、设备、管道、工器具带入,也可由环境因素、操作因素(如灭菌不彻底、包装不密封)等引起,由此可见,作为既是原料,又是与产品有关的容器、装置系统、工器具等的最终冲洗用水双重身份的注射用水,其水质的好坏,对无菌产品质量的影响是至关重要的。

2　注射用水水质标准2.1　水质标准注射用水不仅作为药品生产必不可少的介质,而且是无菌药品生产中使用的重要原料,其水质的优劣直接影响药品的质量,因而世界上许多国家和地区药典都对注射用水的质量均有明确规定,2000版中国药典不仅明确了注射用水(和纯化水)的制备方法及其性状与化学指标,而且明确注射用水的细菌内毒素不得超过0.25EU/ml的指标,也即为无热原的蒸馏水。

注射用水的水质标准详见下表。

中国药典注射用水、纯化水指标检测项目水　质　指　标注射用水纯　化　水来 源本品为纯化水经蒸馏所得的水本品为蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其它适宜的方法制得的水性状无色澄明液体,无臭、无味酸碱度p H=5.0～7.0符合规定氨0.2mg/ml0.3mg/ml 氯化物、硫酸盐与钙盐、二氧化碳、易氧化物依法检查应符合规定重金属0.5mg/ml硝酸盐0.06mg/ml亚硝酸盐0.02mg/ml硫酸盐0.06mg/ml不挥发物10mg/l细菌内毒素0.25EU/ml———2.2　微生物控制虽然中国药典未对注射用水、纯化水中微生物提出量化指标,但这不等于不要控制微生物,因为中国药典就防止微生物污染问题提出了如下原则要求,“注射用水必须在防止内毒素产生的设计条件下生产、贮存及分装”,“为保证注射用水的质量,必须随时监控蒸馏法制备注射用水的各生产环节,定期清洗与消毒注射用水制造与输送设备”,“一般应在无菌条件下保存,并在12小时内使用”,并对制备注射用水的纯化水明确了“由于各种生产方法存在不同污染的可能性,因此对各生产装置要特别注意是否有微生物污染,对其各个部位及其流出的水应经常监测,尤其当这些部位停用几小时再使用时”, GMP第34条也明文规定“纯化水、注射用水的制备、储存与分配应能防止微生物的滋生和污染”。

对注射用水内微生物控制的目的,最直观的认识是注射用水首先是应用于无菌产品的生产,因而灭菌或除菌前产品被微生物污染愈严重,其灭菌或去除愈困难,甚至有失败的可能;再则即使最后经过灭菌,但大量细菌尸体的存在,也能引起发热反应。

据报道,当细菌数量增多,达到103个/ml时,就会导致热反应。

这显然违背了注射用水是无热原的蒸馏水的初衷的。

也许有人会问,既然药典对注射用水(包括纯化水)有控制微生物的要求,但为何没有规定微生物限度呢?首先,即使采用目前最先进的分析技术,也至少需要48小时才能得到水质微生物分析结果,届时,样品代表的水早已用于生产;其次,如将检验“合格”的水放置到菌检结果出来后使用,其时或许注射用水系统的微生物污染状况已经发生明显的变化,成为“不合格”品了;第三,由于注射用水系统是一个连续生产、循环输送、随时使用、不断混合的过程,其取样分析结果仅代表动态的水质情况,只能作为监控指标,而不能作为产品的质量标准;第四,假如注射用水的菌检项目出现“超标”,由于受取样、化验过程等因素影响,而实际上并不真正代表其质量已出现问题,这就与药监法规中的“不合格原料”不得投入使用的原则相矛盾。

如果对上述注射用水在无菌产品生产中的重要性和其水质受微生污染带来的危害性影响,以及药典未对注射用水规定微生物限度的解释能充分认识,那么也不难理解对注射用水系统必须加以监控的必要性,即保证作为无菌药品生产中的重要原料和使用介质的注射用水的质量,不得给无菌药品的生产带来任何不安全因素。

2.3　监控指标为了达到上述目的,目前,欧美药典均设立了注射用水(包括纯化水)的警戒水平和纠偏限度的监控措施,其目的是建立各种规程,以便监控结果显示某种超标风险时,可实施这些规程,从而确保制水系统始终达标运行,生产出合格的水,它可被理解为制药用水系统的“运行控制标准”,体现了动态管理的基本思想。

所谓警戒水平是指微生物某一污染水平,表明系统有偏离正常运行条件的趋势,警戒水平的含意是报警和提醒注意,通常属企业的内控标准,尚不需采取纠正措施;而纠偏限度是指微生物污染的某一限度,监控结果超过此限度时,表明系统已偏离了正常的运行条件,需立即采取纠偏措施,使系统回到正常的运行状态。

应当指出,警戒水平和纠偏限度一般应根据所积累的足够多的数据,从对技术和产品的综合考虑,建立在工艺和产品规格标准的范围之内。

因此,超出警戒水平和纠偏限度并不意味着整个工艺过程已危及产品质量,因为它已经考虑了产品的安全因素,但这也并不是说水监控数据超标不影响产品出厂,因此可以放任注射用水系统在超过纠偏限度条件下运行,那不仅违背了设定限度的初衷,而且也从根本上违背了GMP的准则。

因此,一旦发现监控状况出现偏差,即应调查原因,采取有效措施,使系统始终处于适当的受控状态,生产出符合质量要求的注射用水。

一般认为合适的纠偏限度为:纯化水为100CFU/ml,注射用水10CFU/ 100ml(USP24),其中CFU为菌落数。

3　影响注射用水系统水质的主要因素及污染源3.1　主要影响因素我国药典明确规定注射用水是由纯化水经蒸馏所得的制药用水,其水质常有物理的、化学的、内毒素和微生物四方面的要求。

前二者,在各种制水系统,尤其是纯化水系统进行适当处理后,各种离子、有机化合物、微粒等已不再是污染注射用水水质的主要因素,即影响注射用水系统水质的主要风险因素是微生物和内毒素的污染。

3.2　内毒素与微生物的相互关系热原是可引起恒温动物体温异常升高的微量物质总称,是菌体死亡时崩解而游离出来的,主要由微生物产生的代谢产物—内毒素组成。

内毒素同活的微生物或其尸体的碎片相连,也可以以游离态分子存在,由细胞表面释放。

它来自水系统中形成菌落的生物膜,或者由进料水带入水系统中。

总之,内毒素与微生物的存在密切相关。

但是,如制水系统仅达到无热原要求,而对微生物不加控制的话,还是远远不够的,因为在注射用水的存贮和配送过程中实际上仅处于巴氏消毒控制状态(并非灭菌状态),或者在用于药液配制过程中,虽经最终灭菌过程可达到无菌要求,但留有大量细菌尸体的存在,仍可产生发热反应,即有热原存在;其次,即使对微生物加以控制,但对容易在低营养条件下形成生物膜的革兰氏阴性菌未有特殊控制要求,而这生物膜是除进料水外产生内毒素的另一重要污染源;再者,即使制水系统的水质达到无菌要求,但这也仅是概率意义上的无菌,且也不能保证贮存、分配系统就是无菌的,更何况注射用水系统是一个连续生产、循环输送、随时使用、不断混合的过程,只要条件合适,少量的微生物仍可不断繁殖,以至达到一定数量时,产生内毒素。

因此,对注射用水实际上是无热原的制药用水的含义,一方面在注射用水制备过程中要严格控制其内毒素含量必须小于0.25EU/ml,同时还要通过控制微生物进入注射用水系统和严加控制注射用水整个系统内微生物繁殖从而将内毒素降至最低程度。

3.3　内毒素和微生物的主要污染源一般而言,注射用水系统的污染可归为二类,即主要有纯化水及系统外部原因带入系统内的污染,常称外源性污染;另一为系统运行过程中产生的污染,常称内源性污染。

从污染物的属性来看,二者有相同之处,均包括微生物、内毒素及有机物和微粒的污染,但它们产生污染的途径有所不同。

3.3.1　外源性污染对外源性污染,纯化水的污染是注射用水最主要的外源性污染,因为就我国药典规定的纯化水而言,都存在微生物和细菌内毒素的风险,其中危害注射用水系统的污染菌主要是革兰氏阴性菌,因其在低营养条件下易形成生物膜,此为内毒素的主要污染源。

而纯化水水质由于其进料水,即饮用水水质常因其水源随季节及水源的污染程度的变化而变化,因此对原水的污染应以监控,这是外源性污染的一大特点。

其他的外源性污染主要是系统的排气口、排水口或由于系统存在泄漏因而与外界污染接触所引起的,例如贮罐的排气口无保护措施、或使用了不合格或不恰当的洁净呼吸阀、或安装有泄漏、不完整;注射用水从污染了的出口倒流;由于设备泄漏外部不洁冷却水对水系统的交叉污染等。

3.3.2　内源性污染内源性污染是指注射用水系统运行过程中所致的污染。

它与设计、选材、安装、运行、维护、贮存和使用等因素密切相关,也与外源性污染有关。

例如纯化水系统的微生物污染有可能导致注射用水细菌内毒素的增加,使其水的质量发生波动;用于制备注射用水的蒸馏水机选型不当、或产品质量问题、或是操作不当,热原会被未汽化的水滴带入注射用水中。

而最主要的内源性污染因素则可能是水处理单元设备、贮存与分配系统的设计、安装不当,产生利于微生物生存、繁殖的生物膜,该生物膜可在设备内表面、管道内表面、阀门和其它区域生成,从而成为持久性的污染源,如果其中某些微生物从生物膜脱落并被冲往水系统其他区域时,那么在它的下游就能形成菌落,微生物也可吸附于像细微粒炭一样的悬浮粒子上,从而成为其下游水系统的污染源。

该生物膜的形成,往往是人们没注意到注射用水系统的合理设计与安装等细节,结果由于管内流速过低、管壁粗糙、管路存在盲管,选用了结构不适当的阀门、管道不恰当的连接方式等,使微生物完全有可能依此客观条件而构成。

生物膜中的微生物受到生物膜的保护,一般消毒剂对它不起作用,虽然使用浓度达百万分之三百(游离氯)的氯水能消除生物膜,但它同时也可对设备、管道表面造成损伤,其内表粗糙又会利于生物膜的形成,这与要尽量减少生物膜形成的初衷是违背的,因此最好的办法是尽量防止生物膜的形成。