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Sterilisation Definition - Alles was Sie wissen müssen

Sterilisation: Definition und Methoden

| von Julia

Das Verfahren der Sterilisation wird dazu eingesetzt, Oberflächen und Gegenstände zu entkeimen – was in vielen Bereichen unverzichtbar ist. Dadurch werden schädliche Mikroorganismen und Krankheitserreger effektiv abgetötet. Wie sich die Definition der Sterilisation von der Reinigung und der Desinfektion abgrenzt, welche Stoffe sterilisiert werden können und welche Verfahren jeweils infrage kommen, haben wir Ihnen in diesem Blogbeitrag zusammengefasst.

Unterschied: Reinigung, Desinfektion, Sterilisation

Wenn es um die Reduktion eines Infektionsrisikos geht, werden die Begriffe „Reinigung“, „Desinfektion“ und „Sterilisation“ oftmals zusammengewürfelt. Tatsächlich handelt es sich bei allen drei Verfahren um gänzlich unterschiedliche Methoden, die sich hinsichtlich der Durchführung und der möglichen Anwendungsbereiche voneinander unterscheiden. Um die Sterilisation zu definieren, muss sie also zuerst von der Reinigung und der Desinfektion abgegrenzt werden.

Reinigung

Bei einer Reinigung handelt es sich primär um eine Entfernung von Verschmutzungen, die sichtbar oder nicht sichtbar sein können. Somit gehört dieses Verfahren zu den Aufbereitungen von Oberflächen und Gegenständen – z. B. das Abwischen von Arbeitsbereichen oder die Säuberung von Fußböden. Potenziell schädliche Mikroorganismen werden dabei mechanisch entfernt, allerdings nicht abgetötet.

Die Reinigung kann also primär als erster Schritt einer Desinfektion oder Sterilisation eingesetzt werden. Im Gegensatz zu diesen beiden Verfahren werden Oberflächen durch eine Reinigung von sichtbaren Verschmutzungen befreit, sodass das Abtöten von Keimen in einem nächsten Schritt folgen kann. Die Keimreduktion liegt danach bereits bei 50% bis 80%.

Desinfektion

Die Desinfektion sorgt im Gegensatz dazu für eine Keimreduktion von 84% bis 99,9%, sodass eine etwaige Infektionsgefahr effektiv minimiert werden kann. Deswegen kommt dieses Verfahren in vielen Bereichen vor, die von medizinischen Einrichtungen über Lebensmittelproduktionen bis zu Laboren aller Art reichen. Inzwischen findet die Desinfektion auch vermehrt im privaten Umfeld Anwendung.

Je nach Art des Desinfektionsmittels und gewählter Vorgehensweise werden die Keime und Krankheitserreger inaktiviert oder getötet. Dabei ist auch auf die Inhaltsstoffe der Desinfektionsmittel zu achten, die beispielsweise bakterizid, fungizid, viruzid und/oder sporizid wirken können. So lässt sich die Methode ideal an die unerwünschten Mikroorganismen anpassen, was natürlich auch die Wirksamkeit der Desinfektion erhöht.

Sterilisation

Soll eine vollständige Entkeimung erfolgen, wird ein Sterilisationsverfahren eingesetzt. Bei der Sterilisation handelt es sich um eine Abtötung oder eine Inaktivierung aller Mikroorganismen, die beispielsweise Bakterien, Viren, Sporen und auch Prionen umfassen. Diese werden in allen Entwicklungsstadien attackiert, sodass sich zurückbleibende Keime weder vermehren noch schädliche Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben können.

Ein Gegenstand oder eine Oberfläche wird laut Definition dann als steril eingestuft, wenn die Wahrscheinlichkeit eines überlebenden Keims kleiner als 1:1.000.000 (<= 10-6 pro Einheit des Sterilisierguts) ist. Das kann bei der Sterilisation durch unterschiedliche Verfahren und Vorgehensweisen erreicht werden, die sich primär in physikalische und chemische Sterilisationsmethoden einteilen lassen. Die Sterilisation ist insbesondere im medizinischen Bereich nicht mehr wegzudenken.

Sterilisation: Definition und Unterschiede

Sterilisation ist nicht gleich Sterilisation – so können unterschiedliche Arten und Vorgehensweisen differenziert werden, die jeweils eine andere Definition von Sterilisation mit sich bringen. Allerdings haben sie gemeinsam, dass die Sterilisation zur Hygiene durchgeführt wird, sodass ein gänzlich keimfreies Ergebnis am Ende steht. Sowohl für Flüssigkeiten als auch für Festkörper und für biologische Gefahrstoffe kommt eine Sterilisation im Autoklav infrage.

Sterilisation von Flüssigkeiten

Flüssigkeiten müssen offen oder angelüftet sterilisiert werden, was dieses Verfahren erschweren kann. Auch besteht das Risiko, dass die Flüssigkeit überkocht oder das Lagerungsgefäß zum Bersten bringt. Die Definition der Sterilisation von Flüssigkeiten besteht darin, Wärmeenergie durch Kondensation auf die Flasche zu übertragen, die die Flüssigkeit beinhaltet.

Dafür wird in einem ersten Schritt eine Aufheiz- und Ausgleichszeit benötigt, auf die eine eigentliche Sterilisierphase folgt. Bei den meisten Flüssigkeiten ist es notwendig, eine Sterilisation bei mindestens 121°C für 20 Minuten durchzuführen. Danach muss das sterile Gut auf eine sichere Entnahmetemperatur gebracht werden, sodass eine Abkühlzeit eingehalten werden muss.

Sterilisation von Festkörpern

Festkörper lassen sich im Autoklav leichter sterilisieren, wobei insbesondere auf eine optimale Entlüftung und auf die Beladung der Autoklavenkammer geachtet werden sollte. Als typische Beispiele von Festkörpern kommen etwa Glaswaren, Filter, Pipettenspitzen und Beutel sowie Textilien und poröse Materialien vor.

Sorgen Sie bei der Sterilisation dafür, dass die vorhandene Luft in der Autoklavenkammer und im Sterilgut vollständig entfernt wurde – ansonsten könnte die entkeimende Wirkung vermindert werden. Durch die Dampfentwicklung wird die notwendige Wärmeenergie erzeugt und an die Oberfläche der Festkörper transportiert, wo Mikroorganismen inaktiviert und abgetötet werden.

Sterilisation von biologischen Gefahrstoffen

Sollen hingegen biologische Gefahrenstoffe mithilfe der Sterilisation hygienisch aufbereitet werden, muss der Autoklav über eine Abluftfiltration verfügen. Diese Aufrüstung findet zumeist in Form einer Filterkerze statt, die aus einer PTFE-Membran mit einer geringen Porengröße hergestellt wird. Während der Aufheiz- und Sterilisierphase wird das Kondensat im Druckbehälter zurückgehalten und gefiltert, sodass keine Keime und Mikroorganismen entweichen können oder verdrängt werden.

Da sich die biologischen Proben in Konsistenz und Form unterscheiden können (denken Sie zum Beispiel an Knochen, Pflanzengewebe oder Sputum), muss das Ausgangsmaterial vor der Sterilisation in eine passende Form überführt werden. Mittel der Wahl sind dafür oftmals die Homogenisierung und die Pulverisierung.

Sterilisationsverfahren im Überblick

Für die Sterilisation gibt es kein universelles Verfahren, dass alle Anwendungszwecke abdeckt. Stattdessen muss die Vorgehensweise auf die Eigenschaften des Sterilisationsguts und auf die Art sowie den Umfang der Kontamination mit schädlichen Mikroorganismen angepasst werden.

Als Kategorien lassen sich die thermische, die chemische und die physikalische Sterilisation nennen, die auf unterschiedlichen Ansätzen beruhen und sich für verschiedene Objekte und Flächen eignen. Um die Auswahl zu erleichtern, haben wir Ihnen die Sterilisationsverfahren im Überblick an dieser Stelle zusammengefasst:

Sterilisation mit Autoklav

Die wohl bekannteste Vorgehensweise beim Sterilisieren ist das Autoklavieren. Dabei kommt ein sogenannter Autoklav zum Einsatz, der aus einem gasdicht verschließbarem Druckbehälter und einem luftdicht verschließbaren Deckel besteht. In dem Gerät wird Dampf erzeugt, sodass die Definition von Sterilisation hier der Reinigungswirkung durch feuchte Hitze entspricht.

Das Sterilisationsgut wird für 5 Minuten bei 134°C oder für 20 Minuten bei 121°C mit einem Überdruck von zwei bis drei bar behandelt, wodurch eine wasserdampfgesättigte Atmosphäre entsteht. Somit lassen sich insbesondere Textilien, Gummi, hitzebeständige Kunststoffe und Instrumente sterilisieren. Wichtig ist dabei, dass der Autoklav einer regelmäßigen Validierung unterzogen wird, damit er den technischen, organisatorischen und betrieblichen Voraussetzungen für die Dampfsterilisation entspricht.

Sterilisation mit Heißluft

Der Einsatz von Heißluft gehört zur physikalischen Desinfektion und Sterilisation und ordnet sich in die Kategorie „trockene Hitze“ ein. Bei diesem Verfahren wird das Sterilisationsgut für etwa 30 Minuten bei ca. 180°C mit Luft ummantelt, um Mikroorganismen auf der Oberfläche abzutöten und zu inaktivieren. Üblicherweise kommt dafür ein spezieller Heißluftsterilisator zum Einsatz, der den Gegenstand komplett umströmen kann.

Obwohl die Verwendung von Heißluft für eine hohe Sterilisations-Hygiene sorgt, können nicht alle Gegenstände und Oberflächen damit behandelt werden. Das liegt vor allem an der großen Hitzeentwicklung – ist ein Objekt nicht hitzebeständig, würde es schlichtweg Schaden nehmen. Daher wird die Heißluftsterilisation primär für Metall, Glas und wasserfreie Flüssigkeiten eingesetzt.

Tyndallisation

Als Tyndallisation oder fraktionierte Sterilisation wird eine Vorgehensweise bezeichnet, die nach dem irischen Physiker John Tyndall benannt ist und bereits 1850 entwickelt wurde. Das Sterilgut wird an mehreren Folgetagen jeweils für etwa 30 Minuten auf ca. 100°C erhitzt und dann bei Raumtemperatur gelagert. Vegetative Bakterien und Pilze werden abgetötet, während stationäre und hitzestabile Sporen einen Hitzeschock erleiden.

Danach wird die Probe für 12 Stunden bei 37°C inkubiert oder bei Raumtemperatur weitergelagert, sodass die stationären Sporen zu vegetativen Zellen auskeimen können. Wird das Gut erneut auf 100° erhitzt, lassen sich auch diese hartnäckigen Vertreter abtöten. So lassen sich Keime deutlich reduzieren. Für dieses Verfahren kommen allerdings nur solche Gegenstände in Betracht, die das Potential von auskeimenden Mikroorganismen besitzen (man denke etwa an hitzeempfindliche Lebensmittel).

Sterilisation mit Gas

Auch bestimmte gasförmige Stoffe können für eine hygienische Sterilisation eingesetzt werden. Um eine Abtötung von Mikroorganismen zu bewirken, wirken hierbei die Gase bei Temperaturen zwischen 50°C und 60°C auf die trockenen Gegenstände und Oberflächen ein. Als typische Gase für dieses Verfahren können zum Beispiel Formaldehyd, Ozon, Wasserstoffperoxid und Ethylenoxid genannt werden. Die Belüftungszeit liegt zwischen 30 Minuten und 6 Stunden.

Durch die Gassterilisation wird das Eiweiß der schädlichen (und auch unschädlichen) Mikroorganismen irreversibel verändert, sodass diese inaktiv werden. Zu den vielen Vorteilen dieses Verfahrens zählt, dass die Oberflächen nach der Sterilisation trocken sind. Der Einsatz von Gas ist vor allem in der Lebensmittelindustrie und beim Entkeimen von PET- und HDPE-Flaschen weit verbreitet.

Plasmasterilisation

Thermolabile Materialien (wie Spritzen und Infusionsbestecke aus Plastik) sowie Verpackungsfolien aus Kunststoff werden gerne mit der Plasmasterilisation entkeimt, da hierfür keine hohen Temperaturen notwendig sind. Bei diesem hygienischen Sterilisationsverfahren werden Plasmaentladungen durch Hochfrequenzwellen und Mikrowellen erzeugt. Das tötet sogar Prionen ab, die sich durch besondere Hartnäckigkeit auszeichnen.

Die sterilisierende Wirkung entsteht sowohl durch die plasmagenerierte UV-Strahlung als auch durch die Bildung von freien Radikalen (chemisch aggressive Stoffe) und den Ionenbeschuss der Mikroorganismen. Die Wirksamkeit ist inzwischen wissenschaftlich nachgewiesen, allerdings ist die Anschaffung entsprechender Geräte mit recht hohen Kosten verbunden. Auch kann die Oberfläche des Sterilisationsgut aktiviert, verändert und in einigen Fällen sogar zersetzt werden.

Sterilisation mit Strahlen

Strahlenchemische Wirkmechanismen können dafür sorgen, dass Keime und Krankheitserreger effektiv abgetötet werden. Diese Definition von Sterilisation beruht auf der Anwendung von ionisierender Strahlung durch UV-, Gamma- oder Röntgenstrahlen. Auch ein Elektronenbeschuss ist möglich, welcher bei der industriellen Auftragssterilisation (beispielsweise zur Entkeimung von medizinischen Einwegartikeln) oftmals zu finden ist.

Durch die hohe Energieform der Strahlung werden freie Wasserstoffe, Hydroxylradikale und Peroxide von den Molekülen freigegeben. Diese können bei den Mikroorganismen zu starken intrazellulären Schäden führen, was eine Vermehrung und ein Überleben dieser Keime unmöglich macht. Bei der UV-Strahlung werden Krankheitserreger hingegen nicht ionisiert, sondern deren Zellstrukturen zerstört. Diese Variante kann flächig eingesetzt werden und ist beispielsweise in Krankenhäusern zu finden.

Sterilfiltration

Die Sterilfiltration bzw. Entkeimungsfiltration wird primär für Impfstoffe und flüssige Kulturmedien eingesetzt, die hitzeempfindliche Eigenschaften besitzen und sich deswegen für viele andere Verfahren nicht eignen. Bei dieser Filtrationsart wird die Lösung durch sterile Membranfilter mit einer Porengröße von 0,22 µm filtriert – Mikroorganismen wie Bakterien passen nicht hindurch und bleiben im Filter zurück.

Für manche Anwendungen kommen noch kleinere Filter (0,1 µm) vor, die sich für gezielte Wachstumsexperimente bestimmter Bakterienkulturen eignen. Nachteilig an der Sterilfiltration kann sein, dass manche Bakterien (wie Mycoplasma und Spirochaeten) aufgrund ihrer Größe und/oder Form nicht zurückgehalten werden können. Übrigens können viele Membranfilter selbst sterilisiert und wiederverwendet werden, da die Bakterien, Viren und Co. darin abgetötet werden. Üblicherweise passiert das mit einer Gassterilisation.

Chemische Sterilisationsverfahren

Unter dem Begriff der chemischen Sterilisation werden alle Verfahren zusammengefasst, bei denen eine Kaltsterilisation durch toxische Stoffe durchgeführt wird. Keime und Krankheitserreger denaturieren und sterben ab. Wichtig ist, auf eine Eignung des Sterilguts für diese Sterilisationsverfahren zu achten – so muss eine Veränderung der Stoffzusammensetzung oder eine Beeinträchtigung der Oberfläche vermieden werden.

Zu den chemischen Sterilisationsverfahren gehören die Gassterilisation als Trockenantiseptik (beispielsweise mit Formaldehyd oder Ethylenoxid) und die Nassantiseptik (etwa mit Wasserstoffperoxid, gelöstem Ozon oder Peressigsäure). Diese Prozesse werden zumeist dann verwendet, wenn es sich um thermolabile Materialen handelt. Andernfalls ist fast immer eine Dampfsterilisation zu bevorzugen.

Sterilisation: Definition und Anwendungsmöglichkeiten

Bei der Sterilisation handelt es sich laut geltender Definition um ein Verfahren, bei dem Mikroorganismen und Krankheitserreger gänzlich abgetötet und inaktiviert werden – es kann von einer vollständigen Entkeimung gesprochen werden. Dabei kommen verschiedene chemische, physikalische und thermische Verfahren zum Einsatz, die auf die jeweiligen Anwendungsgebiete und Materialeigenschaftes des Sterilisationsguts angepasst werden können. So ist für jeden Anspruch eine passende Methode vorhanden – vom Krankenhaus bis hin zur Lebensmittelindustrie.

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