Infection Control

La disinfezione con radiazione UVC: quali fattori considerare per operare in sicurezza

Infection Control · 29 novembre, 2021
Beatrice Casini

Dipartimento di Ricerca Traslazionale, Nuove Tecnologie in Medicina e Chirurgia, Università di Pisa

 


Il ruolo dell'ambiente, in particolare delle superfici ad alta frequenza di contatto, è stato dimostrato rilevante nella trasmissione delle infezioni durante l’attività assistenziale. Insieme alle precauzioni standard e all'applicazione delle buone pratiche nell'effettuazione delle procedure invasive, la sanificazione ambientale è uno dei tre pilastri della prevenzione del rischio infettivo nei luoghi di cura1. Le recenti disposizioni in materia di contenimento e gestione della pandemia COVID-19 hanno ulteriormente sottolineato l’importanza della pulizia e disinfezione ambientale 2.

In tale contesto, la disinfezione mediante radiazione ultravioletta ha trovato ampio utilizzo negli ultimi anni, sebbene non supportata da un’adeguata normativa di riferimento, sia per la valutazione d’efficacia che per la sicurezza nell’impiego. La loro applicazione non sostituisce i protocolli di sanificazione ordinaria, ma li integra in efficacia, con un impiego di tempo limitato rispetto ad altre tecnologie che utilizzano biocidi.

La disinfezione con radiazione ultravioletta non ricade nel campo di applicazione della normativa biocidi, né tantomeno del DPR 392/98 sui presidi medico- chirurgici, attuandosi mediante un’azione di natura fisica. Lo sviluppo di nuove tecniche che privilegiano l'azione fisica permette di offrire alternative o di integrare il ricorso esclusivo a prodotti chimici, riducendo l’impatto che questi hanno sull’ambiente e sulla sicurezza degli operatori. L’assenza di prodotti chimici ha il grande vantaggio di non indurre l’acquisizione di resistenze da parte dei microrganismi, sebbene sia riconosciuta la capacità di alcuni microrganismi di riparare i danni indotti dalla radiazione a dosi sub-letali.

L’assenza di un quadro normativo di riferimento ha tuttavia favorito l’insorgenza di episodi come quello riportato dalla Commissione europea nel Rapporto RAPEX (Sistema comunitario di allerta rapido) del 10 luglio 2020. Esso descrive come molti dispositivi commercializzati in Europa, che producono radiazione ultravioletta, dopo un attento esame, hanno dimostrato di emettere radiazioni non efficaci verso i microrganismi dichiarati in scheda tecnica, dando falsa sicurezza sull’efficacia del trattamento di disinfezione. Il rapporto inoltre evidenzia anche rischi per la salute dovuti a dosaggi di raggi UVA, UVB, UVC non conformi alla norma europea EN 62471 per la sicurezza fotobiologica delle lampade3.

Durante la pandemia COVID-19 la disinfezione con radiazione ultravioletta si è diffusa in molti centri di cura, sia per la decontaminazione dei locali dove sono ammessi pazienti affetti da SARS-CoV-2 (stanze di degenza, sale operatorie, ambulatori, ecc), sia per il trattamento dei dispositivi medici (come per esempio l’apparecchiatura della Tomografia Assiale Computerizzata)4,6, che per il ricondizionamento dei dispositivi di protezione nel caso della loro ridotta disponibilità, come accaduto per i sistemi filtranti durante il primo periodo della pandemia COVID-197,8.

La radiazione UVC viene prodotta da diverse tipologie di lampade germicide; le più comuni sono quelle costituite da tubi di quarzo contenenti una miscela gassosa di argon e vapori di mercurio a bassa pressione, attraverso i quali viene indotta una scarica elettrica, che ionizza il mercurio. La piena emissione di luce richiede che tutto il mercurio sia ionizzato ed è quindi in funzione della tensione utilizzata e del tempo (circa 0.5 W/cm). Queste lampade producono luce monocromatica a 254 nm e la loro durata media è di circa 8000-10000 ore. Alcune lampade utilizzano alogenuri metallici in amalgama con il mercurio (ioduro di sodio e scandio ioduro) con una efficienza leggermente più bassa di emissione, ma una durata media più lunga (oltre 12000 ore).

Il danno cellulare più frequente dopo esposizione a UVC è la formazione di dimeri di pirimidine adiacenti sullo stesso filamento di DNA o RNA (T-T più frequenti nei batteri, U-U nei virus a RNA) o la formazione di un dimero con un solo legame covalente, il pyrimidine(6-4)pyrimidone. Inoltre, si possono creare legami covalenti tra proteine e DNA per foto-crosslinking, mentre l’idratazione delle pirimidine e la rottura dei filamenti del DNA/RNA sono eventi meno frequenti e richiedono dosaggi molto alti. Valori di dose pari a 16,9-31,88 mJ/cm2 sono risultati sufficienti ad inattivare SARS-CoV-29,10.

Negli ultimi anni si sta diffondendo l’utilizzo dei LED-UV, dispositivi in grado di emettere in varie bande dell’ultravioletto (265 nm, 280 nm), con luce monocromatica estremamente pura e a ridotto angolo di emissione. Rispetto alle classiche lampade UVC, i LED non contengono mercurio, quindi hanno un ridotto impatto ambientale; inoltre non richiedono tempo per l’attivazione e all’accensione emettono subito alla massima irradianza, con un basso consumo energetico. Alcuni studi hanno dimostrato analoga efficacia dei LED-UVC rispetto alle lampade tradizionali, ma il loro costo oggi ne limita l’utilizzo11,12.

Un’ulteriore tipologia di lampade è rappresentata dalle lampade DBD (dielectric barrier discharge), o lampade a eccimeri, che emettono radiazione ad alta potenza a caratteristiche lunghezze d’onda, in base al gas raro o dalla miscela di gas contenuti nella lampada. In particolare, le lampade che emettono UVC tra 207 e 222 nm vengono definite “far-UVC”. Rispetto alle lampade tradizionali, quelle ad eccimeri contenente KrCl, con emissione a 222 nm, hanno mostrato la stessa capacità di abbattimento della carica di specie microbiche coinvolte in infezioni correlate all’assistenza13,14 e la possibilità di essere utilizzate in presenza, dal momento che la radiazione prodotta non è risultata dannosa per le cellule umane, avendo bassa capacità di penetrazione15.

Infine, le lampade a gas xenon a luce pulsata ad elevata intensità (PX-UV), emettono in un ampio spettro di radiazioni UVC (100-280 nm), UVA e dello spettro visibile (380-700 nm). In questo range di emissione può essere prodotto ozono, la cui concentrazione deve essere monitorata nell’aria dopo il trattamento e nel caso di superamento dei limiti (0,1 ppm), occorre areare i locali o attendere che i sistemi di trattamento aria ne abbiano ridotto la concentrazione. Il tempo di esposizione necessario a garantire la dose letale è minore di quello delle lampade a bassa pressione di mercurio (1-5 minuti) e l’azione microbicida si realizza sia attraverso i fenomeni descritti per l’UVC che per quelli causati dall’UVA, riconducibili alla formazione di radicali liberi dell’ossigeno, molto reattivi e capaci di attivare lo stress ossidativo all’interno delle cellule microbiche, comprese le spore. Recenti studi hanno dimostrato come l’efficacia di questa radiazione non sia compromessa dalla presenza di sostanza organica sulle superfici da trattare 9,16.

Le lampade UV possono essere alloggiate su dispositivi statici o mobili; quest’ultimi sono dotati di movimento autonomo, cosa che permette di evitare l’intervento dell’operatore nel loro spostamento. Sulla base mobile possono essere integrati sensori per misurare temperatura e tasso di umidità (fattori che influenzano l’attività della radiazione) e per l’impostazione della dose emessa in funzione dello spazio da trattare. Per questo motivo sono dotati di sistemi di misurazione e georefertazione dei locali, che permettono di valutazione le dimensioni delle aree da trattare e dell’arredo presente (raggi laser). Per rilevare evitare ostacoli, i robot automatizzati possono essere dotati di sensori ad ultrasuoni, mentre per rilevare il movimento sono dotati di sensori a raggi infrarossi, che garantiscono la sicurezza attraverso lo spegnimento del dispositivo quando è rilevata la presenza di operatori. L’introduzione di sistemi automatizzati ha consentito di migliorarne l’impiego, riducendo la possibilità di errore da parte dell’operatore e garantendo la tracciabilità delle operazioni effettuate.

In letteratura sono riportate differenze significative nei risultati ottenuti da studi effettuati per valutare l’azione microbicida delle radiazioni UVC, anche quando vengono testati dispositivi che utilizzano la stessa fonte luminosa, con la stessa irradianza, nei confronti del medesimo microorganismo. Molti studi mancano della descrizione di una metodologia dettagliata, omettendo informazioni quali la distanza della sorgente di emissione, la presenza di zone d’ombra, di sostanza organica sulle superfici da trattare e la tipologia di materiale di cui sono composte, tutti fattori che possono influenzare l’efficacia della radiazione. Nerandzic et al. hanno rilevato una riduzione significativamente l’efficacia del sistema di disinfezione nei confronti di microrganismi d’interesse clinico come MRSA e VRE (≤3 log10CFU/cm2) o spore di C.difficile (<2 log10CFU/cm2) all’aumentare della contaminazione organica dell’ambiente17. Donskey CJ et al. hanno dimostrato che l’efficacia della radiazione può diminuire di 3 Log10 se le condizioni di esposizione non sono ideali (direzione non ortogonale, superfici riflettenti o ruvide, presenza di sostanza organica, etc)18. Lo studio di McDavitt et al. dimostra che l’inattivazione del virus influenzale risente dei valori d’umidità dell’aria; allo stesso modo, anche l’abbattimento del batteriofago MS2 risulta maggiore con umidità pari al 30%, a fronte di esperimenti analoghi con valori del 60% e 90%19.

Recentemente l’American Society for Testing and Materials International (ASTM) ha sviluppato uno standard per la valutazione dell’efficacia dei dispositivi UV sulle superfici, definendo specie microbiche da valutare, tipologie di materiali, condizioni operative (ASTM E3135-18).

Nonostante la mancata applicazione di questo standard, molti studi hanno oggi dimostrato che la radiazione UV, in particolare quella UV-C, ha un ampio spettro d’azione su patogeni ambientali di interesse clinico, anche dotati di elevata persistenza, come le spore batteriche, con tempi di esposizione rapidi e senza indurre fenomeni di resistenza. Tuttavia, la dose utilizzata deve essere adeguata per non rischiare di avere solo effetto batteriostatico. È evidente quindi che la dose letale indicata in scheda tecnica dal produttore può non essere la stessa in condizione operative differenti quali quelle in cui ci troviamo ad operare.

Al fine di migliorare l’esposizione delle superfici da trattare alla radiazione e ridurre così l’interferenza delle zone d’ombra, alcuni dispositivi sono stati integrati con l’uso di dosimetri, in grado di rilevare in tempo reale la dose emessa. Lindblad et al. hanno dimostrato che ponendo dei dosimetri nelle zone d'ombra della radiazione, la dose emessa sulla superficie da trattare era inferiore alla dose efficace20. Anche Vincent et al. hanno dimostrato che l’inattivazione di spore di B. atrophaeus dopo 10 minuti di esposizione variava significativamente a seconda che queste ricevessero un'esposizione UVC diretta (riduzione di 4,3 log), un'esposizione sia diretta che riflessa (riduzione da 3,0 a 4,0 Log10) o la sola esposizione riflessa (riduzione <1,0 Log10)21. L’utilizzo di vernici riflettente sulle pareti delle stanze da trattare ha migliorato l’efficacia della disinfezione22,23.

L’irradianza prodotta da una lampada UVC a bassa pressione varia in funzione dell’età del bulbo, come può variare all’accensione, quando è necessario ionizzare il mercurio, raggiungendo la massima irradianza solo dopo alcuni secondi dall’accensione. Un recente studio ha dimostrato come modelli differenti di lampade raggiungono un’irradianza variabile tra il 62% e l’88% dopo 15 secondi dall’accensione e tra l’88% e il 98% dopo 30 secondi dall’accensione, aumentando così il tempo necessario ad ottenere la dose letale.

Una recente revisione sistematica condotta dall'Agency for Healthcare Research and Quality del Governo americano sugli studi pubblicati tra il 2010 e il 2020 per dimostrare l’efficacia della radiazione UVC nella disinfezione delle aree critiche assistenziali, ha rilevato evidenze non sufficienti a causa della scarsa qualità degli studi, spesso dovuta alla mancata valutazione del protocollo operativo con cui veniva utilizzata la radiazione UVC. È da considerare infatti che l’Environmental Protection Agency non ha incluso la radiazione UVC nella lista dei disinfettanti approvati (Lista N), per la mancanza di prove d’efficacia e di sicurezza.

La prolungata esposizione alle radiazioni UVC può comportare modifiche strutturali dei materiali, riducendone la funzionalità. Uno studio condotto da Teska P.24, ha dimostrato sostanziali modifiche strutturali delle superfici assorbenti a base di materiali plastici (policarbonato, acrilonitrile-butadiene-stirene, nylon), con danni superficiali significativi che limitano l’uso di queste radiazioni. Altri materiali invece hanno dimostrato una maggiore resistenza a questo tipo di agenti fisici, in particolare il polietilene ad altissimo peso molecolare e il polipropilene. Questa problematica deve essere presa in considerazione quando ci troviamo a trattare ambienti dove sono presenti elettromedicali sensibili alla radiazione.

È importante ricordare che tutta la radiazione ultravioletta è classificata dall'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro nel gruppo 1 degli agenti certamente cancerogeni per l'uomo. I danni indotti, soprattutto a livello degli occhi e della cute, possono avvenire con tempi molto brevi di esposizione (nell’ordine di pochi secondi in presenza di lampade UV-C non schermate); per questo motivo, l'utilizzazione degli UVC con attività germicida deve avvenire in assenza di persone ed effettuata da personale professionalmente formato e informato. I rischi delle radiazioni ottiche emesse dalle lampade UV e dai sistemi che assemblano più lampade sono attualmente valutati dall'applicazione della norma IEC 62471:2006” Sicurezza fotobiologica di lampade e sistemi di lampade” (CIE S 009: 2002).

Nel caso di lampade che emettono al di sotto dei 220 nm, un ulteriore profilo di rischio da valutare sono le emissioni di ozono, quale agente ossidante, potenzialmente letale per l’uomo (ISO 15727:2020 UV-C Devices). Le lampade ultraviolette a bassa pressione emettono prevalentemente alla lunghezza d’onda 254 nm, ma sono caratterizzate da un secondo picco di emissione, di minore entità, a 185 nm. A quest’ultima lunghezza, i raggi UV hanno la caratteristica di interagire con le molecole di ossigeno atmosferico (O2), provocandone la rottura e la successiva ricombinazione sotto forma di ozono (O3). Molte lampade sono prodotte in quarzo o materiali sintetici in grado di filtrare i 185 nm.

L’ECRI Institute nel 2021 ha incluso le radiazioni UVC tra i 10 più importanti rischi legati alle tecnologie sanitarie.

In conclusione, l’utilizzo della radiazione UV, in particolare quella UV-C, non è una novità nello scenario della disinfezione ambientale, ma nuova è l’introduzione di sistemi automatizzati sia fissi che mobili, che facilitano l’utilizzo e l’efficacia della dose emessa. Queste tecnologie possono essere un valido ausilio nell’implementazione dei protocolli di disinfezione ambientale, non sostituendosi ai protocolli standard di pulizia e disinfezione, ma occorre valutare la loro costo-efficacia in base a metodi standardizzati di valutazione, che consentono di valutare in maniera oggettiva l’efficacia microbicida in funzione della reale dose emessa sulla specifica tipologia di superficie. Nell’analisi vanno inclusi le modalità di utilizzo, affinché siano compatibili con l’attività clinica e la presenza di personale dedicato e formato, tenendo conto degli aspetti di sicurezza per gli operatori. Da non trascurare anche l’impatto ambientale, dal momento che le lampade più utilizzate sono quelle a vapori di mercurio, che rappresenta un rifiuto speciale e come tale deve essere smaltito.


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