STERILISATION

Grundlagen 
Abtötungszeit (Z)
DEZIMALREDUKTIONSWERT (D-Wert) 
Sterilisatonsverfahren 
Heißluftsterilisation 
Ethylenoxidsterilisation 
Formaldehyd-Sterilisation 
Strahlensterilisation 
Niedrigtemperatur-Plasmasterilisation 
Technischer Ablauf:
Anforderungen an Sterilisiergut: 
Dampfsterilisation 
Chemoindikatoren 
 Biologische Indikatoren 
Validierung 
Zusammenstelung der Sterilisationsparameter 

Grundlagen

Abtötungszeiten in Minuten für Bakteriensporen (Wasserdampf)

Resistenzstufen von Mikroorganismen bei Einwirkung feuchter Hitze (strömender Wasserdampf bei 100°C)

Resistenzstufe I:

Vegetative Bakterienformen, Viren, Pilze und Pilzsporen, Protozoen.

Referenzkeim: Staph. aureus

Abtötungszeit: einige Minuten

Resistenzstufe II:

Sporen von Bac. anthracis und Bac. subtilis.

Referenzkeim: Bac. subtilis 

Abtötungszeit: bis 60 Min.

Resistenzstufe III:

Sporen pathogener Clostridien, Bac. stearothermophilus, saprophytäre mesophile Sporen

Referenzkeim: Bac. stearothermophilus

Abtötungszeit: bis 20 Std.

Resistenzstufe IV:

Hochthermoresistente Sporen

  Einflußgrößen auf den Absterbevorgang bei Bioindikatoren

·      Dauer der Einwirkung

·      - Temperatur

·      Keimzahl und "Keimdichte"

·      Alter, Reifungsgrad, Wassergehalt der Sporen

·      organische Substanzen als Hüllstoffe für Mikroorganismen

·      Trägermaterial des Bioindikators  

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 z-Wert

gibt die Temperaturdifferenz an, die notwendig ist, um den D-Wert oder die Abtötungszeit (Z) um eine Zehnerpotenz zu veränder 

Abtötungszeit (Z)  

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die Zeit, die notwendig ist, um die Zahl der Keime von der Ausgangskeimzahl N_o auf N=1zu reduzieren

DEZIMALREDUKTIONSWERT  (D-Wert)  

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Der D-Wert  ist die Zeit, die benötigt wird, um eine Mikroorganismenpopulation von 100% auf  10% ( = 1 log-Stufe ) zu reduzieren.

Eine Reduktion um 6 log-Stufen entpricht einer Reduktion von 99,9999 %;

von 1 Million Bakterien würden in diesem Fall noch 1 überleben !

Gemäß EN 866 wird eine Sterilisationswahrscheinlichkeit von 1 : 1 Mio gefordert (SAL = Sterility Assurance Level = 10^-6-).

Sterilisation (Begriffsbestimmung lt. DIN 58900)

* Sterilisieren ist das Abtöten bzw. das irreversible Inaktivieren aller vermehrungsfähigen Mikroorganismen.

(DAB 7 BRD/DDR: Sterilisieren heißt Abtöten oder Entfernen aller lebensfähigen Vegetativ- und Dauerformen von pathogenen und apathogenen Mikroorganismen in Stoffen, Zubereitungen oder an Gegenständen.)

* Steril bedeutet frei von allen vermehrungsfähigen Mikroorganismen und Viren.

* Sterilisiergut ist der Sammelbegriff für die zu sterilisierenden Objekte.

* Sterilgut ist der Sammelbegriff für die in Sterilgutverpackun­gen befindlichen sterilisierten Objekte, die einem geeigneten auf Wirksamkeit kontrollierten Sterilisationsverfahren unterworfen wurden.

Definitionen gemäß EN 556

·      Keimbelastung (Bioburden)

Die Ansiedlung von lebensfähigen Mikroorganismen auf einem Produkt und/oder der Verpackung.

·      Sterilität

Ein von lebensfähigen Mikroorganismen freier Zustand.

·      Steril

Zustand eines Medizinproduktes, welches frei von lebensfähigen Mikroorganismen ist.

·      Anforderungen

Für ein in Endverpackung zu sterilisierendes Medizinprodukt, das als „Steril“ gekennzeichnet werden soll, muß die theoretische Wahrscheinlichkeit, daß sich ein lebensfähiger Mikroorganismus auf dem Produkt befindet, kleiner oder gleich eins in 1 x 10⁶  Produkten sein. 

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Sterilisatonsverfahren

   Heißluftsterilisation

·      Wirkparameter: Temperatur und Einwirkungszeit

·      Phasen der Heißluftsterilisation

1.    Anheizzeit

2.    Ausgleichszeit

3.    Abtötungszeit plus Sicherheitszuschlag

4.    Abkühlzeit

1 bis 4 zusammen: Chargenzeit oder Betriebszeit

·      Verpackung muß Zutritt der wirkenden Agenzien gewährleisten und Sterilgut vor Rekontamination schützen

·      Ausgleichszeit ist die größte Unsicherheit bei der Heißluftsterilisation, abhängig von

Þ   Art des Sterilisators

Þ   Luftbewegung im Sterilisator (thermisch, mechanisch)

Þ   Material der Verpackung und des Sterilisiergutes

Þ   Form (z. B. Dickwandigkeit bei Gefäßen)

·      Bedingung an Sterilisiergut und Verpackung: Temperaturbeständigkeit von mindestens 200 °C

·      geeignete Verpackung:       Metallbehälter (Aluminium)

                                                                        Aluminiumfolie 3fach

                                                                        hitzebeständige Plastfolien

Sterilisierparameter (Einwirkzeit plus Sicherheitszuschlag)

·      bei 180 °C 30 min sind optimal, möglich sind auch

·      bei 200 °C 10 min oder

·      bei 160 °C 200 min

Þ         generell gilt:  nur so lange sterilisieren und auch nur mit der Temperatur, die erforderlich ist (Materialschonung und Enegieersparnis)

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Ethylenoxidsterilisation

·      Wirkprinzip: intensives Reaktionsvermögen des EO mit Sauerstoff und hohes Permeationsvermögen, welches dem Gas das Vordringen in enge Spalten und Risse ermöglicht, ebenso das Durchdringen verschiedener Kunststoffe und das Vordringen in geschlossene Hohlräume

·      Wirkungsmechanismus (in Anwesenheit von Wasser):

1.    irreversible Schädigung der Eiweißmoleküle und damit Verlust der Stoffwechselaktivität der Mikroorganismen

2.    Inaktivierung von DNA und RNA durch Alkylierungsreaktionen

·      Sterilisationsparameter:       1000 bis 1200 mg EO/ l Kammervolumen

                                                   55-85 % rel. Luftfeuchte                42 bis 56 °C

·      Vorteil: geeignet für thermolabile Produkte

·      Nachteile:

1.    im Vergleich mit thermischen Verfahren weniger sicherer Sterilisationserfolg

2.    toxische/ kanzerogene Eigenschaften des Ethylenoxids  Þ hohe Sicherheitsvorkeh-rungen erforderlich

3.    Ethylenoxid-Luftgemische sind explosibel

4.    lange Verfahrensdauer aufgrund der erforderlichen Desorption des Restgases im Gerät (Desorptionszeit bis 12 Stunden!)

·      Verpackung muß gas- und wasserdampfdurchlässig sein (Klarsichtsterilisierver-packung)

·      Wirkungen auf den Menschen:

beim Einatmen: Übelkeit, Erbrechen, Tachykardie, Schock

bei Kontakt mit Geweben und Organen: kanzerogen, haut- und schleimhautreizend, nekrotisierend, hämolysierend, zytotoxisch

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Formaldehyd-Sterilisation

·      Sterilisatoren arbeiten mit Wasserdampf als Sattdampf nach dem fraktionierten Vakuumverfahren bei 60 °C und einem Unterdruck von 200 mbar

·      Formaldehyd wird dem Speisewasser des Dampferzeugers in Konzentrationen von 2-3 % zugegeben und verdampft mit dem Wasser

·      Luftentfernung erfolgt durch mehrere Fraktionsstufen (50 bis 200 mbar)

·      Durch eine besondere Verfahrenstechnik und Prozeßführung wird der Formaldehyd mit dem Wasserdampf zur Kondensation und Wiederverdampfung am und im Sterilisiergut gebracht, d. h. an allen zugänglichen Oberflächen, einschließlich Spalten und Rissen. Der Nachteil der schlechten Tiefenwirkung wird damit beseitigt.

·      Einwirkungszeit 60 Minuten, Chargenzeit 3,5 bis 4 Stunden

·      Vorteil: geeignet für thermolabile Sterilisiergüter

·      Nachteil: weniger sicher als thermische Verfahren

·      Desorption des Formaldehyds und des entstandenen Paraformaldehyds erfolgt durch fraktioniertes Vakuumverfahren (Dampfdruck zwischen 50 und 200 mbar) mit reinem Wasserdampf

·      Sterilgut ist nach Prozeßende soweit von Rückständen befreit, daß es nach Abkühlung sofort angewendet werden kann.

·      FO-Sterilisation fällt in den Geltungsbereich der Gefahrstoff-Verordnung. Die Anwendung wird als Begasung mit giftigen Gasen im Sinne de § 15d beurteilt, wobei für die Aufstellung, den Betrieb der Geräte und deren Bedienung die TRGS 513 zu berücksichtigen ist. 

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Strahlensterilisation

zur Anwendung kommen (bei industriell erzeugten Sterilgütern):

·      Gammastrahlen, die von einer radioaktiven Strahlungsquelle ausgestrahlt werden (hauptsächlich Cobalt 60 oder Caesium 137)

·      Betastrahlen (Elektronenstrahlen), die mit Hilfe von Beschleunigern erzeugt werden, die beschleunigte Elektronen abgeben

·      Sterilisierverpackungen können aufgrund der durchdringenden Wirkung der Strahlen völlig undurchlässig für Luft, Gase, Feuchte und Mikroorganismen sein. Sie sind damit gleichzeitig geeignete Transport- und Lagerungsverpackungen.

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Niedrigtemperatur-Plasmasterilisation

(STERRAD-NTP-Sterilisation)

Prinzip: Überführung des chemischen Vorläufers Wasserstoffperoxid in den Plasma-Zustand durch Hochfrequenz,

dabei enstehen aus den H₂O₂-Molekülen mikrobizid wirksame

- Hydroperoxi-Radikale            - Hydrodroxyl-Radikale        

sowie        - atomarer und molekularer 

                 - Sauerstoff und

                 - Wasser                                   

Technische Lösung:

1. Erzeugung eines primären Plasmas durch Anlegen von Hochfrequenz zwischen einer Kathode und einer Anode, die als siebförmiger Doppelmantel um die Sterilisationskammer ausgebildet sind.

2. Ausbildung eines sekundären Plasmas im Kammervolumen als Folgeerscheinung des primären Plasmas.

Primäres Plasma:

Das zwischen Anode und Kathode ausgerichtetes Plasma ist aufgrund des hohen Energiegehaltes für die Sterilisation nicht geeignet.   

Sekundäres Plasma:

Das in der Sterilisationskammer diffus verteilte Plasma mit deutlich niedrigerer Intensität ist in Verbindung mit für den Sterilisationserfolg ausreichend.

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Technischer Ablauf:

1. Vakuumphase

2. Injektionsphase

3. Diffusionsphase

4. Plasmaphase

5. Belüftungsphase

 Parameter (Standardgerät):       6 mg H₂O₂/ l Kammervolumen

                                                 Temperatur: bis 45°C           Zykluszeit: ca. 80 Min.

Vakuumphase:             Evakuierung auf 0,6 mbar

Injektionsphase:            Einspritzung von H₂O₂

Diffusionsphase:            gleichmäßige Verteilung des H₂O₂-Dampfes in der                                                               Sterilisationskammer und im Sterilisiergut (50 Min.)

Vakuumkorrektur auf 0,6 mbar

Plasmaphase:               Erzeugung des Plasmas durch Anlegen der Hochfrequenz

(15 Min.)

Belüftung und Entnahme des Sterilgutes.

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Anforderungen an Sterilisiergut:

trocken, sauber, verpackt in Tyvek oder Mylar-Vlies

einseitig blind endene Schläuche bis 0,25 m Länge

beidseitig offene Schläuche bis 1,2 m Länge

bei metallabgeschirmtenSchläuchen Diffusionsverstärker einsetzen 

ungeeignet: zellulosehaltige Materialien (Watte, Zellstoff, Leinentücher, Papier)

Prüfung:

1. Laufende Kontrolle mit Chemoindikatoren

2. Biologische Prüfung mit Bac. subtilis-Sporen

Vorteile:

keine Desorptionszeit

Sterilgut sofort einsetzbar

Nachteile:

Nur auf Oberflächen wirksam

keine "Tiefenwirkung"

materialabhängiger Einsatz (ungeeignet für textiles Material)

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Dampfsterilisation

·      Wirkparameter: gespannter, gesättigter Wasserdampf und Einwirkzeit

·      sicherste Sterilisationsmethode, aufgrund der großen Wärmekapazität des Dampfes kurze Einwirkzeiten

·      ungiftig, keine toxischen Rückstände

·      Temperaturen sind im Vergleich zur Heißluftsterilisation geringer (Materialschonung)

·      der früher vorhandene Nachteil, daß das Sterilgut feucht entnommen werden mußte, ist heute durch eine integrierte Trocknungsphase beseitigt (Anlegen von Vakuum)

·      limitiert ist dieses Verfahren nur bei thermolabilen Produkten und optischen Geräten, deren Oberflächen durch Dampf zerstört werden

·      im Krankenhaus wird am häufigsten das fraktionierte Vakuum-Dampf-Verfahren eingesetzt

·      über 90 % aller produzierten Sterilgüter im Krankenhaus werden mit Dampfsterilisatoren erzeugt

·      wichtigste Voraussetzung für den Sterilisationserfolg ist, daß der Dampf sich auf allen Oberflächen des Sterilisiergutes niederschlagen kann, dabei kondensiert er und gibt seine Energie ab (Kondensationswärme)

Þ   Hindernisse dafür können sein:

     1. ungeeignete Verpackung (muß dampfdurchlässig sein)

     2. Luftinseln

Þ   Notwendigkeit der Prüfung auf Luftfreiheit (Dampfdurchdringung) mit Bowie-Dick-Test

·      Verpackungsmaterial: Metalltrommeln mit Ventilen oder Öffnungen mit Filtern, Textilien, Papier, Spezialfolien

·      Prozeßparameter (Abtötungszeit plus Sicherheitszuschlag):

1.           bei 134 °C   2 bar Überdruck       3-5 min

2.           bei 121 °C   1 bar Überdruck       15-20 min

Verfahren:

1.     Strömungsverfahren

·      Gravitationsverfahren (Dampf verdrängt von oben kommend die Luft - veraltet)

·      fraktioniertes Stömungsverfahren (mehrmalige Dampfstöße mit anschließender Entfernung der Luft)

2.     Vakuumverfahren (Luftentfernung durch Anlegen von Vakuum - Evakuierung)

·      Vorvakumverfahren

·      Hochvakuumverfahren

·      fraktioniertes Vakuumverfahren (mehrmaliges Evakuieren im Wechsel mit Dampfeinlaß bis unterhalb des Arbeitsdruckes, danach Einlaß bis auf Arbeitsdruck)

·      Dampfinjektionsverfahren (einmaliges Evakuieren mit gleichzeitigem geringem Dampfeinlaß, danach Einlaß bis auf Erreichen des Arbeitsdruckes)

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Chemoindikatoren

1.Farbkontroll-Indikatoren zur Chargenkontrolle

·      zur täglichen Kontrolle der Sterilisation einzusetzen

·      Vorteil gegenüber Bioindikatoren: Ergebnis ist sofort nach Beendigung der Sterilisation ablesbar.

·      es gibt Chemoindikatoren für folgende Sterilisationsprozesse:

                        Dampf 121 und 134 °C

                        Heißluft 160 - 180 °C

                        Ethylenoxid

                        Formaldehyd

                        Beta-/Gammastrahlung

·      Farbumschlag ist je nach Indikator und Hersteller verschieden

·      Indikatoren sind so zu plazieren, daß die im Prozeß am schwersten zu sterilisierenden Bedingungen am Indikator herrschen (d. h. in die Mitte der Pakete oder Container) - Nachteil: Ergebnis ist erst nach dem Öffnen des Sterilgutbehälters einsehbar.

·      Kompromißlösung: Einsatz eines Prüfkörpers, der

1. den Indikator aufnimmt und

2. die schwierigen Sterilisationsbedingungen simuliert

= Chargenkontrollset

wichtig zu beachten: Indikator und Prüfkörper immer vom gleichen Hersteller beziehen

2. Behandlungsindikatoren

·      dienen dazu, sterilisiertes von unsterilisiertem Material zu unterscheiden, um Verwechslungen auszuschließen

·      erlauben keine Aussage über die Qualität des Sterilisationsprozesses

·      Indikator ist prozeßbezogen

·      sind im Angebot als: selbstklebende Punkte, Daten-Etiketten, Klebebänder, Einlegestreifen, Container-Etiketten, Aufdrucke auf Sterilisierverpackungen

3. Bowie-Dick-Test (Test zur Überprüfung der Dampfdurchdringung bei der Dampfsterilisation)

·      täglich vor Beginn als Funktionstest (bei Vakuumverfahren) durchführen

·      ausschließlich das Testsystem wird in den Sterilisator eingelegt

·      spezielles Bowie-Dick-Programm wird gestartet (3,5 min bei 134 °C)

·      ältere Geräte besitzen ein derartiges Programm nicht

·      Testsystem besteht aus einem Indikatorbogen und einem Normwäschepaket

·      anstelle des aufwendig zu handhabenden Wäschepaketes kann ein von der Industrie hergestellter Simulationstest verwendet werden (3M, GKE, BAG usw.)

·      Aussage des Testes: wenn die Luft im Sterilisatorraum ausreichend entfernt ist (keine Luftinseln), kann der Dampf die porösen Materialien optimal durchdringen und damit ist die Voraussetzung für eine Sterilisation gegeben, erkennbar ist ein ordnungsgemäßer Test am gleichmäßigen Farbumschlag des Indikators

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 Biologische Indikatoren

·      sind entweder native Sporen aus speziell aufbereiteter Gartenerde (Sporenerde­päckchen) oder Kultursporen, deren Resistenz über der Resistenz der Kontaminationskeime liegen muß

·      wichtige Prüfkeime sind: Sporen von Bacillus subtilis, B.stearothermophilus, B.pumilus

·      Art des Prüfkeims richtet sich nach dem zu testenden Sterilisationsverfahren, da die Sporen gegenüber den verschiedenen Verfahren unterschiedlich resistent sind

·      D-Wert (als Maß der Resistenz) und Keimzahl auf dem Indikator müssen bekannt sein

·      Hersteller testet die Indikatoren und gibt dem Anwender Informationen zu Medien, Kulturbedingungen usw.

wichtige Bedingungen:

-     optimale Bebrütungstemperatur z. B. für Bac. subtilis zwischen 30 und 35 °C, für Bac. stearothermophilus zwischen 55 und 60 °C,

-     unter aseptischen Bedingungen ansetzen

-     Inkubationszeit beachten (abhängig vom Keim und Verfahren)

-     Lagerungsbedingungen beachten

-     Kulturmedium: pH-Wert, Anwesenheit von Hemmstoffen, Salzen, Antibiotika, Nährstoffen, Fähigkeit von Medien, nur geringe Keimzahlen zu fördern, sollte nachgewiesen werden

-     Schulung des Personals für die Anordnung, Entnahme, Prüfung und weitere Handhabung der biologischen Indikatoren, Ausbildung sollte dokumentiert werden

-     Transport und Lagerung bei Raumtemperatur (15-25 °C), vor Licht geschützt

-     Hersteller oder Verkäufer muß auch sicherstellen, daß Temperaturschwankungen während des Transportes die spezifizierten Resistenzeigenschaften nicht beeinträchtigen

-     Verfallsdatum beachten

·      Wann müssen Bioindikatoren zur Überprüfung eingesetzt werden?

Þ  bei der Typprüfung (erfolgt vom Hersteller zur Ermittlung der Betreibsdaten)

Þ  nach der Aufstellung

Þ  periodisch: bei Heißluft- und Dampfsterilisatoren aller 400 Chargen , bei Gassterilisatoren aller 200 Chargen, mindestens aber halbjährlich)

Þ  nach Zwischenfällen, Reparaturen oder bei Zweifel an der ordnungsgemäßen Funktion

·      bei modernen Dampfsterilisatoren (bisher nur bei Großsterilisatoren) wird die Überprüfung mit Bioindikatoren seit 1995 durch die Validierung ersetzt, für die anderen Verfahren bzw. Geräte (Kleinsterilisatoren)sind analoge Normen dazu in Arbeit

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Validierung

Rechtliche Grundlagen:

·      DIN/EN 285 Sterilisation  - Dampf-Sterilisatoren - Groß-Sterilisatoren

·      DIN/EN 554 Sterilisation von Medizinprodukten - Validierung und Routineüberwachung für die Sterilisation mit feuchter Hitze

·      DIN/EN 556 Sterilisation von Medizinprodukten - Anforderungen an Medizinprodukte, die als „steril“ gekennzeichnet werden

·      Richtlinie für die Validierung und Routineüberwachung von Sterilisationsprozessen mit feuchter Hitze für Medizinprodukte

(DGKH, Entwurf Juli 1997)

·      Qualitätssicherungshandbuch des Labors / Standardanweisungen

 Begriffsdefinition:

¨    „...ein dokumentiertes Verfahren zum Erbringen, Aufzeichnen und Interpretieren der Ergebnisse, die benötigt werden, um zu zeigen, daß ein Verfahren ständig mit den vorgegebenen Spezifikationen übereinstimmt:“

Vorgehensweise:

1. vom Betreiber sind folgende Angaben bzw. Aufzeichnungen zu   erfassen:

¨    Festlegung der zu überprüfenden Programme

¨    Festlegung der zu prüfenden repräsentativen Konfigurationen je Programm

¨    Verpackungen

¨    Beladungsmuster

¨    Anordnungen der Sterilisiergüter im Sterilisator

¨    Kalibrierbescheinigung der Meßinstrumente

2. Kommissionierung

¨    Vakuumtest

¨    Bowie-Dick-Test

¨    Bestimmung des Temperaturprofiles in der leeren Kammer

¨    Teilbeladung mit Normprüfpaket (Wäschepaket 7,5 kg)

¨    volle Beladung mit Textilien oder Instrumenten zur Prüfung der Trocknung

¨    Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion der Dampf-erzeugungsanlagen bzw. der Qualität des Dampfes (Messung der nichtkondensierbaren Gase)

3. Leistungsbeurteilung

Ziel: Nachweis, daß der Sterilisationsprozeß in dem kommissionierten Sterilisator bei den vom Betreiber vorgegebenen Gütern und bei der gewählten Beladung reproduzierbar die beabsichtigte Wirkung erzielt.

Die Messungen zur Leistungsbeurteilung erfolgen mit kalibrierten Prüfmeßgeräten (Meßfühler).

Pro Programm sind die Konfigurationen zu überprüfen, die angewendet werden sollen, z. B.:

¨    volle Beladung mit porösem Gut

¨    volle Beladung mit Instrumenten

¨    Teilbeladung mit Hohlräumen

¨    volle Mischbeladung

¨    ggf. weitere repräsentative Praxiskonfigurationen

Wann muß validiert bzw. revalidiert werden?

¨    vor erstmaliger Inbetriebnahme

¨    routinemäßig in jährlichem Abstand

¨    bei Änderungen oder technischen Arbeiten an der Ausstattung des Sterilisators, die die Leistung des Sterilisators beeinflussen

¨    wenn die Routineüberwachung Hinweise liefert

¨    nach Änderung der Konfigurationen

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Zusammenstelung der Sterilisationsparameter

 Heißluft:                       160 °C  200 min Einwirkzeit

                                    180 °C    30 min  

                                    200 °C    10 min

 Dampf:             121 °C 1 atü (2,05 bar)  15 - 20 min Einwirkzeit

                                    134 °C 2 atü (3,04 bar)  3 - 5 min                                 

 Formaldehyd:             FA/Wasserdampfgemisch mit 2-3 % Formaldehyd

                                    60 - 75 °C

                                    90 min

 Ethylenoxid:                 1000 - 1200 mg/l

                                    50 - 60 °C

                                    55 - 85 % rel. Luftfeuchte

                                    bis 6 Stunden Zykluszeit plus Desorptionszeit (12 Stunden und                                          mehr)

 Plasma:                        6 mg H₂O₂  pro Liter Kammervolumen

                                    bis 45 °C

                                    Zykluszeit ca. 80 min

 Strahlen:                       2,5 x 10⁴ J/kg