Água pura para o laboratório clínico moderno

*Brasil - Water Technologies


A água pura é essencial em um laboratório clínico e a tendência certamente é em direção a requisitos de pureza mais alta para atender à gama de análises realizadas. A má qualidade da água afeta não apenas os testes diretamente, mas também todos os aspectos da operação do analisador. Ter um bom sistema de purificação de água, fornecendo recirculação por meio das principais tecnologias de purificação, é a chave para o controle eficaz e de longo prazo da bactéria, que é o aspecto mais desafiador da purificação da água. Essa abordagem, combinada com operação dúplex e uma boa assistência técnica, fornecerá a água pura necessária.

Introdução

A pureza da água sempre foi importante em diagnósticos clínicos, mas os desenvolvimentos contínuos na abordagem dos testes clínicos, na sofisticação e variedade de testes disponíveis tornaram a pureza da água ainda mais crítica.
Os principais requisitos de água para analisadores clínicos são:
• fornecimento altamente confiável e ininterrupto;
• alta pureza consistente;
• baixos custos de funcionamento;
• fácil operação e mínima intervenção do usuário.

Tradicionalmente, os sistemas de água de alimentação dos analisadores eram destinados a análises baseadas em química que usavam principalmente tecnologias colorimétricas e de eletrodos íon seletivos. A tendência geral para tecnologias menos invasivas levou a menores amostras de sangue e seu uso para uma gama mais ampla de testes. Amostras de 500 ml devem fornecer material para os testes iniciais e algumas reservas para novos testes ou estudos posteriores. Isso se tornou viável com melhorias nas técnicas de pipetagem que permitem alta precisão em volumes de apenas alguns microlitros.
A diluição da amostra com água pura antes do ensaio impõe exigências extremamente elevadas à pureza da água, uma vez que os efeitos de qualquer contaminação são imediatamente multiplicados pelo fator de diluição. Amostras limitadas também podem restringir o escopo de fazer o teste novamente, adicionando pressões clínicas extras às pressões financeiras de assegurar que resultados confiáveis sejam obtidos já na primeira vez.

Cada vez mais, os sistemas automatizados de imunoensaio têm sido introduzidos na rotina nos laboratórios clínicos. Eles tendem a usar cubetas e pontas de pipetas de amostragem descartáveis, mas ainda precisam de água pura para lavagem, pipetagem e diluição de reagentes a granel. Geralmente, é necessária uma qualidade superior de água para o imunoensaio, devido ao uso de tecnologias altamente sensíveis, como a quimiluminescência, direta ou indireta, ou a fluorescência enzimática. Muitos testes dependem de processos em múltiplos estágios usando enzimas como a fosfatase alcalina. Qualquer diminuição na pureza da água pode afetar seriamente a qualidade e confiabilidade desses testes.

Atualmente, a automação nos laboratórios de análises clínicas progrediu para agrupar todos os testes de alto volume em plataformas comuns, independentemente da tecnologia de medição.

Agora, é bastante comum usar sistemas como o Abbott Diagnostics Architect® ci8200 e a plataforma Roche cobas® 6000, que combinam testes de imunoensaio e testes químicos. A alimentação com água desses sistemas tende a ser usada por ambos os tipos de tecnologia, e então toda a água deve ser pura o suficiente para as tecnologias de imunoensaio mais sensíveis.

Usos de água para analisadores clínicos

A má qualidade da água afeta não apenas os testes em si, mas também a operação geral do analisador, o que reduzirá a confiabilidade dos resultados do teste. A água é usada em praticamente todos os processos dentro do analisador:
• lavagem de cubetas de reação;
• estações de água para lavagem de sondas e pás de agitação;
• diluição de reagentes, amostras e detergentes;
• banhos da incubadora;
• como uma interface entre a seringa e a amostra. 
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Usos de água reagente
Figura 1 - Usos de água pura



1. Estação de lavagem de cubetas
Consiste em água de alta qualidade para uma lavagem eficaz de cubetas, eliminando a contaminação.

2. Sonda de amostragem e estação de lavagem
Água de alta qualidade aumenta a estabilidade da calibração e elimina a contaminação cruzada de amostra para amostra.

3. Seringas de pipetagem
Água de alta qualidade, livre de partículas para uma pipetagem mais exata e precisa da amostra e do reagente.

4. Reservatório interno
Lâmpada UV e filtro de 0,2 mícra para controle de bactérias e partículas, eliminando a contaminação bacteriana.

5. Sonda de reagente e estação de lavagem
Água de alta qualidade e livre de bactérias garante maior estabilidade e elimina a contaminação de reagente para reagente.

6. Banho de incubadora
Água livre de bactérias e partículas para leituras fotométricas exatas e precisas.

Padrões para água reagente usados em laboratórios clínicos 

Muitos laboratórios estão migrando para o credenciamento, que geralmente está disponível localmente. No entanto, o credenciamento do College of American Pathologists (CAP) é usado nos EUA e em laboratórios em muitos outros países. A recomendação do CAP é que, no mínimo, a água no laboratório atenda ao padrão Água Reagente para Laboratório Clínico (CLRW), especificado pelo CLSI


O CLSI também estabelece a água de alimentação do instrumento: “O uso da CLRW para esta aplicação deve ser confirmado com o fabricante de um instrumento específico. Deverá ser utilizada água que atenda às especificações do fabricante". O CLSI claramente prevê que a CLRW pode não ser pura o suficiente para todos os abastecimentos do analisador. A ênfase está na empresa do analisador para validar suas químicas e usar água reagente com a pureza adequada para fornecer resultados precisos e reprodutivos.

A especificação de Água Reagente para Laboratório Clínico (CLRW) é:

Bactéria < 10 CFU/ml 
Resistividade > 10 MO-cm 
Carbono Orgânico Total (TOC)< 500 ppb 
PartículasFiltração de 0,2 µm 
Sílica (SiO2) 50 ppb (Tipo 1 para CAP) 
 

 

Efeitos de impurezas na água

A especificação da CLRW limita os principais tipos de impureza em água pura: íons, particulados, orgânicos, bactérias e subprodutos bacterianos. Todos terão impacto no desempenho do analisador, seja por interferência direta nos produtos químicos dos testes, seja indiretamente, pela introdução de erros nas medições. Os tipos gerais de interferência são apresentados na Tabela 1 e na Tabela 2 como alguns exemplos de interferências químicas em testes específicos

Causa de impureza da águaEfeito 
Partículas ou contaminação bacteriana Precisão reduzida do volume de pipetagem 
Partículas ou contaminação bacteriana em banho-maria Erros de leitura fotométrica 
Contaminação da água de lavagem com íons, orgânicos ou bactérias Contaminação da cubeta/transferência 
Contaminação da água de lavagem com íons, orgânicos ou bactérias Contaminação da sonda de reagente e de amostra 
Contaminação de diluente com íons, orgânicos ou bactérias Erros na amostra e diluição do reagente 
Contaminação de diluente com íons, orgânicos ou bactérias Má estabilidade do reagente 
Contaminação do padrão zero (por exemplo, com Ca, Mg, PO4, HCO3)Estabilidade e sensibilidade de calibração reduzidas 
Contaminação iônica produzindo baixa resistividade Operação do sensor de nível incorreto, levando ao desperdício de reagente 
Partículas ou contaminação bacteriana ou compostos insolúveis Bloqueio capilar 
Depósitos insolúveis - contaminação com compostos pouco solúveisIncrustação   

Tabela 1 - Efeito das impurezas na água 

Teste clínico Interferente presente na água Parâmetro de pureza da água afetado 
Cálcio total 

Oxalato,

sulfato de cálcio 

Resistividade, TOC 

Resistividade

Fosfatase alcalina 

Fluoreto, fosfato, zinco 

manganésio, arsenato

EDTA

bactéria

endotoxina

Resistividade 

Resistividade

Resistividade, TOC 

CFU 

Endotoxina 

Creatina-quinase Agentes oxidantes Resistividade, TOC 
AmilaseOxalato, citrato e EDTA Resistividade, TOC 
LactatodesidrogenaseUreiaTOC
FósforoCitrato e oxalato Resistividade, TOC 
Nitrogênio da ureia Citrato Resistividade, TOC 
Ferro 

EDTA, oxalato 

fluoreto

Resistividade, TOC 

Resistividade

Triglicerídeos GlicerolTOC 
LDH Peróxido de hidrogênio (Resistividade) Teste específico 
Reações baseadas em PeroxidasePeróxido de hidrogênio (Resistividade) Teste específico 

Tabela 2 - Exemplos de interferências química

Pureza necessária da água

A especificação de resistividade CLRW > 10 MQ-cm restringe as concentrações de impurezas iônicas para níveis de ppb ou menos e, de fato, requer a eliminação de dióxido de carbono. Isso é adequado para a maioria dos trabalhos clínicos, incluindo ensaios gerais de produtos químicos, eletrólitos, ensaios de lipídios e proteínas, enzimologia, imunoensaio enzimático, monitoramento toxicológico e terapêutico de fármacos e, mais recentemente, técnicas de biologia molecular. Quando precisam ser determinados elementos traços, a resistividade da água precisa ser muito maior que 18,2 MQ-cm.

A ausência de partículas é um requisito geral para todos os tipos de aplicação, e é especialmente crítica com os baixos volumes de líquidos usados nos ensaios modernos. As partículas podem entupir agulhas e coletores de manuseio de amostras. Os depósitos de partículas aumentam a formação de biofilmes e o crescimento bacteriano, e podem afetar a transmissividade e o comprimento do caminho das células espectroscópicas. A CLRW conta com filtração para remover partículas. No entanto, os filtros de 0,2 µm especificados nem sempre podem ser adequados. Da mesma forma, a especificação TOC de < 500 ppb em CLRW é um reflexo de padrões anteriores e permite o escopo para a presença de uma ampla variedade de compostos orgânicos, como ácidos carboxílicos e poliaromáticos, que poderiam comprometer os ensaios. Os ácidos carboxílicos podem interferir na enzimologia e em imunoensaios enzimáticos por ligação a locais ativos e complexação com cofatores metálicos. Outros orgânicos podem inibir enzimas e afetar a detecção de fluorescência.

A contaminação bacteriana tem sérios efeitos em todos os aspectos da operação do analisador. A chave é alcançar níveis consistentemente baixos. Por exemplo, podem surgir problemas no imunoensaio devido à liberação de fluoresceína de bactérias (por exemplo, pseudômonas aureuginosa), fornecendo altos padrões em branco e fora da faixa durante a calibração e falsos positivos com amostras.

O CLSI enfatiza a necessidade de uma rigorosa tendência dos parâmetros do sistema de água para garantir que seja alcançada e mantida a sua pureza. A água deve ser validada como adequada para o propósito e é altamente recomendada a validação do sistema de purificação de água.
 

Tecnologia Íons Sílica / Partículas Orgânicos Bactéria Subprodutos de bactéria 
Química geral    
Enzimas  
EIA  
Elementos de traço   
Toxicologia (TDM)   
Teste molecular 
Analisador 

 

Tecnologias de purificação da água

As necessidades de pureza da água das principais tecnologias do analisador estão resumidas na Tabela 3. No entanto, como discutido anteriormente, volumes menores de reagentes e amostras, e a maior integração de tecnologias para realizar testes químicos e imunológicos resultaram em um requisito geral para água de alto grau de pureza, capaz de atender a todas as especificações padrão do analisador, conforme mostrado na Tabela 4.

Impureza Parâmetro Pureza necessária da água 
Íons Resistividade > 10 MO-cm 
Orgânicos TOC < 30 ppb C 
Bactéria CFU < 1 CFU/ml 
Partículas Filtração 0,2 µm ou menor 

Tabela 4 - Pureza recomendada da água para aplicações clínicas 

Para atingir essa pureza, todos os íons de impureza e moléculas orgânicas deverão ser removidos da água de alimentação e o crescimento da bactéria, minimizado. Isso é mais bem alcançado com uma série de tecnologias de purificação.

Na primeira etapa do pré-tratamento, as partículas na água de alimentação são removidas por filtração e resíduos de desinfecção, como cloro e cloraminas, são postos para reagir com carvão ativado.

A osmose reversa (OR) é agora o método estabelecido para remover a grande maioria das impurezas. É uma técnica de membrana em que mais de 95% dos íons são rejeitados junto com praticamente todas as partículas, coloides, bactérias e moléculas orgânicas com maior massa. No entanto, ela produz água pura de forma relativamente lenta e sua água do produto (permeado) é normalmente armazenada em um reservatório.

Para atender à CLRW, ou em um patamar melhor, a água precisa ser purificada ainda mais, geralmente por exposição à luz ultravioleta e microfiltração para manter níveis muito baixos de contaminação bacteriana e passagem por leitos de resinas de troca iônica que reduzem a contaminação iônica a níveis extremamente baixos.

Para aplicações de uso intenso, a fim de reduzir significativamente a frequência com que os cartuchos de troca iônica precisam ser trocados para atingir uma pureza de água mais consistente, é possível incluir um estágio de eletrodeionização (EDI) para remover a maioria dos íons do permeado de OR antes de ser armazenado no reservatório. O EDI usa leitos de resina de troca iônica que são continuamente regenerados por corrente elétrica de baixa tensão.

Tendo alcançado água de alta pureza, o desafio é mantê-la pura e fazê-lo com a mínima intervenção do operador. A chave é o design do sistema, com atenção aos detalhes — o uso de um projeto com componentes testados e comprovados, como filtros mais finos de 0,05 ?m, para dar o nível extra de proteção contra partículas menores.

A experiência com todos os tipos e escalas de sistemas de purificação de água demonstrou a necessidade de recirculação periódica da água pura por meio das tecnologias de purificação. O uso de qualquer tipo de reservatório levará ao crescimento bacteriano. A recirculação através de um filtro em linha e da luz UV removerá as bactérias, permitindo atingir um nível de estado estacionário muito baixo. Isso também vai minimizar o crescimento bacteriano, reduzindo a matéria orgânica disponível. Confiar apenas nos filtros de ponto de uso pode permitir que cresçam dentro do sistema uma “sopa” microbiológica e um biofilme extensivo com apenas uma única barreira para evitar a contaminação grave por água do produto. Não é possível o monitoramento rápido da eficácia de tal barreira antes do uso. A recirculação é recomendada pelo CLSI — “a recirculação deverá incluir processos de purificação de água suficientes para manter um nível consistente de pureza no ciclo” — como é a sanitização periódica — “ocorrerá o desenvolvimento de biofilme [...] e a sanitização é a única maneira de combatê-lo”, “A higienização dos sistemas de armazenamento e distribuição deve ser realizada com frequência suficiente para evitar uma acumulação significativa de biofilme”. É essencial tornar a sanitização mais fácil e menos perturbadora possível.

Além dos efeitos de interferência direta, as bactérias são fonte de uma série de subprodutos, como fosfatase alcalina, endotoxina, RNase e DNase, que podem afetar os ensaios por si só. Sua presença é resultado de um controle bacteriano deficiente e eles são mais bem minimizados pela manutenção de níveis bacterianos muito baixos pela recirculação ativa. Por exemplo, um nível bacteriano de <1 CFU/ml fornecerá cerca de 0,5 microunidade de fosfatase alcalina por litro — muito baixo para interferir nos ensaios.

Devido à dependência de analisadores de alto volume em um fornecimento contínuo de água pura de alta qualidade, o sistema de purificação deve incorporar um desvio de emergência para permitir o desligamento controlado no caso de um problema e, de preferência, precisam ser tomadas medidas de contingência, como unidades de água dúplex e loops de alimentação do analisador dúplex para cada analisador.

Além de necessitar de água pura para alimentar os analisadores, há uma variedade de outros requisitos para a água pura no laboratório clínico. As aplicações gerais podem ser mais do que adequadamente atendidas pela CLRW e podem ser fornecidas pelos sistemas de alimentação do analisador. Requisitos especiais, tais como para análise de elementos de traço ou ensaios baseados em ácido nucleico, podem ser atendidos com sistemas de purificação de água específicos. O diagnóstico molecular requer água isenta de nuclease tipo I adequada para o sequenciamento genético. Para evitar interferências, esta deve ser mantida livre de cálcio, magnésio, orgânicos, endotoxinas e nucleases bacterianas utilizando tecnologias de purificação adicionais, tais como múltipla troca iônica, foto-oxidação de duplo comprimento de onda e ultrafiltração. Técnicas cromatográficas, por exemplo, LCMS-MS, GC-MS e HPLC em toxicologia, requerem água do tipo I com os níveis mais baixos possíveis de contaminação orgânica, melhor obtida pelo projeto ideal do sistema com componentes de alta pureza e foto-oxidação de duplo comprimento de onda. ICP-MS e IC de ultratraço requerem água que seja virtualmente livre de impurezas elementares e iônicas, necessitando de um sistema de água de alta pureza com remoção de íons em múltiplos estágios usando as resinas de troca iônica de maior eficiência e pureza.

A importância da parceria entre o cliente, a empresa de diagnóstico e o fornecedor da unidade de água pura é ainda mais importante do que nunca. O cliente deve estar confiante não apenas no próprio sistema, mas na capacidade de a empresa de manutenção de água resolver problemas e de fornecer consumíveis e peças sobressalentes em todo o mundo, a qualquer momento.

Conclusão
A água pura para análises clínicas é essencial em um laboratório clínico e a tendência é certamente de requisitos de pureza mais alta para atender à gama de análises realizadas. A água menos pura impacta todos os aspectos da operação do analisador. Um bom projeto de purificação de água, especialmente fornecendo recirculação por meio das principais tecnologias de purificação, é a chave para o controle bacteriano eficaz e de longo prazo, que é o aspecto mais desafiador da purificação da água. Essa abordagem, combinada à operação dúplex e ao bom suporte, pode fornecer a água necessária.

Sobre a Veolia

O grupo Veolia é a referência mundial em gestão otimizada dos recursos. Presente nos cinco continentes com mais de 171000 colaboradores, o Grupo concebe e implementa soluções para a gestão da água, dos resíduos e da energia, que fomentam o desenvolvimento sustentável das cidades e das indústrias. Com suas três atividades complementares, Veolia contribui ao desenvolvimento do acesso aos recursos, à preservação e renovação dos recursos disponíveis.

Em 2018, o grupo Veolia trouxe água potável para 95 milhões de habitantes e saneamento para 63 milhões, produziu cerca de 56 milhões de megawatt/hora e valorizou 49 milhões de toneladas de resíduos. Veolia Environnement (Paris Euronext : VIE) realizou em 2018 um faturamento consolidado de 25,91 bilhões de euros. www.veolia.com

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