纯化水系统检查指南

纯化水系统检查指南

提示：该文献参考研究者及其它FDA 人员的资料，它不属于FDA 且未授予个人任何专利。该指南主要从微生物的影响来评价用于药品和药物生产的高纯化水系统，并评论了不同型号系统的设计及这些产品的一些问题，和其它指南相同，该指南只对高纯化水系统的评估起指导作用但并不包括全部指标。另外可参考药物质量控制实验室的微生物检查指南（May ，1993）。

1．系统设计

在设计一个系统时最初首先要考虑的是生产的产品类型。对注射用药物来说，由于涉及到热源质，所以得用注射用水。产品制剂、最后的组分洗涤及生产中所用仪器的洗涤都要用到注射用水。USP 中规定的生产注射用水方法只有蒸馏法和反渗透（逆向渗透）法。但是，在大量制药工业，生物技术工业及一些国外公司中，都用超滤法将用于注射给药的药物中的内毒素减到最少。在一些眼药产品（如眼药水）及一些吸入产品（如吸入用的消毒水）中，由于有热原质规格，所以在其制剂中要用注射用水。但是，大部分吸入及眼科产品的制剂都使用纯化水，纯化水还用于局部用药、化妆品及口服产品。设计一个系统其次要考虑的是系统温度。温度在65 - 80o C 的系统被认为可自我消毒。虽然对一个公司来说其它系统更便宜一些，但维护费，试验和潜在问题会比省下来的能量价值更高。系统是循环还是单向也是设计系统时所要考虑的重点之一。显然，让水持续流动是污染很少的方法，一个单向水系统基本上是“死角”("dead-leg")。最后的也是最需要考虑的一点是风险评估或所期望的质量水平。应该认识到不同产品需要不同质量的水。注射用药需要无内毒素的高纯水，局部用药和口服用药所需水没有内毒素的要求，纯度要求稍低。即使局部用药和口服用药也由于各种因素影响要用不同质量的水。比如，在抗酸剂中防腐剂起一定作用，所以得更严格规定其微生物指标。质量控制部门应该用系统中的水评估每步的产品生产并根据对微生物最敏感的产品确定微生物限值。对于敏感的药品，在系统中水作用限制严的情况下，厂商可在生产过程中加一步除微生物操作。

2．系统确认

高纯化水系统的验证基本上参考《注射用药协会技术报告》第四章“注射用纯化水系统验证的设计观念”。绪论提供指导并陈述：“验证经常会使一种方法的使用陷入挑战。在这里，不需要把微生物介入整个体系, 因此，重点放在特殊检查点微生物质量和检测设备装置的定期测试上，在测试过程中，确保总的系统运作正常并持续完成预定任务。”在一篇验证报告的评论中或在一个高纯化水系统的验证中，应该考虑几方面影响。文件应包括对系统的描述及一张照片。画面应显示出系统中水从进入到使用处的所有装置，也应标明所有的取样点及其名称。如果一个系统没有图片，通常会被认为不具备该条件，会认为如果图片都没有，那么怎么进行系统验证呢？质量控制管理者及或微生物家怎么知道哪里可以取样呢？所观察的那些没有图片的设施中存在严重问题。每年的图片应该和实际系统相匹配，以确保其精确性、察觉未报告的变化并确定系统的报告变化。

确定所有的装置和管道都正确安装并按指定要求工作后，水系统验证的第一阶段就可以开始了。在此期间可逐步显示其运作参数、清洁处理程序和频率。在净化过程中每步净化后都要取样并在每个使用点取样，取2-4周。取样点的取样程序应该反映出水是怎么抽取出来的，比如，如果软管通常和样品相联系，样品应该从软管末端抽取。如果标准操作程序（SOP ）

要求从那取样点用水之前要先冲洗线，则样品应在冲洗后取。在2-4周的末期公司应该已经形成其水系统操作的标准操作程序。系统验证的第二阶段是证明当按SOPs. 操作时系统能持续生产出所需质量的水。取样和取样周期与第一阶段的一样。该阶段末期的数据应该证明系统能持续生产出所需质量的水。第三阶段的验证是设计证明当按SOPs. 操作时系统在很长时期内能持续生产出所需质量的水。所给水质量的任何变化都会影响操作且在最后验证阶段的水质将被挑出。取样按照常规程序和频率进行。注射系统所用水应每天从每个最小使用点取样，并每周测试所有使用点。当公司有一整年有价值的数据时，水系统的验证就完成了。虽然以上的验证方法不是水系统验证的唯一方法，但它包含了一个水系统验证所需的要素。首先，必须有支持SOPs. 的数据；其次，必须有证明SOPs. 是合理的且系统能持续生产出符合要求的水的数据。最后，必须有数据证明给水时的季节变化不会影响系统运转和水质。验证的最后部分是数据的编辑和报告的最后结论。最后的验证报告必须由能对水系统运转和质量担保的人签名。

发生的典型问题是在排水后未经消毒的空气残留在系统管道中使得排污程序操作失败。在一个系统中（如Figure 1所示），当冲洗密封圈或者软管连接，并在操作最后把水排尽时，会出现一个常见问题。在排水后，阀（系统的第二个开关）是关着的。如果启动或者第二天循环系统中的第一个操作阀门开着，那么排水后残存在管道中的未经消毒的空气会污染系统。解决该问题的方法是规定操作程序，规定使用时开第一阀冲洗管道之前先打开第二阀。高纯化水系统验证所需考虑的另外一个主要问题是验收标准。经过一段时期贯穿系统的一致结果组成基本要素。

3．微生物限度

注射系统用水

对于注射用水来说，微生物指标要求本质上无菌。由于经常在非无菌区进行取样操作，偶尔会产生一些误差。中介政策是可接受作用限度为每100ml 少于10 CFU（菌落形成单位）。应没有水的限度超过限度，所有的限度是作用限度。当超过作用限度时，公司必须调查问题原因并改正问题，评估该微生物污染对用该水生产的产品的影响并证明他们的研究结果。关于样品大小，100-300ml 是注射用水取样首选的。样品体积不可少于100ml 。WFI 最关注的是内毒素，因为WFI 可以通过LAL 内毒素测试，但是仍不能通过以上的微生物作用限度，对WFI 系统来说监控内毒素和微生物很重要。

纯化水系统

对纯化水系统来说，微生物规定不是很清晰。参照联邦环境保护机构对饮用水的规定制定的USP XXII 规范被认为是最低限度。一些人尝试为纯化水建立有意义的微生物规范。CFTA 提议每毫升不超过500有机物。USP XXII 有一个每毫升不超过100有机物的指导方针。虽然有关于微生物的讨论，但除了EPA 标准外并未建立任何规范。中介方针是任何纯化水系统的作用限度超过100CPU/ml即为不合格。

建立任何作用限度或水平的目的是确保水系统的控制。建立任何作用限度都要依靠所有纯化水系统，并进一步处理最后的产品和它的使用。例如，经冷冻处理用来生产药品的纯化水应该是无有害有机体的。有害有机体定义为在指导下用药时会导致感染的任何有机体或在药品生产过程中能繁殖的的任何有机体。如药物质量控制实验室的微生物检查指导所指出的那样，特殊的污染物通常比数量多少更重要。水系统中存在的有机体可能漂浮在水面上或者吸附在管道壁或罐壁上。吸附在壁上的就是我们所知道的生物被膜，可持续脱落有机体。从而，在一个系统中污染分布就不均匀，一次取样不能真实反映系统的污染类型和水平。在一个样品中10CFU/ml的量和在后来样品中100或1000CFU/ml的量将是不切实际的。因而，在设立生产不消毒产品时所用的高纯化水系统所允许的污染标准时，需要知道产品的使用，

处方（防腐系统）和生产过程。比如，抗酸剂没有一个有效的防腐系统，要求作用限度最大为100 CFU/mL。USP 在他们的不消毒产品的微生物特征专论中给出一些指导，它指出“在不消毒药品中微生物的重要性评估要联系产品的使用，产品的性质和对使用者的内在危害。”在一些特殊专论中提出的问题不仅仅是指有机体，还指出每家厂商应该评估他们的产品，制造方式，并在用该水生产的风险最大的产品基础上，给水系统建立可行的不超过最大作用限度的污染作用限度。

4. 注射系统用水

在注射系统用水的评价和评估中，有几项涉及大多数蒸馏设备厂商所推荐的水预处理方式并明确规定所需的单位。原水在系统中，由于季节变化和其它制药设备控制等客观因素的影响，水质会产生变化。比如：在春季（至少在N.E. 时），大家知道有害有机体繁殖很快。同时，新的建筑或烧火会导致水资源的损耗，从而导致污染严重的水以不同形式流入。一个好的水系统应能在极端情况下保持正常运转，显然，唯一的办法是定期监测原水质量。如果水取自市立水系统，那么市政当局的报告可以在内部测试场所使用。

5．蒸馏器

Figures 3-5是WFI 系统的一个典型基本图表。大多数新系统使用多效蒸馏。在一些设施中，有内毒素污染的根据。在一个系统中出现由于给水阀故障和在蒸馏器控制不当导致蒸馏水中携带有原水的小液滴。Figure 3 Figure 4 Figure 5.在另一系统中有内毒素问题，据说启动时冷凝器中有将近50升WFI 。由于水在冷凝器中可能会放好几天（例如，整个周末），这被认为是使内毒素水平超标的原因。更普遍的是不能充分处理原水以降低内毒素水平。许多蒸馏器制造者将只保证降低2.5至3 log 的内毒素。因此，在系统中给水量有时会高达250EU/ml（EU 是能量单位），蒸馏物（WFI ）中内毒素水平偶尔会不合格也不足为奇。比如，最近的几种新蒸馏器，包括两种多重功效的，都不时被发现产出的WFI 水平大于25 EU/ml。蒸馏的预处理系统只包括去离子系统，没有UF ，RO 或蒸馏。一个公司除非有一个令人满意的预处理系统，否则他们很难证明系统是有效的。以上用蒸馏器来生产WFI 所存在问题的例子，指出了设备的维护问题或系统的不正确操作问题，标志着系统没有经过合理验证或者最初的验证不再有效。如果你发现此类问题，应该仔细查看系统设计，看系统是否有任何变化，看验证报告和程序测试数据以确定系统是否在控制状态下运行。典型的一个例子，电导仪用来监控化学制品质量，但对于微生物质量控制却没有什么意义。Figures 3-5也展示了每个装置间的小龙头或小取样口，比如蒸馏后的和装箱前的。这些是系统中隔离主要装置的设备。仪器条件和可能会发生的任何问题的调查是必需的。

6．热交换器

蒸馏器的一个主要组成部分是热交换器。由于蒸馏水和去离子水的离子性质相似，所以可用电导仪来监控微生物质量。为了阻止热交换器渗漏时会污染原水和蒸馏水，应使用正电压，比如在蒸发浓缩或双向管设计中。主题为“避免污染的散热器”的一个FDA 检查技术指南，讨论了热交换器的设计和潜在问题。指南指出有两种方法可以防止渗漏污染。一种是不断测量微压以确保在干净液体流动的那边电压较高。另一种方法是利用热交换器中的双向管类型。在一些系统中，热交换器用来在使用点冷却水。对大部分零件来说，不用时冷却水不流经这些零件。在少数情况下，排水后管道中形成小孔（在冷却水那边），并不再使用。这就决定了有少量湿气残留在管道中，当和空气结合后会腐蚀在冷却水那边的不锈钢管。因此，建议在不用热交换器时，不要排干冷却水。

7．贮罐

在热系统中，通常靠给带盖的贮罐加热或在线路中在一个隔热贮罐前放一个热交换器来维持温度。贮罐中最有争论的一个组分是排气过滤器，都认为应该对该过滤器安排完整的测试以确保其完整无损。典型的，现在的过滤器都加了护封以防止冷凝水阻塞过滤器过滤水。如果过滤器被阻塞，可能会导致过滤器破裂或贮罐崩溃。有好几种方法可以完整测试过滤器。因此，过滤器在贮罐中的位置应该容易接近。正因为WFI 系统相对较新并采用蒸馏法，它并不是完全没问题的。在一种注射用药物生产的检查中，观测了1984年制造的一个系统，如Figure 6所示。虽然在最初评估时显得有点复杂，后来发现其实相对比较容易。Figure 7是一示意性系统。厂商的检查结果报告包括，“注射用水系统的运行程序不能定期的完成冲洗和排水。系统也是敞开在空气和室内环境中的。组合设备包括未密封的，敞开的带盖贮罐。注射用水贮罐也是非密封的并从不进行内毒素的取样。”由于这些原因和其它评论，公司取消了几个产品并停产了。

8．泵 泵烧坏和零件磨损。如果泵是静止的并且不连续运转，则它们的蓄水库可以是储水的静态区域。比如，在一个检查中提到，一个公司必须从泵体的最低处安装一条排水沟。在他们的系统中不时发现有假单胞菌sp. 污染，部分原因是由于泵不总是运行。

9．管道系统

WFI 系统中的管道系统通常由内壁高度抛光的优质低碳不锈钢组成。在一些案例中，厂商已经开始使用PVDF （聚偏氟乙烯）管道。据说该管道可以承受无生命可存在的热度。PVDF （聚偏氟乙烯）管道的一个主要问题是它需要相当大的支撑。当对其加热时，容易下垂并可能压迫焊接连接处从而导致渗漏。此外，至少最初时，氟化物水平高。该管道对低水平金属污染可促进药品降解的产品传输系统有益，如生物技术工业。管道的一个普遍问题是有“死角”。LVP 规则给“死角”下的定义是不使用部分的长度比在现在使用的管道的不使用部分的直径长六倍。需要指出的是这是对75-80 o C 循环系统的发展。对于较冷系统（65-75o C ），任何小滴或任何长度管道的不使用部分都可能形成生物被膜，如果可能应该除去生物被膜或有特殊消毒程序。在制药水系统中不应该有线状装配。所有的管道连接必须使用卫生装置或焊接得粗一点。当管道遇到真空管，贮罐和其它需远离的要维护或交换的设备时应使用清洁装配。因此，在检查时应该回顾和评估该公司的清洁程序和实际的管道系统。

10．反渗透

另外一个合意的生产注射用水方法是反渗透（RO ）。但是，由于这些系统是冷的，且因为RO 过滤不完全，所以微生物污染很平常。Figure 8展示的是几年前使用的一个系统。在该系统中有并联的五个反渗透单元。由于RO 过滤器过滤不完全，过滤器厂商建议系列中至少有两个。这制图也列举了系统中处于RO 单元下游的紫外（UV ）光。该光是控制微生物污染所必需的。系统中也有球阀。这些阀认为是不干净的，因为当阀关闭时它中间会有水。这是一个积水池，是微生物能生长的地方且会为生物被膜提供起点。意识到微生物问题，作为RO 系统的另一项附加意见，一些厂商应立刻在RO 过滤器后安装热交换器，把水加热到75-800将微生物污染降到最低。随着生物技术产品的发展，许多小公司用RO 和UF 系统制造高纯水。例如，Figure 9列举的是一个由单向流动的RO 单元组成的墙式安装系统。如图所示，这些系统大多数使用PVC 或某种类型的塑料管。因为这些系统都是冷的，所以系统中的许多连接处都会受污染。PVC 管存在的另一个潜在问题是它是可拔出的。从一个系统中看WFI 以确保它符合USP 要求，不能确保系统中没有可被拔出装置的是不合格的。系统

也包括使用的0.2w 微米过滤器，它能降低系统中的微生物污染水平。虽然知道在这样一个系统中内毒素是最重要的，过滤器可以减少微生物污染，但是不能减少内毒素污染。如果在系统中使用过滤器，那么过滤器应该有一定用途，如，除去微粒或减少微生物，一个标准操作程序（SOP ），基于系统验证期间得到的数据，规定了过滤器变换频率。如先前讨论的那样，由于水体积的真实测试（1ml for endotoxins vs. 100ml for WFI），微生物测试给一个系统的污染水平提供了良好的指引。因此，只有样品是在最后的0.2微米过滤器之前取的，微生物测试才有意义。对该设备重新进行考察，据记录，他们用一个不锈钢管联合一系列的四个RO 单元组成的循环系统修正了水系统的不足。由于该厂商不需要大量水（系统总容量大约是30加仑），他们尝试让系统用大约一天。Figure 9显示，在零时刻(at 9 AM on 3/10)没有检测到微生物和内毒素。一天后，发现静止的非循环系统已经被污染了。四次连续的每小时的取样也表明从一个系统中取来的样品间有差异。在12PM 时取完最后一个样品后，用0.5%的过氧化氢溶液重新消毒，再循环，再取样。系统重新运行后每天的样品中没发现有微生物污染。这是行销处建议非循环水系统每天要排空，不让水呆在系统中的原因。

11．纯化水系统

许多WFI 系统设备的检查也适用于纯化水系统。用来控制微生物污染的一类系统使用臭氧。Figure 10是代表性系统的图解。虽然据说该系统相对较便宜，但却有些问题。要达到最佳效果，需要溶解残余在系统中的臭氧。这表示制药时要同时注意员工的安全问题和使用问题。公布Vicks Greensboro ，NC 设备数据表明，在臭氧产生器被关后二到三天他们的系统就又重新被污染了。在另一厂商的一次检查中提到，一个公司遇到了受假单胞菌sp. 污染的问题。由于员工安全的潜在问题，臭氧在放入它们的再循环系统之前需从水中除去。据报道，溶解在水中的臭氧量为0.45 mg/liter时将会在系统中最多保留5-6小时。由于员工安全的潜在问题，臭氧在放入它们的再循环系统之前从水中除去。据报道，臭氧在水中的溶解度为0.45 mg/liter，可在系统中最多滞留5-6小时。另一个厂家，作为每天的消毒处理，拿出臭氧化水系统里面所有的水，并放在过滤器中用已消过毒的70%的异丙基乙醇消毒。该厂家的微生物结果报告极好。但是，只是在在消毒后立刻取样，而不是在操作结束时取样。因此，结果不是很有意义。Figure 11 and Figure12列举的是另一种有些问题的纯化水系统。不像所讨论的大多数其它系统那样，这是单向非循环系统。里面有一个热交换器用来给水每周加热一次以给系统消毒。实际上，整个系统是一个“死角”。Figure 11也显示了一个0.2微米的漏斗，用来作每天基本的水消毒和纯化。此外，过滤器群为微生物污染提供了一个很好的环境，一个典型问题是水击作用会使过滤器往上飘"ballooning" 。如果过滤器下面的阀关得太快，则水压会逆转并导致上飘"ballooning" 。当污染物逆流通过过滤器表面时管振动是一个典型可见的高回压标志。系统还包括几个在使用点的垂直点。在消毒时，打开最后的阀很重要，那样可以使管道中所有的肘和弯曲都充满水，可使其完全暴露在消毒剂中。需要指出的是就因为是一个单向系统，所以这是不充分的。在验证数据基础上，有良好的标准操作程序和热冲洗程序，该系统才可接受。发现一个非常长的（大于200码），带有50多个出口的系统可适用。该系统每天需要用80o C 的水冲洗所有出口。最后要讨论的系统是一个引起反对的系统。系统中发现的假单胞菌污染物（在FDA 测试后）同时也出现在一个类固醇产品中（在FDA 测试后）。产品被回收并发布了一个结果警告书。该系统（Figure 13）也是一个单向系统，它使用UV 线控制微生物污染。UV 线只有在需要水时打开。因而，有段时期允许水留在系统中。该系统也包括一条非常难消毒的易变形的软管。必须适当持续照射UV 必须有系统测定每个球形物可用。需知道的是UV 线最多只能杀死90%的进入系统中的微生物。

13．水处理

现在，USP 中pg. 4的常规注意章节允许用饮用水生产药物。它注明任何剂型都必须用纯化水，注射用水或一种消毒水制造。在这两种陈述中存在一些矛盾，因为纯化水用来制药片，而饮用水可用来给药物作最后的净化。FDA 的大量化学制药检查指南，给水质对药物制造的利害关系作了说明，尤其是那些在注射用药制造中使用的药物。由于纯化时使用的水资源存在污染，因此在药物中发现有过度的微生物或内毒素污染。这时，在注射用的药物合成或纯化的最后一步中没有用注射用水。可是，这样的水系统用在注射用药物生产的最后阶段应经过验证以确保内毒素或微生物污染达到最低。在大量药物工业中，尤其是对注射用药级别的物质，普遍可见在水系统中使用超滤（UF ）和反渗透（RO ）。虽然超滤可能在减少内原质方面不是很有效，但可减少高分子量的内毒素—水系统中的一种污染物。虽然使用RO ，UF 不是绝对有效，但可以减少污染物数量。此外，如前面说讨论的使用冷系统，维持系统需要相当高的费用。对于非注射用药物的制造，虽然不像注射级别药物要求那么高，但也涉及到微生物问题。世界的一些地区，饮用（漂白过的）水可能不存在微生物问题。但是，可能会有其它问题。例如，漂白过的水一般会使氯化物含量增加。在一些地区，加工水可能直接从中性资源得到。在一检查中， 一厂家从一条位于农业区的河中取加工水。需要指出的一点是，其中有大量从该地区农田里流走的杀虫剂，制造过程和分析方法中并无设计除去和鉴别杀虫剂。因此，显而易见，该处理水用于药物的净化是不可取的。

14．检查策略

厂家典型地将会有他们的纯化水系统结果的定期打印输出或表格。应该回顾打印输出或数据总结。此外，当研究报告超过限度时应重新评估。由于水系统的微生物测试结果只有等药品生产后才能得到，超过限度的结果评估应涉及到药品处方。关于这样的一种产品的进一步处理或放弃所需要考虑的事项，由污染的特殊性，产品的生产过程和最后的使用决定。这样的情形通常要一项一项地评估。这样的情形是一次很好的锻炼，包括研究报告和公司中用逻辑学讨论放弃的报告。最后产品的微生物测试，虽然提供了一些信息但不能作为放弃药品的唯一的理由。微生物限制的取样和测试应该经过验证。厂家应该保持记录或给设备作日志，如蒸馏器。应该回顾这些日志从而可以评价系统和设备问题。此外，应回顾测试结果，数据总结，研究报告和其它数据，当引导实际的物质检查时应回顾系统照片。就如前面所指出的那样，为了证明系统是有效的，系统的精确描述和照片是必需的。