5

المصادر المشعة والتقنيات البديلة في التعقيم

ميقعتلا يف ةليدبلا تاينقتلاو ةعشملا رداصملا

يصف هذا الفصل المبادئ (القسم 5-1) واستخدام المصادر المشعة والتقنيات البديلة في التعقيم. وتشمل الاستعمالات التي جرى مناقشتها تعقيم الأجهزة الطبية ومنتجات الرعاية الصحية للتخلص من الكائنات الحية الدقيقة (القسم 5-2)، ومشعات المنتجات الغذائية والزراعية للتخلص من البكتيريا الضارة ومجموعة متنوعة من الكائنات الدقيقة والحشرات أو لإطالة عمرها الافتراضي (القسم 5-3)، والتعقيم من الآفات لإدارة تكاثرها (القسم 5-4). ولا تشكل الإشارات إلى تقنيات محددة وفي بعض الحالات إلى منتجات تجارية وجهات تصنيع محددة بالضرورة أو تعني مصادقة اللجنة عليها.

5-1 مبادئ التعقيم

يُشتق الإشعاع لاستعمالات التعقيم عادة من أحد المصادر الثلاثة: أشعة غاما (الكوبالت 60)، ومسرعات شعاع الإلكترون (حزمة أشعة الإلكترون)، والمسرعات التي تنتج الأشعة السينية للإشعاع. ويتم عادة تعبئة المواد المراد تعقيمها على ناقل ينقلها بسرعة خاضعة للسيطرة من منطقة التحميل إلى منطقة العلاج حيث يتم إشعاعها ثم إعادتها إلى منطقة التفريغ. ويتشابه التعقيم بواسطة أشعة غاما وشعاع الإلكترون والأشعة السينية إلى حد كبير من حيث نقل الطاقة والتفاعل مع المادة (راجع الملحق و). وترتبط الاختلافات الرئيسية في الأساليب المختلفة بمعدل الجرعة ووقت التعريض وعمق الاختراق وتوافق المنتج.

تنبعث أشعة غاما من مصدر كوبالت 60 في جميع الاتجاهات، بينما يتم توجيه فوتونات الأشعة السينية ذات الطاقة العالية وأشعة الإلكترون نحو المنتج المراد تشعيعه. وبالتالي، بافتراض تدفق الإلكترونات وأشعة غاما نفسه، فإن معدلات جرعة الشعاع الإلكتروني أعلى بكثير من معدلات جرعة أشعة غاما، مما يؤدي إلى تقليل أوقات التعرض بشكل كبير (ثوانٍ مقابل دقائق أو ساعات) والسماح بإنتاجية أعلى. ويماثل اختراق الأشعة السينية عالية الطاقة المستخدمة في التعقيم اختراق أشعة غاما نفسه. وبالتالي، فإن المعالجات تتمتع باتساق مماثل، يتم التعبير عنه عادة بنسبة بين الحد الأقصى والحد الأدنى للجرعة (نسبة تجانس الجرعة أو DUR) المودعة في تكوين التشعيع. ويسهل هذا تلبية كل من الجرعة المطلوبة للتعقيم والبقاء أقل من الجرعة القصوى التي يتحملها المنتج.

وتكون قدرة اختراق الإلكترونات أقل من قدرة أشعة غاما. ومع ذلك، لا يعني هذا أن التعقيم بأشعة الإلكترون قاصر في الاستعمال على المنتجات منخفضة الكثافة أو الأصغر. ويمكن تعقيم العديد من المنتجات بشكل مُرضٍ عن طريق حزمة أشعة إلكترون باستخدام نسبة تجانس الجرعة مقبولة من خلال إعادة تغليف المنتج في صناديق فردية لتقليل الحاجة إلى عمق اختراق كبير. وهذا على عكس علاجات الأشعة السينية حيث يمكن معالجة المنتجات بشكل جماعي مباشرة على المنصات وعلاجات أشعة غاما حيث تتم معالجة المنتجات عادةً في حقائب أو ناقلات. وقد تحقق الاستراتيجيات الإضافية مثل تعريض المنتج من جانبين باستخدام حزمة أشعة إلكترون مزدوجة جرعات التعقيم المطلوبة في جميع أنحاء المنتج بجرعة قصوى مقبولة.

من الممكن أن تعمل مرافق التشعيع المستخدمة في التعقيم على أساس تعاقدي أو دمجها في خط إنتاج الشركة (مرافق داخلية). وتكون معظم مرافق التشعيع عبارة عن منشآت تعاقدية مصممة لتعقيم منتجات محددة لكنها توفر المرونة والتكيف مع احتياجات

العملاء. أي، يمكن استخدام مرافق التشعيع التعاقدية للتعقيم الذي يخدم أغراضًا متعددة، ويتم تعديل الجرعات اعتمادًا على المنتجات التي تتطلب العلاج (راجع الجدول 5-1 لمتطلبات الجرعة النموذجية في التعقيم). ويوجد جزء أصغر من مرافق التشعيع داخليًا؛ أي أنها مملوكة ومدارة من قبل الشركة التي تعد أيضًا مزود المنتج الذي تعرض للإشعاع. تهيمن شركتان، Steris وSterigenics، على سوق التشعيع العالمي التعاقدي، وتتحكمان معًا في حوالي 85 في المائة من سوق التعقيم. وتعد الشركة الأم لشركة Sterigenics هي Sotera Health، التيتمتلك أيضًا شركة Nordion، أكبر مورد عالمي للكوبالت 60. ويعمل سوق التعقيم، خاصة للأجهزة الطبية، بكامل طاقته أو بالقرب منها¹ لكن الصناعات التي تخدمها هذه المرافق آخذة في النمو.

تقليديًا، كان الكوبالت 60 هو النظائر المشعة الأكثر استخدامًا في التعقيم الصناعي. وتُستخدم المشعات الصناعية عالية النشاط (1-5 ميغا كوري [37–185 بيتا بيكريل]) لتعقيم الأجهزة الطبية لأنها يمكن أن توفر جرعات عالية ويمكن أن تحقق إنتاجية كبيرة من المنتج. ويمكن أيضًا استخدام المشعات عالية النشاط في استعمالات أخرى بما في ذلك إزالة التلوث من العبوات ومستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية والألعاب على شكل حيوانات أليفة، ونادرًا ما تستخدم في الصحة النباتية وتقنية الحشرات العقيمة. ويوجد تكوين خاص من المشعات الصناعية عالية النشاط هو المشع البانورامي. وتتمتع المشعات البانورامية بأعلى نشاط إجمالي لجميع المصادر المشعة. ويوجد ما يقرب من 98 في المائة من نشاط المصدر المدني في الولايات المتحدة في شكل الكوبالت 60، ويرجع ذلك في الغالب إلى هذه المشعات عالية النشاط (اللجنة التنظيمية النووية (NRC)، 2008). وتُستخدم المشعات البانورامية في المقام الأول لتعقيم المنتجات والأجهزة الطبية ذات الاستخدام الواحد (حوالي 70 في المائة من استخدامها)، لكنها تُستخدم أيضًا لتعقيم المنتجات الأخرى.

داخل المشع البانورامي، تُوضع مصادر الكوبالت 60 في مصفوفة مستوية تبلغ مساحتها بضعة أمتار مربعة. ويتم وضع كريات الكوبالت الفردية في قضبان فولاذية تسمى "أقلام الرصاص" مرتبة في رف يستوعبها في شكل مسطح. ويبقى المنتج المراد تشعيعه في عبوته الأصلية ويبقى إما على منصات نقالة أو يوضع على علب كرتون يتم نقلها في حقائب. وللاستفادة من فوتونات غاما بأكبر قدر ممكن من الكفاءة ولجعل توزيع الجرعة موحدًا قدر الإمكان، يحيط نظام النقل بالمصدر على كلا الجانبين وتنتقل المنتجات على مستويات متعددة في مسارات متعددة. وعند سحبه، يتم حماية المصدر إما بالمياه (تخزين رطب) أو بواسطة درع مثل الرصاص أو مادة أخرى مناسبة (تخزين جاف). ونظرًا لأن الفوتونات تنبعث في جميع الاتجاهات، في المتوسط يترسب حوالي 30 في المائة فقط من الطاقة المنبعثة في المنتج (الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، بيانات النشرة الإخبارية). ويحدث تشعيع المنتجات داخل مستودع معزول، عادة ما يكون عبارة عن حاوية ذات درع خرساني سميك، لحماية العمال من الإشعاع.

تُستخدم معظم المشعات الصناعية منخفضة النشاط (~1 ميغا كوري [37 بيتا بيكريل]) لتشعيع الطعام، لأن هذا الاستعمال يتطلب عادة جرعة أقل ومعدلات إنتاجية أقل. ويمكن أيضًا أن توفر المشعات منخفضة النشاط جرعات مناسبة لاستعمالات التعقيم الأخرى، لكن بسرعة أبطأ.

الجدول 5-1 التشعيع النموذجي ونطاق الجرعة

المصدر: مقتبس ومنقح بواسطة الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، 2006.

___________________

¹ أشارت شركة Nordion في ورقة فنية أخيرة (نورودين (Nordion)، 2021) إلى وجود مجال للنمو في سعة المعالجة، حوالي 50 في المائة، في منشآت غاما الموجودة بالفعل.

توفر الأقسام أدناه بعض المعلومات حول التقنيات والاتجاهات المحددة لاستعمالات التعقيم المختلفة.

5-2 تعقيم الأجهزة الطبية

تبلغ قيمة سوق الأجهزة الطبية في الولايات المتحدة 156 مليار دولار وتنمو بنسبة 5-7 في المائة سنويًا² بسبب زيادة الطلب على الأجهزة الطبية الحالية وبسبب توفر منتجات جديدة. ويجب تعقيم العديد من الأجهزة أحادية الاستخدام بعد التصنيع. ويبلغ معدل النمو السنوي لسوق الولايات المتحدة لتعقيم الأجهزة الطبية معدل نمو سوق الأجهزة الطبية نفسه. وتشبه الاتجاهات العالمية في تعقيم الأجهزة الطبية تلك الموجودة في الولايات المتحدة. وتسارع الطلب على تعقيم المعدات الطبية أحادية الاستخدام في عام 2020 بسبب جائحة فيروس كورونا (كوفيد-19) والحاجة إلى المكونات التي تُستخدم لمرة واحدة لاختبار المستلزمات واللقاحات.

على الرغم من أن التعقيم يمثل نسبة صغيرة من تكلفة إنتاج الجهاز الطبي، إلا أنه يعتبر خطوة معالجة حيوية في تصنيع الأجهزة الطبية وله تأثيرات مباشرة على القدرة على تسويق المنتج. ويتم تطوير وتصنيع العديد من الأجهزة الطبية والمنتجات الأخرى بطريقة تعقيم مختارة. وسيتطلب أي تغيير في عملية التعقيم تعديلات في تصميم المنتج وإعادة التحقق من المنتج وتعبئته وكذلك عملية التعقيم نفسها. ويتولى كبار مصنعي المنتجات الطبية (حوالي 20 في المائة من السوق الكلي) تشغيل مرافق التعقيم الخاصة بهم بالإضافة إلى التعاقد مع مقدمي خدمات التعقيم من الأطراف الخارجية. وتتعاقد الشركات المصنعة الصغيرة معهم للحصول على خدمات التعقيم.

تتطلب إدارة الغذاء والدواء تعقيم جميع الأجهزة الطبية وأجهزة طب الأسنان الغازيَة بما في ذلك المحاقن والقفازات الجراحية والمفاصل الاصطناعية والأجهزة القابلة للزرع مثل جراحة العظام وصمامات القلب. بالإضافة إلى ذلك، يجب تعقيم العديد من المواد أحادية الاستخدام (مثل الأنابيب والأكياس والمرشحات) المستخدمة في إنتاج الأدوية واللقاحات بطريقة وعملية معتمدة. وتتطلب إدارة الغذاء والدواء بشكل عام مستوى ضمان تعقيم من ‎10^-6 للمنتجات الطبية الغازية.³ لكن مستوى ضمان تعقيم للأجهزة الطبية غير الغازية أقل، ‎10^-3 أو 1 من كل 1,000 احتمال للعثور على جهاز واحد غير معقم. ويتم التعرف على جميع طرق التشعيع الثلاثة (غاما وأشعة الإلكترون والأشعة السينية) في معيار المنظمة الدولية لتوحيد المقاييس 11137 المعمول به، وبالتالي فإن نقل جرعة التعقيم بين الأساليب الثلاثة معترف به على نطاق واسع. ومع ذلك، لا تعترف إدارة الغذاء والدواء بتكافؤ الأساليب الثلاثة من حيث التوافق الحيوي.

يعد التقسيم الحالي لأساليب التعقيم التي تستخدمها الصناعة الطبية من حيث الانتشار هو 50 في المائة بالتبخير بغاز أكسيد الإيثيلين، و40 في المائة بإشعاع غاما الكوبالت 60، وإشعاع أشعة الإلكترون 10 في المائة، وأقل من 1 في المائة (بما في ذلك إشعاع الأشعة السينية). لذلك يستمر التشعيع باستخدام أشعة غاما في الهيمنة على سوق التعقيم بالإشعاع (حوالي 80 في المائة من جميع أساليب التشعيع)، تليها أشعة الإلكترون (حوالي 20 في المائة)، والأشعة السينية بنسبة صغيرة جدًا. ويوضح الجدول 5-2 بعض المزايا والعيوب العامة لهذه الأساليب المختلفة.

5-2-1 تقنيات النظائر المشعة

يُستخدم الكوبالت 60 لتعقيم الأجهزة الطبية منذ الستينيات. وتوجد معرفة كبيرة بتأثيراته على كل من الحد من الكائنات الحية الدقيقة للوقاية من الأمراض والتغيرات في خصائص المواد، فضلاً عن خبرة كبيرة في استخدامه. ويسهل استخدام المعدات المستخدمة في التعقيم باستخدام الكوبالت 60 وصيانتها وهي موثوق بها بشكل عام. الأهم من ذلك، يتمتع مصنعو الأجهزة الطبية بخبرة في المتطلبات للتحقق من صحة طريقة التعقيم هذه للمنتجات الجديدة.

يوجد ما يقرب من 200 مرفق كبير لتشعيع غاما في جميع أنحاء العالم في أكثر من 50 دولة تُستخدم في الغالب لتعقيم الأجهزة الطبية. ونعرض تمثيلاً تخطيطيًا لمرفق تعقيم غاما في الشكل 5-1. ويوجد في هذه المرافق ما يقدر بنحو 400 ميغا كوري من الكوبالت 60،⁴ لكن وفقًا لبيان حديث من Nordion، تتجاوز السعة المرخصة 600 ميغا كوري، مما يعني أن هناك مجالًا للنمو في المشعات الحالية (نورديون (Nordion)، 2021). وتعترف الورقة الفنية نفسها بأن الطلب الحالي على الكوبالت 60 يتجاوز العرض بحوالي 5 في المائة نورديون (Nordion)، 2021). وتستثمر شركة Nordion في توسيع طاقتها الإنتاجية للكوبالت 60 في المفاعلات الحالية والجديدة لتلبية الطلب الحالي والمتوقع.

___________________

² كاثلين هوفمان، شركة سوتيرا للخدمات الصحية، عرض تقديمي أمام اللجنة في 13 أكتوبر 2020.

³ يعني هذا احتمال 1 من مليون للعثور على وحدة غير معقمة.

⁴ وتمتلك الولايات المتحدة أكثر بقليل من 50 في المائة من إجمالي قدرة التعقيم باستخدام الكوبالت 60 المُثبت الموجود في 50 مرفق تشعيع تجارية.

الجدول 5-2 مقارنة بين معظم الأساليب الشائعة في التعقيم

المصدر: تم التعديل من عرض تقديمي بواسطة كاثلين هوفمان، Sotera Health Services, LLC، ‏13 أكتوبر 2020.

يمكن تحقيق توسيع القدرة الإنتاجية لمنشأة تضم مصادر مشعة مثل مرفق تعقيم غاما باستخدام الكوبالت 60 ببساطة عن طريق إضافة عناصر مصدر إلى تلك الموجودة بالفعل في المرفق. وهذه ميزة على عملية التوسعة لمرفقات أشعة الإلكترون والأشعة السينية، التي يتم تصميمها عادة للعمل بسعة محددة بناءً على التقنية المثبتة بها. وقد تتطلب السعة المتزايدة إضافة خطوط إنتاج وتوسيع المرفق أو إضافة مرافق جديدة لاستيعاب حزمة أشعة إلكترون أو جهاز أشعة سينية مثبت آخر.

تحث عدة عوامل الصناعة والمستخدمين على البحث عن بدائل لتشعيع غاما في التعقيم. وتشمل هذه العوامل تقليل الاعتماد على طريقة واحدة وندرة إمدادات الكوبالت 60 واللوائح المتزايدة التي تحكم نقل الكوبالت 60 والاستخدام التجاري وزيادة سعر الكوبالت 60.

5-2-2 التقنيات البديلة

كما ذكرنا سابقًا، يعد التشعيع بحزمة أشعة الإلكترون والتشعيع بالأشعة السينية والتبخير بغاز أكسيد الإيثيلين من الأساليب المستخدمة حاليًا لتعقيم الأجهزة الطبية. وليست هذه الأساليب بالضرورة بديلاً مباشرًا لبعضها البعض. ويلخص الجدول 5-2 ويناقش إيجابيات وسلبيات هذه الأساليب المختلفة في الأقسام التالية.

التشعيع بحزمة أشعة الإلكترون

يوجد اليوم حوالي 75 من مرافق أشعة الإلكترون عالية الطاقة الموجودة على مستوى العالم في 12 دولة وحوالي 15-20 من مرافق حزمة أشعة الإلكترون المخصصة لتعقيم الأجهزة الطبية (الرابطة الدولية للإشعاع (IIA)، 2017) في الولايات المتحدة. ويوضح الشكل 5-2 تمثيلًا تخطيطيًا لمرفق تشعيع بحزمة أشعة الإلكترون. ويتم إجراء حوالي 10 في المائة من تعقيم الأجهزة الطبية أحادية الاستخدام باستخدام حزمة أشعة الإلكترون. ومن المحتمل أن يكون هذا النقص في الاستخدام بسبب الاستثمار الرأسمالي الكبير اللازم للانتقال إلى هذه التقنية ودراسات التكافؤ المطلوبة التي يجب إجراؤها حتى تعترف إدارة الغذاء والدواء والجهات التنظيمية في البلدان الأخرى بالتكافؤ مع تعقيم غاما من حيث التوافق البيولوجي.

نما استخدام حزمة أشعة الإلكترون في التعقيم على مدار العقد الماضي بوتيرة سريعة (سوغدن (Sugden)، 2019). ووفقًا لأحد المصادر، شهدت الفترة من عام 200⁵ إلى عام 2015 تركيب 4 أنظمة حزمة أشعة إلكترون في المتوسط سنويًا، ومن 2016 إلى 2019، ارتفع العدد إلى حوالي 12 نظامًا سنويًا. وبناءً على سيناريوهات التوقع المختلفة، من الممكن تركيب 200 إلى 400 نظام إضافي تعمل بحزمة أشعة الإلكترون خلال السنوات العشر القادمة.5 ومن المتوقع أن يستمر استخدام حزمة أشعة الإلكترون في التعقيم في النمو بسبب الضغط لاستبدال الإشعاع باستخدام الكوبالت 60 أو أكسيد الإيثيلين، وكذلك بسبب التحسينات في تقنية المسرعات.

___________________

⁵ اتصال عبر البريد الإلكتروني بين كريستوف ماليس، IBA، وأورانيا كوستي، الأكاديميات الوطنية، في 1 فبراير 2021.

تعمل المسرعات الخطية التقليدية المستخدمة في التعقيم الصناعي في درجات الحرارة المحيطة العادية. وتحفز طاقة الترددات اللاسلكية التي تستخدمها هذه المسرعات تيارات كهربائية في سطح التجاويف المتسارعة، التي تولد الحرارة وتبدد بعض الطاقة المقدمة إلى التجويف. ويؤدي توليد الحرارة هذا إلى إجبار المسرّعات على العمل في وضع نبضي بطاقة فورية عالية عند ترددات نبضية من 100 إلى 500 هرتز، لكن بمتوسط طاقة منخفض. ويعني تبديد الطاقة أن الكفاءة الكلية للطاقة بشكل عام أقل من 50 في المائة.

تُستخدم المسرعات الخطية فائقة التوصيل في علم الاكتشاف في أماكن مثل المختبرات الوطنية. وتبدد هذه المسرعات القليل جدًا من مدخلات الطاقة كحرارة. ونتيجة لذلك، يمكن أن تصل الكفاءات الإجمالية إلى 80 في المائة أو أكثر. بالإضافة إلى ذلك، من الممكن أن تكون الأشعة الناتجة مستمرة. ويتيح هذا حزم أشعة ذات قدرة متوسطة أعلى من المسرعات الخطية التقليدية ويمكنه التغلب على عدم كفاءة عملية الأشعة الانكباحيه لإنتاج حزمة أشعة سينية مفيدة. وتتواجد المسرعات الخطية فائقة التوصيل حاليًا في مستوى الجاهزية التقنية 4 لكن يتم تطويرها للاستعمالات التجارية.

تمثل كل من Mevex وIBA Industrial المورّدين الرئيسيين لمسرعات التعقيم. وتنتج Mevex المسرعات الخطية التقليدية. ومن الممكن أن ينتج المسرع الخطي حزمة أشعة إلكترون أو يمكن استخدامه مع نظام محول الأشعة السينية الموجود في نهاية نظام المسح لتحويل الإلكترونات إلى أشعة سينية. وطورت IBA مسرعًا باسم Rhodotron®‎، الذي يعيد تدوير الأشعة عدة مرات عبر قطر تجويف التسارع الحلقي. وبعد كل تقاطع، يثني المغناطيس حزمة الأشعة خلال 190 درجة تقريبًا لتقاطع آخر، مما يخلق مسارًا على شكل بتلة زهرة. وعندما تصل الحزمة إلى 7.5 أو 10 ميغا إلكترون فولت، تخرج الأشعة من المسرع وتستمر في تشعيع المنتج. ويمثل كل موقع من مواقع المغناطيس العكسي فرصة لمنفذ خروج حزمة أشعة. وطورت IBA أيضًا نظام Rhodotron® Duo‎ الذي يستفيد من الحدود التنظيمية للأشعة السينية (7.5 ميغا إلكترون فولت) والإلكترونات (10 ميغا إلكترون فولت). ويحتوي نظام Rhodotron® Duo‎ على منفذ خروج عند كل من هذه الطاقات من خلال خطوط أشعة منفصلة، وبالتالي يسمح لمسرع واحد بتوفير كل من الأشعة السينية وحزمة أشعة الإلكترون في وقت واحد.

تقنية الأشعة السينية

من الممكن أن تكون المسرعات المستخدمة كمصادر فوتونية عالية الطاقة (1-10 ميغا إلكترون فولت) البديل الأكثر مباشرة لتشعيع غاما لأن اختراق الإشعاع في الطريقتين مماثل. ومع ذلك، كما ناقشنا في الملحق (و)، فإن التعقيم باستخدام الأشعة السينية غير فعال. ولتوليد 15 كيلوواط من طاقة الأشعة السينية، يلزم ما لا يقل عن 120 كيلو واط من طاقة حزنة أشعة الإلكترون. وكانت الحاجة إلى حزمة أشعة إلكترون قوية ويمكن الاعتماد عليها وعالية القدرة عاملاً أساسيًا في تأخير اعتماد الأشعة السينية للتعقيم.

وتتوافر أنظمة التعقيم بالأشعة السينية تجاريًا، لكنها محدودة الاستخدام. ونعرض تمثيلاً تخطيطيًا لمرفق تعقيم بالأشعة السينية في الشكل 5-3. وتمثل تقنية الأشعة السينية حاليًا أقل من 1 في المائة من حجم تعقيم الأجهزة الطبية. وحلل مستند تقني صدر في عام 2016 نشرته IBA، إحدى شركات التوريد الرئيسية للمسرعات، الاختلافات بين التشعيع بالأشعة السينية وأشعة غاما لأغراض التعقيم

(ديثير (Dethier)، 2016). وكان تقييم IBA أن معضلة "الدجاجة والبيضة" قد أعاقت اعتماد التشعيع بالأشعة السينية، لأن مصنعي الأجهزة الطبية وقفوا ضد الالتزام بهذه التقنية بسبب الافتقار إلى مرافق الأشعة السينية التشغيلية في حين أن مقدمي خدمات التعقيم لم يستثمروا في مرافق الأشعة السينية بسبب عدم وجود التزام من مصنعي الأجهزة الطبية، مما أدى إلى ركود السوق. وأشار تحليل IBA إلى أن التشعيع بالأشعة السينية قد يكون منافسًا من حيث التكلفة لتشعيع غاما، خاصة لمستويات النشاط الأكبر من 1.4 ميغا كوري (51.8 بيتا بيكريل) (ديثير (Dethier)، 2016). وأظهر تحليل حديث لاستثمارات الميزانية وتكاليف التشغيل لمرفق تشعيع بأشعة غاما والأشعة السينية مخصص لتعقيم الأجهزة الطبية أن التكاليف (الاستثمار الأولي وتكاليف التشغيل في السنة الأولى) لمرفق الأشعة السينية كانت حوالي 17 مليون دولار، والتي تكون 2.5 مرة أقل من تلك الخاصة بمرافق التعقيم بغاما.⁶ ولم تتحقق اللجنة من دقة أي من هذين التحليلين. وإذا كانا دقيقين، فقد نقلت التكلفة الحالية للكوبالت 60 نقطة التكلفة التنافسية إلى 1 ميغا كوري. ومن الفوائد التشغيلية المحتملة الإضافية لمرافق حزمة أشعة الإلكترون إمكانية نشر حزمة أشعة الإلكترون بما يتماشى مع إنتاج المنتج قبل تعبئة المنتجات. وسيوفر هذا ميزة محتملة كبيرة لاستخدام حزمة أشعة الإلكترون غير الممكنة مع التشعيع بغاما.

يعمل مرفق التعقيم بالأشعة السينية في دانيكن، بسويسرا منذ عام 2012. وفي هذا المرفق، يحتوي جهاز حزمة أشعة الإلكترون Rhodotron®‎ بقدرة 700 كيلو وات على هدف ثابت من التنتالوم المبرد بالماء لتحويل الإلكترونات المتسارعة إلى أشعة سينية. ومع ذلك، فإن وجود مرفق واحد فقط للأشعة السينية تسبب في مشاكل مع العملاء المتراكمين بسبب مخاوف تتعلق باستمرارية العمل في حالة انقطاع العملية. وفي الآونة الأخيرة، أعلن مقدمو خدمات التعقيم عن نيتهم الاستثمار في مرافق الأشعة السينية. وفي عامي 2019 و2020، أعلنت شركة Steris AST، التي تمتلك وتدير مرفق دانيكن، عزمها فتح مرافق إضافية للأشعة السينية في ألمانيا وماليزيا وهولندا وتايلاند وثلاثة في الولايات المتحدة. وبالإضافة إلى ذلك، أضافت شركة Steri-Tek الأشعة السينية إلى خدمات حزمة أشعة الإلكترون الحالية في فريمونت بكاليفورنيا، في عام 2019. وأعلنت الشركة أيضًا عن مرفق جديد يتضمن الأشعة السينية في دالاس في تكساس. وسيعتمد ما إذا كانت تقنية الأشعة السينية ستستحوذ على حصة كبيرة في السوق من تقنيات أشعة غاما أو حزمة أشعة الإلكترون لتعقيم الأجهزة الطبية، على عدد من العوامل، بما في ذلك نمو السوق.

التبخير بغاز أكسيد الإيثيلين وطرق أخرى

في أمريكا الشمالية، يتم إجراء حوالي 50 في المائة من تعقيم الأجهزة الطبية أحادية الاستخدام باستخدام التبخير بغاز أكسيد الإيثيلين. ويتضمن التبخير بغاز أكسيد الإيثيلين تعريض المنتج المعبأ على منصات داخل حجرة مُحكمة الإغلاق ومرطبة تتنوع في الحجم لكن يمكن أن تصل إلى 70 م3. ويعتبر غاز أكسيد الإيثيلين مناسبًا لتعقيم الأجهزة الطبية والمنتجات الأخرى التي لا يمكن معالجتها بالإشعاعات الأيونية أو أي طرق أخرى نظرًا لحجمها أو شكلها أو تعقيدها أو تركيبها المادي. وتشمل هذه المنتجات القسطرة وأنابيب الحقن في الوريد والبالونات داخل القصبة الهوائية وتصوير الأوعية. ومع ذلك، توجد ضغوط لتقليل مستويات الانبعاث والغاز المتبقي على المنتجات المعقمة الناتجة عن عمليات التبخير بغاز أكسيد الإيثيلين. ومن المتوقع أن تصدر وكالة حماية البيئة مقترحًا بشأن معايير الانبعاثات لعمليات التعقيم التجاري بغاز أكسيد الإيثيلين في عام 2021. ومن الممكن أن يؤدي هذا الاقتراح إلى تعقيم المزيد من المنتجات التي يتم تعقيمها حاليًا باستخدام غاز أكسيد الإيثيلين بطرق أخرى بما في ذلك التشعيع.

توجد خيارات أخرى لتعقيم الأجهزة الطبية. على سبيل المثال، تم استخدام البخار والحرارة الجافة في تعقيم المنتجات لعقود من الزمن، لكن درجات الحرارة المرتفعة المستخدمة في هذه الأساليب تحول دون معالجة العديد من المواد الحساسة للحرارة. ويظهر بيروكسيد الهيدروجين وثاني أكسيد النيتروجين المتبخّرين كبدائل لغاز أكسيد الإيثيلين، وبدأت بعض الشركات التجارية في تقديم هذه الأساليب كجزء من خدمات التعقيم.

5-2-3 اعتبارات اعتماد التقنية البديلة

أدت المخاوف المتزايدة بشأن توفر مصدر الكوبالت 60 ومستويات انبعاثات غاز أكسيد الإيثيلين والبقايا، إلى جانب عوامل أخرى، إلى الضغط على موردي الأجهزة الطبية للبحث عن تقنيات بديلة لتلبية الطلب على تعقيم الأجهزة. ويتوقع العديد من ممثلي الصناعة الذين تحدثوا إلى اللجنة، بالإضافة إلى خبراء آخرين، أن استخدام التعقيم بحزمة إشعاع الإلكترون والأشعة السينية سيزداد لتغطية طلب السوق الذي قد لا يتم تغطيته بأشعة غاما. وتتفق اللجنة مع الاستنتاج العام الذي خلص إليه تقرير سابق مفاده أن تركيبات حزمة أشعة الإلكترون ستستمر، بالإضافة إلى أنه سيتم أيضًا تركيب العديد من أجهزة الإشعاع بالأشعة السينية في المستقبل القريب (الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، 2019 أ). ولا تتوقع اللجنة انتقالاً كاملاً إلى التقنيات البديلة للتعقيم في العقد المقبل. وبدلاً-

___________________

⁶ الاتصالات بين شيرينكوف للاستشارات S.C.‎ وأورانيا كوستي، الأكاديميات الوطنية، في 10 مارس 2021.

من ذلك، من المتوقع أن تساهم جميع طرق تعقيم الأجهزة الطبية الرئيسية - غاما، وحزمة أشعة الإلكترون والأشعة السينية وغاز أكسيد الإيثيلين - في موثوقية السوق.

يعد الانتقال من تشعيع غاما إلى حزمة أشعة الإلكترون والأشعة السينية للتعقيم أمرًا سهلاً من الناحية النظرية لأن جميع طرق التعقيم المعتمدة معترف بها وفقًا لمعيار محدد (ISO 11137). ومع ذلك، فإن التعقيم باستخدام أشعة غاما من الكوبالت 60 أدى على مدى عقود إلى اكتساب خبرة والحصول على بيانات واسعة حول أداء المواد. ويوجد شح في هذه المعلومات بالنسبة لأداء المواد نفسها بعد التعقيم بحزمة أشعة الإلكترون والأشعة السينية. وسيحتاج المصنّعون الذين يفكرون في اعتماد تقنية بديلة إلى تحديد توافق المواد ومدى ملاءمة التقنيات البديلة والخضوع لدراسات إعادة التحقق لضمان معادلة التعقيم وعدم وجود تغيير في المواد. وقد يتطلب ذلك تقديم نموذج 510 (k) جديد لاستعمالات ما قبل التسويق أو ملاحق استعمال ما قبل التسويق، اعتمادًا على التصنيف التنظيمي للمنتج وتصميم المنتج أو التغييرات الأخرى المطلوبة. أيضًا، نظرًا لأنه يتم بيع العديد من المنتجات على مستوى العالم، فمن اللازم الحصول على موافقات متعددة. ولا يوجد توحيد في التنظيم الدولي، أو بالضرورة، في دراية الهيئات التنظيمية المختلفة بالطرق البديلة للتعقيم. وتعتبر إعادة التحقق عملية طويلة قد تستغرق سنوات ويمكن أن تشكل مخاطرة تجارية كبيرة. وتتجنب أسواق الرعاية الصحية المجازفة عمومًا نظرًا للعواقب المباشرة المحتملة على صحة الإنسان نتيجة للتغيرات في العمليات المطبقة.

للمساعدة في معالجة مشكلة فجوة المعلومات الموضحة أعلاه، نسقت مختبرات شمال غرب المحيط الهادئ الوطنية، بدعم من الإدارة الوطنية للأمن النووي، مشروعًا تعاونيًا مع مشاركة صناعة تعقيم الأجهزة الطبية بهدف جمع البيانات حول أداء أشعة غاما والتشعيع بحزمة أشعة الإلكترون والأشعة السينية لمجموعة واسعة من الأجهزة الطبية (فيفيلد وآخرون (Fifield et al.)، 2019). واستخدم الفريق، المعروف باسم Team Nablo،⁷ جهازين تجاريين نموذجيين تم تعقيمهما حاليًا باستخدام إشعاع غاما بالكوبالت 60 وتعريضهما للإشعاع بأربع جرعات ذات صلة بالتعقيم. وتضمنت الأجهزة المختارة للتحليل مكونات تتكون من ستة مواد بوليمر مميزة شائعة الاستخدام في صناعة الأجهزة الطبية وتم اختبارها من حيث حدوث تغيير في الوظيفة واللون. وخلص الفريق إلى أن أساليب حزمة أشعة الإلكترون والأشعة السينية تعد بدائل قابلة للتطبيق لإشعاع غاما بالكوبالت 60 (فيفيلد وآخرون (Fifield et al.)، 2021). وسيوفر هذا التعاون الناجح والجهود المستمرة الأخرى التي يبذلها الفريق، بيانات خضعت للمراجعة بواسطة الأقران ومطلوبة لتقديم التقارير التنظيمية وهي نموذج لدراسات المقارنة المستقبلية.

يتطلب الانتقال من تشعيع غاما إلى التقنيات البديلة أيضًا تعديلات جوهرية في المرافق مع تكاليف انتقال من المتوقع أن تكون كبيرة. وتختلف هذه التكاليف اعتمادًا على ما إذا كان المرفق الذي يستخدم الكوبالت 60 الحالي ينتقل إلى تقنية بديلة، أو مرفق كوبالت 60 جديد أو مرفق تشعيع بتقنية بديلة أو تطوير عملية موازية عن طريق إضافة تقنية بديلة في مرفق حالي للتشعيع بالكوبالت 60. وكلفت الإدارة الوطنية للأمن النووي مختبرات سانديا الوطنية (سانديا) بفحص التكاليف والفوائد والتحديات المرتبطة بتشغيل مرفق تشعيع بانورامي صناعي بأشعة غاما مقارنة باستبدال مشع غير إشعاعي. وتجري الدراسة على مراحل ومن المتوقع أن تنتهي في صيف 2021. وفي ختام الدراسة، ستقدم سانديا تقريرًا إلى الإدارة الوطنية للأمن النووي مع استراتيجية قرار للسماح للمنشأة بتحليل ما إذا كانت التقنية البديلة قد تكون خيارًا قابلاً للتطبيق. وسيتضمن التقرير أيضًا الدروس المستفادة للمشاركة المستقبلية في تبني التقنية البديلة.⁸

5-3 تشعيع الطعام

يمكن تعريض الطعام للإشعاع إما لأغراض السلامة أو الصحة النباتية. وتحتوي تلك العمليات والأهداف المميزة على بعض العناصر المشتركة، ولهذا السبب جرى مناقشتها معًا في هذا القسم.

تهدف معالجات سلامة الغذاء إلى تقليل انتقال الأمراض التي تنتقل عن طريق الأغذية وإطالة العمر الافتراضي للمنتجات ومنع الإنبات وإبطاء عملية النضج. ويهدف التطهير النباتي إلى حماية المحاصيل المحلية من الأنواع الغازية التي تنقلها الفواكه والخضروات والمنتجات الغذائية الأخرى عبر الحدود. ومكن أن تؤوي الفواكه والخضروات الطازجة مجموعة واسعة من الآفات، والتي ما لم يتم السيطرة عليها بشكل صحيح قد تنتشر على نطاق واسع، مما يؤدي إلى خسارة اقتصادية. ويمثل ذباب الفاكهة والفراشات والعث والبق الحشرات الأكثر شيوعًا التي تثير القلق في نقل المنتجات الطازجة. ولا يهدف التطهير النباتي إلى القتل، بل إلى وقف تطور أو تكاثر أي آفات قد تحملها المنتجات. ونظرًا لأن القتل ليس دائمًا هدف العلاج، فقد يتم العثور على آفات مستهدفة حية. ولذلك، من الضروري أن يضمن العلاج عدم قدرتها على التكاثر. ويمكن تطبيق معالجة المنتجات لأغراض الصحة النباتية في بلد المنشأ أو في ميناء الدخول أو أثناء العبور.

___________________

⁷ إحياءً لذكرى صموئيل في نابلو، المعروف لدى الكثيرين في صناعة المعالجة بالإشعاع.

⁸ جودي ليبرمان، مختبرات سانديا الوطنية، عرض تقديمي أمام اللجنة في 25 فبراير 2021.

ولعل الطريقة الأكثر شيوعًا لمعالجة الأغذية لأغراض السلامة هي الحرارة (البسترة). وتشمل الأساليب الأخرى المعالجة بالضغط العالي والتقنيات الناشئة بما في ذلك المجال النبضي والمعالجة فوق البنفسجية. وتمت الموافقة على استخدام التشعيع لسلامة الأغذية في 40 دولة، لكنه لا يزال محدودًا للغاية مع وجود تباين كبير بين البلدان فيما يتعلق بمقبوليته. وتعتبر الصين أكبر مستهلك للأغذية المعالجة بالإشعاع حيث تتم معالجة أكثر من مليون طن من المواد الغذائية حاليًا عن طريق الإشعاع سنويًا، بزيادة من 600,000 طن في عام 2015 (ميكسو (MeiXu)، 2021). ومع ذلك، حتى في الصين حيث يتم قبول تشعيع الطعام، فإنه لا يزال يستخدم فقط في عدد قليل من الاستعمالات المتخصصة، على سبيل المثال، لمعالجة منتجات الدجاج المخلل والتوابل والخضروات المجففة.

وافقت إدارة الغذاء والدواء على مجموعة متنوعة من الأطعمة لتعرضها للإشعاع في الولايات المتحدة بما في ذلك لحوم البقر ولحم الخنزير والدواجن والقشريات والفواكه والخضروات الطازجة والبيض السليم والتوابل والبهارات. ومع ذلك، يتم حاليًا تعريض القليل جدًا من الطعام للإشعاع في الولايات المتحدة لسلامة الأغذية ويرجع ذلك أساسًا إلى عدم قبول الجمهور للأغذية المعالجة بالإشعاع (راجع المناقشة في القسم 5-3-3). وينطبق الشيء نفسه على أوروبا حيث انخفض الإشعاع الغذائي في العقدين الماضيين. وتعد التوابل أكبر فئة من الأطعمة التي يتم تشعيعها في الولايات المتحدة. ويتم أيضًا تقديم الأطعمة المعالجة بالإشعاع للمرضى في المستشفى الذين يعانون من نقص المناعة بسبب المرض أو العلاج ولرواد الفضاء لتجنب الإصابة بالأمراض المنقولة عن طريق الغذاء في الفضاء.

تعد الطريقة الأكثر شيوعًا للتعقيم النباتي في الولايات المتحدة هي التبخير بالمواد الكيميائية، على سبيل المثال، بروميد الميثيل (حوالي 95 في المائة). وتمثل الأساليب الأخرى مثل الحرارة (44-48 درجة مئوية)، والبرودة (0-2 درجة مئوية)، والإشعاع مجتمعة تمثل 5 في المائة المتبقية. ويتم تطبيق المعالجة الحرارية والإشعاع والتبخير قبل شحن المنتجات الغذائية أو عند الوصول وعادة ما يتم ذلك خلال ساعات أو أقل. ويتم تطبيق العلاجات الباردة عادة أثناء النقل، حيث تستغرق من 12 إلى 22 يومًا لتصبح فعالة. وتعتمد طريقة التطهير النباتي المناسبة والبروتوكول الخاص بهذه الطريقة على الآفة ونوع المنتج الغذائي. التشعيع يوقف تطور الآفات؛ الطرق الأخرى لقتل الآفات (هالمان (Hallman)، 2007).

بغض النظر عن المنتج أو الاستعمال الغذائي، تنظم إدارة الغذاء والدواء استخدام الإشعاع على الأطعمة، كإضافات غذائية (على عكس العملية الفيزيائية) مع الإشراف على استخدامها المشترك مع وزارة الزراعة الأمريكية. وقررت إدارة الغذاء والدواء أن تشعيع غاما (باستخدام الكوبالت 60 أو السيزيوم 137) والأشعة السينية وحزمة أشعة الإلكترون آمنة وفعالة بالقدر نفسه لعلاجات تشعيع الأغذية المعتمدة، بما في ذلك الحد من مسببات الأمراض واستعمالات الصحة النباتية (وزارة الزراعة الأمريكية (USDA)، 2016). وتحدد إدارة الغذاء والدواء أيضًا متطلبات الملصقات الخاصة بالأغذية المعالجة بالإشعاع برمز رادورا (Radura) الدولي للإشعاع، إلى جانب البيان المناسب على الملصق الغذائي. ويجب وضع علامة على الأطعمة السائبة مثل اللحوم والبيض والفواكه والخضروات باستخدام رمز رادورا. ومع ذلك، لا تتطلب إدارة الغذاء والدواء أن تكون المكونات الفردية في الأطعمة متعددة المكونات مثل التوابل، موصوفة على هذا النحو.

يتم تحديد متطلبات الصحة النباتية لواردات الولايات المتحدة والشحنات الإقليمية من قبل وزارة الزراعة الأمريكية ويتم فرضها بواسطة هيئة فحص صحة الحيوان والنبات التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية بالتعاون مع شركائها في الولايات. ويوجد أكثر من 150 مرفقًا محليًا لمعالجة الصحة النباتية معتمدًا من وزارة الزراعة الأمريكية في الولايات المتحدة وخارجها. ومن بين هذه المرافق، تستخدم ثلاثة مرافق استيراد فقط (مرفقان للتشعيع بحزمة أشعة الإلكتروني وواحد بالكوبالت 60) الإشعاع لأغراض الصحة النباتية. ويوجد أيضًا مرفق واحد يستخدم الكوبالت 60 ومرفق واحد يستخدم الأشعة السينية لمعالجة الشحنات الإقليمية. وعلى الصعيد الدولي، تمتلك وزارة الزراعة الأمريكية ثمانية مرافق تستخدم الكوبالت 60 ومرفقًا واحدًا يستخدم حزمة أشعة الإلكترون. وكانت البلدان الأخرى غير الولايات المتحدة التي استوردت سلعًا طازجة مطهرة عن طريق التشعيع هي أستراليا وإندونيسيا وماليزيا والمكسيك ونيوزيلندا وفيتنام.

تتحدد متطلبات الصحة النباتية لصادرات الولايات المتحدة عادة من خلال الاتفاقيات الثنائية بين الولايات المتحدة والدول المستوردة أو اتفاقيات التجارة متعددة الأطراف. ولدى كل بلد جرعات معتمدة فعالة مختلفة، رغم أن معظمها يتبع المبادئ التوجيهية الصادرة عن المعايير الدولية لتدابير الصحة النباتية (المعيار الدولي لتدابير الصحة النباتية 18 و28) (منظمة الأغذية والزراعة والاتفاقية الدولية لوقاية النباتات (FAO and IPPC)، 2019).

5-3-1 تقنيات النظائر المشعة

النسبة لتشعيع الطعام، يجب أن تكون الجرعة الممتصة الدنيا كافية لتحقيق الغرض من الاستعمال (سلامة الأغذية أو الصحة النباتية) ويجب ألا تؤثر الجرعة الممتصة القصوى على الصحة والسلامة الهيكلية والرائحة أو الذوق. وتحدد المواصفة القياسية ISO 14470 (2011) متطلبات التطوير والتحقق من الصحة والتحكم الروتيني في معالجات الأغذية باستخدام الإشعاع الأيوني. وتكون الجرعات المستخدمة في تشعيع سلامة الأغذية أكبر من الجرعات المستخدمة في أغراض الصحة النباتية. وتُستخدم جرعة أقل من 2 كيلوغراي (kGy) لتأخير إنبات الخضراوات وشيخوخة الفاكهة. وتستخدم جرعات تتراوح بين 1 و10 كيلوغراي لتقليل مستويات

الكائنات المسببة للأمراض، على غرار البسترة. وتُستخدم الجرعات التي تزيد عن 10 كيلوغراي لتحقيق التعقيم (مثل التعليب) أو لتطهير بعض المكونات الغذائية مثل التوابل.

في التطعيم النباتي، تعتبر الجرعة العامة الأكثر شيوعًا هي 400 غراي، لكن المؤشرات تشير إلى أن هذا أعلى من اللازم لخدمة الغرض (هالمان وبلاكبيرن (Hallman and Blackburn)، 2016). وتُستخدم هذه الجرعة العامة في فئة الحشرات (على سبيل المثال، ذباب الفاكهة) لكنها غير خاصة بالمنتج الغذائي، مما يبسط البروتوكول المطبق عند مقارنته بعلاجات الصحة النباتية الأخرى.

وتتم معالجة معظم المنتجات الغذائية والزراعية المعالجة بالإشعاع في مرافق تستخدم أشعة غاما من الكوبالت 60.⁹ وهذه المرافق عادة ليست مرافق مخصصة، لكنها بدلاً من ذلك مرافق متعددة الأغراض تستخدم بشكل أساسي لتعقيم الأجهزة الطبية. وذُكر في ندوة،¹⁰ عقدت مؤخرًا أن استخدام تشعيع غاما للأغذية يشكل تحديات تتعلق بالأمن والاقتصاد والتوافر؛ وأن المرافق متعددة الأغراض يتم تحسينها عادة لتعقيم الأجهزة الطبية؛ وأن التقنية ليست مناسبة تمامًا للبلدان التي لا يزال الأمن الغذائي فيها يمثل مشكلة. ونتيجة لذلك، يتم بناء عدد أقل من مرافق الكوبالت 60 لتشعيع الأغذية. على سبيل المثال، في الصين، كان هناك حوالي 130 مرفقًا تعمل تستخدم الكوبالت 60 في عام 2019 مسؤولة عن 70 إلى 80 في المائة من الأغذية المعالجة بالإشعاع (ميكسو (MeiXu)، 2021). ولم يتم بناء مرافق جديدة في السنوات الخمس الماضية. وبدلاً من ذلك، كما هو مذكور في القسم 5-3-2، تستثمر الصين في مرافق حزمة أشعة الإلكترون، وتم بناء 5 إلى 10 مرافق جديدة كل عام على مدار السنوات الخمس الماضية. ومع ذلك، تم الانتهاء مؤخرًا من مرافق غاما الجديدة في فيتنام¹¹ والهند.¹²

5-3-2 التقنيات البديلة

تُستخدم المعالجات الحرارية والإضافات الكيميائية غالبًا لأغراض سلامة الأغذية والصحة النباتية، ويُستخدم البخار وغاز أكسيد الإيثيلين للتوابل وبعض المنتجات الغذائية. على سبيل المثال، يتم تعقيم الأطعمة المعلبة تجاريًا باستخدام التبخير المضغوط والمشبع للمنتجات المعبأة في غرفة بخار. ويحدث الموت الميكروبي بناءً على عوامل عديدة بما في ذلك وقت ودرجة حرارة العلاج وخصائص المقاومة الحرارية للكائن المستهدف.

يعد التبخير ببروميد الميثيل أكثر طرق معالجة الصحة النباتية شيوعًا في الولايات المتحدة. ورغم التكاليف التنظيمية المتزايدة على مدى العقود العديدة الماضية، تظل الطريقة فعالة من حيث التكلفة ويمكن تنفيذها في مرافق بسيطة. ويتمثل العيب الرئيسي للتبخير ببروميد الميثيل في أنه تم التعرف على المادة الكيميائية منذ فترة طويلة كمادة مستنفدة للأوزون بصورة كبيرة، وتم التخلص التدريجي من استخدامها في الاستعمالات غير الحرجة نتيجة للاتفاقات الدولية. ورغم أن استخدامات الصحة النباتية بعد الحصاد جرى إعفاؤها إلى أجل غير مسمى من هذه القيود، إلا أنه لا يزال هناك ضغط محلي ودولي لتقليل استخدامها لأسباب تتعلق بالصحة أو البيئة أو السلامة المهنية. ونتيجة لذلك، تشجع وزارة الزراعة الأمريكية بنشاط استخدام البدائل بما في ذلك الإشعاع الأيوني، لعلاجات الصحة النباتية عندما يكون ذلك ممكنًا (بيلاي وآخرون (Pillai et al.)، 2014). ولم يغير التوافر التجاري لأنظمة الاستعادة وتطوير العمليات لاحتواء أو تدمير أو إعادة استخدام بروميد الميثيل بعد الاستخدام لتقليل الآثار السلبية، من موقف وزارة الزراعة الأمريكية من المعالجة.

يعتبر العيب الرئيسي للمعالجات الباردة لأغراض الصحة النباتية هو المعالجات الطويلة المطلوبة التي يتم تطبيقها عادة بعد التعبئة أثناء النقل الذي يستغرق فترات طويلة. وقد تشكل فترات المعالجة الطويلة نسبيًا أيضًا مخاطر تجارية في حالة انقطاع التيار الكهربائي أو تعطل المعدات. وبالنسبة لبعض المنتجات، قد توجد حاجه إلى إعادة العملية في حالة انقطاع المعالجة الذي يؤدي إلى زيادة في درجة الحرارة أقل من 1° مئوية، حتى لفترة قصيرة من الوقت. تختلف سرعة معالجات الصحة النباتية بالهواء الساخن باختلاف مجموعة واسعة من العوامل، بما في ذلك المنتج وتغليف المنتج وحجم المرفق وتصميمه والرطوبة الموجودة في الهواء في موقع المرفق. وتُعد معالجة الهواء الساخن أحد أصعب معالجات الصحة النباتية التي يجب إدارتها لأن العديد من المتغيرات يمكن أن تؤثر على فعاليتها. على سبيل المثال، قد تؤدي المعالجات السريعة بالهواء المكيف إلى إتلاف السلع الخاضعة للمعالجة، بينما قد تفشل الاستعمالات الأبطأ إذا كانت الآفات قادرة على التأقلم مع درجة الحرارة المتزايدة من خلال "بروتينات الصدمة الحرارية".

___________________

⁹ يُرجى الاطلاع على http://www-naweb.iaea.org/nafa/fep/crp/fep-xray-application-food-irradiation.html.

¹⁰ الندوة الدولية لإشعاع الغذاء، 9-11 مارس 2021.

¹¹ يُرجى الاطلاع على https://iiaglobal.com/news/offer-irradiation-services-expanding-vietnam.

¹² يُرجى الاطلاع على https://iiaglobal.com/news/more-gamma-irradiators-in-india.

يمكن استخدام أساليب أشعة الإلكترون والأشعة السينية بشكل فعال لكل من سلامة الأغذية وأغراض الصحة النباتية. وفي الولايات المتحدة، يبلغ الحد الأعلى للمعالجة بحزمة أشعة الإلكترون المستخدمة في الأطعمة 10 ميغا إلكترون فولت والمعالجة بالأشعة السينية 7.5 ميغا إلكترون فولت. وخارج الولايات المتحدة، يبلغ الحد الأقصى للمعالجة بخزمة أشعة الإلكترون أيضًا 10 ميغا إلكترون فولت، لكن بالنسبة لمعظم البلدان، فإن الحد الأقصى للطاقة المسموح بها للمعالجة بالأشعة السينية هو 5 ميغا إلكترون فولت. ويسمح عدد قليل من البلدان الأخرى، على سبيل المثال، كندا والهند وإندونيسيا وجمهورية كوريا باستخدام 7.5 ميغا إلكترون فولت من الأشعة السينية لتشعيع المنتجات الغذائية. وتجعل الزيادة من 5 إلى 7.5 ميغا إلكترون فولت، استخدام تقنية الأشعة السينية أكثر اقتصادًا وتتيح أيضًا زيادة في الإنتاجية.

يمكن تقسيم استعمالات معالجة الأغذية لتقنية حزمة أشعة الإلكترون إلى ثلاثة استعمالات: استعمالات منخفضة الطاقة (أقل من 1 ميغا إلكترون فولت)، ومتوسطة الطاقة (من 1 إلى 8 ميغا إلكترون فولت)، وعالية الطاقة (من 8 إلى 10 ميغا إلكترون فولت). وتشمل الاستعمالات الحالية منخفضة الطاقة، التعقيم الداخلي لمواد التعبئة والتغليف والتطهير المباشر وتعقيم أسطح البذور. وتشمل الاستعمالات متوسطة الطاقة معالجة الصحة النباتية للفواكه والخضروات المعبأة. وتشمل الاستعمالات عالية الطاقة التشعيع لأغراض سلامة الأغذية للتوابل واللحوم المعبأة والمأكولات البحرية والأطعمة الأخرى.

في عام 2014، بدأت منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة والوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، مشروعًا بحثيًا منسقًا بهدف تسريع تطوير وتسهيل تنفيذ التقنيات العملية لتشعيع الأغذية والمنتجات الزراعية باستخدام حزمة أشعة الإلكترون والأشعة السينية. ومن المتوقع ظهور نتائج المشروع في يونيو 2021.¹³ بالإضافة إلى ذلك، أطلق القسم المشترك بين منظمة الأغذية والزراعة والوكالة الدولية للطاقة الذرية لاستخدام التقنيات النووية في الأغذية والزراعة، بالتعاون مع قسم العلوم الفيزيائية والكيميائية في الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، خطة بحثية مشتركة جديدة على مدى 5 سنوات (2020-2025) بعنوان ابتكار المعالجة الإشعاعية للأغذية باستخدام الأشعة منخفضة الطاقة من مصادر الآلة. وفي سبتمبر 2020، بموجب اتفاقية التعاون الإقليمي لآسيا والمحيط الهادئ التي تضم 22 طرفًا حكوميًا، أطلقت الوكالة أيضًا مشروعًا بعنوان تعزيز تشعيع الأغذية باستخدام حزمة أشعة الإلكترون وتقنية الأشعة السينية لتعزيز سلامة الأغذية والأمن والتجارة. ويهدف هذا المشروع إلى معالجة اعتماد تشعيع الأغذية على مرافق غاما باستخدام الكوبالت 60 وتعزيز تقنيات التشعيع البديلة.

5-3-3 اعتبارات اعتماد التقنية البديلة

لا يحتل التشعيع حتى الآن مكانة بارزة بين العمليات الغذائية. ولا يزال يُنظر إلى قبول المستهلك له على أنه التحدي الرئيسي في اعتماد هذه الطريقة في سلامة الأغذية. وبالتالي، فإن إمكانات التقنية للحد من الأمراض التي تنتقل عن طريق الأغذية وخسائر ما بعد الحصاد تظل في الغالب غير مستغلة. ويعد استخدام التشعيع لمنع انتشار الآفات الحشرية الغازية التطور الأخير الوحيد نحو التوسع في تشعيع الأغذية.

بشكل عام، زادت التجارة العالمية للمنتجات الغذائية المعالجة بالإشعاع لأغراض الصحة النباتية من حوالي 5,000 طن من الأغذية في عام 2007 إلى أكثر من 45,000 في عام 2019 (هيون (Hénon)، 2021). وكانت غالبية الزيادة في السنوات الأخيرة في البلدان التي تحتاج إلى منتجات مشعة لسوقها المحلي أو ترى فرصة لتطوير الأسواق في الخارج. وتشمل الأمثلة أستراليا والهند وتايلاند وفيتنام. ومن المحتمل أن يستمر زيادة التشعيع لأغراض الصحة النباتية في هذه البلدان وغيرها في السنوات القادمة.

على الرغم من أن حدوث الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية يؤثر بشكل غير متناسب على السكان في البلدان منخفضة ومتوسطة الدخل، فمن غير المرجح تم تنفيذ التشعيع الغذائي في العديد من هذه البلدان. على سبيل المثال، في إفريقيا، باستثناء مصر وجنوب أفريقيا، لا يمكن أن يدعم الافتقار إلى الموارد والبنية التحتية الأساسية، تقنيات تشعيع الأغذية على النطاق اللازم لتكون فعالة. وتعد الإجراءات الأخرى أكثر إلحاحًا من التشعيع لتعزيز سلامة الأغذية في البلدان الأفريقية، بما في ذلك تحسين المناولة والنقل وظروف تخزين الأغذية.

ظهر تشعيع الأغذية فوائد عملية عند استخدامه لأغراض سلامة الأغذية والصحة النباتية. وفي التطهير النباتي، تخضع الطريقة التي يستخدمها المنتجون لمنتج معين لعدة قيود: يجب أن تقضي بشكل فعال على الآفة المستهدفة أو تُحيدها بينما يكون لها تأثير سلبي ضئيل على المنتج نفسه، ويجب أن تكون فعالة من حيث التكلفة، ويجب أن تكون مقبولة بيئيًا، ويجب أن تفي بالمتطلبات المحددة للمنتج في موقع المستهلك (هالمان (Hallman)، 2007). ويتمتع الإشعاع بمزايا عديدة مقارنة بمعالجات الصحة النباتية الأخرى. وفي حين أن تطوير بروتوكولات الحرارة والبرودة والتبخير يتضمن دراسة كل مجموعة من آفات الفاكهة، فإنه من الممكن تطوير علاجات إشعاع عامة لأنواع الآفات بغض النظر عن السلعة (هالمان (Hallman)، 2011). وتشمل العيوب الاختناقات اللوجيستية

___________________

¹³ يُرجى الاطلاع على https://www.iaea.org/projects/crp/d61024.

بسبب التوافر الحالي المحدود للتقنية وعدم وجود تحقق مستقل من فعالية العلاج لأن الآفات يمكن العثور عليها حية بعد المعالجة أثناء فحص السلع.

مع تزايد القيود المفروضة على استخدام المبخرات الكيميائية من قبل البلدان المستوردة، يتزايد استخدام التشعيع لأغراض الصحة النباتية في جميع أنحاء العالم.¹⁴ وفي الولايات المتحدة، من المسلم به وجود حاجة لبدائل بروميد الميثيل لاستخدامها كتدابير للصحة النباتية، خاصة لأنه قد تُوضع قيود مستقبلية على استخدام بروميد الميثيل. وتوجد خطط أولية للتكليف بإنشاء أربعة مرافق تشعيع في الولايات المتحدة لأغراض الصحة النباتية: اثنان في تكساس (مرفق يستخدم حزمة أشعة الإلكترون، ومرفق يستخدم الأشعة السينية) ومرفق في جنوب فلوريدا (يستخدم الأشعة السينية)، ومرفق في نيو جيرسي (يستخدم الأشعة السينية) أو ربما الكوبالت 60). وقد يتم تشغيل بعض هذه المرافق في السنوات الثلاث المقبلة.¹⁵ وفي أستراليا، افتتحت Steritech مؤخرًا مرفقًا هجينًا مخصصًا لحزمة أشعة الإلكترون / الأشعة السينية معتمدًا للعديد من سلع المنتجات الطازجة وأسواق التصدير.

تعتبر الصين أكبر مستثمر في العالم حتى الآن في مجال تشعيع الأغذية. وتستثمر الدولة في حزمة أشعة الإلكترون لتشعيع الأغذية لأغراض السلامة، حيث تم تركيب 5 إلى 10 آلات جديدة كل عام خلال السنوات الخمس الماضية. وفي عام 2019، كان هناك حوالي 78 مسرّع حزمة أشعة إلكترون في البلاد. لا يوجد تقدم في اعتماد تشعيع الأغذية لأغراض السلامة في أجزاء كثيرة من العالم بما في ذلك الولايات المتحدة واليابان، كما أنه ينخفض في أوروبا. وتم تقديم عدة أسباب لشرح هذه الاتجاهات.

أولاً، أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على اعتماد المعالجة بالإشعاع هو الفهم العام للعملية وقبولها. ورغم اتفاق الخبراء في الغالب على أن التشعيع وسيلة فعالة لتوفير منتجات أكثر أمانًا للمستهلك (منظمة الصحة العالمية وآخرون (WHO et al.)، 1981)، إلا أن مصنعي الأغذية والموزعين يترددون في تقديم منتج يوجد قلق لدى المستهلك العام منه وتصورات سلبية حياله. وتتضمن هذه التصورات مخاوف من أن يؤدي الطعام المعالج بالإشعاع إلى جعل الطعام مشعًا وبالتالي يمكن أن يسبب السرطان وأن الإشعاع يغير التركيب الكيميائي للغذاء أو يقلل من القيمة الغذائية للمنتج الغذائي (كاستيل بيريز و موريرا (Castell-Perez and Moreira)، 2021). وأصدرت إدارة الغذاء والدواء بيانات تشير إلى أن هذه التصورات السلبية خاطئة.¹⁶ وتوجد بعض الأدلة على أنه كلما زاد فهم المستهلكين لاستخدام الإشعاع كوسيلة فعالة للوقاية من الأمراض التي تنتقل عن طريق الأغذية، زادت احتمالية قبول الطعام المعالج بالإشعاع وشرائه (كاستيل بيريز و موريرا (Castell-Perez and Moreira)، 2021).

ثانيًا، يوجد نقص في التنسيق والمواءمة بين اللوائح في التجارة الدولية. وأوصت هيئة Codex Alimentarius (أو دستور الغذاء) (Codex 1984) بمعايير منسقة للأغذية المعالجة بالإشعاع ومدونة دولية للممارسات لتشغيل مرافق الإشعاع المستخدمة في معالجة الأغذية. وتنص هذه المعايير على أنه يجب أن تكون الأطعمة المعالجة بالإشعاع مصحوبة بوثائق الشحن التي تحدد جهاز الإشعاع وتاريخ المعالجة ورقم تعريف الدفعة والجرعة وتفاصيل أخرى عن العلاج. عملت المجموعة الاستشارية الدولية المعنية بإشعاع الأغذية (ICGFI)، التي أُنشئت تحت رعاية منظمة الأغذية والزراعة ومنظمة الصحة العالمية والوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، من عام 1982 إلى عام 2004 لتوحيد معايير تشعيع الأغذية في جميع أنحاء العالم. ومن بين أنشطتها، جمعت المجموعة اللوائح الوطنية، وأصدرت مدونة الممارسة لتشعيع الأطعمة المختلفة واقترحت إذنًا بالإشعاع حسب فئة الطعام، وهي موافقة عامة تبسط التجارة.

ثالثًا، يتم الاستعانة بمصادر خارجية في الوقت الحالي لإشعاع الأغذية في المقام الأول، مع وجود مراكز معالجة إشعاعية متعددة الأغراض في مواقع يمكن أن تخدم عددًا كبيرًا من العملاء المحتملين وتقدم خدماتهم على أساس تعاقدي لمجموعة واسعة من الشركات. ويعتبر هذا النموذج لخدمة تشعيع الأغذية بشكل عام غير موات لتوسيع هذا الاستعمال بسبب التكاليف المرتبطة بنقل المنتجات الغذائية إلى المرفق والفترة الزمنية الطويلة (حوالي 4 أيام)، التي قد يكون لها آثار سلبية على بعض المنتجات. وأُشير إلى أن الاستثمارات الخاصة في أجهزة حزمة أشعة الإلكترون والأشعة السينية التي تدمجها في التصنيع أو التغليف قد تغير وجهات نظر الصناعة بشأن تشعيع الأغذية (بيلاي (Pillai)، 2021).

رابعًا، يُعتقد أن وضع ملصقات تعريفية على الأغذية المعالجة بالإشعاع يتسبب في تأثير سلبي على قبول الأطعمة المعالجة بالإشعاع. وكان تشعيع الأغذية في أوروبا نشطًا، لا سيما في بلجيكا وفرنسا وهولندا، لكنه انخفض بسرعة بعد إنفاذ لائحة الاتحاد الأوروبي في عام 1999 التي تتطلب وضع ملصقات صارمة على الأطعمة المعالجة بالإشعاع.¹⁷ على وجه التحديد، بلغ التشعيع التجاري للأغذية في فرنسا 20,000 طن في عام 1998 لكنه انخفض إلى 3,000 طن في عام 2005 (كومي وآخرون (Kume et al.)، 2009). وفي عام 2018، بدأ الاتحاد الأوروبي، في إطار التنظيم الأفضل، تقييمًا لما إذا كان توجيه 1999 يظل ذا صلة وفعالية.

___________________

¹⁴ لورا جيفرز، وزارة الزراعة الأمريكية (USDA)، عرض تقديمي أمام اللجنة في 6 يناير 2021.

¹⁵ بريد إلكتروني بين لورا جيفرز، وزارة الزراعة الأمريكية، وأورانيا كوستي، الأكاديميات الوطنية، في 26 يناير 2021.

¹⁶ يُرجى الاطلاع على https://www.fda.gov/food/buy-store-serve-safe-food/food-irradiation-what-you-need-know.

¹⁷ ويغطي التوجيه الإطاري ‎1999/2/EC العملية ووضع الملصقات وشروط الترخيص بتشعيع الأغذية، كما يسرد التوجيه التنفيذي ‎1999/3/EC الأطعمة والمكونات المسموح معالجتها بالإشعاع الأيوني.

5-4 تعقيم الحشرات

تهدف تقنية الحشرة العقيمة إلى مكافحة الآفات التي يمكن أن تلحق الضرر بالمحاصيل والنباتات الأخرى عن طريق تعقيم ذكور الحشرات. وتستخدم تلك التقنية جرعات إشعاعية كافية لجعلها عقيمة، لكن دون إضعافها حتى تظل قادرة على منافسة الذكور البرية للتزاوج. وفي حالة إطلاق ذكور الحشرات بأعداد كافية، فإنها تقلل من التكاثر عن طريق التزاوج مع الإناث التي لا تنجب (راجع الشكل 5-4). ويمكن شحن الحشرات العقيمة من المرفق إلى بلدان أخرى بغرض إدارة مكافحة الآفات.s

يُفضل عمومًا استخدام مرحلة الشرنقة المتأخرة للإشعاع لأنها أكثر عملية للتعامل مع الخوادر وشحنها وأسهل لتحقيق توازن مقبول بين القدرة التنافسية والعقم. وعند الوصول إلى الوجهة النهائية، تحتاج الخوادر أو الحشرات البالغة المعالجة بالإشعاع إلى الحصول على تصريح من السلطات الوطنية للصحة النباتية والجمارك. ويجب أن تتوافق الحشرات العقيمة مع معايير مراقبة الجودة وإجراءات التشغيل المقبولة دوليًا (منظمة الأغذية والزراعة وآخرون (FAO et al.)، 2019). وقبل إطلاقها، تخرج الحشرات العقيمة من طور العذراء، وتتغذى وتنضج، ثم يتم تحميلها في وسائل توصيل للإطلاق الجوي أو الأرضي. ويتم استخدام أنظمة التبريد والحرمان من الأكسجين كوسيلة لإطالة وقت تخزين الخوادر المعالجة بالإشعاع والبالغين أثناء النقل دون تقليل طول العمر وقدرة الذكور على الأداء في الميدان.

وتم استخدام تقنية الحشرة العقيمة ضد عدد قليل نسبيًا من أنواع الحشرات بما في ذلك الدودة الحلزونية للعالم الجديد وذباب "تسي تسي" ومجموعة متنوعة من ذباب الفاكهة وبعض العث. والجدير بالذكر أن تقنية الحشرة العقيمة لا تُستخدم على نطاق واسع لمكافحة البعوض للمساعدة في القضاء على الأمراض التي ينقلها البعوض مثل حمى الضنك والملاريا بسبب صعوبة تشعيع الذكور دون التقليل من تنافسية التزاوج والبقاء على قيد الحياة (ليس وآخرون (Lees et al.)، 2015). بالإضافة إلى ذلك، تعد مرحلة الخادرة في البعوض قصيرة وبالتالي لا يمكن شحنها لمسافات طويلة. وبدلاً من ذلك، يحتاج البعوض إلى الخضوع للعلاج وإطلاقه محليًا. وحدث تكثيف للتعاون العالمي لتطوير تقنية الحشرة العقيمة لمكافحة البعوض في أعقاب وباء زيكا في 2015-2016. وتتضمن تقنية جديدة، تدعمها الوكالة الدولية للطاقة الذرية بالتعاون مع منظمة الأغذية والزراعة، مزيجًا من تقنية الحشرة العقيمة وأسلوب الحشرة غير المتوافقة¹⁸ لكبح تجمعات البعوض. وتم نشر النتائج الناجحة في مكان آخر (زينجغ وآخرون (Zheng et al.)، 2019).

___________________

¹⁸ في هذه الطريقة، يُصاب الذكور الذي يتم إطلاقهم ببكتيريا الولبخية الموروثة من الأم، مما يؤدي إلى تزاوجات عقيمة مع إناث الحقل غير المصابات بنفس سلالة الولبخية، وهي ظاهرة تُعرف باسم عدم التوافق السيتوبلازمي.

فيما يخص تقنية الحشرة العقيمة، لا يُقصد بالعقم (عدم إنتاج الأمشاج) أو يُستخدم لأنه من الهام إنتاج الحيوانات المنوية في الواقع. وإذا كان الذكور العقيمون غير قادرين على إنتاج الحيوانات المنوية، فمن المحتمل أن تؤدي المنافسة في الإناث المتعافية إلى قبول الحيوانات المنوية (غير الموجودة) من الذكور العقيمين. وقد يؤدي هذا إلى إخصاب معظم أو كل البويضات من الإناث التي تتزاوج أكثر من مرة بواسطة حيوانات منوية غير معدلة وبالتالي تكون قابلة للحياة، ما لم يكن جميع أقرانها عقيمين (ألفي وآخرون (Alphey et al.)، 2006).

يوجد نوعان من التحديات الرئيسية في تقنية الحشرة العقيمة (SIT): (أ) انخفاض الأداء الناجم عن الإشعاع و(ب) الفصل بين الجنسين. وبالنسبة للنقطة (أ)، يحدث الضرر الإشعاعي لكل من الخلايا الجسدية وخلايا السلالة الجرثومية، وبالتالي تقلل جرعة الإشعاع المطلوبة للتعقيم أيضًا من أداء ذكور الحشرات المعقمة، مما يجعلها أقل قوة (باركر وميهتا (Parker and Mehta)، 2007). وللتعويض عن هذا النقص في الفعالية، يجب تربية وإطلاق المزيد من الحشرات العقيمة، وهي أغلى ثمنًا (ألفي (Alphey)، 2016). بالنسبة للنقطة (ب)، لمعظم حشرات الآفات، لا توجد وسيلة عملية متاحة للفصل بين الجنسين على نطاق واسع، ومع ذلك فإن إطلاق مجموعة الذكور فقط أمر مرغوب فيه لسببين. أولاً، قد تتلف الإناث الفاكهة، حتى لو تم تعقيمها، مما يتسبب بشكل مباشر في بعض الضرر الذي يهدف برنامج المكافحة إلى تقليله. ثانيًا، في حالة إطلاق الذكور والإناث معًا، قد يغازل الذكور الإناث العقيمة، وبالتالي لا يبحثون عن الإناث البرية بشكل فعال كما لو تم إطلاق سراحهم دون إناث عقيمة (ألفي وآخرون (Alphey et al.)، 2006). أدى إطلاق الذكور العقيمة فقط من ذبابة فاكهة البحر الأبيض المتوسط إلى زيادة فعالية قمع العدد بمقدار ثلاثة إلى خمسة أضعاف مقابل إطلاق الذكور والإناث خلال التجارب الميدانية واسعة النطاق (ريندون وآخرون (Rendón et al.)، 2004).

تعمل أشعة غاما والأشعة السينية وحزم أشعة الإلكترون بطريقة مشابهة إلى حد كبير لتحقيق تعقيم الحشرات: يعطل الإشعاع المؤين الوظيفة الخلوية الطبيعية في الآفات بواسطة كسر الروابط الكيميائية داخل الحمض النووي والجزيئات الحيوية الأخرى (باركاي غولان وفوليت (Barkai-Golan and Follett)، 2017؛ فوليت (Follett)، 2014؛ هالمان وبلاكبيرن (Hallman and Blackburn)، 2016). وربما يكون هذا الضرر مباشرًا، حيث تتم إزالة الإلكترونات من الجزيئات البيولوجية، مثل الحمض النووي، أو الحمض النووي الريبي، أو البروتينات، أو غير مباشر، من الجذور الحرة التي تشكلت أثناء تأين جزيئات الماء داخل الأنظمة البيولوجية.

اعتبارًا من فبراير 2021، أدرج دليل الوكالة الدولية للطاقة الذرية لبرامج تقنية الحشرة العقيمة (DIR-SIT)¹⁹ أكثر من 50 برنامجًا لتقنية الحشرة العقيمة في 26 دولة، ومن المتوقع تحديثه في وقت لاحق من العام. وتستخدم معظم برامج تقنية الحشرة العقيمة أشعة غاما بالكوبالت 60. ويمكن أن تحدث تقنية الحشرات العقيمة القائمة على غاما في منشآت التعقيم باستخدام مشعات بانورامية أو باستخدام مشعات تخزين جافة صغيرة قائمة بذاتها؛ ومعظم هذه المنشآت عبارة عن منشآت مخصصة تستخدم لأغراض تقنية الحشرة العقيمة فقط.²⁰ ويعد أكبر برنامج يستخدم مشعات غاما موجود في غواتيمالا ويمكن أن ينتج 3 مليارات من الذكور العقيمة أسبوعيًا للاستخدام بشكل أساسي في الولايات المتحدة (كاليفورنيا وفلوريدا) وغواتيمالا والمكسيك. وتعتبر معظم منشآت غاما أصغر بكثير وتشعع أقل من 200 مليون حشرة في الأسبوع. وتستخدم إحدى المنشآت في إسبانيا حزمة أشعة إلكترون، ويمكنها تشعيع 500 مليون حشرة أسبوعيًا. وتوجد حوالي 10 أجهزة إشعاع بالأشعة السينية قيد الاستخدام، معظمها لبرامج البعوض المنشأة حديثًا. وكان عددها أربعة مشعات تعمل بالأشعة السينية منذ 4 سنوات. ويوضح تحليل النشاط (الكوبالت 60) أو الطاقة (حزمة أشعة الإلكترون والأشعة السينية) في منشآت المعالجة المدرجة في قاعدة بيانات دليل الوكالة الدولية للطاقة الذرية لتقنية الحشرة العقيمة وكمية الحشرات التي تعالجها هذه المنشآت (أي حجم البرنامج)، أنه يمكن استخدام التقنيات البديلة من قبل أي برنامج لتقنية الحشرة العقيمة، بغض النظر عن الحجم.

5-4-1 تقنيات النظائر المشعة

تستخدم التقنية القياسية لتقنية الحشرة العقيمة أشعة غاما، التي يتم الحصول عليها بشكل شائع من الكوبالت 60. وتستخدم بعض البرامج السيزيوم 137 أيضًا. وفي المشعات التقليدية ذاتية الحماية، تُحاط حجرة العينة بعدة قضبان أو "أقلام رصاص" من النظائر المشعة. ويتم تحديد معدل جرعة الخلية من خلال نشاط المصدر ويتم التحكم في الجرعة الممتصة التي يتم توصيلها للحشرات عن طريق ضبط وقت التعرض. وأشار ممثل الوكالة الدولية للطاقة الذرية الذي تحدث إلى اللجنة على أن استخدام الكوبالت 60 لتقنية الحشرة العقيمة طريقة موثوقة، لكنها تواجه تحديين.²¹ أولاً، في عام 2008، أوقفت شركة Nordion إنتاجها من الغاماسيل 220، المصدر الأكثر استخدامًا لتشعيع الحشرات لأغراض التعقيم، مما أثار مخاوف بشأن التوفر المستقبلي للمُشعات صغيرة الحجم التي تدعم عددًا من مشاريع تقنية الحشرة العقيمة. واليوم، توجد شركتان على الأقل، هما Foss Therapy Services وInstitute of

___________________

¹⁹ يُرجى الاطلاع على https://nucleus.iaea.org/sites/naipc/dirsit/SitePages/World-Wide%20Directory%20of%20SIT%20Facilities%20DIR-SIT.aspx.

²⁰ على حد علم اللجنة، البرنامج الوحيد الذي يستخدم حاليًا منشأة إشعاع تعاقدية هو برنامج ذبابة الفاكهة الإسباني.

²¹ روي كاردوسو بيريرا، الوكالة الدولية للطاقة الذرية، عرض تقديمي أمام اللجنة في 28 يناير 2021.

Isotopes Company، تنتجان مشعات غاما مناسبة لتقنية الحشرة العقيمة. وطورت Foss Therapy Services أيضًا الإجراءات والأدوات اللازمة لإجراء عمليات إعادة التحميل الميدانية للغاماسيل 220 الخاص بشركة Nordion. ثانيًا، تجعل التعقيدات اللوجستية المتزايدة لشحن النظائر المشعة عبر الحدود الدولية إعادة تحميل المصادر الحالية وشراء مصادر جديدة أمرًا صعبًا بشكل متزايد.

5-4-2 التقنيات البديلة

ومن الممكن أن تكون الأشعة السينية (تتراوح الطاقة من 150 كيلو فولت إلى 250 كيلو فولت) بدائل مناسبة للمصادر المشعة لبرامج تقنية الحشرة العقيمة الأصغر التي تتولى تشعيع أقل من 100 مليون حشرة في الأسبوع. وكشف اختبار آلات الأشعة السينية في عام 2008 في مختبر مكافحة الآفات الحشرية التابع لمختبرات الزراعة والتقنية الحيوية التابع لمنظمة الأغذية والزراعة / الوكالة الدولية للطاقة الذرية في زايبرسدورف في النمسا، عن مشكلات تتعلق بموثوقية أنبوب الأشعة السينية (الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، 2012 أ). ولم يتم اختبار أنبوب الأشعة السينية الأحدث من الجيل الثاني (راجع المناقشة في القسم 4-1-2) بواسطة المختبر. ووفقًا لأحد الخبراء، من المحتمل أن تنعكس التحسينات الملحوظة في مشعات الدم باستخدام أنبوب الأشعة السينية من الجيل الثاني أيضًا في تقنية الحشرة العقيمة، لأن مبدأ المشعات في الاستعمالين متشابه.²² ولا توجد سوى خبرة ميدانية قليلة متاحة لاستنتاج موثوقية أجهزة الأشعة السينية التي تم نشرها مؤخرًا. ومع ذلك، يُعتقد بشكل عام أن الموثوقية لا تزال تمثل مشكلة، وتتطلب أجهزة الأشعة السينية صيانة وخدمة متكررة. ووفقًا للمذكور في الفصل الرابع، تم تصميم مصدر الأشعة السينية ذو اللوحة المسطحة من Stellarray أيضًا لاستعمالات تقنية الحشرة العقيمة (راجع الشكل 5-5). ويمكن أن تزيد هذه التقنية الجديدة الإنتاجية وتحسن توزيع الجرعات، مما يجعل تقنية الأشعة السينية بديلاً مناسبًا لتقنية الحشرة العقيمة القائمة على غاما.

على الرغم من أن الإلكترونات عالية الطاقة (من 5 إلى 10 ميغا إلكترون فولت) يمكن استخدامها لتعقيم الحشرات، إلا أنها ليست بديلاً مناسبًا لمعظم برامج تقنية الحشرة العقيمة، التي تميل لأن تكون صغيرة، بسبب التكلفة العالية والحجم الكبير لمنشأة حزمة أشعة الإلكترون. وتبني شركة RadiaBeam Systems، وهي شركة صغيرة تمولها الإدارة الوطنية للأمن النووي من خلال برنامج أبحاث ابتكار الأعمال الصغيرة، مسرعًا خطيًا بقدرة 3 ميغا إلكترون فولت غير مكلف وصغير الحجم كمصدر إشعاع لمشع قائم بذاته لتقنية الحشرة العقيمة والتطبيقات الأخرى. وتهدف الشركة إلى إنتاج مسرع خطي أصغر حجمًا وأقل تكلفة يمكن أن يعمل في بيئات ذات طاقة كهربائية غير مستقرة. وتبني الشركة حاليًا نموذجًا أوليًا يخطط لاختباره في مختبر الوكالة الدولية للطاقة الذرية لمكافحة الآفات الحشرية. وتهدف شركتان أخريان على الأقل، Mevex وNuctech (الصين)، إلى إنتاج أنظمة تسريع مضغوطة مماثلة لتقنية الحشرة العقيمة.

الطرق الجينية

تعتبر الطرق الجينية الحديثة طريقة بديلة لتقنية الحشرة العقيمة. وتنقسم هذه الطرق عادةً إلى فئتين متميزتين: (أ) كبح العدد أو احتوائه أو استئصاله؛ و(ب) تحويل العدد أو استبداله. وتتشابه أهداف الفئة الأولى مع أهداف تقنية الحشرة العقيمة وهي الوحيدة التي جرى مناقشتها في هذا القسم. وتهدف الفئة الثانية إلى تقليل أو منع قدرة الحشرة على نقل المرض، وتجنب ظهور منطقة إيكولوجية فارغة. ولأن الهدف من هذه الطريقة الجينية يختلف عن هدف تقنية الحشرات العقيمة، لم تجر مناقشته هنا.

هدف قمع أو احتواء أو استئصال العدد إلى تقليل أنواع معينة من الحشرات أو حتى القضاء عليها من خلال تطوير جينات (بطريقة-

___________________

²² اتصالات بين أندرو باركر، الوكالة الدولية للطاقة الذرية (متقاعد)، وأورانيا كوستي، الأكاديميات الوطنية، في 19 فبراير 2021.

شرطية) قاتلة أو تجعل الحشرة غير قادرة على التكاثر. ويتم البحث عن مجموعة متنوعة من الأنظمة والجينات المحتملة لهذه الأغراض. ويعمل نظام واحد، يُشار إليه باسم إطلاق الحشرات التي تحمل سائدًا مميتًا (RIDL)، عن طريق نقل مجموعة جينات محورة تتسبب في حدوث فتك خاص بالجنين في النسل (ألفي وآخرون (Alphey et al.)، 2006). ويتم إنشاء الحشرات العقيمة القوية، مع قدرة الذكور العقيمين على إنتاج ونقل الحيوانات المنوية التنافسية. ويمكن قمع هذه القدرة المميتة السائدة عن طريق إضافة التتراسيكلين في غذاء اليرقات، مما يسمح بتربية مثل هذه السلالات. ويسمح هذا بتوليد حشرات عقيمة قادرة على المنافسة قادرة على نقل الحيوانات المنوية المنافسة التي تحمل الجين المحول إلى الإناث البرية. وتحمل الأجنة التي تنتجها الإناث الجين المهيمن، وفي حالة عدم وجود مادة التتراسيكلين المضافة، تموت الأجنة (شتيليغ وآخرون (Schetelig et al.)، 2007). وتم تطوير إطلاق الحشرات التي تحمل سائدًا مميتًا (RIDL) بواسطة Oxitec (فرع من جامعة أكسفورد) وتم اعتماده لمعالجة مرض حمى الضنك. وأجرى علماء Oxitec التعديل الوراثي على الزاعجة المصرية، وهي ناقل لمرض حمى الضنك، وأنشأوا براءة اختراع إطلاق الحشرات التي تحمل سائدًا مميتًا (RIDL) من سلالة الزاعجة المصرية OX513A. وعلى الرغم من الجدل بشأن النهج (جين ووتش المملكة المتحدة (Gene Watch UK)، 2012)، أُجريت تجارب ميدانية في جزر كايمان وماليزيا والبرازيل (سيرفيك (Servick)، 2016).وسوف يطلق برنامج تجريبي 750 مليون بعوضة معدلة وراثيًا في جزر فلوريدا كيز في عام 2021 (ويلكوكس (Wilcox)، 2021).

تم تحقيق تحديد الجنس (تحديد الجنس الجيني) من خلال نظام جيني سائد مميت مماثل للتتراسيكلين قابل للقمع يعمل عن طريق قتل الأفراد (الإناث) التي تحمل الجهاز المميت، ما لم يتم إيقاف تشغيله بواسطة مثبط التتراسيكلين (توماس وآخرون (Thomas et al.)، 2000) ونجحت الدراسات المختبرية لتحديد جنس المولود باستخدام هذه التقنية، بما في ذلك دراسة مع الديدان الحلزونية في العالم الجديد. وبالإضافة إلى ذلك، تمت إضافة الترميز لجين واسم يحتوي على بروتينات فلورية. ويسمح هذا للحشرة المعدلة وراثيًا بأن تكون مرئية بسهولة من النوع البري. وتحمل السلالة الرئيسية في هذه الدراسة إدخالاً جينيًا يقتل الإناث بكفاءة عالية إذا كانت موجودة في نسختين، وتتم تربية السلالة بدون الجين القامع. وفي حالة تربية السلالة بدون الجين القامع، لا يبقى سوى الذكور على قيد الحياة (كونشا وآخرون (Concha et al.)، 2016).

يمتلك استخدام الأنظمة القاتلة القابلة للقمع القدرة على التأثير في الاحتواء الجيني أيضًا. وفي الوقت الحاضر، تعمل مرافق التربية الجماعية لتقنية الحشرة العقيمة على تربية أعداد كبيرة من حشرات الآفات، التي تصبح مفيدة فقط بمجرد تعقيمها. ويمكن أن يؤدي إطلاق هذه الحشرات على نطاق واسع قبل التعقيم، أو الحشرات التي لم يتم إخضاعها للتشعيع إلى المستوى المناسب، إلى خسائر اقتصادية كبيرة. ويمكن التخفيف من ذلك باستخدام النظام الجيني القاتل القابل للقمع، لأن الحشرات يتم تزويدها بالمواد الكيميائية المثبطة فقط في منشأة التربية (ألفي وآخرون (Alphey et al.)، 2006).

5-4-3 اعتبارات اعتماد التقنية البديلة

توجد حاجة إلى الانتقال من إشعاع غاما إلى طرق أخرى لتقنية الحشرة العقيمة بسبب التحديات في الحصول على المصادر المشعة ونقلها لتعقيم الحشرات، كما هو موضح في القسم 5-4-1. ومنذ أكثر من 10 سنوات، توقع الخبراء أنه لهذه الأسباب يقترب عصر مشعات غاما صغيرة الحجم لبرامج تقنية الحشرة العقيمة من نهايته وسيتم استبدال هذه المشعات لتحل محلها آلات الأشعة السينية (ماسترانجيلو وآخرون (Mastrangelo et al.)، 2010). وعلى الرغم من أن هذا لم يحدث حتى الآن، خلصت اللجنة إلى أنه من الممكن تقنيًا استخدام حزمة أشعة الإلكترون أو الأشعة السينية لتقنية الحشرة العقيمة. ومع ذلك، سيتطلب الاعتماد الكامل لهذه التقنيات في برامج تقنية الحشرة العقيمة الكبيرة تحسينات من حيث الموثوقية والتكلفة وتوحيد الجرعة.

من المحتمل أن تستمر معظم المشعات البانورامية في العمل وتقديم الخدمات لبرامج تقنية الحشرة العقيمة الكبيرة في المستقبل المنظور. ومع ذلك، من المرجح أن يزيد الاهتمام المتزايد والطلب على تطوير واستعمال تقنية الحشرات العقيمة ضد نواقل البعوض الطلب على مزيد من تطوير مصادر الأشعة السينية التي يمكن استخدامها بواسطة برامج تقنية الحشرات العقيمة المحلية الأصغر.

يعد استخدام الحشرات المعدلة وراثيًا لمكافحة الآفات موضوعًا معقدًا أثار جدلاً عامًا شديدًا. وفي سياق الهندسة الجينية للبعوض لمكافحة الأمراض، وجدت الدراسات أن حوالي 60 إلى 70 في المائة من البالغين في الولايات المتحدة يفضلون إطلاق البعوض المعدّل (فونك وهيفيرون (Funk and Hefferon)، 2018؛ وينيغ وآخرون (Winneg et al.)، 2018). وفي عام 2016، أجرت منطقة فلوريدا كيز لمكافحة البعوض استفتاءً غير ملزم بين سكان مقاطعة مونرو كجزء من إصدار تجريبي مقترح لبعوض الزاعجة المصرية المعدّل وراثيًا طورته Oxitec. وصوت 57 في المائة من السكان لصالح التجربة، لكن عارضه 65 في المائة من سكان الضاحية التي كان من المقرر إطلاقه فيها (سيرفيك (Servick)، 2016). وتضمنت العديد من التعليقات المتكررة حول هذا الموضوع الإشارة إلى البعوض المعدل وراثيًا قد يحمل مسببات أمراض جديدة ضارة بالإنسان والحيوان، وسيتم إضافة نوع جديد من البعوض إلى البيئة، وهناك نتائج اختبار محدودة موثقة. ومن المحتمل لأجل بناء ثقة الجمهور وقبول استخدام البعوض المعدل جينيًا، أن يستلزم الأمر معالجة كل هذه المخاوف بواسطة السلطات العامة والهيئات التنظيمية والمسؤولين المنتخبين.

5-5 الفصل الخامس النتائج

النتائج 13: يحدث انتقال تدريجي إلى التقنيات البديلة في استعمالات التعقيم. وازداد استخدام تقنيات شعاع الإلكترون في تعقيم الأجهزة الطبية خلال السنوات العشر إلى الخمس عشرة الماضية على الصعيدين المحلي والدولي، ومن المتوقع أن تستمر في الزيادة لتلبية الطلب المتزايد على هذا الاستعمال. وأعلنت شركات عديدة أيضًا عن خطط لفتح منشآت جديدة للتعقيم بالأشعة السينية. ويتزايد قبول التقنيات البديلة لاستعمالات التعقيم الأخرى، بما في ذلك تشعيع الأغذية لأجل السلامة وعلاجات الصحة النباتية وتعقيم الحشرات، كبدائل قابلة للتطبيق للمصادر المشعة في العديد من البلدان.

ينمو سوق تعقيم الأجهزة الطبية في الولايات المتحدة بحوالي 5 إلى 7 في المائة سنويًا. ويمثل الانتشار الحالي لأساليب التعقيم التي تستخدمها الصناعة الطبية في 50 بالمائة بالتبخير بغاز أكسيد الإيثيلين، و40 في المائة بالتشعيع بالكوبالت 60، و10 في المائة بحزمة أشعة الإلكترون، وأقل من 1 في المائة أساليب أخرى (بما في ذلك التشعيع بالبخار والأشعة السينية). وليست هذه الأساليب بالضرورة بديلاً مباشرًا لبعضها البعض. وزاد استخدام حزمة أشعة الإلكترون في التعقيم على مدار العقد الماضي بوتيرة سريعة ومن المتوقع أن يواصل الزيادة بسبب الضغط لاستبدال التشعيع بالكوبالت 60 أو التبخير بغاز أكسيد الإيثيلين وكذلك أيضًا بسبب التحسينات في تقنية المسرع. وشهدت الفترة من عام 2005 إلى عام 2015 تركيب 4 أنظمة حزمة أشعة إلكترون في المتوسط سنويًا، ومن 2016 إلى 2019، ارتفع العدد إلى حوالي 12 نظامًا سنويًا. وبناءً على سيناريوهات التوقع المختلفة، من الممكن تركيب 200 إلى 400 نظام إضافي تعمل بحزمة أشعة الإلكترون خلال السنوات العشر القادمة. تتوافر أنظمة التعقيم بالأشعة السينية تجاريًا، لكنها محدودة الاستخدام. وأعلنت شركتان على الأقل عن خطط لفتح منشآت جديدة للتعقيم بالأشعة السينية.

على الرغم من التصور العام والتحديات الأخرى المتعلقة بتشعيع الأغذية لأغراض سلامة الأغذية والصحة النباتية في الولايات المتحدة وأوروبا، يتم اعتماد تقنيات بديلة بشكل متزايد في أماكن أخرى. تعتبر الصين أكبر مستثمر في العالم حتى الآن في مجال تشعيع الأغذية. وتستثمر الدولة في حزمة أشعة الإلكترون لتشعيع الأغذية لأغراض السلامة، حيث يتم بناء 5 إلى 10 آلات جديدة كل عام خلال السنوات الخمس الماضية. وعلى الرغم من أن حدوث الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية يؤثر بشكل غير متناسب على السكان في البلدان منخفضة ومتوسطة الدخل، فمن غير المرجح أن يتم تنفيذ التشعيع الغذائي في العديد من هذه البلدان. على سبيل المثال، في إفريقيا، باستثناء مصر وجنوب أفريقيا، لا يمكن أن يدعم الافتقار إلى الموارد والبنية التحتية الأساسية، تقنيات تشعيع الأغذية على النطاق اللازم لتكون فعالة.

أصبحت تقنيات الأشعة السينية بدائل مقبولة بشكل متزايد لإشعاع غاما لتقنية الحشرة العقيمة، مع وجود العديد من المشاريع حول العالم التي تعتمد التقنية للسيطرة على مجموعات البعوض الإقليمية.

This page intentionally left blank.