1、Page 1 of 15高纯度水系统检查指南注：本指南仅作检查人员和其他 FDA 人员参考。本指南不等同于 FDA，也不赋予个人以任何权利、特许、利益或豁免。本指南首先从微生物学方面讨论药物和药品生产中所使用的高纯度水系统的检查和评估问题。本指南还包括各种水系统的设计检查以及这些水系统存在问题的检查。如同其它指南一样，本指南并非无所不包，它只是为高纯度水系统的检查和评估提供相关背景材料和指导原则。药品质量控制微生物实验室检查指南提供了另外的指导原则。1 系统设计水系统设计需考虑的一个基本问题是生产产品的类型。对注射剂产品而言，由于要考虑热原，因此注射用水将被用于生产中。注射用水既是产品处方中的
2、一部分，同时还作为产品成份和生产设备的终洗剂。USP 规定蒸馏法和反渗透法(RO) 是制备注射用水的唯一可以接受的方法。然而，对原料药厂家、生物工程公司和某些外国公司来说，在注射给药药物的生产中也使用超滤法(UF)来最大限度地降低细菌内毒素。对某些眼科用药，如洗眼液，以及某些吸入剂，如无菌吸入水剂，由于有热原规定，因此处方中工艺用水将使用注射用水。然而，对大多数吸入剂和眼科用药，处方中只使用纯化水。纯化水也用于局部用药、美容产品及口服制剂。水系统设计需考虑的另一问题是系统的温度。通常认为加热系统(6580)具有自我消毒功能。当公司采用其它费用较少的水系统时，相对于节能而言，也许公司在系统的保养
3、、测试以及潜在的问题等方面的花费可能会更多。系统设计还应考虑是循环系统还是单向系统？很显然，持续流动的水被高度污染的可能性很小。而单向流水系统基本上都存在着所谓的“死角” 。最后，也是最重要的一个问题就是风险评估或是需要达到水质的评估。应认识到不同产品需要不同质量标准的工艺用水。注射剂需要纯度很高的不含细菌内毒素的工艺用水。局部用药和口服制剂工艺用水的纯度较低，且无细菌内毒素要求。即使是局部用药和口服制剂，也会因情况不同而需要不同质量标准Page 2 of 15的工艺用水。例如，抗酸剂中的防腐剂防腐能力较差，因此需制定更严格的微生物限度指标。质量控制部门应评估系统制得的水所用来生产的每个产品，
4、并根据对微生物最敏感的产品来制定相应的微生物动态指标。对敏感产品，厂家可以在生产工艺中增加除菌工序以代替在水系统中制定更为严格的工艺用水动态指标。2 水系统验证高纯度水系统验证的一个基本参考是非胃肠道药物协会技术报告(四) (Parenteral Drug Association Technical Report No.4)，题为“注射用水系统验证设计理念” 。文中引言部分提出了验证指导原则：“验证通常涉及到适当地使用挑战性试验。这种情况下，将不得不向在线系统中引入微生物。因此，必须对水系统的微生物指标进行可靠的周期性监测，在特定的监测点安装可靠的监测装置以保障整个系统运行正常，能持续完成既定
5、的功能。审查验证报告或进行高纯度水系统验证时，应考虑几个方面问题。验证文件应包括系统描述，并附图纸。图纸应标明系统从进水口至使用点的所有设备。还应标明取样点及其代号。若系统不附图纸，通常认为这是不可接受的。之所以这么考虑，是因为假如没有图纸，系统如何进行验证？质量控制部门和微生物学家知道如何取样？在那些没有最新系统图纸的检查现场，系统被发现存在严重的问题。应每年将图纸和当前系统进行比较以保证其精度，并从中发现未报告的系统变更，确认已报告的系统变更。当所有设备和管道已按规定进行正确的安装确认和运行确认后，就进入了水系统验证的最初阶段。这个阶段，应确定系统的操作参数、清洗/消毒程序和频率。各个纯化
6、工序出水口和用水点应每天取样，持续 24 周。用水点的取样操作规程应能说明如何取水样。例如，若连接软管取样，则应在软管的末端取水样。若 SOP 要求在取样前冲洗管道，则应在管道冲洗后取水样。在 24 周水质监测结束后，公司应确定水系统的操作 SOP。水系统验证的第二阶段是确认水系统在既定 SOP 运行下能持续稳定地制得符合所需质量标准的工艺用水。取样计划和取样周期同第一阶段。此阶段结束时应有数据表明该水系统能持续稳定地制得符合所需质量标准的工艺用水。验证的第三阶段用于确认该水系统按 SOPs 运行较长周期后，还能持续稳定地制得符合所需质量标准的工艺用水。此验证阶段应收集会影响水系统运行并最终影
7、响工艺用水质量的饮用水水质的所有变化数据。按日常监测操作规程和频率进行取样。注射用水系统，每天至少取一个用水点，各用水点每周至少Page 3 of 15取一次样。当公司积累了全年有价值的数据后，整个水系统验证就结束了。验证的最后阶段是数据的汇总，在验证报告中得出验证结论。最终验证报告必须由合适的水系统运行负责人和质量保证负责人签名。水系统出现的一个典型问题是水系统运行操作规程中缺乏防止管道放空后残留在管道中的非无菌空气污染系统的问题。在如下图 1 所示的水系统中，当运行结束时对洗涤点或软管连接处进行冲洗并放空后，上述典型问题就出现了。放空后，系统中的第二级阀门关闭了。若第二天或在运行开始阶段，
8、循环系统的第一级阀门被打开，这时放空后残留在管道中的非无菌空气将会污染整个系统。解决的方法是制定相关的操作规程，规定使用前先开第二级阀门再开第一级阀门以冲洗管道。高纯度水系统验证应考虑的另一主要问题是可接受标准。整个水系统一定周期的检验结果应基本一致。3 微生物限度注射用水从微生物学方面考虑，注射用水应该是真正无菌的。由于取样通常是在非无菌区域进行且并非真正无菌，所以偶尔可能会出现由于取样失误而导致的低微生物水平污染。作为一般原则，小于 10CFU/100ml 是一个可以接受的动态微生物限度指标。若动态限度超标，则公司应调查出现问题的原因，采取补救措施，评估工艺用水微生物污染对所生产产品的影响
9、并将调查结果记录在案。注射用水系统的取样量以 100300ml 为宜。小于 100ml 的取样量被认为Page 4 of 15是不能接受的。注射用水真正关心的是细菌内毒素。由于通过鲎试剂(LAL)细菌内毒素检查的注射用水，其微生物动态限度指标仍有可能超标，因此对注射用水系统同时监控细菌内毒素和微生物是很重要的。纯化水系统纯化水系统的微生物指标还没有统一标准。USP 标准，遵循联邦环境保护局（Environmental Protection Agency ）关于饮用水的规范，被认为是纯化水的最低标准。曾试图建立关于纯化水的有价值的微生物标准。CFTA 建议标准定为不超过 500CFU/ml。US
10、P 关于纯化水的动态微生物指标为不大于100CFU/ml。虽然微生物指标几经讨论，但尚未确立一个统一标准(除了 EPA 标准外) 。作为一般原则，纯化水系统的动态微生物指标超过 100CFU/ml 被认为是不可接受的。建立动态微生物限度或水平是为了保证水系统是受控的。已建立的任何动态微生物限度取决于整个纯化水系统、成品的进一步加工及其使用。例如，用于生产冷加工工艺药品的纯化水应无被禁止含有的微生物。 “被禁止含有的微生物”定义为药品直接使用时会引起感染或在药品中可以生长的微生物。如同药品质量控制微生物实验室检查指南所指出的那样，确定污染菌种类比污染菌数量通常更有意义。存在于水系统中的微生物，可
11、以是悬浮在水中，也可以是附着在管道和贮罐的壁上。当微生物附着在壁上时，就是通常所说的生物膜。生物膜不停地向水中释放着微生物。因此，微生物污染在水系统中的分布是不均匀的，样品也许不能代表微生物污染的种类和程度。某个样品的负荷菌数为 10CFU/ml，而随后的样品负荷菌数为 100CFU/ml 甚至 1000CFU/ml，并不是不可能的。Page 5 of 15因此，确立非无菌药品生产工艺用水水系统中微生物污染的允许限度需要了解产品的用途、处方(防腐系统)以及生产工艺。例如，对不具有足够防腐系统的抗酸剂，需要设立微生物动态限度为最大不超过 100CFU/ml。USP 在专论中给出了非无菌药品微生物
12、特性的一些指导原则。它指出：“应根据产品用途、产品特性以及对用户可能带来的危害等来评估非无菌药品中微生物的显著性” 。因此，并非在某些特定的专论中列举的检定菌才存在问题。厂家有责任根据工艺用水用于生产所制得的最高风险产品来评估他们的产品和生产方式，并确立一个水系统微生物污染的可接受的动态限度指标，使之不超出最高限度。4 注射用水系统注射用水的检查和评价应考虑到以下几个方面：大多数蒸馏水机生产厂家建议要对给水进行预处理，并明确要求使用反渗透(RO) 装置。随着季节变化和其它外界因素的变化，在水系统的运转周期中进水水质可能发生波动，并超出制药厂的控制标准。例如，已经知道，春季时水中格兰氏阴性菌数量
13、增加。另外，新的建筑或火灾可能会耗尽自来水总管中原有的贮水，从而导致严重污染了其它菌群的新水源的大量涌入。应考虑水系统在所有这些极限条件下运行。很显然地，获得这些极限条件的唯一办法是对给水进行周期性监测。若给水来自市政水系统，则来自市政当局的水质检验报告可以用来代替自检。5 蒸馏水机图 35 代表了注射用水系统的基本流程图。大多数注射用水系统使用多效蒸馏水机。有证据表明某些注射用水系统受到了细菌内毒素的污染。一个发生细菌内毒素污染的注射用水系统是由于蒸馏水机的给水阀门和水平控制发生故障而导致给水滴落在馏出物中造成的。另一存在细菌内毒素问题的注射用水系统中，检查人员注意到有大约 50L注射用水滞
14、留在冷凝器的起始段。由于这些注射用水可能会在冷凝器中滞留好几天( 即可能过一个周末) ，检查人员相信这是细菌内毒素水平不可接受的原因所在。然而，更多的情况是降低给水细菌内毒素的预处理做得不够。很多蒸馏水Page 6 of 15机厂家只保证降低细菌内毒素含量 23 个对数单位。因此，当给水细菌内毒素猛增至 250EU/ml 时，该注射用水系统馏出物(WFI)中细菌内毒素水平偶尔不可接受也就不足为奇了。例如，最近在对三个新蒸馏水机的检查中(包括两个多效蒸馏水机)，检查人员发现其注射用水细菌内毒素水平周期性地超过0.25EU/ml。其预处理系统只有去离子系统，而没有 UF、RO 或蒸馏。除非有理想的
15、预处理系统，否则公司很难证明其注射用水系统是有效的。Page 7 of 15上述这些用于制备注射用水的蒸馏水机所存在问题的举例，指出了设备保养和系统不恰当运行过程中出现的问题，表明系统未经适当验证或早期的验证已不再有效。若出现上述问题，检查人员应仔细审核系统设计、系统所做的任何变更、系统验证报告以及日常监测数据以确定系统是否在规定控制下运行。通常使用电导率仪来监测水系统的化学指标，但电导率对微生物指标不具有任何参考意义。图 35 还标明了设备各部件之间的小旋塞和取样口，如蒸馏水机之后和贮罐之前。它们是系统的一部分并分隔开系统的主要部件。这对设备的安装确认和可能出现问题后进行调查是很有必要的。6
16、 热交换器蒸馏水机的一个主要部件是热交换器。由于蒸馏水和去离子水具有类似的离子特性，因此电导率仪不能用来监测微生物指标。压缩蒸汽应保持正压，或者使用双管板热交换器以防止热交换器发生泄漏时蒸馏水可能被给水污染。一份题为“热交换器防止污染”的 FDA 检查技术指南中讨论了热交换器的设计及可能存在的问题。该指南指出：有两种方法可以防止热交换器因泄漏而被污染。一种方法是用仪表连续监测压差以保证高压始终在清洁流体这边。另一种方法是使用双管板式的热交换器。Page 8 of 15在有些注射用水系统中，热交换器还用来冷却使用点的注射用水。大多数情况下，使用点不再用水时，冷却水不再通过热交换器进行循环。有时候
17、，热交换器不再使用时，交换管内的冷水放空后会在交换管的冷水端形成针孔。当交换管有点潮，而又与空气接触时，会在交换管的冷水端对不锈钢管形成腐蚀。因此，建议热交换器不用时，冷凝水不必放空。7 贮罐对加热系统，通常通过贮罐夹套加温或在隔热贮罐前管路上安置一个热交换器来保持系统温度。贮罐讨论的最多的一个问题就是排气口的过滤器。可以预料有一些专门的程序来测试过滤器的完整性以保证过滤器的完整。现在过滤器通常都带有夹套，以防止排气口过滤器的疏水性滤膜被冷却介质或水堵塞。如果出现上述情况(排气口过滤器被堵) ，有可能出现过滤器破裂，也可能出现贮罐凹瘪。有适当的方法可以进行排气口过滤器的完整性测试。因此，通常认
18、为排气口过滤器应安装在贮罐上一个容易够得着的位置。不能因为注射用水系统相对较新或是使用蒸馏法，就认为一点问题也没有。在对一个注射剂生产厂家进行检查时，检查人员观察到一个 1984 年制造的蒸馏水机。参照图 6，虽然初看起来该系统有点复杂，其实还是相当简单的。图 7为该系统的示意图。请注意检查人员对该厂家的检查结论为：“该注射用水系统的操作规程无法保证系统周期性地彻底清洗和放空。该系统还直接接触大气和周围环境。系统设备中还包括未密闭的带盖子的敞口贮罐。该注射用水系统贮罐尚未密闭，且从未取样检查细菌内毒素。 ”由于这些原因及其它检查意见，该公司撤回了一些产品并停止运行该系统。Page 9 of 1
19、58 泵泵烧坏或部件磨损。而且，当泵停止或非连续运行时，其贮水槽将是一个静止区域，水会在其中滞留。例如，在一家公司检查时，检查人员注意到该公司在泵机架的下端安装了一个排水口。该公司水系统周期性地发现假单孢菌污染，部分原因是因为该系统的泵只是周期性地运转。9 管道注射用水系统管道通常由高光洁度的不锈钢材料组成。在有些场合，厂家也开始使用聚偏氟乙烯(PVDF)管。据称这种管材可以耐热，而且没有溶出物。PVDF 管的一个主要问题是它需要相当的支撑。当 PVDF 管受热，它会变得松弛，可能会压迫连接处并导致泄漏。另外，至少刚开始时，氟离子的浓度会很高。这种管道对低浓度金属污染会加速药物降解的释药系统是
20、有利的，如生物工程产业。管道的一个通病是存在着所谓的“死角” 。建议采用的大容量注射剂(LVP)规范规定：从在用管道的轴线算起，不用管道的长度不得超过其自身直径的 6倍。必须指出，这个规定只是针对 7580的循环系统而制定的。对于温度较低的水系统(6575) ，任何落差或不用的管道部分都可能形成潜在的生物膜，应尽可能清除或加以专门的消毒程序。制药厂水系统不应有丝扣联接。所有管道联接必须使用卫生联接或对缝焊接。卫生联接通常用于管道与阀门、罐体及其它维护或更换时必须拆除的部件的联接。因此，检查时，检查人员必须审核和评估公司的消毒操作规程和实际使用的管道。Page 10 of 1510 反渗透制备注
21、射用水的另一可接受的方法是反渗透法(RO)。然而，由于反渗透系统是低温系统，并且反渗透(RO)膜也不是绝对可靠的，所以反渗透系统发生微生物污染是不足为奇的。图 8 所示为一几年前使用的反渗透系统。该反渗透系统有 5 个并联的 RO 单元。由于 RO 膜并不绝对可靠，因此 RO 膜厂家建议在一个系统中至少使用两个 RO 单元。图中还标明了系统下游 RO 单元后的紫外灯(UV) 。该紫外灯是用来控制系统微生物污染的。该系统中所有的阀门都是球阀。这样的阀门不能认为是卫生阀门，因为当阀门关闭时，阀芯中会有水。这样的滞水区域会容留微生物并开始形成生物膜。由于对反渗透系统的其它一些看法，以及认识到由此而带
22、来的微生物问题，因此一些厂家在 RO 反渗透膜之后安装了热交换器，将系统内的水加热至7580，以尽可能减少微生物的污染。随着生物技术产品的开发，许多小公司使用 RO 和 UF 系统来制备高纯度水。例如，图 9 即为一墙式安装的水系统，由一单通道 RO 反渗透膜给水。如图所示，大多数这种系统都使用 PVC 管或其它塑料管。由于系统是典型Page 11 of 15的低温系统，因此系统的许多联接处易受微生物污染。PVC 管的另一潜在问题是溶出物。一个只能保证满足 USP 要求而不能保证没有任何溶出物的水系统是不能令人接受的。该系统还包括 0.2m 的使用点末端过滤器。这将使系统受微生物污染的程度变得
23、模糊不清。虽然认识到对这样一个系统而言，细菌内毒素是最需要关心的问题，设置一个过滤器将降低微生物污染程度，但对减少细菌内毒素污染却无必要。水系统中若使用过滤器，必有明确的目的，即该过滤器是用于除微粒还是除菌，并且应根据系统验证中得到的数据在 SOP 中明确规定滤膜更换的频率。如前所述，由于实际检验中取样量的体积不一致(细菌内毒素检查为0.1ml，而微生物限度检查为 100ml)，因此微生物限度检查更能说明系统受微生物污染的程度。因此，除非是在 0.2m 末端过滤器前取的样，否则微生物限度检查几乎没有意义。在对该公司的复查中，检查人员注意到该公司已将先前有缺陷的水系统更改为用不锈钢管道进行联接的
24、循环水系统，由 4 个 RO 单元给水。由于不需要大量用水( 该系统的总供水能力大约为 30 加仑)， 该公司打算让系统停止运行大约一整天。图 9 表明： 0 时(3/10 上午 9 点)，水中没有检测到微生物和细菌内毒素；一天后，发现该静止非循环的水系统受污染了。随后四个一小时一次的样品表明来自同一系统中的不同样品间的差异。在上午 12 点取完最后一个样后，系统用 0.5%的过氧化氢溶液再次消毒，冲洗，再循环并重新取样。在系统重新投入运行后的每天一次的取样中未再发现微生物污染。这就是为什么药政管理当局建议非循环水系统必须每天放空，系统中的水不应该静止不动。Page 12 of 1511 纯化
25、水系统注射用水系统中许多关于设备的论点可以同样应用于纯化水系统。控制微生物污染的一个典型系统是使用臭氧。图 10 所示为一典型的纯化水系统。据说该系统花费不多，可即使这样，它也存在着一些问题。为了有效除菌，系统中必须有残留的溶解性臭氧。这就带来了人员安全性问题以及药物处方时的使用问题。Vicks Greenboro, NC 生产厂公开发表的数据表明：他们的纯化水系统在臭氧发生器关闭 2 到 3 天后系统会再度受污染。在对另一家公司的检查中，检查人员注意到该公司的水系统受到了假单孢菌的污染。由于可能带来的人员安全性问题，在水进入再循环之前，臭氧又被从水中清除了。有报道说残留在水系统中的 0.45
26、mg/L 的溶解性臭氧最长可维持 56 小时。另一生产厂家，作为每天消毒工作的一部分，用过滤器将臭氧水系统中的滴落物全部除去，并用 70%异丙醇对过滤器进行消毒。据报道该厂家在水系统微生物污染控制方面做得很好。然而，其取样只是在消毒一结束后马上进行，而不是在系统运行的后期。因此，这样的结果并不具有说服力。图 11 和图 12 所示为另一个存在某些问题的纯化水系统。与大多数讨论过Page 13 of 15的纯化水系统不同，该系统是单向系统而非循环系统。热交换器用来每周一次对水体进行加温和消毒。事实上，整个系统就是一个“死角” 。图 11 还标明了每天一次纯化水消毒用的 0.2m 的在线过滤器。除
27、了该过滤器机架为微生物污染创造了良好环境外，一个典型问题是水的冲击会造成过滤器滤膜象气球一样鼓起。当过滤器的下游阀门关得太快时，水压会反冲，从而引起滤膜被鼓起。在高回压的冲击下，管道的颤动是显而易见的，与此同时，滤膜表面上游污染物通过过滤器就真正成了问题。该系统在使用点还存在着垂直方向上的滴落。在消毒时，挤开终端球阀，使所有弯头和弯管都充满水是很重要的。由此，系统水体就彻底暴露在消毒剂面前了。应该指出，这样一个简单的单向水系统是不充分的。若根据验证数据，对系统用热水进行日常冲洗，并制定很好的标准操作规程(SOP)，这样也许可以被接受。曾经有一个管道很长 (超过 200 码)，具有 50 个出水
28、口的的水系统被检查人员接受了。该系统每天用 80热水对各个出水口进行冲洗。Page 14 of 15最后一个要讨论的纯化水系统被检查人员拒绝接受。检查人员不仅在该水系统中发现了假单孢污染(FDA 检查)，而且在该公司的局部用药无菌产品中也发现了假单孢菌污染(FDA 检查)。该公司的产品被召回，并且发布了警告信。该系统也是一个单向水系统，用 UV 灯来控制系统中微生物污染。UV 灯只在用水时才开。因此，水将在系统中残留很多次。该系统还有一个很难消毒的固定软管。检查人员建议 UV 灯应持续工作。灯座的玻璃罩应保持清洁，否则将降低其杀菌效力。对于多灯座杀菌单元，应有监测装置保证每个灯座正常工作。要知
29、道 UV 灯最多只能杀灭进入灭菌单元中的 90%的微生物。13 工艺用水现行版 USP 第 4 页在通则中允许原料药生产使用饮用水。它建议制剂生产必须使用纯化水、注射用水或某种形式的无菌水。这两种意见有点矛盾，因为片剂的制粒使用纯化水，而原料药的最终精制又允许使用饮用水。FDA 化学原料药检查指南讨论了原料药生产工艺用水质量问题，特别是用于生产注射剂的原料药。曾经在原料药中发现微生物和细菌内毒素超标，原因是精制工艺用水受到微生物污染。该注射剂原料药生产的最后工序合成/精制工艺并没有使用注射用水。无论如何，上述用于注射剂原料药最后工序生产的水系统应该经过验证以保证细菌内毒素和微生物污染降至最低。
30、原料药生产中，特别是注射级原料药，其水系统通常采用超滤(UF)或反渗透(RO) 装置。虽然超滤不足以降低热原，但它可以减少水系统中污染的大分子Page 15 of 15量细菌内毒素。如同 RO，超滤也不是绝对可靠的，但它可以减少细菌内毒素的数量。此外，就象前面说的其它低温系统一样，维持这样一个系统需要相当的保养。对非注射剂原料药生产厂家来说，同样需要关心水系统中的微生物污染问题，虽然没有注射级原料药来得那么严重。世界上一些地区，使用饮用水(含氯的水) 并不表明没有问题。无论如何，这将产生其它一些问题。例如，含氯的水通常氯离子浓度升高。有些地区，工艺用水直接取自于大自然。某次检查中，工厂的工艺用
31、水取自位于农业区的一条河流。该厂家遇到了这样的难题：水中杀虫剂浓度过高。这些杀虫剂是被从该地区的农田中冲刷下来的。厂家的生产工艺和分析方法没有打算去除和鉴别水中微量的杀虫剂污染。因此，这样的工艺用水用于原料药的精制是不能令人接受的。14 检查策略厂家通常都有纯化水系统的定期打印报告和数据图表。检查人员应检查这些打印报告和数据汇总。另外，检查人员应检查当数据超标时，公司所作的调查报告。因为水系统的微生物检查结果通常都要在产品生产出来后才能得到，因此检查人员检查微生物超标结果时应同时考虑用这些工艺用水生产出来的产品。对产品进一步加工或放行的处理意见取决于水系统污染菌的种类、生产工艺及产品的最终用途。通常这种评估应具体情况具体分析。在调查报告中附上关于产品放行或拒收的讨论意见，这将是一个很好的尝试。成品的微生物检查，即使能提供一些信息，也不能作为成品放行的唯一理由。应该认识到取样和微生物检查的局限性。厂家还应该有水系统设备的保养记录或日志，如蒸馏水机。检查人员还应检查这些日志以便对系统或设备存在的问题进行评估。当进行实物检查时，检查人员不仅要检查检验结果、汇总数据、调查报告及其它数据，还应检查系统图纸。如同已指出的那样，对系统的准确描述和系统图纸是为了证明系统的有效性。
