一次性使用输血器生物学风险评定方法探讨

刘成虎吴平骆红宇侯丽施燕平

1 山东省医疗器械产品质量检验中心 （济南 250101）

2 山东省医疗器械生物学评价重点实验室（济南 250101）

一次性使用输血器生物学风险评定方法探讨

刘成虎1,2吴平1,2骆红宇1,2侯丽1,2施燕平1,2

1 山东省医疗器械产品质量检验中心 （济南 250101）

2 山东省医疗器械生物学评价重点实验室（济南 250101）

本文通过对一次性使用输血器生物学风险评定过程进行介绍，重点说明输血器中DEHP增塑剂、环氧乙烷灭菌残留物和环已酮粘接剂的风险评定方法，旨在帮助大家更好地开展医疗器械生物学风险评定。

一次性使用输血器 风险评定 生物学评价

随着科学技术的不断发展，我们对于医疗器械生物学评价的研究也不断深入。医疗器械生物学评价可建立在对相关科学数据的评审、化学分析以及相应的生物学试验基础之上。ISO 10993-1:2009中明确了医疗器械生物学评价属于风险管理的范畴[1]，并规定了一个策划生物学评价的流程图。生物学评价方法的选择应建立在医疗器械的特性、相关科学数据的可获得程度以及风险评定结果的基础之上。因此，利用已有信息对医疗器械进行风险评定，对于那些经风险评定危害较小的器械即可豁免全部或部分生物学试验。本文以一次性使用输血器为例，对其生物学风险进行评定，以期为我们进行医疗器械风险评定提供参考。

1.危险源识别

一次性使用输血器在我国属于三类医疗器械。因其涉及面广，历年来一直被列为我国重点监管对象。我国现行的输血器国家标准GB8369-2005自发布实施以来，对促进输血器的发展，保证输血器质量起到了很重要的作用。目前市场上常见的一次性使用输血器多以DEHP增塑的聚氯乙烯为原料制成，其主要组成为：聚氯乙烯、ABS、过滤网、不锈钢等，多采用环氧乙烷灭菌。经过查阅相关数据库，确定一次性使用输血器的生物学风险点为：DEHP增塑剂、环氧乙烷（EO）灭菌残留物和环已酮等粘接剂（如有）。ISO 10993-17:2002中[2]指出，风险表征包括将患者实际接受一种化合物剂量与“安全”剂量或可耐受摄入值（TI）进行比较。如果两者比值大于1，那么器械接触患者发生不良反应的可能性增加。本文中我们拟采用这一比值来评定输血器潜在的生物学风险。

2.输血器中DEHP 风险评定

2.1 理化及代谢特性

DEHP（CAS 117-81-7）为无色无臭液体，不易挥发，不溶于水，溶于乙醚、乙醇等溶剂，是邻苯二甲酸酯的一种。DEHP被人体吸收后，化合物会经由血液循环进入肝脏、肾脏和睾丸，而少数的DEHP则会停留在脂肪或分泌至乳汁中。大部分的DEHP会在24小时内经由尿液或粪便排出体外。

2.2 文献评审

国际癌症研究机构（IARC）在1982年将DEHP分类为2B类致癌物质（对人体致癌的可能性较低的物质或混合物），2000年，将其划为3类致癌物质（非人类致癌物）[3]，因为目前只有动物试验的结果表明DEHP可能具有致癌性，尚无人体流行病学资料。DEHP可促进肝癌和肾肿瘤的发展，但尚未发现它具有单独诱导肿瘤发生的作用。DEHP喂食大鼠后，可致大鼠不育，尤其是对雄性大鼠睾丸可造成不可逆的损伤，进而导致胚胎鼠畸形或死胎。

美国FDA限制使用含有DEHP的食品包装材料。美国环境保护署限制饮用水中的DEHP不得超过6ppb。美国职业安全卫生署对工作场所空气中DEHP每8小时工作日之平均浓度限量为5mg/m3，15分钟短时间限制暴露量为10mg/m3。欧盟（EU）指令1999/815/EEC规定，制品中不得含有超过0.1%的6种指定邻苯二甲酸盐。芬兰及意大利规定指定的6种邻苯二甲酸盐的量必须小于0.05%。希腊、挪威及瑞典已全面禁止聚氯乙烯制品中含有邻苯二甲酸盐。日本则规定婴幼儿的软胶玩具内不应含有DEHP。根据FDA文件要求[4]，静脉途径DEHP的可耐受摄入量（TI值）为0.60mg/kg/d。

2.3 化学表征

ISO 10993-1:2009中强调了按程序进行医疗器械生物学评价的重要性，而根据标准中评价流程图所示，化学表征为生物学评价的第一步。我们根据YY/T 0927-2014《聚氯乙烯制造的输液、输血器械中邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯（DEHP）溶出量测定指南》，用密度为0.9373g/mL至0.9378g/mL的乙醇/水混合物作为浸提液，经GC/MS化学分析得出某输血器中DEHP的溶出量为5.925mg/套。同时根据相同条件下用人全血与乙醇水溶出物的对比验证，结果表明，DEHP在乙醇/水混合物中的溶出量为全血中溶出量（代表了可沥滤水平）的50倍。

2.4 风险评定

按每日使用一支输血器，输血器中DEHP的溶出量为5.925mg来计算，患者实际接受DEHP的剂量为0.0017mg/kg/d（成人，按体重70kg）或0.034 mg/kg/d（婴儿，按体重3.5kg）。患者实际接受DEHP剂量与DEHP的TI值之比分别为0.0028（成人）或0.056（婴儿），两种应用的“事件序列”[5]均远小于1。因此，使用该类输血器时不必担心输血器中DEHP的危害，DEHP的风险是可以接受的。

3.输血器中EO 风险评定

3.1 理化及代谢特性

EO（CAS 75-21-8）是一种可刺激皮肤，低温下为无色透明液体，在常温下为无色带有醚刺激性气味的气体，沸点10.4˚C。气体的蒸汽压高（30˚C时可达141kPa），穿透力较强，适用于多种医疗器械灭菌。

EO化学性质非常活泼，能与许多化合物发生开环加成反应。主要通过呼吸道和皮肤吸收，在体内形成甲醛、乙二醇和乙酸，再氧化成草酸从尿中排出。其毒性机理可能为：EO在体内代谢产物乙二醇、甲醛等引起细胞功能性障碍或EO直接与体内蛋白质相结合，进一步形成乙酰胆碱，引起机体代谢功能失调。

3.2 文献评审

在很多情况下，EO具有致突变性、胎儿毒性和致畸特性，除对睾丸功能具有不良作用外，还能对体内的多个器官系统产生损害。在动物致癌研究中，吸入EO可产生包括白血病、脑肿瘤和乳房肿瘤等几种致瘤性。而食入或皮下注射EO仅在接触部位形成肿瘤。1994年，IARC依据EO的作用机理，重新将其划分为人类致癌物质（1类），见参考文献[6]。工作场所时间加权平均容许浓度为5mg/m3。根据文献评审[7]、[8]、[9]、[10]和[11]得出，短期和长期接触类器械EO的非致癌TI值为0.3mg/kg/d。如果用人体数据的线性剂量效应模式推导EO的致癌TI值[12]，则可得出EO的致癌TI值为0.02 mg/kg/d。

3.3 化学表征

按标准规定的方法，采用气相色谱法测定输血器中环氧乙烷残留量。因实际检测结果多为未检出，因此，本研究中采用输血器国际标准中给出的模拟使用条件下的EO限值，即0.1mg/套（可沥滤水平），以该限值作为临床使用中患者实际接受EO的量（实际使用中输血器中EO残留量远低于该值）。

3.4 风险评定

因为不同厂家的产品中EO残留量差别较大，这里我们按每日使用一支输血器，EO残留量为0.1mg来计算，患者实际接收EO的剂量为0.0014mg/kg/d（成人）或0.028 mg/kg/d（婴儿）。患者实际接受EO剂量与EO的TI值之比为0.0047（成人）或0.093（婴儿），两种应用的“事件序列”也均远小于1。因此，在本例中患者使用输血器时，不必担心输血器中EO的危害，EO的风险也是可以接受的。

4.输血器中环已酮风险评定

4.1 理化及代谢特性

环已酮（CAS 108-94-1），微溶于水，易容于乙醇和乙醚，具有高沸点（156˚C）、低压蒸发（25˚C 时4.5mmHg）和低残留的特性，常用作医疗塑料器具的粘接剂。环已酮在肝脏中被还原成环己醇，形成葡糖甘酸后分泌排出体外。因此，肝脏和肾脏可作为毒理学研究的靶器官。犬静脉注射毒代动力学研究显示：环已酮的体内的半衰期为（81±22.5）min，清除率值为（27.4±4.3）ml/kg/ min[13]。

4.2 文献评审

环己酮是非致敏剂和非致癌原。IARC将其列为第3类致癌物质（非人类致癌物）。28天大鼠静脉重复给药研究得出环己酮的NOAEL值为100mg/kg/d[14]，猴静脉注射急性毒性的最低致死量LDL0值为284mg/kg[15]，25周大鼠经口接触的最大耐受量为910mg/kg[16]。

环己酮对人体的危害主要有：促进细胞内氧化过程，加速溶血，损伤DNA链，可导致肝细胞癌。对人的神经系统有抑制作用，特别是对肝功能不正常者和婴幼儿毒性反应更明显。

输血器的最新国际标准ISO1135-4:2012[17]中没有规定粘接剂的限量，可能是因为国际上没有推荐的医用级粘接剂。如果把所有粘接剂都在标准中加以限定也是不现实的，且标准中的其他化学指标，如紫外吸收、还原物质等都能间接起到控制粘接剂的作用。另外，国外常采用超声粘接或热合粘接等新工艺代替粘合剂粘接成型工艺。

2010版欧洲药典中规定：标称250ml以上的医疗容器，环已酮残留量应不超过5mg。美国环保部（EPA）设定环已酮经口接触的限量为5mg/ kg/d（参考剂量，RfD）[18]。该值对应50kg成人的剂量250mg/d，比欧洲药典设定的限量高50倍。口服和静脉间推算的不确定因子UF1取10，则依然比设定的值高5倍。大鼠静脉途径NOAEL值为100mg/kg/d，根据TI=NOAEL（LOAEL）/ MF，而MF=UF1（不确定因子1，表示个体间差异）×UF2（不确定因子2，表示种属间差异）×UF3（不确定因子3，表示实验数据的质量和相关性）。多数情况下，MF的值介于10到1000之间。本研究中取MF值100，即口服外推到静脉接触方式间的差异取不确定因子UF1为10，不同物种间差异选取一个非常保守的不确定因子UF2 为10，UF3用来表示用于推导TI值的现有毒理学数据的局限性，包括NOAEL值的缺乏、长期研究NOAEL值的缺乏，以及临床相关接触途径数据的不足，其值常在1～100之间。环已酮有比较明确的NOAEL值，临床数据充分，数据间有较好的相关性和说服力，故这里将UF3的值设定为1是合适的[13～18]。这样，TI=100mg/kg/d÷ （10×10×1）=1mg/kg/d。

4.3 化学表征

与ICH协议规定和国内多数厂家制定的每副输液器环己酮残留量限量1.0mg不同[19]，输血器较难查到规定的环己酮限量水平。根据文献检索得出，用气相色谱测得输液（血）器中环己酮的浓度约为（0.6～1）mg/套[20～21]。

4.4 风险评定

因为控制工艺间的差别，不同厂家和批次产品中环己酮残留量可能会存在较大差异。这里我们仅以每日使用一支输血器，环己酮的溶出量为1mg为例来计算（实际使用中环己酮的可沥滤水平应远小于该值），则患者实际接收环已酮的剂量为0.014mg/kg/d（成人）或0.285mg/kg/d（婴儿）。患者实际接受环已酮剂量与环已酮的TI值之比为0.014（成人）或0.285（婴儿），两种应用的“事件序列”均小于1。

5.混合物风险评定

ISO10993-1:2009的图1中要求使用者考虑，单一化合物成分的毒性数据是否适用于患者接触含有该化合物的混合物。由于很难得到混合物中某种化合物的反应数据，因此，在使用单独化合物的毒性数据进行医疗器械的生物学评价时就需要设置一个非常高的标准。然而，当医疗器械中多个化合物的释放率明显低于各自的TI值，并且化合物结构也不相似时，混合物各组分间发生相互毒理学反应的可能性就小[22]。但同时宜考虑化合物间有可能会发生化学反应而生成新的化学物质，从而引入的类似或新的毒理学风险。ISO 10993-17的附录B中给出了混合物风险评定的方法。该方法给出的混合物风险评定方法是用下式表示多种化合物的危害指数来表示毒理学危害风险的高低。

比如，在对输血器的化学表征中识别出的危害只有DEHP、EO和环已酮。而这三种化合物在一起不会生成新的化合物，则利用以上列举的分析数据按上式计算出输血器的毒理学危害指数为：

6.结论

通过前面的风险评定我们可以看出，输血器中DEHP、EO和环己酮混合物的危害指数均小于1，因此有足够的安全保证。输血器中环己酮的残留量受到粘接时的操作工艺、灭菌方法、包装材料等多因素影响，且国外大部分企业采用的超声、热合成型等生产方式已解决了输血器中环已酮的危害问题。同时，考虑到文献报道EO具有致畸和致癌特性，而在危害指数中，EO危害指数所占的份额又比DEHP高一个数量级。因此，就输血器而言，应把控制重点适当向控制EO残留量倾斜，采用适宜的方法控制输血器中EO残留量给患者带来危害的风险。总之，如果在对DEHP增塑并以聚氯乙烯为原料的输血器进行生物学危害识别时，只识别出DEHP、EO和环已酮三种生物学危害（本例中未考虑未知可沥滤物，否则应结合对未知物的识别和风险评估），并且以上风险评定过程经过充分论证，则根据ISO10993-1:2009中的图1所给的评价程序，此输血器可在风险评定的基础上豁免生物学试验。

[1] ISO10993-1:2009/GB/T16886.1-2011 Biological evaluation of medical devices Part 1: Evaluation and testing within a risk management process.

[2] ISO 10993-17:2002/GB/T16886.17-2005 Biological evaluation of medical devices Part 17: Establishment of allowable limits for leachable substances.

[3] International Agency for Research on Cancer (IARC). 1998. Monographs on the evaluation of the carcinogenic risk of chemicals to man. Geneva, Switzerland: IARC, World Health Organization.

[4] FDA. Safety Assessment of Di(2-ethylhexyl)phthalate (DEHP) Released from PVC Medical Devices Available a http:// www.fda.gov/cdrh/ost/.

[5] ISO14971:2007/YY/T0316-2008 Medical devices－Application of risk management to medical devices.

[6] IARC: Some industrial chemicals. Ethylene oxide, Lyons, (IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, Vol. 60), 1994,73-159.

[7] JONES-PRICE, C., KIMMEL, T., MARKS, T., LEDOUX, T., REEL, J., FISHER, P., LANGHOFF-PASCHKE, L. and MARR, M. Teratologic Evaluation of Ethylene Oxide (CAS No. 75-78-8) in New Zealand White Rabbits (Final report RB80-EO, NIEHS Contract No. 1-ES-2127). Research Triangle Park, NC, National Institute of Environmental Health Sciences, 1982 (cited in EPA, 1985)

[8] JONES-PRICE, C., MARKS, T., LEDOUX, T., REEL, J., FISCHER, P., LANGHOFF-PASCHKE, L., MARR, M. and KIMMEL, C. Teratologic Evaluation of Ethylene Chlorohydrin (CAS No. 107-07-3) in New Zealand White Rabbits (PB85-170959). Research Triangle Park, NC, National Institute of Environmental Health Sciences, 1985a

[9] JONES-PRICE, C., MARKS, T., LEDOUX, T., et al. Teratologic Evaluation of Ethylene Chlorohydrin (CAS No. 107-07-3) in CD-1 mice (PB85-172104). Research Triangle Park, NC, National Institute of Environmental Health Sciences, 1985b

[10] SNELLINGS, W.M., MARONPOT, R.R., ZELENAK, J.P. et al. Teratology study in Fischer 344 rats exposed to ethyleneoxide by inhalation, Toxicol. Appl. Pharmacol., 1982,64:476-481.

[11] SNELLINGS, W., ZELENAK, J. and WEIL, C. Effects on reproduction in Fischer rats exposed to ethylene oxide by inhalation for one generation, Tox. Appl. Pharm., 1982，63:382-388.

[12] FUCHS, J., WULLENWEBER, U., HENGSTLER, J.G., et al. Genotoxic risk for humans due to work place exposure to ethylene oxide: remarkable individual differences in susceptibility, Arch Toxicol.1994, 68(6):343-8.

[13] Martis, L., T. Tolhurst, M. T. Koeferl, et al. Disposition kinetics of cyclohexanone in beagle dogs. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1980,55:545-553.

[14] Greener, Y., L. Martis, and N. Indacochea-Redmond. Assessment of the toxicity of cyclohexanone administered intravenously to Wistar and Gunn rats. J. Toxicol. Environ. Health. 1982,10:385-396.

[15] Koeferl, M. T., C. D. Port, P. J. Garvin, and J. L. Dorner. Subacute toxicity of ，cyclohexanone in rats, dogs, and monkeys. Toxicol. Appl. Pharmacol.1976,37:115.

[16] Lijinsky,W., and R. M. Kovatch. Chronic toxicity study of cyclohexanone in rats and mice. J. Nat. Cancer Inst. 1986,77:941-949.

[17] ISO1135-4:2012 Transfusion equipment for medical use Part 4 Transfusion sets for single use.

[18] U.S. Environmental Protection Agency (EPA): Intergrated risk information system. Cylohexanone, CAS 108-94-1. Reference dose for oral exposure. IRIS. 1992, No.215.

[19] International Conference on Harmonisation of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use. 2001,79.

[20] Shen yong, Pan huaxian et al.Compatibility of penicillin sodium in the PVC infusion.[J] Biomedical engineering research, 2015,34(1):56-61.

[21] Dong jin,Ding jian. GC determination of residual cyclohexanone in disposable infusion set. Ch in J Pharm Ana l 2009, 29( 6):1022-1024.

[22] ISO/TR 15499:2012 Biological evaluation of medical devices—Guidance on the conduct of biological evaluation within a risk management process.

Investigation on Risk Assessment Method of Disposable Transfusion Sets

LIU Cheng-hu1,2WU Ping1,2LUO Hong-yu1,2HOU Li1,2SHI Yanping1,2
1 Shandong Inspection Center for Medical Devices (Ji'nan 250101)
2 Shandong Provincial Key Laboratory of Biological Evaluation for Medical Devices (Ji'nan 250101)

In this study, we conduct risk assessment for disposable transfusion sets and focused on illustrating the process of risk assessment on DEHP, EO residues and cyclohexanine in transfusion sets for single use in order that it may help us better processing biological risk assessment for medical devices.

transfusion sets for single use, risk assessment, biological evaluation

1006-6586(2016)03-0047-05

R318.08

A

2015-07-25

山东省科技发展计划课题

（2014GSF118151）