Zusammenfassung

Staphylococcus aureus ist ein humanpathogenes (krankmachendes) Bakterium, welches durch die Ausbildung von Antibiotika-Resistenzen eine klinische Relevanz besitzt. Es ist mittlerweile nicht nur in medizinischen Einrichtungen oder Pflegeeinrichtungen, sondern auch immer häufiger im Alltag anzutreffen. Dabei findet man S. aureus auf menschlicher Haut und Schleimhäuten. Es kann zu gefährlichen Infektionen kommen, wenn das Bakterium in den Blutstrom oder inneres Gewebe gelangt. Die Übertragung von S. aureus findet über den Kontakt zu Menschen und Oberflächen statt.

Zur Inaktivierung von S. aureus auf Oberflächen beschreiben Hygienevorschriften den Gebrauch von Desinfektionsmittel. Dieses Bakterium kann jedoch auch unter Verwendung von UV-C, Ozon oder antimikrobiellen Beschichtungen inaktiviert werden. Besonders die Verwendung einer auf Singulett-Sauerstoff basierenden Beschichtung garantiert auch in der Kombination mit Desinfektionsmitteln enorme Vorteile gegenüber anderen keimtötenden Systemen.

Steckbrief Staphylococcus aureus

Bei Staphylococcus aureus (S. aureus) handelt es sich um ein fakultativ anaerobes Bakterium, welches in An- und Abwesenheit von Sauerstoff wachsen kann. S. aureus gehört zu den gram-positiven Bakterien.

Aussehen und Vorkommen des S. aureus

S. aureus-Kolonien weisen eine goldgelbe Traubenform auf. Diese Pigmentierung schützt das Bakterium vor Abwehrmechanismen des Immunsystems.

Neben Habitaten – wie Nahrungsmittel und Gewässer – findet man Staphylococcus aureus sehr häufig auf der Haut und in Schleimhäuten von Menschen. Bei Immunsupprimierten und älteren Menschen ist Staphylococcus aureus in der Lage, nahezu jedes Organ zu besiedeln und dort eine lange Zeit beispielsweise als „small colony variant“ (scv) vom und im Wirt zu leben.

Infektion mit S. aureus 

Es kann jedoch in Folge einer systematischen S. aureus-Infektion auch zu einer Sepsis und zu multiplem Organversagen kommen. Staphylococcus aureus, welcher das Exotoxin Panton-Valentine-Leukozidin (PVL) produziert: Dieses verursacht besonders schwere und oftmals lethale Verläufe von Pneumonien und anderen Infektionen.

Die Epidemiologie der MRSA-assoziierten Infektionen hat sich in den letzten Jahren verändert. Beispielsweise produzieren auftretende MRSA wesentlich häufiger Panton-Valentine-Leukozidin (PVL) und sind somit potentiell gefährlicher. Dabei treten zunehmend mehr „Alltags-MRSA“- Community-Associated (CA)-MRSA – in Erscheinung, welche mittlerweile für die meisten MRSA-Infektionen verantwortlich sind. Es ist somit nicht mehr nur ein Problem, welches in Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen auftritt.

Übertragungswege des S. aureus

Staphylococcus aureus wird primär per Hautkontakt übertragen. Des Weiteren kann der Keim indirekt (sekundär) durch Berührung von Oberflächen weitergegeben werden. Bei einer Infektion mit Staphylococcus aureus treten die ersten Symptome bereits nach wenigen Tagen auf. Pathogene Erreger können auch über die Nahrung aufgenommen werden. Bereits wenige Stunden nach dem Verzehr kontaminierter Lebensmittel kann es zu ersten Krankheitssymptomen kommen.

Schutzmaßnahmen – Hygienevorschriften mit Grenzen

Eine Gefahr geht von einer mangelnden Umsetzung von Hygienevorschriften zur Reinigung und Desinfektion von Oberflächen aus. Dadurch verbreiten sich Keime noch stärker und bilden bei unsachgemäßer Verwendung Resistenzen gegen Desinfektionsmittel (Biozide) aus.

Desinfektionsmittel greifen das Material von Oberflächen und die gesunde, schützende Hautflora an. Allergien und Reizung der Atemwege können durch diese Agenzien ebenso hervorgerufen werden.

Grundsätzlich ist der Einsatz von Desinfektionsmitteln nicht unproblematisch für unsere Umwelt. Bei der Aufbereitung von Abwässern in Kläranlagen bereiten Desinfektionsmittel Probleme, da durch diese auch hilfreiche Mikroorganismen abgetötet werden .

Darüber hinaus finden nur wenige Desinfektionsmittel Anwendung im Bereich Lebensmittel, da diese nicht zum Verzehr geeignet und für Menschen oftmals giftig sind.

Antimikrobielle Systeme – sinnvolle Ergänzung der Hygiene

Eine standardisierte Hygiene in Krankenhäusern und auch in Arztpraxen, basierend auf ein vorgeschriebenes Hygienekonzept, reicht oftmals nicht aus, um eine Ausbreitung von MRSA und andere humanpathogene (krankmachende), resistente Keime (Bakterien und Viren) und damit die Übertragung auf immungeschwächte und ältere Menschen zu unterbinden. In diesen hochfrequentierten, medizinischen Einrichtungen sind zusätzliche, sehr wirksame Hygienemaßnahmen notwendig. Um die Übertragung von Bakterien und Viren über Oberflächen zu verhindern, ergänzen antimikrobielle Systeme die Hygienemaßnahmen.

Dabei kann man zwischen UV-C-, Ozon- und Oberflächen-basierenden antimikrobiellen Systemen  unterscheiden.

UV-C-Strahlung

Mittels UV-C Strahlung (Licht der Wellenlängen 100 – 280 nm) lassen sich Oberflächen ebenso keimfrei machen. Diese Strahlung verursacht Schäden im Erbgut von Mikroorganismen und inaktiviert diese.

Ozon

Des Weiteren besitzt Ozon antimikrobielle Eigenschaften. Es ist ein Gas, welches durch UV-C Strahlung in Reaktion mit dem Luft-Sauerstoff entsteht und in 20 – 30 km Höhe einen wichtigen Teil der schützenden Luftschicht der Erde bildet. Ozon ist ein sehr reaktives und toxisches Oxidationsmittel. Die keimreduzierende Eigenschaft beruht auf dessen Zellwand- und Membran-schädigende Wirkung.

Polymere

Polymere sind molekulare chemische Verbindungen, die aus mehreren wiederholten Einheiten, den Monomeren, bestehen. Polymere wirken insofern keimhemmend, da spezielle Polymere Bereiche besitzen, die zum Teil positiv geladen sind und zum Teil unpolare Kohlenwasserstoffe enthalten. Aufgrund von Wechselwirkungen mit den negativ geladenen Zellmembranen der Bakterien werden die Bakterien getötet. 

Silber

Silber kommt als Makro, Mikro- und Nanosilber vor. Nanosilber besteht aus elementarem Silber, bei dem die Partikel kleiner als 100 nm sind. Durch den Einsatz von Silber, welches Bakterien und Pilze inaktiviert, kann eine Keimfreiheit von Oberflächen in feuchter Umgebung beispielsweise von Kathetern oder Wundverbänden erreicht werden.

Titandioxid

Titandioxid (TiO2) beschichtete Oberflächen wirken in Kombination mit UV-Strahlung antimikrobiell. Als Photokatalysator erzeugt Titandioxid Radikale an der Oberfläche und tötet somit Mikroorganismen.

Singulett-Sauerstoff

Singulett-Sauerstoff basierende Oberflächen inaktivieren Bakterien und Pilze (inklusive Sporen), sowie behüllte und unbehüllte Viren. Singulett-Sauerstoff wird in einem Bereich von etwa 1 mm über der beschichteten Oberfläche durch ein in der Beschichtung befindliches Enzym aus Luft-Sauerstoff gebildet. Singulett-Sauerstoff ist ein stark antimikrobiell wirkendes Oxidationsmittel.

Praxis-Vergleich – Singulett-Sauerstoff Beschichtung vs. andere Schutzmaßnahmen

Dazu werden Verarbeitung, Beständigkeit, Oberflächenschutz, antimikrobielle Wirksamkeit, Resistenzbildung, Gesundheitsrisiken sowie Umweltfreundlichkeit beleuchtet.

Verarbeitung von Oberflächenbeschichtungen

Die Verarbeitung antimikrobieller Oberflächenbeschichtungen gleicht einer Lackierung und sollte entsprechend verarbeitet werden. Im Gegensatz zum Desinfizieren wird durch die Oberflächenbeschichtung etwas aufgetragen, wobei bei der Desinfektion etwas abgetragen bzw. entfernt wird.

Diese Verarbeitung findet bei Singulett-Sauerstoff basierenden Beschichtungen in längeren Rhythmen (z. B. 12 Monate) statt. Tägliches Auftragen, wie bei Desinfektionsmitteln, ist damit nicht notwendig.

Die Verarbeitung von Titandioxid basierenden Oberflächenbeschichtung ist im Hinblick auf die Einstufung der Europäischen Chemikalienagentur ECHA von Titandioxid als krebserregend für Mitarbeiter bedenklich. Bei Singulett-Sauerstoff-Beschichtung ist aufgrund der Eigenschaft der Beschichtung nach aktuellem Stand der Forschung, keine Gesundheitsgefährdung während der Verarbeitung zu erwarten.

Beständigkeit von Oberflächenbeschichtungen

Sowohl UV-C Strahlung als auch Desinfektionsmittel greifen Oberflächen an und lassen diese schnell altern. Das Singulett-Sauerstoff basierende Beschichtungssystem ist in Kombination mit Desinfektionsmitteln nicht nur in Hinblick auf die enorme Reduktion der Keimlast, sondern auch durch die schützende Eigenschaft einer Lackstruktur des Beschichtungssystems als Oberflächenschutz zu empfehlen.

Wirksamkeit antimikrobieller Oberflächen

Die Wirksamkeit antimikrobieller Oberflächen, wie der Singulett-Sauerstoff basierenden Oberflächenbeschichtung, ist flächendeckend und schafft einen direkten Kontakt zu den zu inaktivierenden Mikroorganismen.

Der Einsatz von UV-C-Strahlung benötigt die direkte Strahlung auf die Oberflächen. Auf der Schattenseite befindliche Flächen werden nicht erreicht. Flächig eingesetzte UV-C-Bestrahlungen sind aus gesundheitlicher Sicht nicht empfehlenswert.

Gleichfalls ist der Einsatz von Silber und anderen antimikrobiell wirksamen Metallen auf feuchte Oberflächen beschränkt. So ist die Verwendung als Oberflächenbeschichtung z. B. auf Kathetern, welche in feuchten Umgebungen eingesetzt werden sinnvoll, auf Türgriffen oder anderen trockenen Oberflächen jedoch weniger. Singulett-Sauerstoff Oberflächen garantieren eine Inaktivierung von Mikroorganismen in trockener und feuchter Umgebung.

Eine dauerhalte, zeitlich geschlossene antimikrobielle Wirksamkeit können Biozide, wie Desinfektionsmittel, nicht leisten. Nach einer definierten Einwirkzeit des Desinfektionsmittels wird die Keimlast reduziert, die Oberfläche trocknet ab und ist ungeschützt. Um diese Lücken zu schließen und die Keimlast und Keimlastspitzen dauerhaft niedrig zu halten, empfiehlt sich der Einsatz der Singulett-Sauerstoff basierenden Oberflächenbeschichtung.

Resistenzbildung bei Oberflächenbeschichtungen

Mikroorganismen bilden Resistenzen beispielsweise gegen Biozide (z. B. Desinfektionsmittel, biozid-basierende Oberflächenbeschichtungen) sowie Silber. Im Vergleich dazu ist eine Resistenzbildung gegen antimikrobielle Singulett-Sauerstoff-Oberflächen quasi ausgeschlossen.

Gesundheitsrisiken bei antimikrobiellen Systemen

Gesundheitsrisiken sollten bei der Verarbeitung sowie dem alltäglichen Einsatz antimikrobieller Systeme ausgeschlossen sein. Eine gesundheitliche Unbedenklichkeit ist bei Titandioxid basierenden Oberflächen auch nach der Verarbeitung nicht ausgeschlossen. Durch eine tägliche Abnutzung der Beschichtung könnten kleinste Titandioxid-Partikel über die Luft in den Körper gelangen und negativ auf die Gesundheit wirken.

Auch der Einsatz von Silberionen ist, wie beschrieben, nicht unumstritten. Vor einem direkten Kontakt von Haut und Augen mit UV-C-Strahlung wird vom BfS gewarnt. Dadurch eignet sich UV-C- Strahlung nicht zum Einsatz im direkten Umfeld von Menschen und kann dort nicht dauerhaft die Keimlast reduzieren. Das durch UV-C-Strahlung produzierte Ozon wird von der MAK-Kommission der DFG als krebserregend verdächtigt und sollte somit auch nicht in Kontakt mit Menschen kommen.

Desinfektionsmittel sind nicht nur sehr eingeschränkt in Verbindung mit Lebensmittel einsetzbar – da meistens giftig – sondern sind auch reizend und schädigend für Haut und Atemwege.

Für die Singulett-Sauerstoff basierenden Beschichtungssysteme sind derzeit keine Gesundheitsrisiken bekannt.

Umweltfreundlichkeit antimikrobieller Systeme

Biozide

Bei der Umweltfreundlichkeit können Biozide – Desinfektionsmittel – nicht punkten. Man findet diese unter anderem in Gewässern, wo deren antimikrobielle Wirkung nicht endet und diese langfristig sehr wahrscheinlich einen Einfluss auf Flora und Fauna haben.

Silber

In erhöhten Konzentrationen können Schwermetalle, wie Silber, in der Umwelt schwere Gesundheitsschäden bei Mensch und Tier hervorrufen. Die chemische Form von Silber wirkt sich auf die Toxizität aus. Das Umweltbundesamt schließt neben der Bildung von Resistenzen von Mikroorganismen ebenfalls eine Freisetzung von Silber aus Klärschlamm bei landwirtschaftlich genutzten Flächen nicht aus.

Polymere

Mikroplastik ist eine Form von künstlichen Polymeren, die in Reinigungsmitteln vorkommt. Wie bei Silber ist die Polymer-Toxizität von Form, Größe und Dichte abhängig. Durch die Nahrung aufgenommenes Mikroplastik kann Entzündungen und allergische Reaktion bei Lebewesen hervorrufen.

Singulett-Sauerstoff

Die Dekra stufte die ausgehärtete Singulett-Sauerstoff-Beschichtung als emissionsfrei ein. Darüber hinaus bestehen nach der hygienisch unbedenklichen Einstufung des Umweltbundesamtes für TVOC keine Bedenken bei der Entsorgung der für das Auftragen der Beschichtung verwendeten Materialien. Diese können im Hausmüll entsorgt werden.

Fazit

Es gibt brauchbare Lösungen für die Inaktivierung von Mikroorganismen. Den Vorteilen vieler antimikrobieller Systeme stehen jedoch entscheidende Nachtteile gegenüber, welche sich negativ auf die tägliche Praxis auswirken können und ernst genommen werden sollten.

Einem auf Singulett-Sauerstoff basierenden Beschichtungssystem sind in allen oben genannten Punkten ausschließlich Vorteile zu bescheinigen. Es verbindet gute Verarbeitungsmöglichkeiten mit Beständigkeit und Oberflächenschutz. Vorteile in antimikrobieller Wirksamkeit, ausgeschlossener Resistenzbildung sowie der Unbedenklichkeit für Gesundheit und Umwelt zeigen klar das Potential von Singulett-Sauerstoff basierenden Beschichtungssystemen.

Weitere nicht im Text verlinkte Quellen

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Weiterführendes

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FAQ

  • In zwei Feldtest in zwei Krankenhäusern, über ein halbes Jahr mit 1.289 Proben, konnte das relative Risiko hoher Keimlasten auf Oberflächen um bis zu 67% (bei cfu/cm² ≤ 5,0) reduziert werden.

    Zudem sank der durchschnittliche Wert von Bakterien auf der aktiven Beschichtung unter 2,5 cfu/cm², einem für Krankenhäuser wichtigen Schwellenwert.

    Hohe Keimlastspitzen von bis 480 cfu/cm² traten lediglich auf unbeschichteten Oberflächen auf. Mit aktiver Beschichtung erreichten Keimlastspitzen maximal bis zu 27 cfu/cm².

    Achtung: Bitte NICHT mit der von Herstellern oftmals angegeben 99,99% Verringerung von Keimen verwechseln. Siehe hierzu unseren separaten Artikel im FAQ.

  • Bei der Beantwortung dieser Frage trifft man oftmals auf Unklarheiten. Man unterscheidet generell zwischen einer qualitativen und einer quantitativen Verringerung der Keimlast.

    Die qualitative Verringerung der Keimlast sagt aus, dass bspw. 99,99% aller Arten von Keimen – bspw. S. aureus, E. coli, usw. – inaktiviert / getötet werden. Die Frage ist hierbei: Welche Keime werden getötet?

    Die quantitative Verringerung der Keimlast sagt aus, dass bspw. 99,99% der Gesamtzahl aller Keime – unabhängig von einer genauen Bestimmung der Keimarten – inaktiviert / getötet werden. 99,99% entsprechen einer Verringerung um das 10.000-fache. Man spricht auch von einer Verringerung um 4 logarithmische Stufen.

    Beispiel für quantitative Verringerung der Keimlast:

    Eine definierte Fläche beinhaltet 1.000.000 aktive Keime. Wird bspw. durch eine antimikrobielle Oberflächenbeschichtung eine Verringerung der Keimzahl um 99,99% erreicht, dann befinden sich danach noch 100 aktive Keime auf der Oberfläche.

    Hierbei handelt es sich um Laborwerte, welche alltäglichen Situationen in medizinischen Einrichtungen etc. nur sehr begrenzt widerspiegeln. Im Labor werden Faktoren wie Frequentierung von Oberflächen, organische Verschmutzungen, Aufbringung neuer Keime etc. nicht / kaum berücksichtigt.

  • Multiresistente Keime sind Mikroorganismen und Viren, welche gegen mehrere Antibiotika beziehungsweise Virostatika unempfindlich sind.

    Sie werden als Superkeime bezeichnet.

    Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA), Vancomycin-resistenter Enterokokken (VRE), Acinetobacter baumannii, Clostridium difficile,  Enterohämorrhagische Escherichia coli (EHEC) etc. sind hierbei einige Beispiele.

  • Einen Zustand der Keimfreiheit wird auf Oberflächen direkt nach der Desinfektion mit geeigneten Desinfektionsmitteln erreicht.

    Bereits nach kurzer Zeit sammeln sich Keime / Mikroorganismen durch Kontakt zu Menschen oder in der Luft absinkende Tröpfchen auf dieser Oberfläche an und können exponentiell wachsen. Dadurch nimmt die Keimzahl explosionsartig zu. Das Infektionsrisiko steigt.

    Eine antimikrobielle Oberflächenbeschichtung verhindern einen exponentiellen Anstieg der Keimzahl zwischen den Desinfektionszyklen und verringern somit das Risiko hoher Keimlastspitzen nachweislich. (Eichner et al., 2020)

    Quelle: A Eichner, T Holzmann, D B Eckl, F Zeman, M Koller, M Huber, S Pemmerl, W Schneider-Brachert, W Bäumler: Novel photodynamic coating reduces the bioburden on near-patient surfaces thereby reducing the risk for onward pathogen transmission: a field study in two hospitals. 2020 J Hosp Infect 104(1): 85-91.

  • Eine nosokomiale Infektion ist eine in Kränkenhäusern oder Pflegeeinrichtungen erworbene Infektion. Der Infektionstag, der Tag mit dem ersten Symptom, darf frühestens der 3. Tag des Krankenhausaufenthaltes sein.

  • KbE bedeutet Kolonie bildende Einheiten und ist die Übersetzung von cfu = colony forming units.

    KbE / cfu bezeichnet die Anzahl von einzelnen Mikroorganismen-Zellen auf einer bestimmten Fläche, die in der Lage sind durch Zellteilung Kolonien zu bilden. Zur Quantifizierung wird standardmäßig das Verhältnis von cfu / cm² verwendet.

    Beispiel: Ist die Rede von 238 cfu/cm² so sprechen wir von 238 Mikroorganismen-Zellen, beispielsweise Bakterien auf einer Fläche von 1 cm x 1 cm, einem Quadratzentimeter (cm²).

  • Mikroorganismen können physikalisch sowie chemisch inaktiviert werden.

    Physikalische Inaktivierung wird beispielsweise durch Erhitzen – Sterilisieren, Pasteurisieren – oder durch UVC-Strahlung gewährleistet. Dabei werden die Mikroorganismen irreversibel beschädigt und sterben.

    Mit der chemischen Inaktivierung durch Antibiotika oder Konservierungsmittel wird das Wachstum und Reproduktion von Mikroorganismen unterbunden.

    Die Inaktivierung von Mikroorganismen durch die Singulett-Sauerstoff produzierende Oberflächenbeschichtung DYPHOX kann man als chemisch-physikalische Inaktivierung betrachten. Der Singulett-Sauerstoff oxidiert Strukturen der Zellwand und Zellmembran, welche dort zu Brüchen führt. Die Mikroorganismen verlieren ihre Integrität und sterben.

  • MDR = Multidrug Resistance Bakterien weisen Resistenzen gegenüber zahlreiche Antibiotika auf und haben zunehmend klinische Relevanz.

    Ein besonderes Problem bilden MDR-Efflux-Pumpen, welche Antibiotika gezielt aus Bakterien heraus transportieren. Dadurch können Antibiotika nicht mehr in Bakterien wirken. Es bilden sich Resistenzen.

  • Multiresistente Keime stehen vermehrt im Zusammenhang mit dem Auftreten nosokomialer Infektionen. In einer Studie (Eichner et al. 2019) an zwei Krankenhäusern konnte gezeigt werden, dass die Anzahl multiresistenter Keime auf Oberflächen mit einer antimikrobiellen Dyphox-Oberflächenbeschichung stark verringert werden konnte. In der Folge kann somit auch das Risiko einer nosokomialen Infektion sinken.

  • Dyphox hat ein breites Wirkspektrum gegen unterschiedliche Arten von Bakterien (z.B. Staphylococcus aureus oder Escherichia coli), behüllte und unbehüllte Viren oder Pilze (z.B. Aspergillus niger oder Candida albicans). Auch multiresistente Keime werden von Dyphox zuverlässig inaktiviert. Die photodynamische Entkeimung wirkt auch gegen Coronaviren.