Sección 3 Cabinas de bioseguridad de laboratorio médico

Una cabina de bioseguridad está diseñada para proteger al operador, el entorno del laboratorio y los materiales experimentales de la exposición a aerosoles infecciosos y salpicaduras que pueden generarse al manipular materiales experimentales infecciosos, como cultivos primarios, cepas bacterianas y virales, y muestras de diagnóstico.

Las cabinas de bioseguridad se dividen en tres clases principales —Clase I, Clase II y Clase III— para satisfacer diferentes requisitos de investigación biológica y prevención de epidemias. Consulte la Tabla 7-4.

Tabla 7-4 Clasificación de las cabinas de bioseguridad

Clase Tipo Escape Aire recirculado (%) Flujo de aire de la cabina Velocidad de entrada (m/s) Objetivo de protección
Clase I Puede evacuarse en la habitación — Flujo turbulento ≥ 0,40 Operador
Clase II Tipo A1 Puede evacuarse en la habitación 70 Flujo unidireccional ≥ 0,38 Operador y muestra
Tipo A2 Puede evacuarse en la habitación 70 Flujo unidireccional ≥ 0,50
Tipo B1 No debe evacuarse en la habitación 30 Flujo unidireccional ≥ 0,50
Tipo B2 No debe evacuarse en la habitación 0 Flujo unidireccional ≥ 0,50
Clase III No debe evacuarse en la habitación 0 Flujo turbulento Sin abertura de entrada; cuando se retira un guante, la velocidad en el puerto de guante es ≥ 0,70 Principalmente el operador, en ocasiones también la muestra

Las cabinas de bioseguridad de Clase I y Clase II son, en esencia, recintos sellados con una abertura frontal de trabajo y una abertura de escape en la parte superior. Los aerosoles contaminados generados en la zona de trabajo quedan contenidos dentro de la cabina gracias al flujo de aire que entra por la abertura frontal. Además, los aerosoles contaminados del aire de escape son capturados por el filtro HEPA.

Deben tenerse en cuenta dos puntos sobre el aislamiento local que proporcionan las cabinas de Clase I y II:

  1. El medio defensivo de aspirar aire hacia el interior desde la abertura mediante presión negativa no es absoluto y no es fiable al manipular patógenos y sustancias químicas altamente peligrosos. Esto se debe a que, una vez que la cabina deja de funcionar, el efecto aislante del flujo de aire desaparece; y para los patógenos adheridos a las manos e instrumentos que atraviesan la abertura, este aislamiento por flujo de aire es completamente ineficaz. Además, si el interior de la cabina se contamina, los microorganismos pueden multiplicarse dentro de ella.

  2. Los componentes gaseosos del aire pueden atravesar el filtro HEPA, por lo que se debe tener mucho cuidado al utilizar este tipo de sustancias gaseosas. Un gas dentro de la cabina tarda entre 20 y 30 s en diluirse hasta 1/10 de su concentración; cuando se utiliza una cabina de bioseguridad para experimentos químicos, deben adoptarse las medidas adecuadas según la naturaleza y la cantidad de las sustancias manipuladas.

I. Cabina de bioseguridad de Clase I

Una cabina de bioseguridad de Clase I aspira aire a través de su abertura frontal y evacua el aire que ha sido tratado por un filtro HEPA a través de la salida de escape, tal como se muestra en la Fig. 7-24.

[Figura: Esquemas de una cabina de bioseguridad de Clase I, cuatro paneles — (a) diagrama de flujo de aire con el aire entrando por la abertura frontal y evacuándose hacia arriba tras la filtración HEPA en la parte superior; (b) esquema en vista lateral del escape, con líneas guía que marcan el conducto de escape y el filtro HEPA de escape; (c) vista lateral que muestra los brazos del operador introducidos en la cabina, marcada con el “5”; (d) vista frontal con cuatro puertos de trabajo circulares, marcados con “1”, “2”, “3”, “4”]

Fig. 7-24 Cabina de bioseguridad de Clase I

Por lo general, la velocidad media en la abertura es de 0,38 m/s o superior; cuando se manipulan sustancias peligrosas, un deflector adecuado puede reducir a la mitad el área de la abertura, elevando la velocidad media de la abertura a 0,76 m/s o superior. Considerado puramente desde el punto de vista biológico, el aire de escape puede evacuarse en la habitación. La cabina de bioseguridad de Clase I suministra aire de la habitación a la zona de trabajo, por lo que no puede utilizarse para operaciones que requieran condiciones estériles y limpias. Sin embargo, este tipo de cabina es el más adecuado para trabajos de examen generales, como las pruebas bioquímicas y serológicas en hospitales y entornos similares. También puede alojar equipos que generen grandes cantidades de aerosoles (como centrífugas y limpiadores ultrasónicos), siempre que la construcción se adapte adecuadamente. En el caso de una centrífuga, por ejemplo, la cámara de centrifugación debe estar aislada del motor para que el viento generado por el giro de la centrífuga no afecte al rendimiento de la cabina.

La parte frontal de una cabina de bioseguridad de Clase I también puede tener de 2 a 4 aberturas circulares equipadas con guantes de manga larga, como se muestra en la Fig. 7-24 (c) y (d).

El patrón de flujo de aire en el interior de una cabina de bioseguridad de Clase I se muestra en la Fig. 7-25.

[Figura: Esquema del patrón de flujo de aire en una cabina de bioseguridad de Clase I; la leyenda distingue el aire de la habitación, el aire contaminado y el aire filtrado por HEPA; etiquetas: 1 abertura frontal, 2 ventana de visualización, 3 filtro HEPA de escape, 4 conducto de escape]

Fig. 7-25 Esquema del flujo de aire en una cabina de bioseguridad de Clase I

1 — abertura frontal; 2 — ventana de visualización; 3 — filtro HEPA de escape; 4 — conducto de escape

[Figura: Cabina de bioseguridad de Clase II-A, vistas (a) y (b); la leyenda utiliza zonas punteadas para las zonas contaminadas de presión negativa y zonas rayadas para las zonas contaminadas de presión positiva]

Fig. 7-26 Cabina de bioseguridad de Clase II-A

II. Cabina de bioseguridad de Clase II-A

Este es el tipo de cabina de seguridad más utilizado en microbiología. Al igual que la cabina de Clase I, aspira aire a través de la abertura frontal y trata el aire de escape con un filtro HEPA para evitar que se escapen los aerosoles. Sin embargo, en la zona de trabajo se suministra aire limpio que fluye verticalmente hacia abajo a través de un filtro HEPA, lo que se denomina flujo unidireccional vertical en la tecnología de aire de salas limpias, también conocido comúnmente como flujo laminar vertical.

Debido al efecto de succión de la abertura de entrada, es más difícil conseguir un flujo paralelo vertical en la parte inferior de la abertura que en la parte superior. Como se muestra en la Fig. 7-26 (a), parte de las líneas de corriente sobre la superficie de trabajo se curvan hacia la abertura frontal y otra parte se curvan hacia el interior.

Esto da lugar a dos conceptos: la zona contaminada de presión negativa y la zona contaminada de presión positiva.

En la Fig. 7-26 (a), la superficie de trabajo y una altura determinada por encima de ella se encuentran a la presión negativa del lado de succión del ventilador, mientras que a una distancia determinada por debajo de la cara de descarga del filtro HEPA el aire sigue estando bajo la presión dinámica de descarga; por lo tanto, los contaminantes durante el funcionamiento no pueden subir y solo pueden ser aspirados hacia abajo, y la presión negativa alcanza su máximo en la entrada de succión del ventilador. Así, la zona contaminada que va desde una distancia determinada por debajo de la cara de descarga hasta la entrada de succión del ventilador es la zona contaminada de presión negativa.

La contaminación en la zona contaminada de presión negativa no puede fugarse hacia el exterior.

Los contaminantes aspirados por el ventilador se descargan por la salida del ventilador, donde la presión positiva es mayor, y se transportan por el conducto hasta la cara de entrada del filtro HEPA, donde existe una presión positiva suficiente para vencer la resistencia del filtro y descargar el aire a una velocidad determinada. Esta sección está llena de contaminantes y se encuentra a presión positiva, por lo que se denomina zona contaminada de presión positiva.

La contaminación en la zona contaminada de presión positiva puede fugarse hacia el exterior.

En la Fig. 7-26 (b), lo que aspira el ventilador es aire limpio que ha pasado por el filtro HEPA; solo en la cara de entrada del filtro, es decir, en la superficie de trabajo y un espacio determinado por encima de ella, la zona está a la vez contaminada y a presión negativa, por lo que pertenece a la zona contaminada de presión negativa. Por lo tanto, esta construcción no tiene zona contaminada de presión positiva y es más segura que la construcción de la Fig. 7-26 (a).

Deben evitarse las zonas contaminadas de presión positiva en la construcción de cabinas de bioseguridad. Para garantizar el flujo unidireccional, algunos diseños succionan aire a través de toda la abertura de la zona de trabajo; sin embargo, dado que la parte inferior de la zona de trabajo está ocupada durante el funcionamiento y queda poco espacio libre, la diferencia de rendimiento con respecto al diseño anterior es mínima.

Aproximadamente la mitad del flujo unidireccional y todo el aire succionado por la abertura frontal ingresan a través de la entrada ranurada situada en el extremo inferior de dicha abertura. Por lo tanto, la relación adecuada entre el flujo paralelo vertical y el caudal de entrada por la abertura determina el rendimiento de la cabina de bioseguridad. Si la succión es demasiado fuerte, el aire de la sala penetra profundamente en la zona de trabajo y provoca contaminación, como se muestra en la Fig. 7-27 (c); por el contrario, si el flujo unidireccional vertical es demasiado intenso, los aerosoles contaminados se escapan a la sala, como se ilustra en la Fig. 7-27 (a); la cabina solo es apta cuando se evitan ambas situaciones, tal como se muestra en la Fig. 7-27 (b).

[Figura: Fig. 7-27 Equilibrio del flujo de aire en la abertura de una cabina de bioseguridad Clase II-A, casos (a), (b) y (c)]

La altura de la abertura no supera los 20 cm, lo que permite la entrada y salida de materiales e instrumentos comunes, pero se debe tener cuidado con los elementos de gran tamaño; se puede utilizar una ventana de vidrio corredera vertical. Sin embargo, para mantener la variación de la velocidad del aire de entrada en la abertura dentro de un rango de ±10 %, el área de la abertura debe especificarse estrictamente para distintas condiciones; por lo tanto, en las cabinas equipadas con ventana corredera, el funcionamiento debe realizarse a la altura de ventana especificada.

Dado que esta clase de cabinas de seguridad utiliza aproximadamente un 70 % de aire recirculado, no son aptas para manipular sustancias químicas de alta peligrosidad; cuando no se manipulan productos químicos peligrosos en la cabina, puede expulsar el aire directamente al laboratorio, una configuración de recirculación interior que resulta ventajosa en términos de carga de climatización y diseño de conductos.

La Fig. 7-28 es un esquema de la conexión de campana (manguito) entre una cabina de bioseguridad Clase II-A y el conducto de extracción. Las cabinas de bioseguridad Clase II-A se subdividen en Tipo A1 y Tipo A2, como se muestra en las Fig. 7-29 y Fig. 7-30.

[Figura: Fig. 7-28 Esquema de la conexión de campana (manguito) entre una cabina de bioseguridad Clase II-A y el conducto de extracción]

1—compuerta de regulación de caudal de aire; 2—conector flexible; conectado al sistema de extracción; 3—carcasa del filtro HEPA de extracción de la cabina de bioseguridad; 4—campana (manguito) de extracción; 5—cabina de bioseguridad

Nota: Existe un espacio de 25 mm entre la campana de extracción 4 y la carcasa del filtro HEPA de extracción 3; este espacio permite succionar aire de la sala.

La cabina de bioseguridad Clase II Tipo A1 utiliza un único ventilador, que hace circular el aire del interior de la cabina entre el filtro de aire de retorno y el filtro de extracción. El aire situado entre el ventilador y los dos filtros está contaminado y se encuentra a presión positiva. Véase la Fig. 7-29.

La Fig. 7-30 es un esquema del flujo de aire en una cabina de bioseguridad Clase II Tipo A2 de sobremesa. Una cabina Clase II Tipo A2 recircula el 70 % del aire; el 30 % restante se expulsa al exterior después de filtrarse a través del filtro de extracción. Los aerosoles contaminados generados por las operaciones en el espacio de trabajo de la mesa se mezclan con el aire succionado de la sala y entran en el conducto de aire de retorno. A diferencia de la cabina de bioseguridad Clase II Tipo A1, el conducto de aire de retorno de la cabina Clase II Tipo A2 (elemento 6 de la Fig. 7-30) se encuentra siempre a presión negativa, por lo que es más segura que el Tipo A1.

[Figura: Fig. 7-29 Esquema del flujo de aire en una cabina de bioseguridad Clase II Tipo A1; 1—abertura frontal; 2—ventana de visualización frontal; 3—filtro HEPA de extracción; 4—filtro HEPA de impulsión; 5—conducto de aire trasero; 6—ventilador]

[Figura: Fig. 7-30 Esquema del flujo de aire en una cabina de bioseguridad Clase II Tipo A2 de sobremesa (a) vista lateral; (b) vista frontal; 1—abertura frontal; 2—ventana de visualización de trabajo; 3—filtro HEPA de extracción; 4—filtro HEPA de impulsión; 5—conducto a presión positiva; 6—conducto a presión negativa; leyenda: aire de la sala / aire contaminado / aire filtrado por HEPA; superficie de trabajo]

III. Cabina de bioseguridad Clase II-B

Las cabinas de bioseguridad Clase II-B alcanzan un mayor grado de seguridad que las cabinas Clase II-A por las siguientes razones:

  1. La velocidad media en la abertura frontal alcanza 0,5 m/s o más;

  2. No existe ninguna zona contaminada de presión positiva;

  3. La proporción de aire recirculado se reduce al 30 %, o incluso a cero.

La ventana de vidrio de la abertura frontal de una cabina de bioseguridad de Clase II-B es de tipo deslizante vertical, pero durante la operación debe mantenerse, al igual que en la Clase II-A, a la altura de ventana especificada. Debido a que la velocidad media de abertura es elevada, la altura de abertura es principalmente de 20 cm; cuando la ventana no se encuentra a la altura especificada, un dispositivo de alarma emite una señal.

Dado que en las cabinas de bioseguridad de Clase II-B se pueden manipular patógenos y sustancias químicas más peligrosos, el aire de escape debe descargarse al exterior, con una conexión de conducto de escape sellada en condiciones de presión negativa.

Cuando se instalan varias cabinas de seguridad, cada una debe utilizar un conducto independiente en lugar de un conducto común.

Las cabinas de bioseguridad de Clase II-B se dividen a su vez en el Tipo B1 y el Tipo B2, como se muestra en las Fig. 7-31 a 7-34.

[Figura: Fig. 7-31 Cabina de bioseguridad de Clase II Tipo B1 (a) vista lateral; (b) vista frontal; 1—abertura frontal; 2—ventana de visualización de trabajo; 3—filtro HEPA de escape; 4—filtro HEPA de suministro; 5—conducto de escape de presión positiva; 6—ventilador; 7—filtro HEPA de suministro adicional; leyenda: aire de la habitación / aire contaminado / aire filtrado por HEPA]

Del aire descargado por el ventilador inferior, una parte se extrae a través del filtro HEPA de escape y otra parte regresa al interior de la cabina a través del filtro de suministro. Se disponen aberturas de succión en la parte trasera media e inferior del espacio de trabajo; bajo la acción del ventilador de extracción del sistema, también se descarga algo de aire allí para evitar zonas muertas.

La Fig. 7-32 muestra otra construcción de la Clase II Tipo B1, con un filtro HEPA menos.

[Figura: Fig. 7-32 Cabina de seguridad Clase II-B con aire recirculado (a) sección lateral; (b) vista frontal y lateral; etiquetas: conducto de escape, filtro HEPA de escape, ventana corredera de vidrio, filtro HEPA de suministro]

La Fig. 7-33 es claramente un diseño de extracción total: por la succión del ventilador de extracción (no integrado), el aire contaminado del espacio de trabajo y el aire de la habitación se aspiran hacia el conducto de escape de presión negativa 5. El ventilador de suministro integrado toma aire de la habitación y lo envía al espacio de trabajo tras la filtración HEPA.

▨ aire de la habitación　■ aire contaminado　□ aire filtrado por HEPA

[Figura: Fig. 7-33 Cabina de bioseguridad de Clase II Tipo B2 (a) vista lateral; (b) vista frontal; 1—abertura frontal; 2—ventana de visualización de trabajo; 3—filtro HEPA de escape; 4—filtro HEPA de suministro; 5—conducto de escape de presión negativa; 6—ventilador; 7—malla filtrante]

[Figura: Fig. 7-34 Cabina de bioseguridad Clase II-B de extracción total (esquema de la zona contaminada de presión negativa)]

La Fig. 7-34 es un esquema de las zonas contaminadas de una cabina de Clase II Tipo B2 de extracción total equipada con ventilador.

Las similitudes y diferencias entre las cabinas de seguridad Clase II-A y Clase II-B se comparan en la Tabla 7-5.

Tabla 7-5 Comparación entre las cabinas de bioseguridad Clase II-A y Clase II-B

Elemento Clase II-A Clase II-B
Zona contaminada de presión positiva A1 sí, A2 no Ninguna
Estructura de protección frontal Ventana de abertura fija o deslizante vertical (igual que la izquierda)
Altura de la abertura frontal (mm) 200 (igual que la izquierda)
Velocidad del aire de suministro en la zona de trabajo (m/s) ≥ 0,23 (igual que la izquierda)
Aire recirculado (%) 70 30–0
Escape A1 en interiores / A2 al exterior Al exterior

Tabla continuada

Elemento Clase II-A Clase II-B
Agentes aplicables Patógenos generales Niveles 1–3 Niveles 1–3
Material genético recombinante Niveles P1–P3 Niveles P1–P3
Carcinógenos químicos A1 no permitido / A2 permitido (a bajas concentraciones) Permitido (a bajas concentraciones)
Sustancias radiactivas A1 no permitido / A2 permitido (a bajas concentraciones) Permitido (a bajas concentraciones)
Disolventes volátiles A1 no permitido / A2 permitido (a bajas concentraciones) Permitido

Nota: La construcción de la ventana corredera debe poder fijar su posición o estar provista de un dispositivo que emita una alarma cuando no se encuentre en la posición especificada.

IV. Cabina de bioseguridad de Clase III

Esta clase de cabinas de bioseguridad es apta para operaciones con el mayor grado de peligrosidad en experimentos que involucran virus, bacterias, parásitos, material genético recombinante, entre otros. A través de guantes largos de goma integrados en una cabina de presión negativa completamente sellada, el operador realiza todo el trabajo experimental en la zona de trabajo sellada de la cabina: cría y disección de animales infectados, manipulación de materiales tisulares, cultivo de patógenos, observación microscópica y centrifugación.

Algunas normas nacionales exigen que los filtros HEPA de una cabina de seguridad Clase III tengan una eficiencia del 99,997 % o más para partículas de 0,3 μm, un grado superior al de los filtros HEPA comunes, equivalente a un filtro Clase C según la norma nacional.

En una cabina de bioseguridad Clase III (Fig. 7-35), el aire de impulsión entra en la cabina de arriba abajo a través de un filtro HEPA, mientras que el aire de extracción se trata mediante dos juegos de filtros HEPA en serie antes de su descarga. La presión negativa en el interior de la cabina se mantiene generalmente en unos 125 Pa. Todas las operaciones deben realizarse a través de guantes de goma de manga larga, y todos los materiales que entren o salgan deben pasar por un autoclave de doble puerta o un tanque de inmersión lleno de desinfectante.

[Figura: Fig. 7-35 Principio de la cabina de bioseguridad Clase III (a) vista lateral; (b) vista frontal; leyenda: aire de la sala / aire contaminado / aire filtrado por HEPA; 1 — guantes y puertos para guantes; 2 — ventana de visualización de trabajo; 3 — filtro HEPA de extracción; 4 — filtro HEPA de impulsión; 5 — filtro HEPA de autoclave de doble puerta o caja de paso; 5 — conducto de extracción de presión positiva; 6 — ventilador; 7 — filtro HEPA de impulsión adicional (la figura original tiene dos etiquetas «5», al parecer por un error de impresión o numeración)]

Las cabinas de bioseguridad Clase III se dividen además en los dos tipos siguientes:

  1. Tipo independiente: se utiliza cuando solo se necesita una cabina de bioseguridad, como se muestra en la Fig. 7-36.

[Figura: Fig. 7-36 Estructura de una cabina de seguridad Clase III independiente (a) filtro de impulsión en la parte inferior; (b) filtros de impulsión y extracción en lados opuestos; etiquetas: filtro HEPA de extracción (segunda etapa), filtro HEPA de extracción (primera etapa), filtro HEPA de entrada, autoclave, tanque de inmersión química (caja de paso), ventilador de extracción, descarga al exterior]

  1. Tipo en línea (serie): se utiliza cuando es necesario conectar varias cabinas de bioseguridad, como se muestra en la Fig. 7-37.

La cabina de bioseguridad de tipo en línea se abrevia GBL; en su extremo se encuentra un autoclave con puertas en ambos lados. Los materiales experimentales no se pueden sacar de la cabina directamente; deben esterilizarse en el autoclave antes de su retirada.

Con esta disposición, dado que los patógenos están completamente sellados dentro del equipo de caja de guantes, el laboratorio se mantiene sin contaminación y no se requiere ropa de protección especial, guantes, mascarillas ni equipos similares. Véase la Fig. 7-37.

[Figura: Fig. 7-37 Cabinas de seguridad Clase III de tipo en línea (varias unidades conectadas; etiquetas: tramo de conexión, ventilador de extracción, descarga al exterior, autoclave)]