Medizinische Mikrobiologie II: Sterilisation, Labordiagnose und Immunantwort

Von Nikolas Morein, Merim Kumars und Gerald Dunders

Sterilisation bezieht sich auf jeden Prozess, der alle Lebensformen eliminiert, tötet oder deaktiviert (insbesondere auf Mikroorganismen wie Pilze, Bakterien, Viren, Sporen, einzellige eukaryotische Organismen wie Plasmodium ).usw.) und andere biologische Agenzien wie Prionen, die in einer bestimmten Oberfläche, einem bestimmten Objekt oder einer bestimmten Flüssigkeit vorhanden sind. Das klinische Erscheinungsbild einer Infektionskrankheit spiegelt die Wechselwirkung zwischen dem Wirt und dem Mikroorganismus wider. Die Labordiagnose erfordert eine Zusammenstellung von Informationen, einschließlich Anamnese, körperlicher Untersuchung, radiologischer Befunde und Labordaten. Eine Immunantwort ist eine Reaktion, die innerhalb eines Organismus auftritt, um sich gegen Eindringlinge zu verteidigen. Zu diesen Eindringlingen gehören eine Vielzahl verschiedener Mikroorganismen, einschließlich Viren, Bakterien, Parasiten und Pilze, die schwerwiegende Probleme für die Gesundheit des Wirtsorganismus verursachen können, wenn sie nicht aus dem Körper entfernt werden. Inhalt dieses Buches: Sterilisation, Feuchtwärmesterilisation, Sterilitätssicherungsstufe, Tyndallisation, Trockenhitzesterilisation, Asepsis, Antiseptikum, Liste der Instrumente zur mikrobiologischen Sterilisation und Desinfektion, Antibiotikaresistenz, Resistenz gegen mehrere Arzneimittel, Vorsichtsmaßnahmen auf Übertragungsbasis, Grundlagen der Diagnose, Labordiagnose von Virusinfektionen, In-vitro-, In-vitro- bis In-vivo-Extrapolation, Mikroskopie, Molekulardiagnostik, Pathogenomik, Nucleic Säuretest, Serologie, Antikörper, in der Mikrobiologie verwendete Instrumente, Impedanzmikrobiologie, Isolierung, bakteriologische Wasseranalyse, Assay, Isolierung, bakteriologische Wasseranalyse, Assay, Isolierung, bakteriologische Wasseranalyse, Assay, Immunoassay, Antigen, Antikörper microarray, Antigen-Antikörper-Wechselwirkung, Immunsystem, Immunantwort, polyklonale B-Zellantwort, angeborenes Immunsystem, adaptives Immunsystem, Immuntoleranz, angeborene lymphoide Zelle, Immunstimulans, Co-Stimulation, Entzündung
Authors: Nikolas Morein, Merim Kumars, Gerald Dunders

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Cambridge Stanford Books
• Erscheinungsdatum: 24. Sept. 2020
• ISBN: 9781005358136

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Sterilisation

Sterilisation bezieht sich auf jede Methode, die alle Lebensformen eliminiert, tötet oder deaktiviert (insbesondere auf Mikroorganismen, wie sie durch Pilze, Bakterien, Viren, Sporen, einzellige eukaryotische Organismen dargestellt werden, wie durch Plasmodium usw. dargestellt) und andere biologische Wirkstoffe wie Prionen, die in einer bestimmten Oberfläche, einem bestimmten Objekt oder einer bestimmten Flüssigkeit vorhanden sind, wie z. B. Lebensmittel oder biologische Pflanzenmedien. Die Sterilisation kann durch verschiedene Mittel erreicht werden, einschließlich Wärme, Chemikalien, Bestrahlung, Hochdruck und Filtration. Die Sterilisation unterscheidet sich nicht von der Desinfektion, Desinfektion und Pasteurisierung, da diese Methoden alle vorhandenen Lebensformen und biologischen Arbeitsstoffe reduzieren, anstatt sie zu eliminieren. Nach der Sterilisation wird ein Objekt als steril oder aseptisch bezeichnet.

Anwendungen

Lebensmittel

Einer der ersten Schritte zur modernisierten Sterilisation wurde von Nicolas Appert unternommen, der entdeckte, dass eine gründliche Wärmeeinwirkung über einen geeigneten Zeitraum den Zerfall von Lebensmitteln und verschiedenen Flüssigkeiten verlangsamte und sie für einen längeren Zeitraum als üblich für den sicheren Verzehr aufbewahrte. Das Einmachen von Lebensmitteln ist eine Erweiterung des gleichen Prinzips und hat dazu beigetragen, durch Lebensmittel übertragene Krankheiten (Lebensmittelvergiftung) zu reduzieren. Eine weitere Methode zur Sterilisation von Lebensmitteln ist die Bestrahlung von Lebensmitteln und Hochdruck (Pascalisierung). Die Sterilisation in Lebensmitteln ist einer der größten Schritte zur Gewährleistung der Lebensmittelkonservierung in der Lebensmittelindustrie. Es gibt viele Techniken, die verwendet werden, um diese Methode zu unterstützen. Einer dieser Prozesse wäre die Wärmebehandlung.Die Wärmebehandlung beendet die Bakterien- und Enzymaktivität, was dann dazu führt, dass die Wahrscheinlichkeit von Lebensmitteln geringer Qualität verringert wird, während die Lebensdauer nicht verderblicher Lebensmittel erhalten bleibt. Eine spezielle Art der Wärmebehandlung wäre die UHT-Sterilisation (Ultrahochtemperatur). Diese Art der Wärmebehandlung konzentriert sich auf die Sterilisation über 100 Grad Celsius. Zwei weitere Arten der Sterilisation sind die feuchte und trockene Hitzesterilisation. Während der feuchten Hitzesterilisation variieren die verwendeten Temperaturen zwischen 110 und 130 Grad Celsius. Die minimale Zeitdauer, die die Sterilisation mit feuchter Hitze stattfinden würde, wäre 20 Minuten und maximal 40 Minuten. Scilicet, je höher die Hitze, desto kürzer wird die Zeit für die Sterilisation.Bei der Verwendung der Trockenhitzesterilisation werden längere Empfindlichkeitszeiten verwendet, die bis zu 2 Stunden dauern können und bei denen im Vergleich zur Feuchthitzesterilisation viel höhere Temperaturen verwendet werden. Diese Temperaturen können zwischen 160 und 180 Grad Celsius liegen.

Medizin und Chirurgie

Im Allgemeinen müssen chirurgische Instrumente und Medikamente, die in einen bereits aseptischen Teil des Körpers gelangen (z. B. in den Blutkreislauf oder in die Haut eindringen), steril sein. Beispiele für solche Instrumente umfassen Skalpelle, Injektionsnadeln und künstliche Schrittmacher. Dies ist außerdem bei der Herstellung von parenteralen Arzneimitteln von wesentlicher Bedeutung.

Die Herstellung injizierbarer Medikamente und intravenöser Lösungen für die Flüssigkeitsersatztherapie erfordert nicht nur Sterilität, sondern auch gut gestaltete Behälter, um das Eindringen von Zufallsmitteln nach der anfänglichen Produktsterilisation zu verhindern.

Die meisten medizinischen und chirurgischen Geräte, die in Gesundheitseinrichtungen verwendet werden, bestehen aus Materialien, die einer Dampfsterilisation unterzogen werden können. Obwohl seit 1950 vermehrt medizinische Geräte und Instrumente aus Materialien (z. B. Kunststoffen) hergestellt werden, die bei niedriger Temperatur sterilisiert werden müssen. Ethylenoxidgas wird seit den 1950er Jahren für wärme- und feuchtigkeitsempfindliche medizinische Geräte verwendet. In den letzten 15 Jahren wurde eine Reihe neuer Niedertemperatur-Sterilisationssysteme (z. B. verdampftes Wasserstoffperoxid, Eintauchen in Peressigsäure, Ozon) entwickelt, mit denen medizinische Geräte sterilisiert werden.

Die Dampfsterilisation ist am weitesten verbreitet und am zuverlässigsten. Die Dampfsterilisation ist ungiftig, kostengünstig, schnell mikrobizid, sporizid und erwärmt und dringt schnell in Textilien ein.

Raumfahrzeug

Es gibt strenge internationale Regeln zum Schutz der Kontamination von Körpern des Sonnensystems vor biologischem Material von der Erde. Die Standards variieren je nach Art der Mission und ihrem Ziel. Je wahrscheinlicher ein Planet als bewohnbar angesehen wird, desto strenger sind die Anforderungen.

Viele Komponenten von Instrumenten, die in Raumfahrzeugen verwendet werden, können sehr hohen Temperaturen nicht standhalten. Daher werden Techniken verwendet, die keine übermäßigen Temperaturen erfordern, einschließlich Erhitzen auf mindestens 120 ° C (248 ° F), chemische Sterilisation, Oxidation, Ultraviolett und Bestrahlung.

Quantifizierung

Ziel der Sterilisation ist die Reduktion zunächst vorhandener Mikroorganismen oder anderer potenzieller Krankheitserreger. Der Sterilisationsgrad wird klar durch Vielfache der Dezimalreduktionszeit oder des D-Werts ausgedrückt, was die Zeit angibt, die benötigt wird, um die Anfangszahl N 0 auf ein Zehntel (10 - 1) ihres ursprünglichen Wertes zu reduzieren. Dann ist die Anzahl der Mikroorganismen N nach der Sterilisationszeit t gegeben durch:

N ≤ N 0 = 10 (- t ≤ D)

Der D-Wert dient den Sterilisationsbedingungen und variiert mit der Art des Mikroorganismus, der Temperatur, der Wasseraktivität, dem pH-Wert usw. Für die Dampfsterilisation (siehe unten) wird üblicherweise die Temperatur in Grad Celsius als Index angegeben.

Theoretisch ist die Überlebenswahrscheinlichkeit eines einzelnen Mikroorganismus niemals Null. Um dies zu kompensieren, wird häufig die Overkill-Aktion verwendet. Unter Verwendung der Overkill-Aktion wird die Sterilisation durchgeführt, indem länger sterilisiert wird, als erforderlich ist, um die auf oder in dem zu sterilisierenden Gegenstand vorhandene biologische Belastung abzutöten. Dies liefert ein Sterilitätssicherungsniveau (SAL), das der Wahrscheinlichkeit einer nicht sterilen Einheit entspricht.

Für Anwendungen mit hohem Risiko, wie durch Medizinprodukte und Injektionen veranschaulicht, wird von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) ein Sterilitätssicherungsniveau von mindestens 10 –6verlangt.

Hitze

Dampf

Eine weit verbreitete Maßnahme zur Hitzesterilisation ist der Autoklav, der manchmal als Konverter oder Dampfsterilisator bezeichnet wird. Autoklaven verwenden Dampf, der unter Druck auf 121–134 ° C (250–273 ° F) erhitzt wird. Um Sterilität zu erreichen, wird der Artikel in eine Kammer gegeben und durch injizierten Dampf erhitzt, bis der Artikel einen Temperatur- und Zeitsollwert erreicht. Fast die gesamte Luft wird aus der Kammer entfernt, da Luft bei der Sterilisationsmethode mit feuchter Hitze unerwünscht ist (dies ist eine Eigenschaft, die sich von einem typischen Schnellkochtopf unterscheidet, der zum Kochen von Lebensmitteln verwendet wird). Der Artikel wird für einen Zeitraum auf dem Temperatursollwert gehalten, der abhängig von der Biobelastung des zu sterilisierenden Artikels und seiner Beständigkeit (D-Wert) gegen Dampfsterilisation variiert. Ein allgemeiner Zyklus würde irgendwo zwischen 3 und 15 Minuten liegen,(abhängig von der erzeugten Wärme) bei 121 ° C (250 ° F) bei 100 kPa (15 psi), was ausreicht, um ein Sterilitätssicherungsniveau von 10 bereitzustellen−4für ein Produkt mit einer Biobelastung von 10 ⁶ und einem D-Wert von 2,0 Minuten. Nach der Sterilisation müssen Flüssigkeiten in einem unter Druck stehenden Autoklaven langsam abgekühlt werden, um ein Überkochen beim Ablassen des Drucks zu vermeiden. Dies kann erreicht werden, indem die Sterilisationskammer allmählich drucklos gemacht wird und Flüssigkeiten unter einem Unterdruck verdampfen, während der Inhalt abgekühlt wird.

Durch eine ordnungsgemäße Behandlung mit dem Autoklaven werden alle resistenten Bakteriensporen auf die gleiche Weise gegen Pilze, Bakterien und Viren inaktiviert. Es wird jedoch nicht erwartet, dass alle Prionen eliminiert werden, die sich in ihrer Resistenz unterscheiden. In verschiedenen Empfehlungen wird für die Eliminierung von Prionen angegeben, dass 60 Minuten lang 121–132 ° C (250–270 ° F) oder mindestens 18 Minuten lang 134 ° C (273 ° F) liegen. Das 263K-Scrapie-Prion wird durch solche Sterilisationsverfahren relativ schnell inaktiviert; obwohl andere Scrapie-Stämme und Creutzfeldt-Jakob-Stämme (CKD) und spongiforme Rinderenzephalopathie( BSE) resistenter sind. Ein Experiment unter Verwendung von Mäusen als Testtiere zeigte, dass das 18-minütige Erhitzen von BSE -positivem Hirngewebe auf 134–138 ° C (273–280 ° F) nur zu einer Abnahme der Prioninfektiosität um 2,5 log führte.

Die meisten Autoklaven verfügen über Messgeräte und Diagramme, die Informationen, insbesondere Temperatur und Druck, als Zeitdienst aufzeichnen oder anzeigen. Die Informationen werden überprüft, um sicherzustellen, dass die für die Sterilisation erforderlichen Bedingungen erfüllt sind. Vor dem Autoklavieren wird häufig ein Indikatorband auf die Produktverpackungen geklebt, und einige Verpackungen enthalten Indikatoren. Der Indikator ändert seine Farbe, wenn er Dampf ausgesetzt wird, und bietet eine visuelle Bestätigung.

Bioindikatoren können außerdem verwendet werden, um die Ausführung des Autoklaven unabhängig zu bestätigen. Einfache Bioindikatorvorrichtungen sind im Handel erhältlich und basieren auf mikrobiellen Sporen. Die meisten enthalten Sporen der hitzebeständigen Mikrobe Geobacillus stearothermophilus (ehemals Bacillus stearothermophilus), die äußerst resistent gegen Dampfsterilisation ist. Biologische Indikatoren können in Form von Glasfläschchen mit Sporen und flüssigen Medien oder als Sporen auf Papierstreifen in Pergaminhüllen vorliegen. Diese Anzeigen befinden sich an Stellen, an denen der Dampf nur schwer zu erreichen ist, um zu überprüfen, ob dort Dampf eindringt.

Für das Autoklavieren ist die Reinigung entscheidend. Fremdkörper oder Schmutz können Organismen vor dem Eindringen von Dampf schützen. Eine ordnungsgemäße Reinigung kann durch physikalisches Schrubben, Ultraschall, Ultraschall oder gepulste Luft erreicht werden.

Das Schnellkochen und Einmachen erfolgt analog zum Autoklavieren und macht Lebensmittel bei korrekter Durchführung steril.

Feuchte Hitze führt zur Zerstörung von Mikroorganismen durch Denaturierung von Makromolekülen, vorwiegend Proteinen. Diese Aktion ist eine schnellere Methode als die Trockenhitzesterilisation.

Trockene Hitze

Trockene Hitze war die erste Aktion der Sterilisation und ist eine längere Methode als feuchte Hitzesterilisation. Die Zerstörung von Mikroorganismen durch trockene Wärme ist ein allmähliches Phänomen. Bei längerer Exposition gegenüber tödlichen Temperaturen steigt die Anzahl der abgetöteten Mikroorganismen. Die erzwungene Belüftung von heißer Luft kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der Wärme an einen Organismus übertragen wird, und um die Temperatur und die Zeit zu verringern, die erforderlich sind, um Sterilität zu erreichen. Bei höheren Temperaturen sind kürzere Expositionszeiten erforderlich, um Organismen abzutöten. Dies kann hitzebedingte Schäden an Lebensmitteln verringern.

Die Standardeinstellung für einen Heißluftofen beträgt mindestens zwei Stunden bei 160 ° C. Durch eine schnelle Aktion wird die Luft für unverpackte Gegenstände 6 Minuten lang auf 190 ° C (374 ° F) und für eingewickelte Gegenstände 12 Minuten lang erwärmt. Trockene Hitze hat den Vorteil, dass sie für Pulver und andere hitzebeständige Gegenstände verwendet werden kann, die durch Dampf beeinträchtigt werden (z. B. verursacht sie kein Rosten von Stahlgegenständen).

Flammen

Inokulationsschleifen und gerade Drähte in Mikrobiologielabors werden zum Streifen geflammt. Wenn Sie die Schleife in der Flamme eines Bunsen- oder Alkoholbrenners lassen, bis sie rot leuchtet, wird sichergestellt, dass alle infektiösen Erreger inaktiviert werden. Dies wird eindeutig für kleine Metall- oder Glasobjekte verwendet, jedoch nicht für große Objekte (siehe Verbrennung unten). Obwohl während des anfänglichen Erhitzens infektiöses Material von der Drahtoberfläche gesprüht werden kann, bevor es abgetötet wird, kontaminieren sie nahegelegene Oberflächen und Gegenstände. Zusammenfassend wurde eine spezielle Heizung entwickelt, die die Impfschleife mit einem beheizten Käfig umgibt und sicherstellt, dass das gesprühte Material den Bereich nicht darüber hinaus kontaminiert. Ein anderes Problem ist, dass Gasflammen Kohlenstoff oder andere Rückstände auf dem Objekt hinterlassen können, wenn das Objekt nicht ausreichend erwärmt wird.Eine Variation des Flammens besteht darin, das Objekt in eine 70% ige oder mehr konzentrierte Ethanollösung einzutauchen und dann kurz eine Bunsenbrennerflamme zu berühren. Das Ethanol entzündet sich und verbrennt schnell und hinterlässt weniger Rückstände als eine Gasflamme

Verbrennung

Die Verbrennung ist eine Abfallbehandlungsmethode, bei der organische Substanzen in Abfallstoffen verbrannt werden. Diese Aktion verbrennt außerdem jeden Organismus zu Asche. Es wird verwendet, um medizinische und andere biologisch gefährliche Abfälle zu sterilisieren, bevor sie mit ungefährlichen Abfällen entsorgt werden. Bacteria Verbrennungsanlagen sind Miniöfen, die Mikroorganismen, die sich möglicherweise auf einer Impfschleife oder einem Bacteria Impfdraht befinden, verbrennen und abtöten.

Tyndallisierung

Benannt nach John Tyndall, ist eine veraltete und langwierige Methode, die entwickelt wurde, um die Aktivität sporulierender Bakterien zu reduzieren, die durch eine einfache kochende Wasserwirkung zurückbleiben. Das Verfahren umfasst das Kochen für einen Zeitraum (typischerweise 20 Minuten) bei atmosphärischem Druck, Abkühlen, Inkubieren für einen Tag und anschließendes insgesamt drei- bis viermaliges Wiederholen des Verfahrens. Die Inkubationszeiten sollen es hitzebeständigen Sporen ermöglichen, die die vorherige Kochperiode überleben, zu keimen, um das wärmeempfindliche vegetative (Wachstums-) Stadium zu bilden, das durch den nächsten Siedeschritt abgetötet werden kann. Dies ist effektiv, da viele Sporen durch den Hitzeschock zum Wachstum angeregt werden. Die Funktionsweise funktioniert nur für Medien, die das Bakterienwachstum unterstützen können und nicht nahrhafte Substrate wie Wasser nicht sterilisieren. Ist außerdem gegen Prionen unwirksam.

Glasperlensterilisatoren

Glasperlensterilisatoren erhitzen Glasperlen auf 250 ° C (482 ° F). In diese Glasperlen werden dann schnell Instrumente übergossen, die das Objekt erwärmen, während Verunreinigungen physikalisch von ihrer Oberfläche abgekratzt werden. Glasperlensterilisatoren waren früher eine übliche Sterilisationsmaßnahme, die in Zahnarztpraxen zusätzlich als biologische Laboratorien eingesetzt wurde, sind jedoch nicht von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) und den Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten( CDC) zugelassen Sterilisatoren seit 1997. Sie sind in europäischen und israelischen Zahnarztpraxen immer noch beliebt, obwohl es derzeit keine evidenzbasierten Richtlinien für die Verwendung dieses Sterilisators gibt.

Chemische Sterilisation

Chemikalien werden außerdem zur Sterilisation verwendet. Das Erhitzen bietet eine zuverlässige Möglichkeit, Objekte von allen übertragbaren Stoffen zu befreien. Es ist jedoch nicht immer angebracht, wärmeempfindliche Materialien zu beschädigen, wie dies durch biologische Materialien, Glasfasern, Elektronik und viele Kunststoffe veranschaulicht wird. In diesen Situationen können Chemikalien, entweder in gasförmiger oder flüssiger Form, als Sterilisationsmittel verwendet werden. Während die Verwendung von gasförmigen und flüssigen chemischen Sterilisiermitteln das Problem von Hitzeschäden vermeidet, muss der Benutzer sicherstellen, dass der zu sterilisierende Gegenstand chemisch mit dem verwendeten Sterilisiermittel kompatibel ist und dass das Sterilisiermittel alle Oberflächen erreichen kann, die sterilisiert werden müssen (normalerweise nicht) Verpackung durchdringen). Ebenso stellt die Verwendung chemischer Sterilisiermittel neue Herausforderungen für die Sicherheit am Arbeitsplatz.Die Eigenschaften, die Chemikalien zu wirksamen Sterilisationsmitteln machen, machen sie üblicherweise für den Menschen schädlich. Die Funktionsweise zum Entfernen von Sterilisationsrückständen aus den sterilisierten Materialien hängt von der verwendeten Chemikalie und Methode ab.

Ethylenoxid

Die Gasbehandlung mit Ethylenoxid (EO, EtO) ist eine der gängigen Methoden zum Sterilisieren, Pasteurisieren oder Desinfizieren von Gegenständen aufgrund ihres breiten Spektrums an Materialverträglichkeit. Es wird außerdem verwendet, um Gegenstände zu verarbeiten, die für die Verarbeitung mit anderen Methoden empfindlich sind, wie durch Strahlung (Gamma, Elektronenstrahl, Röntgen), Wärme (feucht oder trocken) oder andere Chemikalien veranschaulicht. Die Ethylenoxidbehandlung ist die häufigste chemische Sterilisationsmaßnahme, die für ungefähr 70% der gesamten Sterilisationen und für über 50% aller medizinischen Einweggeräte verwendet wird.

Die Ethylenoxidbehandlung wird konstant zwischen 30 und 60 ° C (86 und 140 ° F) mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von über 30% und einer Gaskonzentration zwischen 200 und 800 mg / l durchgeführt. In der Regel dauert die Methode mehrere Stunden. Ethylenoxid ist hochwirksam, da es alle porösen Materialien durchdringt und einige Kunststoffmaterialien und -filme durchdringen kann. Ethylenoxid tötet alle bekannten Mikroorganismen ab, wie Bakterien (einschließlich Sporen), Viren und Pilze (einschließlich Hefen und Schimmelpilze) zeigen, und ist mit fast allen Materialien kompatibel, selbst wenn sie wiederholt angewendet werden. Es ist brennbar, giftig und krebserregend. obwohl nur mit einem gemeldeten Potenzial für einige gesundheitsschädliche Auswirkungen, wenn es nicht in Übereinstimmung mit den veröffentlichten Anforderungen verwendet wird. Ethylenoxid-Sterilisatoren und -Verfahren erfordern nach der Installation des Sterilisators eine biologische Validierung.wesentliche Reparaturen oder Methodenänderungen.

Das traditionelle Verfahren besteht aus einer Vorkonditionierungsphase (in einem separaten Raum oder einer separaten Zelle), einer Verarbeitungsphase (deutlicher in einem Vakuumgefäß und manchmal in einem Druckbehälter) und einer Belüftungsphase (in einem separaten Raum oder einer separaten Zelle) zum Entfernen EO-Rückstände und niedrigere Nebenprodukte, wie durch Ethylenchlorhydrin (EC oder ECH) und, von geringerer Bedeutung, Ethylenglykol (EG) dargestellt. Für einige Produkte gibt es außerdem ein alternatives Verfahren, das als All-in-One-Verarbeitung bekannt ist, bei dem alle drei Phasen im Vakuum- oder Druckbehälter durchgeführt werden. Diese letztere Option kann im Großen und Ganzen eine schnellere Verarbeitungszeit und Rückstandsableitung ermöglichen.

Die häufigste EO-Verarbeitungsaktion ist die Gaskammeraktion. Um von Skaleneffekten zu profitieren, wurde EO traditionell durch Befüllen einer großen Kammer mit einer Kombination aus gasförmigem EO entweder als reines EO oder mit anderen Gasen, die als Verdünnungsmittel verwendet werden, geliefert. Verdünnungsmittel umfassen Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKW) und Kohlendioxid.

Ethylenoxid wird von Herstellern medizinischer Geräte immer noch häufig verwendet. Da EO bei Konzentrationen über 3% explosiv ist, wurde EO traditionell mit einem inerten Trägergas versorgt, wie dies durch ein FCKW oder H-FCKW veranschaulicht wird. Die Verwendung von FCKW oder H-FCKW als Trägergas wurde aufgrund von Bedenken hinsichtlich des Ozonabbaus verboten. Diese halogenierten Kohlenwasserstoffe werden aufgrund von Vorschriften und der hohen Kosten der Mischungen durch Systeme mit 100% EO ersetzt. In Krankenhäusern verwenden die meisten EO-Sterilisatoren Einwegpatronen, da sie im Vergleich zu früheren Gasflaschen mit EO-Mischungen bequem und einfach zu verwenden sind.

Es ist wichtig, die von der Regierung und dem Gesundheitspersonal festgelegten Grenzwerte für EO-Rückstände in und / oder auf verarbeiteten Produkten, die Exposition des Bedieners nach der Verarbeitung, während der Lagerung und Handhabung von EO-Gasflaschen sowie die bei der Verwendung von EO entstehenden Umweltemissionen einzuhalten.

Die US-Arbeitsschutzbehörde (OSHA) hat die zulässige Expositionsgrenze (PEL) auf 1 ppm - berechnet als ppm zeitgewichteter Acht-Stunden-Durchschnitt (TWA) - und 5 ppm als 15-minütige Exkursion festgelegt Grenze (EL). Das Nationale Institut für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (NIOSH), das für EO unmittelbar lebens- und gesundheitsgefährdend ist (IDLH), beträgt 800 ppm. Die Geruchsschwelle liegt bei etwa 500 ppm, sodass EO nicht wahrnehmbar ist, bis die Konzentrationen deutlich über dem OSHA-PEL liegen. Zusammenfassend empfiehlt die OSHA die Verwendung kontinuierlicher Gasüberwachungssysteme zum Schutz der Arbeitnehmer, die EO für die Verarbeitung verwenden.

Stickstoffdioxid

Stickstoffdioxid (NO 2) ist ein schnelles und wirksames Sterilisationsmittel zur Verwendung gegen eine Vielzahl von Mikroorganismen, einschließlich gängiger Bakterien, Viren und Sporen. Die einzigartigen physikalischen Eigenschaften von NO 2 -Gas ermöglichen die Dispersion von Sterilisationsmitteln in einer geschlossenen Umgebung bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck. Der Mechanismus für die Letalität ist der Abbau von DNA im Sporenkern durch Nitrierung des Phosphatrückgrats, wodurch der exponierte Organismus abgetötet wird, wenn er NO 2 absorbiert. Dieser Abbau tritt bereits bei sehr geringen Gaskonzentrationen auf. NO 2 hat auf Meereshöhe einen Siedepunkt von 21 ° C (70 ° F), was zu einem relativ hoch gesättigten Dampfdruck bei Umgebungstemperatur führt. Aus diesem Grund ist flüssiges NO2 kann als geeignete Quelle für das Sterilisiergas verwendet werden. Flüssiges NO 2 wird häufig durch die Bezeichnung seines dimer Distickstofftetroxids (N 2 O 4) bezeichnet. In gleicher Weise stellt die geringe erforderliche Konzentration in Verbindung mit dem hohen Dampfdruck sicher, dass an den zu sterilisierenden Geräten keine Kondensation auftritt. Dies bedeutet, dass unmittelbar nach dem Sterilisationszyklus keine Belüftung der Geräte erforderlich ist. NO 2 ist außerdem weniger ätzend als andere sterilisierende Gase und mit den meisten medizinischen Materialien und Klebstoffen kompatibel.

Der resistenteste Organismus (MRO) gegen Sterilisation mit NO 2 -Gas ist die Spore von Geobacillus stearothermophilus, der für Dampf- und Wasserstoffperoxid-Sterilisationsprozesse der gleiche MRO ist. Die Sporenform von G. Stearothermophilus wurde im Laufe der Jahre als biologischer Indikator bei Sterilisationsanwendungen gut charakterisiert. Mikrobielle Inaktivierung von G. Stearothermophilus mit NO 2Gas verläuft schnell logarithmisch linear, wie es für andere Sterilisationsprozesse typisch ist. Noxilizer, Inc. hat diese Technologie kommerzialisiert, um in seinem Werk in Baltimore, Maryland (USA) Vertragssterilisationsdienste für Medizinprodukte anzubieten. Dies wurde in Noxilizers Labor in mehreren Studien gezeigt und wird durch veröffentlichte Berichte aus anderen Labors unterstützt. Diese gleichen Eigenschaften ermöglichen außerdem eine schnellere Entfernung des Sterilisationsmittels und der Restgase durch Belüftung der geschlossenen Umgebung. Die Kombination aus schneller Letalität und einfacher Entfernung des Gases ermöglicht im Großen und Ganzen kürzere Zykluszeiten während der Sterilisations- (oder Dekontaminations-) Methode und eine geringere Menge an Sterilisationsrückständen als bei anderen Sterilisationsmethoden.

Ozon

Ozon wird in industriellen Umgebungen zur Sterilisation von Wasser und Luft sowie als Desinfektionsmittel für Oberflächen verwendet. Es hat den Vorteil, dass es die meisten organischen Stoffe oxidieren kann. Es ist jedoch ein giftiges und instabiles Gas, das vor Ort erzeugt werden muss, so dass es in vielen Umgebungen nicht praktikabel ist.

Ozon bietet als Sterilisiergas viele Vorteile; Ozon ist aufgrund seiner starken Oxidationseigenschaften (E = 2,076 gegenüber SHE) ein sehr effizientes Sterilisationsmittel, das eine Vielzahl von Krankheitserregern, einschließlich Prionen, zerstören kann, ohne dass gefährliche Chemikalien gehandhabt werden müssen, da das Ozon im Sterilisator aus medizinischen Mitteln erzeugt wird -grad Sauerstoff. Die hohe Reaktivität von Ozon bedeutet, dass Ozonabfälle durch Passieren eines einfachen Katalysators zerstört werden können, der es in Sauerstoff umwandelt und sicherstellt, dass die Zykluszeit relativ kurz ist. Der Nachteil der Verwendung von Ozon besteht darin, dass das Gas sehr reaktiv und sehr gefährlich ist. Die unmittelbar lebens- und gesundheitsgefährdende NIOSH-Grenze (IDLH) für Ozon beträgt 5 ppm und ist 160-mal kleiner als die 800 ppm .IDLH für Ethylenoxid. NIOSH und OSHA haben den PEL für Ozon auf 0,1 ppm festgelegt, berechnet als zeitgewichteter Durchschnitt von acht Stunden. Die Hersteller von Sterilisiergasen enthalten viele Sicherheitsmerkmale in ihren Produkten. Es ist jedoch ratsam, die Ozonbelastung kontinuierlich zu überwachen, um im Falle eines Lecks schnell zu warnen. Monitore zur Bestimmung der Ozonexposition am Arbeitsplatz sind im Handel erhältlich.

Glutaraldehyd und Formaldehyd

Glutaraldehyd- und Formaldehydlösungen (auch als Fixiermittel verwendet) werden als flüssige Sterilisationsmittel akzeptiert, sofern die Eintauchzeit ausreichend lang ist. Das Abtöten aller Sporen in einer klaren Flüssigkeit kann mit Glutaraldehyd bis zu 22 Stunden und mit Formaldehyd sogar länger dauern. Das Vorhandensein fester Partikel kann den erforderlichen Zeitraum verlängern oder die Behandlung unwirksam machen. Die Sterilisation von Gewebeblöcken kann aufgrund der Zeit, die das Fixiermittel benötigt, um einzudringen, viel länger dauern. Glutaraldehyd und Formaldehyd sind flüchtig und sowohl bei Hautkontakt als auch beim Einatmen toxisch. Glutaraldehyd hat eine kurze Haltbarkeit (<2 Wochen) und ist teuer. Formaldehyd ist billiger und hat eine viel längere Haltbarkeit, wenn etwas Methanol zugesetzt wird, um die Polymerisation zu Paraformaldehyd zu hemmen, ist aber viel flüchtiger.Formaldehyd wird außerdem als gasförmiges Sterilisationsmittel verwendet; in diesem Fall wird es vor Ort durch Depolymerisation von festem Paraformaldehyd hergestellt. Viele Impfstoffe, wie der ursprüngliche Salk-Polio-Impfstoff zeigt, werden mit Formaldehyd sterilisiert.

Wasserstoffperoxid

Wasserstoffperoxid ist sowohl in flüssiger als auch als verdampfter Wasserstoffperoxid (VHP) ein anderes chemisches Sterilisationsmittel. Wasserstoffperoxid ist ein starkes Oxidationsmittel, das es ermöglicht, eine Vielzahl von Krankheitserregern zu zerstören. Wasserstoffperoxid wird verwendet, um wärme- oder temperaturempfindliche Gegenstände zu sterilisieren, wie dies durch starre Endoskope veranschaulicht wird. Bei der medizinischen Sterilisation wird Wasserstoffperoxid in höheren Konzentrationen von etwa 35% bis 90% verwendet. Der größte Vorteil von Wasserstoffperoxid als Sterilisationsmittel ist die kurze Zykluszeit. Während die Zykluszeit für Ethylenoxid 10 bis 15 Stunden betragen kann, haben einige moderne Wasserstoffperoxid-Sterilisatoren eine Zykluszeit von nur 28 Minuten.

Zu den Nachteilen von Wasserstoffperoxid gehören die Materialverträglichkeit, eine geringere Penetrationsfähigkeit und Gesundheitsrisiken für den Bediener. Produkte, die Cellulose enthalten, wie auf Papier dargestellt, können nicht mit VHP sterilisiert werden, und Produkte, die Nylon enthalten, können spröde werden. Das durchdringende Talent für Wasserstoffperoxid ist nicht so gut wie für Ethylenoxid, und daher gibt es Einschränkungen hinsichtlich der Länge und des Durchmessers des Lumens von Objekten, die effektiv sterilisiert werden können. Wasserstoffperoxid ist ein primärer Reizstoff und der Kontakt der flüssigen Lösung mit der Haut führt je nach Konzentration und Kontaktzeit zu Bleiche oder Geschwüren. Es ist relativ ungiftig, wenn es auf niedrige Konzentrationen verdünnt wird, ist jedoch bei hohen Konzentrationen (> 10 Gew.-%) ein gefährliches Oxidationsmittel. Der Dampf ist außerdem gefährlich und betrifft hauptsächlich die Augen und die Atemwege.Selbst kurzfristige Expositionen können gefährlich sein, und NIOSH hat den IDLH auf 75 festgelegt ppm weniger als ein Zehntel der IDLH für Ethylenoxid (800 ppm). Eine längere Exposition gegenüber niedrigeren Konzentrationen kann zu dauerhaften Lungenschäden führen. Daher hat OSHA die zulässige Expositionsgrenze auf 1,0 ppm festgelegt, berechnet als zeitgewichteter Durchschnitt von acht Stunden. Die Hersteller von Sterilisatoren unternehmen große Anstrengungen, um ihre Produkte durch sorgfältiges Layout und die Integration vieler Sicherheitsmerkmale sicher zu machen. Es gibt jedoch noch Expositionen von Wasserstoffperoxid aus Gassterilisatoren am Arbeitsplatz, die in der FDA MAUDE-Datenbank dokumentiert sind. Bei der Verwendung von Gassterilisatoren jeglicher Art sollten vorsichtige Arbeitspraktiken eine gute Belüftung, einen kontinuierlichen Gasmonitor für Wasserstoffperoxid sowie gute Arbeitspraktiken und Schulungen umfassen.

Verdampftes Wasserstoffperoxid (VHP) wird verwendet, um große geschlossene und versiegelte Bereiche zu sterilisieren, wie dies durch ganze Räume und Flugzeuginnenräume veranschaulicht wird.

Obwohl giftig, zerfällt VHP in kurzer Zeit zu Wasser und Sauerstoff.

Peressigsäure

Peressigsäure (0,2%) ist ein von der FDA anerkanntes Sterilisationsmittel zur Verwendung bei der Sterilisation von Medizinprodukten, wie durch Endoskope veranschaulicht.

Potenzial für die chemische Sterilisation von Prionen

Prionen sind sehr resistent gegen chemische Sterilisation. Es wurde tatsächlich gezeigt, dass die Behandlung mit Aldehyden, wie durch Formaldehyd veranschaulicht, die Prionenresistenz erhöht. Es wurde gezeigt, dass Wasserstoffperoxid (3%) für eine Stunde unwirksam ist und eine Verringerung der Kontamination um weniger als 3 log (10 –3) bewirkt. Jod, Formaldehyd, Glutaraldehyd und Peressigsäure bestehen diesen Test nicht (einstündige Behandlung). Nur Chlor, Phenolverbindungen, Guanidiniumthiocyanat und Natriumhydroxid reduzieren den Priongehalt um mehr als 4 log; Chlor (zu ätzend für bestimmte Objekte) und Natriumhydroxid sind am beständigsten. Viele Studien haben die Wirksamkeit von Natriumhydroxid gezeigt.

Strahlensterilisation

Die Sterilisation kann unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung erreicht werden, wie durch Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen oder Bestrahlung durch subatomare Teilchen veranschaulicht. Elektromagnetische oder teilchenförmige Strahlung kann energiereich genug sein, um Atome oder Moleküle zu ionisieren (ionisierende Strahlung), oder weniger energiereich (nichtionisierende Strahlung).

Sterilisation mit nichtionisierender Strahlung

Die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (UV, von einer keimtötenden Lampe) ist nützlich für die Sterilisation von Oberflächen und einigen transparenten Objekten. Viele Objekte, die für sichtbares Licht transparent sind, absorbieren UV. UV-Bestrahlung wird routinemäßig verwendet, um das Innere von biologischen Sicherheitswerkbänken zwischen den Anwendungen zu sterilisieren, ist jedoch in schattierten Bereichen, einschließlich Bereichen unter Schmutz, unwirksam (die nach längerer Bestrahlung polymerisieren können, so dass es sehr schwierig ist, sie zu entfernen). Außerdem werden einige Kunststoffe beschädigt, wie dies durch Polystyrolschaum veranschaulicht wird, wenn es längere Zeit ausgesetzt wird.

Sterilisation mit ionisierender Strahlung

Die Sicherheit von Bestrahlungsanlagen wird von der Internationalen Atomenergiebehörde der Vereinten Nationen geregelt und von den unterschiedlichen nationalen Nuklearregulierungskommissionen (NRC) überwacht. Die in der Vergangenheit aufgetretenen Unfälle mit Strahlenexposition werden von der Agentur dokumentiert und gründlich analysiert, um die Ursache und das Verbesserungspotenzial zu ermitteln. Solche Verbesserungen sind dann erforderlich, um vorhandene Einrichtungen und das zukünftige Layout nachzurüsten.

Gammastrahlung ist sehr durchdringend und wird eindeutig zur Sterilisation von medizinischen Einweggeräten verwendet, wie Spritzen, Nadeln, Kanülen und IV-Sets sowie Lebensmittel zeigen. Es wird von einem Radioisotop emittiert, üblicherweise Cobalt-60(⁶⁰Co) oder Cäsium-137(¹³⁷Cs), das Photonenenergien von bis zu 1,3 bzw. 0,66 MeV aufweist.

Die Verwendung eines Radioisotops erfordert eine Abschirmung zur Sicherheit der Bediener während der Verwendung und Lagerung. Bei den meisten Konstruktionen wird das Radioisotop in einen wassergefüllten Quellspeicherpool abgesenkt, der Strahlung absorbiert und es dem Wartungspersonal ermöglicht, in den Strahlenschutz einzudringen. Eine Variante hält das Radioisotop jederzeit unter Wasser und senkt das Produkt, das in hermetisch verschlossenen Glocken im Wasser bestrahlt werden soll; Darüber hinaus ist für solche Konstruktionen keine Abschirmung erforderlich. Andere ungewöhnlich verwendete Konstruktionen verwenden Trockenlagerung und bieten bewegliche Abschirmungen, die die Strahlungswerte in Bereichen der Bestrahlungskammer reduzieren. Ein Vorfall in Decatur, Georgia, USA, bei dem wasserlösliches Cäsium-137 in den Quellspeicherpool gelangte und eine NRC-Intervention erforderlich machte, hat dazu geführt, dass die Verwendung dieses Radioisotops fast vollständig zugunsten der teureren eingestellt wurde.nicht wasserlösliches Kobalt-60. Kobalt-60-Gammaphotonen haben in Bezug auf die doppelte Energie und den unvermeidlich größeren Durchdringungsbereich der von Cäsium-137 erzeugten Strahlung.

Die Elektronenstrahlverarbeitung wird außerdem eindeutig zur Sterilisation verwendet. Elektronenstrahlen verwenden eine Ein-Aus-Technologie und bieten eine viel höhere Dosierungsrate als Gamma- oder Röntgenstrahlen. Aufgrund der höheren Dosisleistung wird weniger Expositionszeit benötigt und dadurch wird ein möglicher Abbau zu Polymeren verringert. Aufgrund der Ladung von Elektronen sind Elektronenstrahlen weniger durchdringend als Gamma- und Röntgenstrahlen. Die Einrichtungen sind auf erhebliche Betonschilde angewiesen, um die Arbeitnehmer und die Umwelt vor Strahlenexposition zu schützen.

Hochenergetische Röntgenstrahlen (durch Bremsstrahlung erzeugt) ermöglichen die Bestrahlung großer Verpackungen und Palettenladungen von Medizinprodukten. Sie sind ausreichend durchdringend, um mehrere Palettenladungen von Verpackungen mit geringer Dichte mit sehr guten Dosisgleichmäßigkeitsverhältnissen zu behandeln. Für die Röntgensterilisation ist kein chemisches oder radioaktives Material erforderlich: Hochenergetische Röntgenstrahlen werden mit hoher Intensität von einem Röntgengenerator erzeugt, der bei Nichtgebrauch keine Abschirmung erfordert. Röntgenstrahlen werden durch Beschuss eines dichten Materials (Objektivs), wie durch Tantal oder Wolfram dargestellt, mit hochenergetischen Elektronen in einem als Bremsstrahlungsumwandlung bekannten Verfahren erzeugt. Diese Systeme sind energieeffizient und benötigen für den gleichen Effekt viel mehr elektrische Energie als andere Systeme.

Durch Bestrahlung mit Röntgenstrahlen, Gammastrahlen oder Elektronen werden Materialien nicht radioaktiv, da die verbrauchte Energie zu gering ist. Konsequent wird eine Energie von mindestens 10 MeV benötigt, um Radioaktivität in einem Material zu induzieren. Neutronen und sehr energiereiche Partikel können Materialien radioaktiv machen, haben jedoch eine gute Penetration, während Partikel mit niedrigerer Energie (außer Neutronen) Materialien nicht radioaktiv machen können, aber eine schlechtere Penetration aufweisen.

Die Sterilisation durch Bestrahlung mit Gammastrahlen kann die Materialeigenschaften beeinträchtigen.

Die Bestrahlung wird von der United States Postal Function verwendet, um Post in der Region Washington, DC zu sterilisieren. Einige Lebensmittel (z. B. Gewürze und Hackfleisch) werden durch Bestrahlung sterilisiert.

Subatomare Partikel können mehr oder weniger durchdringend sein und je nach Partikeltyp von einem Radioisotop oder einem Gerät erzeugt werden.

Sterilfiltration

Flüssigkeiten, die durch Hitze, Bestrahlung oder chemische Sterilisation beschädigt würden, wie durch die Arzneimittellösung veranschaulicht, können durch Mikrofiltration unter Verwendung von Membranfiltern sterilisiert werden. Diese Aktion wird eindeutig für hitzelabile Pharmazeutika und Proteinlösungen in der Arzneimittelverarbeitung verwendet. Ein Mikrofilter mit einer Porengröße von üblicherweise 0,22 um entfernt üblicherweise effektiv Mikroorganismen. Es wurde jedoch gezeigt, dass einige Staphylokokkenarten flexibel genug sind, um 0,22-µm-Filter zu passieren. Bei der Verarbeitung von Biologika müssen Viren entfernt oder inaktiviert werden, was die Verwendung von Nanofiltern mit einer kleineren Porengröße (20–50 nm) erfordert. Kleinere Porengrößen verringern die Durchflussrate. Um in der Regel einen höheren Gesamtdurchsatz zu erzielen oder eine vorzeitige Verstopfung zu vermeiden, wird die Wirksamkeit der Vorfilter zum Schutz der Filter kleiner Membranporen verwendet.Tangential Flow Filtration (TFF) und Alternating Tangential Flow (ATF) Systeme reduzieren außerdem die Ansammlung und Blockierung von Partikeln.

Membranfilter, die in Produktionsprozessen verwendet werden, bestehen eindeutig aus Materialien, wie durch gemischten Celluloseester oder Polyethersulfon (PES) veranschaulicht. Die Filtrationsausrüstung und die Filter selbst können als vorsterilisierte Einwegeinheiten in versiegelter Verpackung gekauft werden oder müssen vom Benutzer durch Autoklavieren bei einer Temperatur sterilisiert werden, die die zerbrechlichen Filtermembranen nicht beschädigt. Um eine ordnungsgemäße Funktion des Filters sicherzustellen, werden die Membranfilter nach dem Gebrauch und manchmal vor dem Gebrauch auf Integrität geprüft. Der zerstörungsfreie Integritätstest stellt sicher, dass der Filter unbeschädigt ist und eine gesetzliche Anforderung darstellt. Üblicherweise wird eine terminale pharmazeutische Sterilfiltration in einem Reinraum durchgeführt, um eine Kontamination zu verhindern.

Erhaltung der Sterilität

Instrumente, die einer Sterilisation unterzogen wurden, können in einem solchen Zustand gehalten werden, indem sie bis zur Verwendung in einer versiegelten Verpackung aufbewahrt werden.

Aseptische Technik ist der Vorgang der Aufrechterhaltung der Sterilität während des Verfahrens.

Feuchte Hitzesterilisation

Feuchte Wärmesterilisation beschreibt Sterilisationstechniken, bei denen heiße Luft verwendet wird, die stark mit Wasserdampf beladen ist und bei der diese Feuchtigkeit bei der Sterilisation eine besondere Rolle spielt. Das Erhitzen eines Artikels ist eine der frühesten praktizierten Formen der Sterilisation. Die verschiedenen Verfahren zur Durchführung einer Sterilisationsmethode mit feuchter Hitze führen zur Zerstörung von Mikroorganismen durch Denaturierung von Makromolekülen.

Beschreibung

Das Erhitzen eines Artikels ist eine der frühesten praktizierten Formen der Sterilisation. Sterilisationsprozesse bei feuchter Hitze sterilisieren mit heißer Luft, die stark mit Wasserdampf beladen ist, was bei der Sterilisation eine besondere Rolle spielt. Wenn eine Probe 30 Minuten oder länger gekocht wird, werden praktisch alle vorhandenen vegetativen Zellen abgetötet, jedoch keine Sporen, die kurz danach keimen und das Wachstum wieder aufnehmen können. Zusammenfassend ist das Kochen eine unzureichende Maßnahme, um eine Sterilisation zu erreichen.

Wirkung auf Mikroorganismen

Feuchte Hitze führt zur Zerstörung von Mikroorganismen durch Denaturierung von Makromolekülen, vorwiegend Proteinen. Die Zerstörung von Zellen durch Lyse kann dabei ebenfalls eine Rolle spielen. Während Sterilität die Zerstörung frei lebender Organismen impliziert, die innerhalb einer Probe wachsen können, bedeutet Sterilisation nicht unbedingt die Zerstörung infektiöser Stoffe. Prionen sind ein Beispiel für einen Infektionserreger, der je nach den Bedingungen die Sterilisation durch feuchte Hitze überleben kann.

Validierung

Um eine effiziente Sterilisation durch Dampf und Druck zu ermöglichen, werden verschiedene Methoden zur Überprüfung und Anzeige verwendet. Dazu gehören farbwechselnde Indikatorbänder und biologische Indikatoren. Bei Verwendung biologischer Indikatoren werden Proben, die Sporen hitzebeständiger Mikroben enthalten, wie durch Geobacillus stearothermophilis dargestellt, neben einer Standardladung sterilisiert und dann in sterilen Medien inkubiert (häufig in der Probe in einer Glasampulle enthalten, die nach der Sterilisation aufgebrochen werden soll). Eine Farbänderung im Medium (was auf eine Säureproduktion durch Bakterien hinweist; erfordert, dass das Medium für diesen Zweck formuliert wird) oder das Auftreten einer Trübung (Trübung, die eine Lichtstreuung durch Bakterienzellen anzeigt) zeigt an, dass keine Sterilisation erreicht wurde und der Sterilisationszyklus möglicherweise erforderlich ist Überarbeitung oder Verbesserung.

Verwendete Methoden

Tyndallisierung

Eine effektivere Maßnahme ist die Verwendung von drei aufeinanderfolgenden Dampfbehandlungen, um eine Sterilisation innerhalb von drei Tagen zu erreichen. Dies funktioniert, indem vegetative Zellen abgetötet werden, die Keimung überlebender Sporen ermöglicht wird und die resultierenden vegetativen Zellen abgetötet werden, bevor sie Zeit haben, darüber hinaus Sporen zu bilden. Überlebende Sporen aus der ersten Behandlung oder zufällig gebildete Sporen während der ersten Inkubationszeit werden in einem dritten Dampfzyklus abgetötet.

Hoher Druck

Eine klarere Maßnahme, wenn längere Hitze keine Rolle spielt, ist die Verwendung eines Autoklaven oder Schnellkochtopfs. Beim Sterilisieren auf diese Weise werden die Proben in eine Dampfkammer auf einem Regal oder einem Doppelboden gegeben, und die Kammer wird geschlossen und erwärmt, so dass Dampf Luft aus den Entlüftungsöffnungen oder Abgasen drückt. Dann wird Druck ausgeübt, so dass die Innentemperatur 121 ° C (250 ° F) erreicht, und diese Temperatur wird zwischen 15 und 30 Minuten gehalten. Diese erhöhte Temperatur und dieser erhöhte Druck reichen aus, um Proben von eindeutig angetroffenen Mikroben oder Sporen zu sterilisieren. Die Kammer wird dann langsam oder durch passive Wärmeableitung abkühlen gelassen; Es kommt selten vor, dass eine Zwangskühlung angewendet oder der Druck absichtlich abgelassen wird. Die Drucksterilisation ist die vorherrschende Maßnahme zur medizinischen Sterilisation von hitzebeständigen Werkzeugen.und zur Sterilisation von Materialien für die Mikrobiologie und anderen Bereichen, die eine aseptische Technik erfordern.

In Fällen, in denen Gegenstände zur sofortigen Verwendung sterilisiert werden müssen, kann eine Blitzsterilisation angewendet werden. Flash-Techniken werden konsistent für die minimale Zeit, Temperatur oder den minimalen Druck ausgeführt und können einige Sicherheitsvorkehrungen beeinträchtigen, wie die Fähigkeit zeigt, mit biologischen Indikatoren zu validieren oder Kontaminationen zu verhindern. Zusätzliche Protokolle werden konsequent angewendet, um die Opfer zu mildern. Blitzsterilisationsgeräte werden häufig im sterilen Feld eines Operationssaals aufbewahrt, dampfdurchdringende Schutzverpackungen können zum Vorverpacken von Gegenständen verwendet werden, und insbesondere entworfene starre Sterilisationsbehältersysteme können wiederverwendet werden.

Sterilitätssicherungsstufe

In der Mikrobiologie ist das Sterilitätssicherungsniveau (SAL) die Wahrscheinlichkeit, dass eine einzelne Einheit, die einer Sterilisation unterzogen wurde, dennoch nicht steril bleibt.

Es ist niemals möglich nachzuweisen, dass alle Organismen zerstört wurden, da die Überlebenswahrscheinlichkeit eines einzelnen Mikroorganismus niemals Null ist. SAL wird also verwendet, um die Überlebenswahrscheinlichkeit auszudrücken. Zum Beispiel planen Hersteller medizinischer Geräte ihre Sterilisationsprozesse für einen extrem niedrigen SAL, wie durch 10 –6veranschaulicht, was einer 1: 1, 000, 000-Wahrscheinlichkeit einer nicht sterilen Einheit entspricht. SAL beschreibt außerdem die Abtötungseffizienz einer Sterilisationsmethode. Eine sehr effektive Sterilisationsmethode hat einen sehr niedrigen SAL.

Tyndallisierung

Die Tyndallisierung ist eine aus dem 19. Jahrhundert stammende Methode zur Sterilisation von Substanzen, üblicherweise Lebensmitteln, benannt nach ihrem Erfinder, dem Wissenschaftler John Tyndall, mit der hitzebeständige Endosporen abgetötet werden können. Obwohl es als altmodisch gilt, wird es dennoch gelegentlich verwendet.

Eine einfache und wirksame Sterilisationsmaßnahme, die heute eindeutig angewendet wird, ist das Autoklavieren: Erhitzen der zu sterilisierenden Substanz für 15 Minuten in einem Drucksystem auf 121 ° C. Wenn ein Autoklavieren aufgrund fehlender Ausrüstung oder der Notwendigkeit, etwas zu sterilisieren, das der höheren Temperatur nicht standhält, nicht möglich ist, kann eine drucklose Erwärmung über einen längeren Zeitraum bei einer Temperatur von bis zu 100 ° C, dem Siedepunkt von Wasser, auftreten verwendet werden. Die Hitze wird die Bakterienzellen abtöten; obwohl Bakteriensporen, die später in Bakterienzellen keimen können, überleben können. Kann verwendet werden, um die Sporen zu zerstören.

Die Tyndallisierung besteht wirklich darin, die Substanz auf den Siedepunkt (oder nur ein wenig unter den Siedepunkt) zu erhitzen und dort 15 Minuten lang, drei Tage hintereinander, zu halten. Nach jedem Erhitzen können in der Ruhephase überlebende Sporen in Bakterienzellen keimen. Diese Zellen werden durch Erhitzen am nächsten Tag abgetötet. Während der Ruhezeiten wird die zu sterilisierende Substanz in einer feuchten Umgebung bei einer warmen Raumtemperatur gehalten, was der Keimung der Sporen förderlich ist. Wenn die Umgebung für Bakterien günstig ist, fördert sie die Keimung von Zellen aus Sporen, und aus Zellen in dieser Umgebung bilden sich keine Sporen (siehe Bakteriensporen).

Die Methode ist in der Praxis üblicherweise wirksam. Es wird jedoch nicht als absolut zuverlässig angesehen - einige Sporen können überleben und später keimen und sich vermehren. Es wird heutzutage nicht oft verwendet, wird jedoch zum Sterilisieren einiger Dinge verwendet, die einer unter Druck stehenden Erwärmung nicht standhalten können, wie dies durch Pflanzensamen veranschaulicht wird.

Trockenhitzesterilisation

Die Trockenhitzesterilisation eines Artikels ist eine der frühesten praktizierten Sterilisationsformen. Es wird heiße Luft verwendet, die entweder frei von Wasserdampf ist oder nur sehr wenig davon enthält, wobei diese Feuchtigkeit bei der Sterilisationsmethode nur eine minimale oder keine Rolle spielt.

Methode

Das Trockenhitzesterilisationsverfahren wird durch Wärmeleitung erreicht; Dort wird Wärme von der Außenfläche eines Gegenstandes absorbiert und dann nach innen zur nächsten Schicht geleitet. Schließlich erreicht der gesamte Gegenstand die richtige Temperatur, die zum Erreichen der Sterilisation erforderlich ist. Die richtige Zeit und Temperatur für die Trockenhitzesterilisation beträgt 2 Stunden lang 160 ° C (320 ° F) oder 1 Stunde lang 170 ° C (340 ° F) oder bei Hochgeschwindigkeits-Heißluftsterilisatoren 190 ° C (375 ° F)) für 6 bis 12 Minuten.

Die Gegenstände sollten vor der Sterilisation trocken sein, da Wasser die Methode stört. Trockene Hitze zerstört Mikroorganismen, indem sie eine Denaturierung von Proteinen verursacht.

Das Vorhandensein von Feuchtigkeit, wie durch die Dampfsterilisation veranschaulicht, beschleunigt das Eindringen von Wärme erheblich.

Es gibt zwei Arten von Heißluftkonvektionssterilisatoren (Konvektion bezieht sich auf die Zirkulation erwärmter Luft in der Ofenkammer):

Schwerkraftkonvektion

Mechanische Konvektion

Mechanischer Konvektionsprozess

Ein mechanischer Heißluftofen enthält ein Gebläse, das die erwärmte Luft in allen Bereichen der Kammer aktiv drückt. Der vom Gebläse erzeugte Durchfluss sorgt für gleichmäßige Temperaturen und eine gleichmäßige Wärmeübertragung über die gesamte Last. Aus diesem Grund ist der mechanische Konvektionsofen der effizientere der beiden Prozesse.

Heißluft mit hoher Geschwindigkeit

Ein noch effizienteres System als die Konvektion verwendet entstörte heiße Luft, die mit 3000 Fuß / Minute durch einen Strahlvorhang gedrückt wird.

Instrumente zur Sterilisation bei trockener Hitze

Zu den für die Trockenhitzesterilisation verwendeten Instrumenten gehören Heißluftofen, Verbrennung oder Verbrennung, Flammen, Strahlung, Mikrowelle, Bunsenbrenner und Glasperlensterilisator.

Wirkung auf Mikroorganismen

Trockene Hitze lysiert die Proteine ​​in jedem Organismus, verursacht oxidative Schäden durch freie Radikale, bewirkt das Austrocknen der Zellen und kann sie sogar wie bei der Verbrennung zu Asche verbrennen.

Asepsis

Asepsis ist der Zustand, in dem man frei von krankheitsverursachenden Mikroorganismen (wie pathogenen Bakterien, Viren, pathogenen Pilzen und Parasiten) ist. Es gibt zwei Kategorien von Asepsis: medizinische und chirurgische. Der heutige Begriff der Asepsis leitet sich aus den älteren antiseptischen Techniken ab, einer Verschiebung, die im 19. Jahrhundert von unterschiedlichen Personen initiiert wurde, die Praktiken einführten, die durch das Sterilisieren von chirurgischen Werkzeugen und das Tragen von chirurgischen Handschuhen während der Operationen veranschaulicht wurden. Das Ziel der Asepsis ist es, Infektionen zu beseitigen und keine Sterilität zu erreichen. Im Idealfall ist ein Operationsfeld steril, dh es ist frei von allen biologischen Verunreinigungen (z. B. Pilzen, Bakterien, Viren), nicht nur von solchen, die Krankheiten, Fäulnis oder Fermentation verursachen können. Selbst in einem aseptischen Zustand kann sich ein Zustand steriler Entzündung entwickeln.Der Begriff bezieht sich häufig auf jene Praktiken, die verwendet werden, um Asepsis in einem operativen Bereich der Chirurgie oder Medizin zu fördern oder zu induzieren, um eine Infektion zu verhindern.

Aktion

Asepsis bezieht sich auf jede