Seção 3 Cabines de Segurança Biológica para Laboratórios Médicos

Uma cabine de segurança biológica é projetada para proteger o operador, o ambiente do laboratório e os materiais experimentais da exposição a aerossóis infecciosos e respingos que podem ser gerados ao manusear materiais experimentais infecciosos, como culturas primárias, cepas bacterianas e virais e amostras de diagnóstico.

As cabines de segurança biológica podem ser divididas em três classes principais — Classe I, Classe II e Classe III — para atender a diferentes requisitos de pesquisa biológica e prevenção de epidemias. Consulte a Tabela 7-4.

Tabela 7-4 Classificação das Cabines de Segurança Biológica

Classe Tipo Exaustão Ar Recirculado (%) Fluxo de Ar da Cabine Velocidade de Entrada de Ar (m/s) Alvo de Proteção
Classe I Pode exaurir para o ambiente — Fluxo turbulento ≥ 0,40 Operador
Classe II Tipo A1 Pode exaurir para o ambiente 70 Fluxo unidirecional ≥ 0,38 Operador e amostra
Tipo A2 Pode exaurir para o ambiente 70 Fluxo unidirecional ≥ 0,50
Tipo B1 Não deve exaurir para o ambiente 30 Fluxo unidirecional ≥ 0,50
Tipo B2 Não deve exaurir para o ambiente 0 Fluxo unidirecional ≥ 0,50
Classe III Não deve exaurir para o ambiente 0 Fluxo turbulento Sem abertura de entrada de ar; quando uma luva é removida, a velocidade na porta de luva é ≥ 0,70 Principalmente o operador, às vezes também a amostra

As cabines de segurança biológica Classe I e Classe II são, essencialmente, compartimentos selados com uma abertura frontal de trabalho e uma abertura de exaustão na parte superior. Os aerossóis contaminados gerados na zona de trabalho são contidos dentro da cabine pelo fluxo de ar aspirado através da abertura frontal. Além disso, os aerossóis contaminados no ar de exaustão são retidos pelo filtro HEPA.

Dois pontos devem ser observados sobre o isolamento local fornecido pelas cabines Classe I e II:

  1. O meio de defesa de aspirar ar para dentro através da abertura por pressão negativa não é absoluto e não é confiável ao manusear patógenos altamente perigosos e substâncias químicas. Isso ocorre porque, uma vez que a cabine pare de operar, o efeito de isolamento do fluxo de ar deixa de existir; e para patógenos aderidos às mãos e instrumentos que passam pela abertura, esse isolamento por fluxo de ar é completamente ineficaz. Além disso, se o interior da cabine ficar contaminado, os microrganismos podem se multiplicar dentro dela.

  2. Os componentes gasosos do ar podem passar pelo filtro HEPA, portanto, deve-se ter muito cuidado ao usar tais substâncias gasosas. Leva cerca de 20 a 30 s para que um gás na cabine seja diluído a 1/10 de sua concentração; quando uma cabine de segurança biológica é usada para experimentos químicos, medidas apropriadas devem ser adotadas de acordo com a natureza e a quantidade das substâncias manuseadas.

I. Cabine de Segurança Biológica Classe I

Uma cabine de segurança biológica Classe I aspira ar através de sua abertura frontal e exaure o ar que foi tratado por um filtro HEPA através da saída de exaustão, conforme mostrado na Fig. 7-24.

[Figura: Esquemas de uma cabine de segurança biológica Classe I, quatro painéis — (a) diagrama de fluxo de ar com ar entrando pela abertura frontal e sendo exaurido para cima após filtragem HEPA na parte superior; (b) esquema em vista lateral da exaustão, com linhas de chamada marcando o duto de exaustão e o filtro HEPA de exaustão; (c) vista lateral mostrando os braços do operador entrando na cabine, marcada com “5”; (d) vista frontal com quatro portas de trabalho circulares, marcadas “1”, “2”, “3”, “4”]

Fig. 7-24 Cabine de Segurança Biológica Classe I

Em geral, a velocidade média na abertura é de 0,38 m/s ou superior; ao manusear substâncias perigosas, um defletor apropriado pode reduzir pela metade a área da abertura, elevando a velocidade média na abertura para 0,76 m/s ou superior. Considerado puramente do ponto de vista biológico, o ar de exaustão pode ser descarregado no ambiente. A cabine de biossegurança Classe I fornece ar do ambiente à zona de trabalho, portanto não pode ser utilizada em operações que exigem condições estéreis e limpas. No entanto, este tipo de cabine é mais adequado para trabalhos de exame geral, como testes bioquímicos e sorológicos em hospitais e ambientes semelhantes. Também pode alojar equipamentos que geram grandes quantidades de aerossóis (como centrífugas e limpadores ultrassônicos), desde que a construção seja adaptada adequadamente. Para uma centrífuga, por exemplo, a câmara de centrifugação deve ser isolada do motor, para que o vento gerado pela rotação da centrífuga não afete o desempenho da cabine.

A parte frontal de uma cabine de biossegurança Classe I também pode ter de 2 a 4 aberturas circulares equipadas com luvas de manga longa, conforme mostrado na Fig. 7-24 (c) e (d).

O padrão de fluxo de ar no interior de uma cabine de biossegurança Classe I é mostrado na Fig. 7-25.

[Figura: Esquema do padrão de fluxo de ar em uma cabine de biossegurança Classe I; a legenda distingue ar do ambiente, ar contaminado e ar filtrado por filtro HEPA; rótulos: 1 abertura frontal, 2 janela de visualização, 3 filtro HEPA de exaustão, 4 duto de exaustão]

Fig. 7-25 Esquema do Fluxo de Ar em uma Cabine de Biossegurança Classe I

1—abertura frontal; 2—janela de visualização; 3—filtro HEPA de exaustão; 4—duto de exaustão

[Figura: Cabine de biossegurança Classe II-A, vistas (a) e (b); a legenda utiliza áreas pontilhadas para zonas contaminadas de pressão negativa e áreas hachuradas para zonas contaminadas de pressão positiva]

Fig. 7-26 Cabine de Biossegurança Classe II-A

II. Cabine de Biossegurança Classe II-A

Este é o tipo de cabine de segurança mais utilizado na microbiologia. Assim como a cabine Classe I, ela aspira ar através da abertura frontal e trata o ar de exaustão com um filtro HEPA para evitar que aerossóis escapem. Na zona de trabalho, no entanto, é fornecido ar limpo que flui verticalmente para baixo através de um filtro HEPA — denominado fluxo unidirecional vertical na tecnologia de ar de salas limpas, também comumente chamado de fluxo laminar vertical.

Devido ao efeito de sucção da abertura de entrada de ar, é difícil obter fluxo paralelo vertical na parte inferior da abertura em comparação com a parte superior. Conforme mostrado na Fig. 7-26 (a), parte das linhas de corrente sobre a superfície de trabalho se curva em direção à abertura frontal e parte se curva para o interior.

Isso dá origem a dois conceitos: a zona contaminada de pressão negativa e a zona contaminada de pressão positiva.

Na Fig. 7-26 (a), a superfície de trabalho e uma determinada altura acima dela estão sob a pressão negativa do lado de sucção do ventilador, enquanto dentro de uma determinada distância abaixo da face de descarga do filtro HEPA o ar ainda está sob a pressão dinâmica de descarga; portanto, os contaminantes durante a operação não podem subir e só podem ser aspirados para baixo, com a pressão negativa atingindo seu máximo na entrada de sucção do ventilador. Assim, a zona contaminada que vai de uma determinada distância abaixo da face de descarga até a entrada de sucção do ventilador é a zona contaminada de pressão negativa.

A contaminação na zona contaminada de pressão negativa não pode vazar para o exterior.

Os contaminantes aspirados pelo ventilador são descarregados pela saída do ventilador, onde a pressão positiva é maior, e transportados ao longo do duto até a face de entrada do filtro HEPA, onde há pressão positiva suficiente para vencer a resistência do filtro e descarregar o ar a uma determinada velocidade. Esta seção está tanto cheia de contaminantes quanto sob pressão positiva, e é denominada zona contaminada de pressão positiva.

A contaminação na zona contaminada de pressão positiva pode vazar para o exterior.

Na Fig. 7-26 (b), o que o ventilador aspira é ar limpo que passou pelo filtro HEPA; apenas na face de entrada do filtro — ou seja, na superfície de trabalho e em um determinado espaço acima dela — a zona está tanto contaminada quanto sob pressão negativa, pertencendo à zona contaminada de pressão negativa. Portanto, esta construção não possui zona contaminada de pressão positiva e é mais segura do que a construção da Fig. 7-26 (a).

Zonas contaminadas de pressão positiva devem ser evitadas na construção de cabines de biossegurança. Para garantir o fluxo unidirecional, alguns projetos aspiram o ar por toda a abertura da zona de trabalho; no entanto, como a parte inferior da zona de trabalho fica ocupada durante a operação, com pouco espaço livre, há pouca diferença de desempenho em relação ao projeto anterior.

Cerca de metade do fluxo unidirecional e todo o ar aspirado na abertura frontal são captados pela entrada de ar ranhurada na extremidade inferior da abertura frontal. Portanto, a proporção adequada entre o fluxo paralelo vertical e o influxo na abertura determina o desempenho do gabinete de segurança. Se a sucção for muito forte, o ar da sala penetra profundamente na zona de trabalho, causando contaminação, como mostrado na Fig. 7-27 (c); inversamente, se o fluxo unidirecional vertical for muito forte, os aerossóis contaminados escapam para a sala, como mostrado na Fig. 7-27 (a); somente quando ambas as situações são evitadas o gabinete é adequado, como mostrado na Fig. 7-27 (b).

[Figura: Fig. 7-27 Equilíbrio do fluxo de ar da abertura de um gabinete de biossegurança Classe II-A, casos (a), (b) e (c)]

A altura da abertura não é superior a 20 cm, permitindo a entrada e saída de materiais e instrumentos comuns, mas é preciso ter cuidado com itens de grande porte; pode ser utilizada uma janela de vidro deslizante vertical. No entanto, para manter a variação da velocidade de influxo na abertura dentro de ±10%, a área da abertura deve ser estritamente especificada para diferentes condições; portanto, para gabinetes equipados com janela deslizante, a operação deve ocorrer na altura de guilhotina especificada.

Como essa classe de gabinete de segurança utiliza cerca de 70% de ar recirculado, não é adequada para o manuseio de substâncias químicas altamente perigosas; quando não são manuseados produtos químicos perigosos no gabinete, ele pode exaurir o ar diretamente no laboratório — um arranjo de recirculação interna que é vantajoso em termos de carga de ar-condicionado e layout de dutos.

A Fig. 7-28 é um esquema da conexão por coifa (thimble) entre um gabinete de biossegurança Classe II-A e o duto de exaustão. Os gabinetes de biossegurança Classe II-A são subdivididos nos Tipo A1 e Tipo A2, como mostrado na Fig. 7-29 e na Fig. 7-30.

[Figura: Fig. 7-28 Esquema da conexão por coifa (thimble) entre um gabinete de biossegurança Classe II-A e o duto de exaustão]

1 — registro de volume de ar; 2 — conector flexível; conectado ao sistema de exaustão; 3 — carcaça do filtro HEPA de exaustão do gabinete de biossegurança; 4 — coifa de exaustão (thimble); 5 — gabinete de biossegurança

Nota: Há um intervalo de 25 mm entre a coifa de exaustão 4 e a carcaça 3 do filtro HEPA de exaustão; esse intervalo permite que o ar seja aspirado da sala.

O gabinete de biossegurança Classe II Tipo A1 utiliza apenas um ventilador, que faz circular o ar dentro do gabinete entre o filtro de ar de retorno e o filtro de exaustão. O ar entre o ventilador e os dois filtros está contaminado e em pressão positiva. Ver Fig. 7-29.

A Fig. 7-30 é um esquema do fluxo de ar em um gabinete de biossegurança Classe II Tipo A2 de bancada. Um gabinete Classe II Tipo A2 recircula 70% do ar; os outros 30% são exauridos para o exterior após filtragem pelo filtro de exaustão. Os aerossóis contaminados gerados pelas operações no espaço de trabalho da bancada misturam-se ao ar aspirado da sala e entram no duto de ar de retorno. Diferentemente do gabinete de biossegurança Classe II Tipo A1, o duto de ar de retorno do gabinete Classe II Tipo A2 (item 6 na Fig. 7-30) está sempre em pressão negativa, tornando-o mais seguro que o Tipo A1.

[Figura: Fig. 7-29 Esquema do fluxo de ar em um gabinete de biossegurança Classe II Tipo A1; 1 — abertura frontal; 2 — janela de visualização frontal; 3 — filtro HEPA de exaustão; 4 — filtro HEPA de insuflamento; 5 — duto de ar traseiro; 6 — ventilador]

[Figura: Fig. 7-30 Esquema do fluxo de ar em um gabinete de biossegurança Classe II Tipo A2 de bancada (a) vista lateral; (b) vista frontal; 1 — abertura frontal; 2 — janela de visualização do trabalho; 3 — filtro HEPA de exaustão; 4 — filtro HEPA de insuflamento; 5 — duto de pressão positiva; 6 — duto de pressão negativa; legenda: ar da sala / ar contaminado / ar filtrado por HEPA; superfície de trabalho]

III. Gabinete de Biossegurança Classe II-B

Os gabinetes de biossegurança Classe II-B alcançam um grau de segurança maior que os gabinetes Classe II-A pelos seguintes motivos:

  1. A velocidade média na abertura frontal atinge 0,5 m/s ou mais;

  2. Não existe zona contaminada de pressão positiva;

  3. A proporção de ar recirculado é reduzida para 30%, ou até mesmo para zero.

A janela de vidro na abertura frontal de uma cabine de segurança biológica Classe II-B é do tipo de deslizamento vertical, mas durante a operação ela deve, assim como na Classe II-A, ser mantida na altura de janela especificada. Como a velocidade média de abertura é elevada, a altura de abertura é na maioria das vezes de 20 cm; quando a janela não está na altura especificada, um dispositivo de alarme emite um sinal.

Como patógenos e substâncias químicas mais perigosos podem ser manuseados em uma cabine de segurança biológica Classe II-B, o exausto deve ser descarregado ao ar livre, com uma conexão de duto de exausto selada sob pressão negativa.

Quando múltiplas cabines de segurança são instaladas, cada uma deve usar um duto independente em vez de um duto comum.

As cabines de segurança biológica Classe II-B são subdivididas nos Tipos B1 e B2, conforme mostrado nas Figs. 7-31 a 7-34.

[Figura: Fig. 7-31 Cabine de segurança biológica Classe II Tipo B1 (a) lateral; (b) frontal; 1—abertura frontal; 2—janela de visualização de trabalho; 3—filtro HEPA de exausto; 4—filtro HEPA de insuflamento; 5—duto de exausto de pressão positiva; 6—ventilador; 7—filtro HEPA de insuflamento adicional; legenda: ar ambiente / ar contaminado / ar filtrado por HEPA]

Do ar descarregado pelo ventilador inferior, parte é exaurida através do filtro HEPA de exausto e parte retorna à cabine através do filtro de insuflamento. Aberturas de sucção são fornecidas na parte traseira média e inferior do espaço de trabalho; sob a ação do ventilador de exausto do sistema, parte do ar também é descarregada ali para evitar zonas mortas.

A Fig. 7-32 mostra outra construção da Classe II Tipo B1, com um filtro HEPA a menos.

[Figura: Fig. 7-32 Cabine de segurança Classe II-B com ar recirculado (a) seção lateral; (b) frontal e lateral; rótulos: duto de exausto, filtro HEPA de exausto, janela de vidro deslizante, filtro HEPA de insuflamento]

A Fig. 7-33 é claramente um projeto de exausto total: pela sucção do ventilador de exausto (não embutido), o ar contaminado do espaço de trabalho e o ar ambiente são aspirados para o duto de exausto de pressão negativa 5. O ventilador de insuflamento embutido aspira o ar ambiente e o envia para o espaço de trabalho após filtragem HEPA.

▨ ar ambiente　■ ar contaminado　□ ar filtrado por HEPA

[Figura: Fig. 7-33 Cabine de segurança biológica Classe II Tipo B2 (a) lateral; (b) frontal; 1—abertura frontal; 2—janela de visualização de trabalho; 3—filtro HEPA de exausto; 4—filtro HEPA de insuflamento; 5—duto de exausto de pressão negativa; 6—ventilador; 7—tela de filtro]

[Figura: Fig. 7-34 Cabine de segurança biológica Classe II-B de exausto total (esquema da zona contaminada de pressão negativa)]

A Fig. 7-34 é um esquema das zonas contaminadas de uma cabine Classe II Tipo B2 de exausto total equipada com ventilador.

As semelhanças e diferenças entre as cabines de segurança Classe II-A e Classe II-B são comparadas na Tabela 7-5.

Tabela 7-5 Comparação entre Cabines de Segurança Biológica Classe II-A e Classe II-B

Item Classe II-A Classe II-B
Zona contaminada de pressão positiva A1 sim, A2 não Nenhuma
Estrutura de proteção frontal Janela de abertura fixa ou de deslizamento vertical (igual à esquerda)
Altura da abertura frontal (mm) 200 (igual à esquerda)
Velocidade do ar de insuflamento na zona de trabalho (m/s) ≥ 0,23 (igual à esquerda)
Ar recirculado (%) 70 30–0
Exausto A1 interno / A2 ao ar livre Ao ar livre

Tabela continuada

Item Classe II-A Classe II-B
Agentes aplicáveis Patógenos gerais Níveis 1–3 Níveis 1–3
Material genético recombinante Níveis P1–P3 Níveis P1–P3
Carcinógenos químicos A1 não permitido / A2 permitido (em baixas concentrações) Permitido (em baixas concentrações)
Substâncias radioativas A1 não permitido / A2 permitido (em baixas concentrações) Permitido (em baixas concentrações)
Solventes voláteis A1 não permitido / A2 permitido (em baixas concentrações) Permitido

Nota: A construção da janela deslizante deve ser capaz de fixar sua posição ou ser equipada com um dispositivo que emita alarme quando ela não estiver na posição especificada.

IV. Cabine de Segurança Biológica Classe III

Esta classe de cabines de biossegurança é adequada para operações com o mais alto grau de periculosidade em experimentos que envolvem vírus, bactérias, parasitas, material genético recombinante e elementos semelhantes. Por meio de luvas de borracha longas acopladas a uma cabine de pressão negativa completamente vedada, o operador realiza todo o trabalho experimental na zona de trabalho vedada da cabine — criação e dissecação de animais infectados, manuseio de materiais teciduais, cultivo de patógenos, observação microscópica e centrifugação.

Algumas normas nacionais exigem que os filtros HEPA de uma cabine de segurança Classe III tenham eficiência de 99,997% ou mais para partículas de 0,3 μm — um grau superior ao dos filtros HEPA comuns, equivalente a um filtro Classe C na norma nacional.

Em uma cabine de biossegurança Classe III (Fig. 7-35), o ar de insuflação entra na cabine de cima para baixo por meio de um filtro HEPA, enquanto o ar de exaustão é tratado por dois conjuntos de filtros HEPA em série antes de ser descarregado. A pressão negativa no interior da cabine é geralmente mantida em cerca de 125 Pa. Todas as operações devem ser realizadas por meio de luvas de manga longa, e todos os materiais que entram ou saem devem passar por uma autoclave de porta dupla ou um tanque de imersão cheio de desinfetante.

[Figura: Fig. 7-35 Princípio da cabine de biossegurança Classe III (a) vista lateral; (b) vista frontal; legenda: ar ambiente / ar contaminado / ar filtrado por HEPA; 1—luvas e portas de luva; 2—janela de visualização de trabalho; 3—filtro HEPA de exaustão; 4—filtro HEPA de insuflação; 5—filtro HEPA de autoclave de porta dupla ou caixa de passagem; 5—duto de exaustão de pressão positiva; 6—ventilador; 7—filtro HEPA de insuflação adicional (a figura original possui dois rótulos “5”, aparentemente um erro de impressão/numeração)]

As cabines de biossegurança Classe III são ainda divididas nos dois tipos a seguir:

  1. Tipo independente: utilizado quando apenas uma cabine de biossegurança é necessária, conforme mostrado na Fig. 7-36.

[Figura: Fig. 7-36 Construção de uma cabine de segurança Classe III independente (a) filtro de insuflação na parte inferior; (b) filtros de insuflação e exaustão em lados opostos; rótulos: filtro HEPA de exaustão (2º estágio), filtro HEPA de exaustão (1º estágio), filtro HEPA de admissão, autoclave, tanque de imersão químico (caixa de passagem), exaustor, exaustão para o exterior]

  1. Tipo linha (em série): utilizado quando múltiplas cabines de biossegurança precisam ser conectadas, conforme mostrado na Fig. 7-37.

A cabine de biossegurança do tipo linha tem a sigla GBL; em sua extremidade há uma autoclave com portas em ambos os lados. Os materiais experimentais não podem ser retirados diretamente da cabine; eles devem ser esterilizados na autoclave antes da remoção.

Com essa configuração, como os patógenos ficam completamente vedados dentro do aparelho de caixa de luvas, o laboratório permanece não contaminado, e não são necessários equipamentos como vestuário de proteção especial, luvas, máscaras e itens semelhantes. Consulte a Fig. 7-37.

[Figura: Fig. 7-37 Cabines de segurança Classe III do tipo linha (múltiplas unidades conectadas; rótulos: seção de conexão, exaustor, exaustão para o exterior, autoclave)]