1、 高纯水系统检查指南高纯水系统检查指南2009.112009.11简介 GUIDE TO INSPECTIONS OF HIGH PURITY WATER SYSTEMS（FDA）本指南主要是从微生物方面，讨论和评估了原料药和制剂生产中用到的高纯水系统。本指南还核实探讨了不同类型的水系统设计，以及和这些系统相关的问题。像其它指南一样，本指南并非排他性指南文件，只是提供了高纯水系统审核和评估的背景信息和指导。制药产业微生物实验室质量控制检查指南（1993年5月）（The Guide To Inspections of Microbiological Pharmaceutical Quality
2、Control Laboratories(May,1993)）也提供了相关的指导信息。High Purity Water 翻译为“高纯水高纯水”是考虑到本指南涵盖的对象不单单是Purified Water（纯化水），还包括了纯度更加高的“WFI”（注射用水）等。一、系统设计 系统设计的一个基本的考虑点，是所生产的产所生产的产品的类型品的类型。对热原有控制要求的非肠道给药制剂，就需要用到注射用水。该原则适用于制剂产品的配制，以及生产中使用到的直接接触产品的零部件和设备的最后洗涤处理。蒸馏和反渗透（RO）过滤，是仅有的收载于USP的可接受的制备注射用水的方法。然而，在原料药生产，生物技术行业，以及
3、一些国外的工厂，超滤（UF）的方法，被用来降低非肠道用药原料药的内毒素。一、系统设计 设计源于需求设计源于需求。所有的系统设计应该来源于产品的特殊需求，这个也是FDA对于设施系统设计确认的一个基本出发点。一、系统设计 另一个设计的考虑点就是系统的温度系统的温度。目前公认高温（65-80）系统能够自我消毒。虽然其他系统的成本可能会比高温系统低，但是其维护成本，测试成本以及潜在的问题会远远大于其在能源上的节约成本。系统是否是循环的，或是单向的，也是设计的一个重要考虑点。很明显，水处于不断运动中将不易有高水平的污染。而单向水系统是典型的“死角”。一、系统设计 最后，也有可能是最重要的一个考虑点，就是
4、系统的系统的风险评估风险评估，或者说是水的预期的质量水平。毋庸置疑，不同的产品生产，会要求不同质量的水。非肠道用药的生产，要求不含热原的很纯的水。局部用药和口服用制剂，对水的纯度要求没有那么高，也没有对热原提出要求。即便对局部用药和口服用制剂，还有些因素导致对水的质量要求会有不同。比如，抗酸剂中的防腐剂效果会打折扣，所以抗酸剂会有更加严格的微生物限度要求。质量控制部门需要评估用到此水系统的各个产品的实际情况，基于对微生物最敏感产品来设定微生物的行动限。若非如此，也可以用其它控制方法，比如在生产对微生物最敏感的产品的生产工艺中，增加降低微生物水平的工艺步骤。一、系统设计 我们在设计一个水系统的时
5、候，基本的思路应该是：什么产品？规模和规格标准？什么工艺？工艺特征，要求和限制？什么成本？如何效价结合？什么设计？具体的设计原则和技巧 怎么监控？系统的标准如何？二、系统验证 对高纯水系统验证的一个基本参考指南是PDA技术报告No.4的文件，题为“注射用水系统验证的设计理念”（Design Concepts for the Validation of a Water for Injection System.）。该文件介绍中提供了验证策略指导并申明：“验证通常包括了使用合适的挑战。但是在水系统验证中，人为引入微生物到一个在线系统中，是不可取的；更可行的方法是在特殊的检查点，安装监控设备，通过定
6、期的微生物学检测来确保系统能正确的运行，并持续的生产符合质量要求的水。二、系统验证 在审核验证报告，或在验证高纯水系统时，有几点是需要考虑的。文件系统中需要包括一份水系统详细描述和系统打印稿。图纸中应该标出系统中从进水到使用点的所有的设备。还应该标出所有的取样点及其指定位置。如果系统验证时，没有打印的图纸文件，通常是不能被接受的。连打印图纸都没有，系统如何被验证呢？质量控制经理或微生物分析员如何知道在哪里取样？在那些检查到的，没有更新的打印稿图纸的工厂，往往也能发现水系统的严重问题。打印稿的图纸，需要每年和实际的系统相核对，以确保其正确，发现没有报告的变更，以及确认报告过的变更对系统的适用性。
7、二、系统验证第一阶段：当所有的设备和管道，确认正确安装，并按设定要求运行后，就可以开始水系统验证的第一个阶段。在这个阶段，需要确定操作参数，清洗/灭菌的程序和频率。必须在制水单元和每个纯化水使用点进行每天取样,持续2-4周时间。取样程序中，应参照实际使用水的方法来规定使用点如何取样，比如，使用点连有软管的话，取样应该在软管的末端。如果操作规程中有规定在使用水前应先冲洗管道，那在这个使用点取样的时候，也要在冲洗后取样。在2-4周的检查确认后，公司应该建立水系统的操作规程。二、系统验证第二阶段：验证的第二阶段，是阐明系统按照运行规程进行操作时，能持续的生产出符合指定质量的水。取样的程序和测试周期和
8、第一阶段的相同。在这个阶段末，收集的数据，应该能表明系统能持续的生产出符合指定质量的水。二、系统验证第三阶段：验证的第三阶段被设计来证明水系统按照运行规程长期运行后依然可以持续生产出符合指定质量的水。在这个阶段的验证中,可以确认任何可能影响系统运行和最终水质好坏的原水质量波动。取样方法和频率按照常规运行规程执行。对于注射用水系统，应该每天至少取样测试一个使用点，且保证所有使用点要每周至少取样测试一次。当公司积累了一整年的有价值的数据后，水系统的验证方能结束。二、系统验证 虽然以上验证计划不是水系统验证的唯一方法,但是它涵盖了水系统验证必须要素。首先，必须有数据支持你的运行规程。其次，必须有数据
9、证明，运行规程的有效性以及系统能持续的生产出符合指定质量的水。最后，必须有数据证明原水的季节性波动不会对系统的运行，和水的质量产生负面的影响。二、系统验证 验证的最后一部分，就是对数据的汇总编辑，并在最终的报告中下结论。最终的验证报告，必须由负责水系统运行和质量保证的适当的人签字批准。二、系统验证 会发生的典型问题是系统的运行规程不能有效的避免系统被排水后残留在管道中的非无菌空气污染。在图-1系统中，当清洗机或软管在冲洗运行操作结束后,排空，潜在的问题就产生了。远离回路的阀门可能也在排空水后被关闭，等到第2天或下次系统启动的时候，靠近回路系统的阀门先打开的话，排空后留在管道内的非无菌气体就会污
10、染整个系统。解决该问题的方法就是在操作程序中规定打开靠近回路系统的阀门之前，必须先打开远离回路的阀门，这样在使用前就能冲洗管道。图-1二、系统验证 高纯水系统验证的另一个主要考虑的问题，就是可接受标准。在一段时间内得到一致的检测结果，是系统验证首要的因素。二、系统验证阶段 注射用水 纯化水 第一阶段 2-4周 每天每点全检 为系统运行确立规程和标准 4周 每天每点全检 为系统运行确立规程和标准 第二阶段 2-4周 每天每点全检 确认已建立的系统运行规程和标准 4周 每周每点全检 确认已建立的系统运行规程和标准 第三阶段 一年时间 每天至少一点全检,每点至少一周一次全检 确认长时间运行以及季节对
11、系统稳定性的挑战 一年时间 每月每点全检 确认长时间运行以及季节对系统稳定性的挑战 三、微生物限度注射用水系统：对注射用水的微生物检测结果的要求，是期望能够无菌的。但是经常会在非无菌区域取样，所以实际上不可能是真实的无菌，偶尔会由于取样时的污染导致发现低水平的菌落数。药政当局的政策接受低于10CFU/100毫升这样的行动限.对于注射用水而言,无所谓合格或是不合格的限度,在这里只有一个行动限的控制。当超出行动限时，公司应该调查问题的产生原因，采取措施纠正问题，并评估用此水生产的产品的微生物污染问题，记录调查结果。三、微生物限度 关于取样量，对注射用水来说，100-300ml是适宜的。取样量低于1
12、00ml是不能接受的。对注射用水（WFI）来说，真正关心的问题是内毒素。因为有时候WFI的内毒素LAL合格，但微生物还是超出了行动限。同时监控WFI系统的内毒素水平和微生物限度很重要。三、微生物限度纯化水系统：对纯化水系统来说，微生物的限度规格就不那么明确了。USP XXII规格中，规定了符合联邦环境保护局法规的饮用水要求，被认为是最低的标准。有些机构曾试图对纯化水建立有意义的微生物限度。CFTA(Cosmetic,Toiletry and Fragrance Association，化妆品香水协会)3建议的规格标准是1ml中不超过500个微生物。USP XXII有一个指南是1ml中不超过10
13、0个微生物。尽管大家都对微生物规格做了讨论，还是没有建立一个标准（除了EPA标准）(EPA即Environmental Protection Agency)。药政当局的策略是，行动限超过100CFU/ml的纯化水系统，都是不可接受的。三、微生物限度 存在于水系统中的微生物，或是悬浮在水中，或是附着在管道壁和储罐壁。当附着在壁上时，就形成了细菌生物膜，会不断的脱落微生物。因此，污染情况不是均匀的分散在系统中，取样也不能代表系统污染的类型和水平。一个样品中检测出10CFU/ml，而在后来的样品中检出100甚至1000CFU/ml，也不是不可能的。三、微生物限度三、微生物限度 因此，要建立非无菌药品
14、生产所用的高纯水系统的可接受的微生物限度水平，要对产品的用途，剂型（防腐剂体系）和制造工艺有好的理解。USP在专论中，针对非无菌产品的微生物特性提出了指南。专论中指出，在非无菌产品中的微生物控制限度，应该按照产品的使用途径，产品特性，和对使用者潜在的危害去评价。因此，并不仅仅是有些专论中列出的指标微生物会带来问题。每个工厂应该自己评价自己的产品和产品制造的方法，基于用到此水系统的风险最高的产品，来建立可接受的行动限，不要超过行动限最大值，即100CFU/ml.四、注射用水系统（WFI）在审核和评估WFI系统时，有几个考虑点：对大多数蒸馏设备生产厂家来说，原水进行预处理都是推荐的行为，尤其一定会
15、推荐使用反渗透单元来预处理原水。原水的质量在整个系统生命周期内会受到季节变化和其他外界因素（这些因素是不受制药厂控制的）的影响。比如，在春季（至少在美国东北部地区），原水中的格兰氏阴性菌就会增加。另外，新的建造物或是火灾，会导致老管道中的水枯竭，然后导致被不同细菌群落高度污染的水涌入进来。这些都会对原水质量发生大的影响.四、注射用水系统（WFI）水系统必须设计在这些可预期的极端条件下正常运行。明显的，获悉极限条件的唯一方法，就是定期监控原水质量。如果原水来自于城市供水系统，可以用城市当局的检测报告，替代工厂内部的检测。五、蒸馏器 图 3至图5代表了WFI系统的典型图表。现在很多新的系统都使用了
16、多效蒸馏器。在一些设施中也有发现内毒素污染的情况。主要是由于进水阀的故障和蒸馏器的水平控制不好导致进水的水滴被带入到蒸馏水中。五、蒸馏器五、蒸馏器五、蒸馏器五、蒸馏器 在存在内毒素问题的另一个系统中，在系统启动的时候，大约有50L的WFI存在于冷凝器中，由于这些水会在冷凝器中存在多日（比如经过一个周末），这就解释了为什么内毒素水平超标。五、蒸馏器 然而，更普遍的一个原因，是减少进水的内毒素的处理措施不适当。很多蒸馏器的制造商，只能保证2.5log到3log的内毒素消除量。因此，当有时系统原水的内毒素水平达到250EU/ml时，导致在得到的蒸馏水（WFI）中的内毒素水平不能接受。五、蒸馏器 上述
17、利用蒸馏单元制备注射用水例子中的问题，说明设备没有良好的维护，或系统的操作不适当，也说明了该水系统没有恰当的验证过，或者起始的验证状态不再有效。如果你发现这些问题，你应该进一步检查系统的设计，系统所做的任何变更，验证报告以及常规监控的数据，以确证系统是否在可控的状态下运行。五、蒸馏器 图3到图5也显示了在各设备间的小活栓或小取样口，比如在蒸馏器后注射用水储罐前的取样口，这些是分隔系统中主要设备的连接点。在设备确认的时候是需要考虑的，当问题发生做调查的时候，也是需要考虑的环节。五、蒸馏器蒸馏器的主要考查点是：进水处理环节，蒸馏器本身的设计环节，设备维护环节，设备变更情况，设备附属（消毒，清洗，取
18、样等）的部件环节。六、热交换器 蒸馏系统一个主要的部件是热交换器。由于蒸馏水和去离子水的离子质量接近，电导仪不能被用来监测水系统的微生物质量。可以采用水蒸汽中的正压，或双管板设计，来防止在热交换器渗漏的时候，进水滴落到蒸馏水中导致污染。六、热交换器 FDA检查人员技术指南“热交货器防止污染指南”中讨论了热交货器的设计以及由此带来的潜在问题。指南指出有两种方法可以阻止渗漏带来的污染。一种是用仪表持续的监控压差确保在洁净流这边始终保持更高的压力，另一种方法就是利用双管板的热交换器。六、热交换器 在一些系统中，热交换器被用来冷却使用点的水。在多数情况下，冷却水不使用的时候，是不进入循环的。在一些情况
19、下，在热交换器排空（在冷却水的一侧）后，不使用期间会在管道上形成小孔。原因就是因为排空后，少量的湿气依然存在于管道中，和空气接触，会导致冷却水一侧的不锈钢管腐蚀。因此，建议在不用的时候，不要排空热交换器的冷却水。七、储罐 储罐组件中，讨论最多的是呼吸器的问题，这里，期望工厂有程序做呼吸器的完整性测试以确保它的完整性。现在典型的呼吸器装有夹套以防止冷凝物或水阻塞了疏水的呼吸器。如果呼吸器被阻塞，可能会导致呼吸器破裂，或者储罐爆破。现场必须有呼吸器的完整性测试方法。另外，呼吸器是应该装在储罐上人能接触到的位置。八、泵 泵的问题在于其容易烧坏以及部分组件容易磨损。另外，如果泵静态不用，不是连续运行状
20、态，其内部的空间可能变成了一个可以容纳水的静止区域了。例如，在一次检查中发现其水系统经常有假单胞菌污染，部分原因正是泵的运行不连续。结果工厂不得不在泵下方安装一个排水装置（来排空泵中积水）。九、管道 注射用水系统中的管道通常是高抛光的不锈钢。在不少案例中，工厂开始采用PVDF（聚偏二氟乙烯）管道。有趣的是这样的管道即能耐热又没有可提取物释放。PVDF管道的主要问题是它需要客观的支撑强度。当该管道受热时，会导致松弛，可能压迫焊接处而导致渗漏。此外，至少最初的新管道中氟含量很高。这种管道有益于产品传输系统的是，低水平的金属污染，而金属污染会加速相关药物产品的降解，比如在生物技术产业中。九、管道 对
21、于管道一个普遍的问题，就是“死角”问题。LVP（大容量非肠道用药，large volume parenterals）法规提案中定义的死角是，用在使用管道的轴心计算，不使用的管道长度超过该管道直径的6倍。应该指出，这是基于热的（75-80度）循环系统而言。对于冷一些的系统（65-75度），任何长度的不使用管道，都有形成生物膜的潜在可能，应该尽可能的消除，或有特殊的清洁程序。在制药工业的水系统中，不应该有潜在风险的装置。所有的管道连接应该采用卫生装置或用对接焊缝的方式。在管道碰到需拆下来维护或修理的设备，比如阀门，储罐和其它的设备时，通常要求使用卫生装置。因此，公司的管道清洁的程序，以及实际的管道
22、系统，在审计的时候都应该进行审核和评估。十、反相渗透（RO）制备注射用水的另一个可接受的方法就是反渗透（RO）。然而，由于该系统是冷系统，RO过滤器也不是完全有效的，微生物污染是常见的。图-8显示了多年前使用的一个系统。在这个系统中有5个平行的反渗透单元。由于RO过滤器不是完全有效的，过滤器制造商们建议至少有两级反渗透。图纸中也显示了从RO单元出来，在系统的下游处安装了一个UV灯，这灯是用来控制微生物污染的。十、反相渗透（RO）十、反相渗透（RO）还有，在这个系统中用到的是球阀，球阀是不被认为是卫生阀门，因为当阀门关闭时，阀门中心会留有水，这就形成一个滞水池，成为微生物滋养的港湾，还形成了生物
23、膜的起始点。对反渗透系统的另一个建议是,考虑到其微生物问题,一些工厂在反渗透过滤器后紧接着就安装了热交换器，用来加热水到75-80度来把微生物污染降低到最低限。十、反相渗透（RO）很多系统采用了PVC(聚氯乙烯)或某些塑料材质的管道。因为这类系统是典型的冷系统，系统中很多的连接点会遭受到污染。另一个潜在的问题，就是PVC管具水萃性（即在水中一定条件下会有物质被萃取出来.）。要检查一下系统，确保生产出来的注射用水符合USP的要求，如果不能确保管道没有水萃性，将不会被接受的。十、反相渗透（RO）系统还包括使用点的0.2微米的过滤器，可以降低系统中微生物污染的水平。然而在这样的系统中，内毒素问题是首
24、要的问题，过滤膜可以降低微生物污染，但无法降低内毒素污染。如果系统中有用到这样的过滤器，其用途要说明，比如是去除颗粒物或降低微生物水平，还必须有SOP规定多久更换该过滤器，更换频率应该是在系统验证阶段积累的数据基础上制定的。十一、纯化水系统 用来控制微生物污染的一种系统是利用臭氧。图-10是一个典型的系统。这个系统设备相对来说是便宜的，不过还是有问题存在的。为了灭菌的合适效力，需要在系统中存有适当的臭氧残留，这就引起了员工的安全问题和药物制剂在使用中的一些问题。十一、纯化水系统十一、纯化水系统 臭氧系统依然是目前纯化水消毒处理的常用手段,必须根据系统的实际规模和臭氧发生器的实际功率来确保灭菌的
25、有效性和残留臭氧的安全性.要注意的是不是所有的产品都适用于该方法消毒,所以必要的产品兼容性试验是可以提供有用的数据和信息的.还必须考虑到臭氧对人员健康的潜在危险,模拟消毒效果的试验对于使用最低浓度的臭氧来达到消毒的效果是很有必要的.十一、纯化水系统 图-11显示了有问题的另一种纯化水系统。和其它讨论的大多数的系统不同，该系统是个单向流系统，而不是循环系统。一个热交换器被用来每周一次加热和灭菌水系统。实际上，整个的系统，就是一个“死角”。十一、纯化水系统十一、纯化水系统 图-11还显示了一个0.2um的管道过滤器，用来每天消毒处理纯化水系统。此外，在过滤器管道中提供了微生物污染的一个良好的环境，
26、一个典型的问题就是水锤会引起过滤器的气泡现象。如果过滤器的下游水阀门关闭太快，水压会倒转，而形成气泡。管道振动就是一个典型的高回转压力的可见指征，而因此造成的上游污染物通过了过滤器是个真正的问题。该系统还涵盖了几个使用点的垂直弯点。在清洗消毒的过程中，把终端阀彻底打开很重要，这样，所有含水的关节和管道弯曲的地方都能完全暴露到消毒剂中。十一、纯化水系统 需要指出的是，并不是因为系统是单向系统就有问题,这样的简单判断是不够的。基于良好的操作SOP，基于验证数据和日常的热水冲洗该系统，还是可以被接受的。一个很长的系统（超过200码），包含50个以上的出口，检查中也被认为是可行的，这个系统采用了80度
27、的水每天冲洗所有的出口。十一、纯化水系统 要讨论的最后一个系统，是被检查发现有问题的。在这个系统中，检测到假单胞菌污染物（在FDA检测后），这个污染物也在外用的激素产品中被检测到（在FDA检测后）。产品被召回，并签发了警告信。该系统（图-13）也是个单向系统，采用了UV灯来控制微生物污染。UV灯只在用水的时候开启。因此，经常有水保留在系统中。该系统还包含一段很难清洁的软管。UV灯必须适当的维护以确保其有效。在紫外灯灯泡周围的玻璃套子必须保持洁净，否则他们的有效性就会降低。在多灯管单元中，必须有系统监测各个灯泡都是有效运行的。必须记住的是，即便是最好的UV灯，只能杀灭进入单元的90%的有机体。十
28、一、纯化水系统十一、纯化水系统 这个环节讨论到的UV灯,还需要考虑其使用的时间,以及保留相关的记录.当然这里对我们传统一概否认的死角也有了特例说明,对于公司不能做硬件修正的条件下的系统,或许可以提供有意义的借鉴和参考.过滤器的反冲是很致命的问题,一个合理的操作规程可以避免过滤器的使用问题.需要操作工进行有效的培训,熟悉这些单元的特点,然后有针对性地编写SOP用于日常操作和监控.十二、工艺用水 FDA原料药检查的指南，提到了原料要生产中的水的质量，尤其是非肠道用制剂的原料药生产的水。在原料药中发现的过量的微生物或内毒素的污染，都来源于纯化阶段用到的水。目前，还没规定在非肠道用药的原料药生产的最终
29、合成/纯化步骤一定要用到注射用水。然而，用到非肠道用药的原料药生产最终阶段的水，水系统应该验证确保内毒素/微生物污染控制在最低。十二、工艺用水 在原料药生产工业，尤其是非肠道用药的原料，在水系统中通常用到超滤（UF）和反渗透（RO）系统。但是超滤对于降低热原不是很有效，他们能去除水系统中的高分子量的内毒素。RO，UF虽然不是绝对有效的，但可以降低污染物的数目。此外，和以前讨论到的其它冷系统一样，系统需要适当的维护。十二、工艺用水 在一次检查中，一个工厂的工艺用水来自一个农场附近的一条河。他们曾经碰到的问题，是来自农场区域的水中含高含量的杀虫剂。生产的工艺和检测方法学，是不能去除或追踪到杀虫剂污
30、染物的。因此，用于该原料药纯化步骤的该工艺用水，是不能被接受的。十二、工艺用水 这个环节基本解决了原料药生产用什么水的问题.还是按照产品用途进行区分,用于非肠道给药制剂的水对微生物和内毒素的限度要求就高,否则就不是那么严格.水源来自城市用水,需要了解其基本的质量标准,国内的自来水还不能达到欧美饮用水的标准.对于来自自然环境的水,比如井水,河水和湖水,也必须对周边环境和水质本身有基本的了解.避免水质污染造成的潜在产品污染.实际在发酵生产中,由于水质的问题造成的各种问题也是层出不穷,需要大家注意.十三、审计策略 工厂通常都有纯化水系统周期性的打印图纸或表格化的监测结果。应该评估这些打印图纸和汇总数
31、据。此外，当发现有超标的数据时，应该查看相应的调查报告。十三、审计策略 有经验的检查人员会查看多年的系统运行数据.并着重关注变化的趋势和异常的数据.还会和设备设施的更换,清洗,消毒,故障的特殊时间点结合起来,比较真实地判断出企业在系统运行管理上的实际情况和状态.十三、审计策略 由于水系统的微生物测试，通常在制剂生产以后才能得到，有超标的结果时，需要评估用此水生产的制剂的结果。关于对制剂的进一步的处置或放行，有赖于特定污染物本身，制造工艺和产品的最终用途。这种情况通常是具体问题具体分析。在公司的调查报告中涵盖放行或是不放行的逻辑性探讨是很好的做法。终产品的微生物检测，虽然提供了一些信息，但不能作为产品放行的唯一判断。应该考虑到微生物取样和检测的局限性。十三、审计策略 工厂还必须保留设备(比如蒸馏塔)的维护记录或日志。这些记录应该被审核，以便评估系统和设备的问题。在实际审计中，除了检查测试结果，汇总数据，调查报告和其它数据，打印的系统图纸一定要查看。如上面指出的，系统的精确描述和打印图纸，是要被用来显示该系统是否经过验证的。谢谢！
