Ob in Piercing- und Tattoo-Studios, in der ästhetischen Medizin, beim Zahnarzt, bei Operationen oder in Laboratorien: Steriles Arbeiten ist in vielen Branchen eine Grundvoraussetzung. Doch wie wählt man den richtigen Autoklaven aus? Hier erfahren Sie, wie Autoklaven das sterile Arbeiten erleichtern, wie sie funktionieren, wo sie eingesetzt werden und was es zu beachten gilt.
Im Wesentlichen handelt es sich bei einem Autoklav um einen verschließbaren gasdichten Druckbehälter zur Sterilisation von festen und flüssigen Stoffen, der zum Beispiel in der Medizintechnik, Biologie und Lebensmittelindustrie eingesetzt wird. Die Entwicklung geht auf die Arbeiten von Denis Papin, einem französischen Physiker, zurück, der den Druckbehälter 1679 zum Papin’schen Topf weiterentwickelte. Die Funktionsweise kann mit der eines Dampfkochtopfes verglichen werden. Bei einem Schnellkochtopf handelt es sich somit ebenfalls um einen Autoklav, die Dampfdrucksterilisation findet also bei Überdruck statt. Aufgrund des Abschlusses zur umgebenden Atmosphäre werden thermische Behandlungen von Substanzen im Batch-Modus, das heißt in Chargen, durchgeführt. Moderne Geräte sind daher heute meist mit Schnellverschlüssen ausgestattet und ermöglichen ein schnelleres Öffnen und Schließen, als dies bei geflanschten Druckbehälteröffnungen der Fall ist. Die zu sterilisierenden Abfälle, Gegenstände oder Substanzen werden in der Regel in genormten Spezialbehältern in den Autoklav gegeben. Diese werden in Sterilisiereinheiten (StE) angegeben, wobei eine StE 60x30x30 cm beziehungsweise 54 Liter entspricht. Je nach Anforderung gibt es Autoklaven unterschiedlicher Kapazitäten und bestimmter Klassen, die später näher erläutert werden. Sterilisiergut welches durch einen Autoklav sterilisiert werden kann, wird als autoklavierbar bezeichnet. Doch was versteht man eigentlich genau unter dem Begriff Sterilisation?
Was bedeutet Sterilisation?
Sterilisation ist die Abtötung beziehungsweise Inaktivierung von Mikroorganismen, Viren und Pilzen sowie deren Dauerformen, den Sporen. Bei diesem Verfahren wird ein Gegenstand als steril bezeichnet, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein intakter Erreger auf dem Gegenstand befindet, weniger als eins zu einer Million (1:1.000.000) beträgt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass in einer Einheit des Sterilisierguts der Restgehalt an vermehrungsfähigen Mikroorganismen beziehungsweise intakter Erreger höchstens 10-6 beträgt. Es darf also nur ein Erreger in einer Million gleich behandelter Einheiten des sterilisierten Materials vorhanden sein. Die Abtötungsrate ist logarithmisch, das bedeutet innerhalb eines spezifischen Zeitintervalls (t = time) überleben 10 Prozent der Erreger. Das jeweilige Zeitintervall kann für Erreger unterschiedlich lang sein, verhält sich aber konstant. Für Bacillus stearothermophilus beträgt diese beispielsweise zwei Minuten. Die erforderliche Reduktion der Keimzahl auf 10-6 wird somit nach sechs Intervallen der Länge t (hier sechs mal zwei Minuten) bei einer Temperatur von 121 °C erreicht. Pathogene Prionen, wie zum Beispiel der Erreger der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit können nur mit einer Temperatur von 134 °C und einer Dauer von 18 Minuten unschädlich gemacht werden. Der Vorteil einer Sterilisation mit feuchter Hitze wie beim Autoklavieren ist zudem, dass Sporen von Bakterien quellen. Dadurch sind sie weniger resistent im Vergleich zu trockener Hitze. Wie ein Autoklav genau funktioniert, erfahren Sie im nächsten Abschnitt.
So funktioniert ein Autoklav
Grundsätzlich kann die Dampfdrucksterilisation durch zwei verschiedene Verfahren eingeleitet werden, das Vakuumverfahren oder das Strömungs- beziehungsweise Gravitationsverfahren. Beim Vakuumverfahren wird die Luft durch wiederholtes Evakuieren (Leerpumpen) im Wechsel mit Dampfeinströmungen abgesaugt, weshalb es auch als fraktioniertes Vorvakuum bezeichnet wird. Beim Strömungs- oder Gravitationsverfahren wird die Luft durch gesättigten Dampf verdrängt und entspricht dem Prinzip des Dampfkochtopfes. Vielleicht erinnern Sie sich an Ihren Physikunterricht und wissen, dass Wasser bei normalem atmosphärischem Druck bei 100 °C zu sieden beginnt. Das bedeutet, dass Wasserdampf eine Temperatur von 100 °C nicht überschreiten kann, da er sonst entweichen würde. Dies wird im Autoklaven verhindert, wodurch ein Überdruck entsteht. Infolgedessen erreicht der Wasserdampf eine Temperatur von mehr als 100 °C, der als „gespannter Dampf“, „gesättigter Dampf“ oder „Sattdampf“ bezeichnet wird. Der durchschnittliche Luftdruck unserer Atmosphäre beträgt etwa 1 bar. Um eine Temperatur von 121 °C zu erreichen, sind ungefähr 1,1 bar Überdruck erforderlich, was einem absoluten Druck von 2,1 bar entspricht. Um die Temperatur des Wasserdampfes auf 134 °C zu erhöhen, ist dagegen ein absoluter Druck von 3,04 bar erforderlich. Sind also höhere Temperaturen erforderlich, muss das Gerät auch einem höheren Druck standhalten. Eine Sterilisation besteht also aus den Hauptparametern Temperatur, Druck und Zeit. Die einzelnen Phasen des Autoklavierens werden im Folgenden näher erläutert.
Die vier Phasen des Autoklavierens
Der Autoklaviervorgang kann in vier Abschnitte oder Phasen unterteilt werden. Die erste Phase ist die sogenannte „Steigzeit“ oder „Entlüftungsphase“. Hier wird das Innere des Geräts entlüftet, das heißt, die Luft wird entfernt und durch gesättigten Dampf ersetzt. Dieser Vorgang wird mit einem Thermometer überwacht. Wenn der kälteste Punkt 100 °C erreicht hat, wird der Nutzraum durch ein Ventil gasdicht verschlossen. Der Dampf wird nun auf die gewählte Abtötungstemperatur erhitzt. Es folgt die „Ausgleichsphase „, denn nicht nur der Innenraum muss die Abtötungstemperatur erreichen, sondern auch das Sterilisiergut. Danach folgt die eigentliche „Sterilisationsphase“. Dies ist der Zeitraum, der für die tatsächliche Abtötung der Erreger benötigt wird. Diese Phase beinhaltet auch eine zeitliche Sicherheitspanne zum Ausgleich erhöhter Resistenzen und eventueller Schwankungen, die während der Ausgleichsphase auftreten. Nach der eigentlichen Sterilisation folgt die letzte Phase, die „Trocknungsphase“, da das Sterilisiergut einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt nicht überschreiten darf. Zu diesem Zweck wird die Kammer evakuiert und gleichzeitig das Sterilisiergut abgekühlt. Schließlich wird der Druck ausgeglichen, bevor das Gerät wieder geöffnet werden kann.
Da es verschiedene Autoklav-Klassen gibt, ist es wichtig, dass Sie die Anforderungen an das Gerät kennen. Deshalb stellen wir sie Ihnen im nächsten Abschnitt kurz vor.
Diese Autoklav-Klassen gibt es
Dampfdrucksterilisatoren werden in drei Klassen unterteilt und mit den Buchstaben N, S und B gekennzeichnet, wobei die Klasse N die niedrigste Klasse darstellt. Sie verfügen über keine Vakuumpumpe, so dass nur Materialien mit einer festen Struktur sterilisiert werden können. Es können also weder hohle noch poröse oder verpackte Materialien sterilisiert werden. Ebenso verfügen die Geräte dieser Klasse über keine wirksamen Trocknungsmöglichkeiten. Nach der europäischen Norm EN 13060 darf diese Geräteklasse seit 2004 nur noch als Zusatzgerät verwendet werden. Geräte der Klasse S hingegen können für die Sterilisation von komplexeren Materialien und Instrumenten verwendet werden, die zu den Chargen des Typs B gehören. Ausgenommen sind Instrumente in Kapillarbauweise, die zu den Typ-A-Chargen gehören. Auch ein- oder mehrlagig verpackte und feste Instrumente können sterilisiert werden. Die Sterilisatoren dieser Klasse verfügen über eine Vakuumpumpe, um die Luft aus der Kammer zu entfernen. Allerdings wird hier nur ein einstufiges Vorvakuum verwendet, das im Vergleich zu Autoklaven der Klasse B weniger effektiv ist. Geräte der Klasse S stellen somit eine Zwischenklasse von N und B dar. Geräte der Klasse B sind zertifizierte Medizinprodukte, die alle Arten von Chargen sterilisieren können. Diese Geräte verfügen über ein fraktioniertes Vorvakuum, bei dem die gesamte Luft entfernt wird, und sind somit die wirksamste Methode zur Sterilisation. Aber wie überprüft man eigentlich, ob die Geräte richtig funktionieren?
Prüfverfahren für Autoklaven
Das Ergebnis einer erfolgreichen Sterilisation kann nicht direkt am Endprodukt getestet werden, da eine Sterilitätsprüfung ohne Verlust der Sterilität ausgeschlossen ist. Eine alleinige Messung von Druck und Temperatur ist als Kontrolle jedoch nicht ausreichend. Zum Nachweis der Sterilisationsleistung kommen daher verschiedene Verfahren zum Einsatz. Für die laufende Kontrolle werden beispielsweise Klebestreifen mit chemischen Indikatoren verwendet, die bei den spezifischen Sterilisationsbedingungen einen Farbumschlag zeigen. Des Weiteren behilft man sich durch die Verwendung indirekter Indikatoren. Für Dampfdrucksterilisatoren der Klasse B sind dafür sogenannte Dampfdurchdringungstests vorgeschrieben. PCD steht dabei für Process Challenge Device. Ein PCD-Testsystem besteht grundsätzlich aus einem Prüfkörper und einem Detektor, wobei letzterer meistens ein Chemoindikator ist. Unter anderem gibt es den Bioindikator-PCD (Sporentest), Helixtest-PCD (für Hohlkörper) und den Bowie-Dick-PCD (für poröses Material). Erst wenn durch das Vorvakuum das Gerät erfolgreich evakuiert wurde, gelangt der heiße Wasserdampf bis zum Indikator und verursacht einen Farbumschlag, was auf einen erfolgreichen Sterilisationsprozess schließen lässt. Außerdem muss die elektrische und mechanische Gerätesicherheit in regelmäßigen Abständen von Prüfingenieuren bestätigt werden. Worauf Sie bei der Auswahl eines geeigneten Gerätes achten sollten, erfahren Sie im nächsten Abschnitt.
Das sollten Sie bei der Auswahl eines Autoklavs beachten
Zunächst sollten Sie sich darüber im Klaren sein, welchem Zweck der Autoklav dienen soll. Dazu können Sie zum Beispiel folgende Fragen beantworten: Was soll sterilisiert werden? Welche Mengen an Material sollen sterilisiert werden? Ist das zu sterilisierende Material verpackt oder unverpackt? So kann die richtige Autoklav-Klasse ausgewählt und das Fassungsvermögen bestimmt werden, denn große Autoklaven benötigen aufgrund ihres größeren Volumens eine längere Zeit für den Sterilisationsprozess. Nicht nur die Kapazität allein, sondern auch die Form kann ein Kriterium sein. Informieren Sie sich auch über Garantie- und Wartungsverträge der jeweiligen Hersteller. Was passiert zum Beispiel, wenn das Gerät einen Defekt hat, gibt es einen Austauschservice oder ein kostenloses Ersatzgerät? Ein weiterer wichtiger Faktor ist der Geräuschpegel. Wo soll der Autoklav aufgestellt werden? Gibt es einen separaten Raum oder nicht? Welche Voraussetzungen müssen vorhanden sein, damit das Gerät betrieben werden kann? Möglicherweise muss eine geeignete Wasserversorgung vorhanden sein (demineralisiertes Wasser). Wie dokumentiert das Gerät den Autoklaviervorgang? Gibt es eine USB-Schnittstelle oder wird ein Beleg ausgedruckt? Und welche Programme (Temperaturen) soll das Gerät haben? Je konkreter Sie wissen, welche Anforderungen für Sie relevant sind, desto einfacher ist es, das richtige Gerät auszuwählen und den passenden Hersteller zu finden.
Fazit
Je nach Anforderung gibt es zahlreiche Modelle und verschiedene Klassen von Autoklaven, die an die spezifischen Bedürfnisse angepasst sind. Dampfdrucksterilisatoren erleichtern ein steriles Arbeiten und sind die sicherste Methode für den Sterilisationsprozess.