DE69530709T2

DE69530709T2 - Synergistische Desinfektions- und Waschmittelkombination zur Dekontaminierung einer Biofilm beschichteten Oberfläche

Info

Publication number: DE69530709T2
Application number: DE69530709T
Authority: DE
Inventors: Andre Montreal Prevost; Jean Montreal Barbeau; Ludger Quebec Cote; Robert Boucherville Charland; Esther Shawinigan Sud Faucher
Original assignee: Universite de Montreal
Current assignee: Universite de Montreal
Priority date: 1994-12-30
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2015-12-30
Also published as: AU4295796A; CA2208785A1; US5759970A; EP1016420B1; DK0800408T3; JPH10511999A; EP1016420A1; DE69530709D1; US5731275A; CA2208785C; PT800408E; EP0800408A1; WO1996020737A1; ATE239511T1; ATE210469T1; ES2198844T3; DE69524631T2; AU701976B2; US5942480A; DE69524631D1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft neue synergistische Reinigungs- und Desinfektionskombinationen und ein verbessertes Verfahren zur wirksamen Dekontaminierung von biofilmbeschichteten Oberflächen. Oberflächenarten umfassen: Die Innenoberfläche von Versorgungsleitungen für wässrige Flüssigkeiten, insbesondere Trinkwasserleitungen, wie diejenigen, welche regelmäßig von Zahnärzten, Zahnchirurgen und Zahnhygienikern verwendete zahnmedizinische Instrumente mit Wasser versorgen, die Innenoberfläche von Leitungen mit größerem Durchmesser und die Innenoberfläche von Behältern, die wässrige Flüssigkeiten für eine Zeitdauer aufgenommen haben, die zum Wachstum von Mikroorganismen, deren Ablagerung und deren Anordnung in Form eines an den Behälterwänden haftenden Biofilms ausreichend ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Reinigungs-Desinfektionskombinationen für das Ablösen von auf kontaminierten Oberflächen gebildetem oder abgelagertem Biofilm zur Zerstörung der darin enthaltenden Mikroorganismen. Die bevorzugten Zusammensetzungen sind besonders für Wasserleitungen von zahnmedizinischen Instrumenten von kleinerem Durchmesser geeignet, da für maximale Wirksamkeit innerhalb einer günstigen Dekontaminierungszeit kein Scheuern notwendig ist.
2. Kurzbeschreibung des Fachgebiets
Zahnärzte, Zahnchirurgen und Zahnhygieniker und deren Patienten sind sich der Wichtigkeit von sorgfältigem Sterilisieren und Desinfizieren von zahnmedizinischen Instrumenten bewusst. Da beim Verwenden von Instrumenten direkt im Mund des Patienten Blutungen als Ergebnis des zahnmedizinischen Verfahrens auftreten können, ist es tatsächlich von größter Wichtigkeit, die Gegenwart von von den zahnmedizinischen Instrumenten übertragenen Mikroorganismen zu minimieren. Die Mikroorganismen können sich natürlich von relativ harmlosen Bakterien bis zu gefährlichen Pathogenen erstrecken. Demzufolge bemüht man sich, Mikroorganismen von zahnmedizinischen Instrumenten und von den die zahnmedizinischen Instrumente versorgenden Trinkwasserleitungen, wie Luft/Wasserstrahlsysteme, Hochgeschwindigkeits-Wasserturbinen oder Ultraschall-Zahnsteinentfernungsapparaturen, zu entfernen. Für die meisten zahnmedizinischen Handinstrumente ist Wärmesterilisation eines der besten Verfahren zum Beseitigen der Gegenwart von Mikroorganismen. Jedoch ist die Wärmesterilisation offensichtlich für die Dekontaminierung von Trinkwasserleitungen nicht praktisch, so dass es bis dato schwer ist, sie von Mikroorganismen zu befreien.
Es ist im zahnmedizinischen Berufszweig bekannt, dass Trinkwasser führende Leitungen mit kleinem Durchmesser durch in dem durch sie fließenden Wasser enthaltende Bakterien und andere Mikroorganismen kontaminiert werden. Einige der Mikroorganismen haften zwangsläufig an den Innenwänden der Leitungen und lagern sich zusammen mit mikroskopischen Sedimenten oder anderen Substanzen zu etwas ab, das allgemein als Biofilm bekannt ist. Der Biofilm überzieht schnell und hartnäckig die Innenwände der Leitungen. Der Biofilm wird zu einem Kulturmedium für zusätzliche Mikroorganismen. Zum Beispiel erreicht die Bakterienpopulation schnell alarmierende Konzentrationen, die auch im an die Trinkwasserleitung angeschlossenen Austauschwasser von den zahnmedizinischen Instrumenten gefunden werden. Zum Beispiel ist bekannt, dass die durchschnittliche Bakterienzahl in dem Austauschwasser der zahnmedizinischen Instrumente etwa 200.000 kolonienbildende Einheiten pro Milliliter (kbe/ml) beträgt und in manchen extremen Fällen 10.000.000 kbe/ml erreichen kann.
Es wurde vorgeschlagen, steriles Wasser zu verwenden, die Trinkwasserleitungen während den Perioden der Nichtverwendung zu entleeren oder Filter zum Abfangen der Mikroorganismen zu verwenden. Jedoch zeigte sich keines der Verfahren als auf längere Zeit wirksames Gegenmittel für das Mikroorganismuswachstum.
Es ist auf dem Fachgebiet auch bekannt, Desinfektionsmittel wie Povidon-Iod mit einer etwa 10%igen Konzentration zur Reduzierung der Mikroorganismenanzahl in Wasserleitungen mit kleinem Durchmesser zu verwenden. Weiterhin ist auch bekannt, dass ein Gemisch aus Mandel- und Milchsäure die Anzahl an empfindlichen Mikroorganismen in kontaminierten Kathetern reduziert. Jedoch ist solche Desinfektion etwas oberflächlich, da sie die in dem Biofilm gefundenen Mikroorganismen nicht wirksam angreifen und zerstören kann. Demzufolge ist die Desinfektionswirkung von kürzer Dauer. Nach 24-stündiger Behandlung mit Povidon-Iod ist die Bakterienanzahl stark reduziert, beginnt jedoch nach 8 Tagen wieder schnell anzusteigen.
Es ist auch bekannt, ein Reinigungsmittel, wie Polyoxyethylensorbitanmonooleat (Tween 80^TM) mit einer etwa 4%igen Konzentration zum Ablösen von Biofilm von bei zahnmedizinischer Ausrüstung verwendeten Wasserleitungen mit kleinem Durchmesser zu verwenden. Jedoch zerstört die Verwendung eines Reinigungsmittels allein nicht wirksam die Mikroorganismuspopulation.
Demgemäß bleibt eine Notwendigkeit für eine Zusammensetzung zur Dekontaminierung von Wasserleitungen mit kleinem Durchmesser für zahnmedizinische Ausrüstung bestehen, die wirksam einen Biofilm ablöst und beseitigt und gleichzeitig die Mikroorganismusflora im Trinkwasser und im abgelösten Biofilm zerstört.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine synergistische Reinigungs- und Desinfektionszusammensetzung, wie in den anhängenden Ansprüchen 1 und 2 definiert, zur Verwendung bei der Dekontaminierung von biofilmbeschichteten Oberflächen, wie die Wasserversorgung für zahnmedizinische Instrumente bereitstellende Trinkwasserleitungen, wobei diese Leitungen für eine Kontaminierung durch Mikroorganismen und für die Bildung von Biofilmschichten an deren Innenwänden anfällig sind, wobei die Zusammensetzung eine wirksame Menge eines als Reinigungsmittel und als Denaturierungsmittel wirkenden Mittels, das die Unversehrtheit der Proteine und von Mucopolysacchariden, die den Biofilm zusammensetzen, beeinträchtigt, zum Ablösen der Biofilmablagerung von den Innenwänden der Leitungen und eine wirksame Menge eines Bakterizids zur Zerstörung der Mikroorganismen innerhalb des verminderten oder in Suspension wiedergewonnenen Biofilms, bereit.
In der vorliegenden Erfindung ist das Reinigungsmittel Natriumdodecylsulfat (SDS). Dieses Reinigungsmittel ist der Prototyp einer Klasse von Reinigungsmitteln mit denaturierender sowie reinigender Wirkung, so dass die Zugabe eines Denaturierungsmittels nicht nötig ist, und das Bakterizid ist Wasserstoffperoxid (H₂O₂), das mit einem Komplexbildner, nämlich Ethylendiamintetraacetat (EDTA) kombiniert wird. Die Zusammensetzung kann ferner Cetylpyridiniumchlorid (CPC) und Peressigsäure (PAA) in Kombination umfassen.
Die Erfindung stellt auch ein verbessertes Verfahren zur Reinigung und Desinfektion von biofilmbeschichteten Oberflächen, wie die Wasserversorgung für zahnmedizinische Instrumente bereitstellende Trinkwasserleitungen, wobei diese Wasserleitungen für eine Kontaminierung durch Mikroorganismen und für die Bildung von Biofilmschichten an deren Innenwänden anfällig sind, mit den folgenden Schritten bereit:

(a) Entleeren der Wasserleitungen;
(b) Füllen der Wasserleitungen mit der in dieser Erfindung definierten Dekontaminierungslösung zur Zerstörung der in dem verminderten Biofilm oder in Suspension wiedergewonnener Mikroorganismen;
(c) Belassen der Lösung in den Wasserleitungen bei Umgebungstemperatur über einen Zeitraum von 6 Stunden oder mehr;
(d) Entleeren der Wasserleitungen; und
(e) Spülen der Wasserleitungen.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann in Anbetracht der folgenden detaillierten Beschreibung und Ansprüche klar.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Überraschend haben die Erfinder eine synergistische Zusammensetzung zur Dekontaminierung von mikroorganismuskontaminierten Wasserleitungen mit deren biofilmbeschichteten Innenwänden gefunden, die die folgenden Kombinationen von Inhaltsstoffen umfassen:

(1) Ein geeignetes Reinigungsmittel zur Reduzierung der Oberflächenspannung des Biofilms,
(2) ein Denaturierungsmittel zum Beeinträchtigen der Unversehrtheit der Proteine und der Mucopolysaccharide, die bakterielle Zellbestandteile oder Bildner der extrazellulären Matrix sind (sowohl die Reinigungs- als auch die Denaturierungswirkungen werden einem Reinigungsmittel, wie SDS zugeschrieben, das mit einer 1 bis 2%igen Konzentration in destilliertem Wasser erfolgreich erprobt wurde) und
(3) ein geeigneter antibakterieller Bestandteil, der aus einem oder mehreren Bakteriziden mit einem breiten Spektrum zusammengesetzt ist. Als Bakterizid wurden Wasserstoffperoxid (H₂O₂) und/oder Wasserstoffperoxid-stabilisierte Peressigsäure (PAA) mit CPC erfolgreich erprobt. Die Kombination denaturierendes Reinigungsmittel/Oxidationsmittel NDS/H₂O₂ benötigt zum Erzielen von maximaler Wirksamkeit die Ergänzung mit einem Chelatbildner, nämlich Ethylendiamintetraacetat (EDTA).

Ein Gemisch aus den folgenden Produkten wurde als am Vorteilhaftesten befunden, indem es
– 5% Wasserstoffperoxid
– 1–2% NDS und
– 1% EDTA
enthält.
Diese Lösung kann weiter 1% PAA und 0,1% Cetylpyridiniumchlorid enthalten.
Ein anderes Oxidationsmittel wie Peressigsäure ist ebenso wirkam, wenn es mit SDS und EDTA kombiniert wird, mit der Maßgabe, dass Peressigsäure durch die Gegenwart von Wasserstoffperoxid stabilisiert und in Kombination mit CPC verwendet wird. Die Kombination der vorstehend aufgezählten drei Verbindungen ist besonders vorteilhaft, da sie ein Bakterizid enthält, das ein breites Spektrum von empfindlichen Bakterien angreift. Sollte ein resistentes Bakterium in dem Biofilm entdeckt werden, kann diese Kombination von Verbindungen so geändert werden, daß sie ein anderes wirksames Bakterizid einschließt, oder sie kann durch den Zusatz eines solchen anderen Bakterizids ergänzt werden.
Geeignete Dekontaminierungslösungen müssen ein Reinigungsmittel, dass die Oberflächenspannung des Biofilms vermindern kann, einem denaturierenden Inhaltsstoff, der die zwischen den Mikroorganismen und zwischen den Mikroorganismen und den Oberflächen bestehende Haftstärke vermindern kann, und ein Bakterizid enthalten. Eine Verbindung wie SDS hat eine Zweifachwirkung als Reinigungsmittel und als die Haftstärke von Bestandteilen des Biofilms vermindernder denaturierender Inhaltsstoff. SDS ist tatsächlich ein denaturierendes Reinigungsmittel, das die Unversehrtheit von Proteinen und von Mucopolysacchariden zerstört. Verbindungen, wie Wasserstoffperoxid und Wasserstoffperoxid-stabilisierte Peressigsäure, haben ebenso eine Zweifachwirkung als Bakterizide und als starke Oxidationsmittel, die die extrazelluläre Matrix angreifen. Wird das SDS-Reinigungsmittel in Kombination mit Wasserstoffperoxid verwendet, muss diese besondere Kombination mit einem Chelatbildner (EDTA) zur Maximierung des Abbaus der extrazellulären Matrix ergänzt werden. Dies legt nahe, dass die Denaturierangswirkung von SDS allein nicht ausreicht, um den Biofilm in einen Zustand von ausreichender Ungeschütztheit für die Wirkung dieses besonderen Bakterizidtyps zu versetzen; der Chelatbildner ist in diesem Fall notwendig.
In allen Fällen kann die synergistische Wirkung der wirksamen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung vielleicht folgendermaßen erklärt werden. Es ist bekannt, dass in einem Biofilm vorliegende Mikroorganismen im allgemeinen viel resistenter gegenüber Bakteriziden sind als in einem wässrigen Medium vorliegende Mikroorganismen. Es wird angenommen, dass der Biofilm als physikalische Sperrschicht wirkt, die die Desinfektionsmittel nicht durchdringen und darin vorliegende Mikroorganismen nicht abtöten können. Demzufolge ist es zum Beseitigen einer maximalen Anzahl der in Wasserleitungen mit kleinem Durchmesser und insbesondere an der biofilmbeschichteten Innenwand der Wasserleitungen mit kleinem Durchmesser vorliegenden Mikroorganismen wichtig, gleichzeitig den Biofilm von den Innenwänden der Leitungen so abzulösen, damit das Bakterizid wirksam so viele Mikroorganismen wie möglich angreifen kann. In Folge dessen soll das Denaturierungsmittel bei der Durchdringung des Bakterizids (und des Komplexbildners, wenn vorliegend) helfen und eine Biofilmschicht ablösen, die in Wasserleitungen mit kleinem Durchmesser suspendiert wird, wodurch das Bakterizid die vorliegenden Mikroorganismen angreifen kann. Dieser Prozess legt eine untere Schicht aus Biofilm und lebenden Mikroorganismen frei, die wieder abgelöst und abgetötet wird. Die Ablösewirkung des Reinigungsmittels und des Denaturierungsmittels und die antibakterielle Wirkung des Bakterizids werden somit verbessert.
EDTA enthaltende Kombinationen können in Gegenwart von Säuren ausfallen. Die Zubereitung mit drei Inhaltsstoffen bleibt in Lösung, obwohl sie EDTA enthält. Sie bleibt auch. in Lösung, wenn CPC und PAA zugesetzt werden. Liegt CPC vor, scheint die Gegenwart einer schwachen Säure wie Peressigsäure bei der Stabilisierung dieser Zusammensetzung zu helfen. Diese zwei Verbindungen wurden in der vorliegenden Zusammensetzung als unwesentlich befunden.
Bildet das in der Zusammensetzung verwendete Reinigungsmittel Schaum, kann es erwünscht sein, ein Entschäumungsmittel zuzusetzen. Ebenso kann ein Färbemittel zu den Zusammensetzungen dieser Erfindung zum leichteren Anzeigen des Spülgrades zugesetzt werden.
Zahnmedizinische Instrumente versorgende Trinkwasserleitungen haben einen sehr kleinen Durchmesser, der die Möglichkeit des Scheuerns ausschließt. Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil, dass sie wirksame Dekontaminierung ohne jegliches Scheuern in einer günstigen Dekontaminierungszeit zeigen. Die vorliegende Erfindung ist nicht nur für zahnmedizinische Instrumente nützlich. Es ist offensichtlich, dass sie für andere Anwendungen, z. B. Dekontaminierung aller Arten von Schläuchen oder Behältern auf der Oberfläche, von welcher Mikroorganismen aufgenommen werden und einen Biofilm bilden, gedacht ist. Bei solchen anderen Anwendungen ist Scheuern oder irgend eine andere mechanische Hilfe keineswegs ausgeschlossen. Sollten diese Zusammensetzungen in Leitungen von größerem Durchmesser und größerer Länge verwendet werden, z. B. wobei ein unwirtschaftlich großes Volumen von Dekontaminierungslösung zum vollständigen Füllen dieser Leitungen verwendet werden müsste, ist es möglich, dass eine mechanische Wirkung bei der Verteilung der Lösung helfen würde. Es ist auch vorstellbar, dass eine mechanische Hilfe auch bei der Reduzierung der Dekontaminierungszeit helfen kann. Es ist weiterhin nicht ausgeschlossen, ein Vehikel zuzusetzen, das dafür sorgt, dass die Desinfektionslösung mit der zu dekontaminierenden Oberfläche in Kontakt bleibt.
Es sollte auch verständlich sein, dass einige oder alle dieser Bestandteile in getrennten Gefäßen vorliegen könnten, um zu dem/n rückgebildeten Endvolumen und -verhältnissen der vorstehenden wirksamen Dekontaminierungslösungen zusammen gemischt zu werden. Dies könnte den Warenumschlag und Lagerung von großen Volumen von Dekontaminierungslösungen bei Verwendung zum Desinfizieren großer Oberflächen reduzieren.
Experimentalteil
Die synergistische Wirkung der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung wurde durch den folgenden Versuch gezeigt. Vier mit einem relativ dicken Biofilm auf ihren Innenwänden kontaminierte Abschnitte einer Wasserleitung mit kleinem Durchmesser (5 mm) wurden abgeschnitten und in Reagenzgläsern mit einem Volumen von 5 ml in verschiedene Dekontaminierungslösungen gesetzt.
Die Reagenzgläser wurden dann 18–24 Stunden bei 21°C belassen. Jeder Abschnitt wurde dann mit destilliertem Wasser gewaschen und längs aufgeschnitten, um den Biofilm auf dessen Innenwänden freizulegen und mit einem binokularen Mikroskop oder durch elektromikroskopisches Scannen betrachtet. In einer anderen Ausführungsform wurde dem gleichen Verfahren auf mit Bakterien beschichteten Kunststoffplatten gefolgt. Die Lösungen, die ein deutliches Beseitigen des Biofilms zeigten, sind in Tabelle 1 aufgelistet.
Tabelle 1
Ein Feldversuch wurde über eine Dauer von zwei Wochen bis vier Monaten durchgeführt, um die Reinigungs- und Desinfektionswirkung der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zu bestimmen. Die Zusammensetzung wurde in das Netzwerk von Trinkwasserleitungen mit kleinem Durchmesser einer zahnärztlichen Anlage eingespeist.
Zu Vergleichszwecken wurden am Ende jedes Arbeitstages alle Wasserleitungen mit kleinem Durchmesser der zahnärztlichen Anlage mit den verschiedenen Reinigungs-Desinfektionskombinationen der vorliegenden Erfindung gefüllt, über Nacht belassen und am nächsten Morgen gründlich mit Wasser gespült.
Für jeden Versuch wurden während dem gleichen Arbeitstag drei Wasserproben von verschiedenen zahnmedizinischen Instrumenten, nämlich einem Luft-/Wasserstrahlsystem, einer Hochgeschwindigkeits-Wasserturbine und einer Ultraschall-Zahnsteinentfernungsapparatur, gezogen. Diese Proben wurden unter günstige Bedingungen für Mikroorganismuswachstum gesetzt. Nach fünf bis sieben Tagen wurden die Mikroorganismuskolonien gezählt. Die Ergebnisse waren überraschend ermutigend; nach zahlreichen Versuchen an den verschiedenen Instrumenten wurde eine nahezu vollständige Beseitigung der Mikrobenzählungen für die wirksamen Kombinationen von Tabelle 1, z. B. wobei die Gegenwart des Biofilms als 0 angegeben wurde, erhalten.
Die folgenden im Handel erhältlichen antiseptischen Mittel wurden erprobt, und keines davon zeigte eine wirksame Dekontaminierungswirkung gegenüber einem Biofilm:
BIOVAC^TM (0,8%) Chlorhexidin, 3,20% EDTA, proteolytische Enzyme, ein Dispersionsmittel).
EFFERDENT^TM (Kaliummonopersulfat, Natriumborat, Natriumlaurylpersulfat, Natriumbicarbonat, Magnesiumstearat, Simethicon).
POLYDENT^TM (Kaliummonopersulfat, Tetranatriumpyrophosphat, Natriumbicarbonat, Natriumborat).
STERISOL^TM (Chlorhexidin, Glycerol, 38-F, Alkohol).
THERASOL^TM (C-31G, NaF, Glycerin, Alkohol).
GLUTARALDEHYD
ALKOHOL 70%ig
PATHEX^TM (Phenolisch)
NATRIUMHYPOCHLORIT 2%ig.
Anscheinend erfüllen keine dieser Zubereitungen, z. B. ein Reinigungsmittelbestandteil, ein denaturierenden und ein Matrix- auflösender Bestandteil und ein Bakterizid die notwendigen Kriterien zur Dekontaminierung von biofilmbeschichteten Oberflächen.

Claims

Reinigungs- und Desinfektionszusammensetzung zur Verwendung bei der Dekontaminierung von Oberflächen, die für eine Kontaminierung durch Mikroorganismen und für die Bildung einer Biofilmschicht darauf anfällig sind, wobei die Zusammensetzung 1% (Gew./Vol.) Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA); 5% (Gew./Vol.) Wasserstoffperoxid sowie 1 bis 2% (Gew./Vol.) Natriumdodecylsulfat (SDS) umfaßt.
Reinigungs- und Desinfektionszusammensetzung nach Anspruch 1, welche weiterhin 0,1% (Gew./Vol.) Cetylpyridiniumchlorid und 1% Peressigsäure umfaßt.
In einem Verfahren zur Reinigung und Desinfektion von Trinkwasserleitungen, die für die Bildung von Biofilm und für die Bildung von Biofilmschichten auf deren Innenwänden anfällig sind, die folgenden Schritte: (a) Entleeren der Wasserleitungen; (b) Füllen der Wasserleitungen mit einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2; (c) Belassen der Zusammensetzung in den Wasserleitungen bei Umgebungstemperatur über einen Zeitraum von 6 Stunden oder mehr; (d) Entleeren der Wasserleitungen; und (e) Spülen der Wasserleitungen.