Validierung von Desinfektionsverfahren in der Aseptischen Herstellung - Die Krux mit den Einwirkzeiten
Eine fachliche Diskussion der verfügbaren Daten und Standpunkte
Derzeit ist das Thema Desinfektion, auch außerhalb der Hersatellung kritischer Produkte wie z. B. Pharmazeutika, Medizinprodukte oder Kosmetika, stärker in den Fokus der Gesellschaft gerückt. Aber nur die Nutzung von Desinfektionsmitteln alleine führt nicht automatisch zum gewünschten Ergebnis, einer ausreichenden Reduktion von Mikroorganismen und damit zu einer Risikominimierung für Mensch und Produkt. Dieses Ziel kann nur erreicht werden, wenn die Anwendung korrekt und auf den jeweiligen Einsatzzweck passend erfolgt. Das zeigt uns derzeit, im Rahmen der Coronabekämpfung, die Vielzahl der Fehlanwendungen durch ungeschulte Laien. Aber auch unter Fachleuten gibt es immer wieder unterschiedlich Ansichten über richtige Anwendungen, in Abhängigkeit der Einsatzgebiete, der regional gültigen Testmethoden und zu Grunde liegenden Leitlinien.
Auf Grund solcher unterschiedlicher Ansichten ist die folgende Diskussion zwischen drei Praktikern aus dem Bereich Desinfektion Desinfektion zu einem wichtigen Aspekt der Desinfektionsprozedur entstanden: der Einwirkzeit.
Thorsten Hinken: Bei meiner Suche nach "Einwirkzeit" im Internet bin ich als erstes auf einen Artikel von 2017 (Link auf GMP Navigator) gestoßen, in dem Du, Axel, darstellst, dass die EN-Normen ein Feuchthalten nicht für notwendig erachten, obwohl eine Abtrocknung aufgrund der Testprozedur unter "normalen" Bedingungen, unwahrscheinlich ist. Bei der Händedesinfektion wird aber ein Feuchthalten definitiv gefordert (30 Sek. für die Hygienische Händedesinfektion). Ebenso ist das Verständnis einer Wirkung unter ständiger Anwesenheit von flüssigem Desinfektionsmittel viel besser verständlich und logisch. Bei der EN13697 wird zwar die Menge an Desinfektionsmittel zum Test mit 100?l angegeben und die Fläche mit einem runden Coupon von 2cm Durchmesser, doch wird die Flüssigkeit nicht gleichmäßig verteilt, sondern als Tropfen auf die vorher angetrockneten Mikroorganismen gegeben. Somit ist ein Abtrocknen auch unter hohen Luftwechselzahlen innerhalb von 5 -15 Minuten unwahrscheinlich, insbesondere bei einer hohen Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Unter anderem fordern aus diesem Grund viele Anwender und Auditoren eine komplett feuchte Einwirkzeit.
Axel Schroeder: Ich stimme Dir zu, dass das Thema immer noch von Relevanz ist, und Desinfektionsthemen in der aktuellen Phase von COVID-19 und Annex 1 Revision natürlich noch mehr Beachtung finden. Was das Feuchthalten betrifft, halte ich es für nicht korrekt, alle Anwendungen über einen Kamm zu scheren und generell ein Feuchthalten der jeweiligen Oberfläche zu verlangen. Betrachten wir zuerst die von Dir erwähnte Händedesinfektion, bei der das Feuchthalten ja für 30 Sekunden gefordert wird. 30 Sekunden stellt bei ausreichender Menge Alkohol, also ? 3ml für 2 Durchschnittshände, in der Regel ja auch kein Problem dar. Weder der Wasser- noch der Alkoholanteil noch die, je nach Produkt evtl. enthaltenen anderen aktiven Bestandteile (QAV oder anderes), verdunsten in dieser Zeit. Um auf der relativ schwierigen und nicht glatten Oberfläche "Haut" den gewünschten Effekt zu erzielen, ist das ja auch sinnvoll. Allerdings kann man die Händedesinfektion, als antimikrobielle Behandlung einer biologischen, d.h. lebenden und belebten Oberfläche, nur sehr bedingt mit der Desinfektion von "technischen" Oberflächen vergleichen.
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Endotoxin and Pyrogen Testing
Betrachten wir jetzt aber auch die klassische Flächendesinfektion. Erfolgt eine fachgerechte Applikation auf der Oberfläche - ich glaube die Empfehlungen der Hersteller liegen bei 20- 60ml/qm (Rheinbaben/Wolff, 2002) - entsteht ein durchgängiger Feuchtfilm, der die evtl. vorhandenen Mikroorganismen umschließt. In dieser Phase erfolgt der Übergang des Wirkstoffes an bzw. in den Mikroorganismus und in der Folge die Wirkung, z. B. an der Zellmembran oder im Zellstoffwechsel. Unter normalen Umweltbedingungen reicht die Benetzungszeit für diese "Übergangsphase" aus, d.h. wenn die Abtrocknung erfolgt, ist der Wirkstoff schon da, wo man ihn haben will. Dort wirkt er dann auch nach dem Trocknen der Oberfläche. Meines Erachtens sollte also die einmalige richtige Benetzung die Standardlösung sein und andere Vorgehensweisen die Ausnahme. Das schont zumindest die Umwelt und den Geldbeutel und minimiert den Umgang mit Gefahrstoffen.
Thorsten Hinken: Dann lass uns über Flächendesinfektion sprechen. Hersteller sagen, es sollte eine Menge zwischen 20ml/m² und 80ml/m² aufgebracht werden. Unter 20ml/m² ist eine ausreichende Wirkung unwahrscheinlich und über 80ml nicht mehr zu steigern. (Desinfektionsmittelmenge und -wirksamkeit bei der Flächendesinfektion, K. Bansemir, Swiss Med 7 (1985) Nr. 3 b, 36-39). Nun ist es am Anwender zu bestimmen, welche Menge Flüssigkeit ausreichend ist, um die gewünschte Wirkung zu erzielen? Soll der Anwender Tests zur Abtrocknung durchführen und dann bestimmen, ob ein Abtrocknen nach 5 min noch eine Wirkung auf Hefen hat, obwohl der Test nach EN13697 hier 15 min vorgibt? Ebenso ist die hochgerechnete Menge an Desinfektionsmittel beim EN 13697 (2cm Coupon 100μl= 100μl/,14cm² = 318ml/1m²) 318ml/m². Die einzige Chance, mit Laborversuchen ein frühzeitiges Abtrocknen zu erlauben, ist die Validierung nach EN16615. Hier ist es möglich, mit eigenem Tuch (Mopp) und eigenen Oberflächen eine realitätsnahe Simulation hinzubekommen.
Gibt es diese Validierung nicht, so muss wohl die Oberfläche während der Einwirkzeit feucht bleiben.
Axel Schroeder: Meines Erachtens müssen wir, was Einwirkzeiten, Benetzungszeiten und Kontaktzeiten angeht, erst mal eine Klärung der Begrifflichkeiten erreichen. Für mich wäre die Einwirkzeit die Zeit, die ein applizierter Wirkstoff bzw. ein Wirkstoffgemisch (d.h. er/es hat den Mikroorganismus erreicht und entfaltet "Wirkung"), benötigt, um eine gegebene Ausgangskeimzahl um einen gewünschten Faktor zu reduzieren.
Die Benetzungszeit wäre die Zeit, die eine Fläche feucht verbleibt und in der die Applikation an/in den Mikroorganismus erfolgt.
Die Kontaktzeit wäre die Zeit des tatsächlichen Kontaktes des Wirkstoffes mit dem Mikroorganismus - das wäre bei nichtflüchtigen Wirkstoffen wie z. B. QAV die Benetzungszeit + die weitere Einwirkzeit bis der Mikroorganismus abgetötet ist. Der applizierte Wirkstoff bleibt ja, einmal an/in der Zelle, weiterhin in Kontakt und aktiv. Bei reaktiven Wirkstofflösungen, z.B. H2O2 oder Peressigsäure Abspaltern (z. B. in Pulverform zum Ansetzen) wäre dagegen die Kontaktzeit nur gleich der Benetzungszeit, da mit dem Abtrocknen der chemische Prozess der Wirkstoffbildung endet.
Wie lange die Einwirkzeit ist, hängt ja generell von verschiedenen Faktoren ab, z. B. der Ausgangskeimzahl, der Temperatur und gegebenenfalls von der Oberflächenstruktur und von der Art des Mikroorganismus. (Wallhäuser 1988; I. Schwenke, RKI 2017; ). Dementsprechend ist die Bewertung der Ausgangssituation - welche Keimzahlen sind zu erwarten (Daten aus dem Monitoring/Qualifikation), welche Oberflächen werden verwendet, liegt auch eine Verschmutzung vor und gibt es Temperaturabweichungen - von maßgeblicher Bedeutung. Deshalb könnte man den Sinn von obligatorischen Einwirkzeiten wie Du sie erwähnt hast ( EN13697 - Pilze 15 Minuten) durchaus in Frage stellen. Das haben auch die Autoren der EN13697 erkannt und mit der neuesten Fassung vom Oktober 2019 sowohl die obligatorischen 5 Minuten für Bakterien als auch die 15 Minuten für Pilze entfernt. Die Einwirkzeit wird jetzt zwischen 1-60 Minuten vom Hersteller definiert.
Damit landen wir wieder beim situationsbedingten Ansatz - ich evaluiere meine Rahmenbedingungen Prozess, Geräte, Umgebung, historische Daten und Anforderungen an Limits oder Spezifikationen, folge dem Prinzip eines Quality Risk Managements - wie in einschlägigen Leitfäden wie Annex 1 oder ICH Q9 empfohlen - und entscheide danach, ob auf Grund der Abtrocknungszeit in bestimmten Fällen ein erhöhtes Risiko besteht. Das simuliere ich im Versuch und/oder mit einem Monitoring und leite aus den gewonnen Daten ab, ob der klassische Ansatz - Desinfektion aufbringen, trocknen lassen - ausreicht, oder ob besondere Umstände (z. B. Desinfektion in Form einer Reaktionslösung) ein Nachbefeuchten, Erhöhung der ausgebrachten Menge/qm oder Erhöhung der Konzentration erfordern.
Thorsten Hinken: Ich kann Deinen Ausführungen nun nur noch zustimmen. Doch damit haben wir das Problem vom Hersteller des Desinfektionsmittels nur auf den Anwender verlagert. Ich hoffe, dass in Zukunft weitere Studien stattfinden, die den ein oder anderen Beleg dafür liefern, dass die Wirkung eines nicht flüchtigen, oder auch die eines flüchtigen Desinfektionsmittels, einmal in der Zelle angelangt für eine Abtötung des Mikroorganismus ausreicht. Der Punkt, der nun noch offen ist, ist die Zeit zu bestimmen, die ausreicht, um das Desinfektionsmittel in die Zellen zu transportieren - also deine "Tatsächliche Kontaktzeit". Liegt diese bei wenigen Sekunden oder bei Minuten?
Axel Schroeder: Vielleicht hilft uns ein anderer Blickwinkel. Anastasija, Du arbeitest ja täglich an der Validierung von Desinfektionsverfahren. Wie siehst Du das?
Anastasija Schlicht: An dieser Stelle misch ich mich gerne noch mit ein paar weiteren Ausführungen bzw. Ergänzungen ein. Das Thema Einwirkzeit (Kontaktzeit, Feuchthaltezeit oder wie auch immer man die Zeit nennen oder definieren möchte) ist seit geraumer Zeit mehr denn je ein viel diskutiertes Thema. Tatsächlich kann man hier - egal wie man es anstellt - aufgrund einer zu geringen Datenlage keine gesicherte Aussage treffen, ob Oberflächen nun über lange Zeiträume feucht gehalten werden müssen oder nicht.
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Alternative and Rapid Microbiological Methods
Der einfachste Weg diese Problematik zu umgehen, wäre natürlich für die Desinfektion von Oberflächen Produkte zu verwenden, die eine möglichst kurze Einwirkzeit aufweisen (vor allem, wenn die Oberflächen nach der Desinfektion wieder schnell begangen oder benutzt werden). So weit so gut! Wäre da nicht das Problem, dass je kürzer die Einwirkzeit ist, umso höher die Wirkstoffkonzentrationen werden, die eingesetzt werden müssen. Und damit werden im schlimmsten Fall auf Kosten der Mitarbeiter, der Umwelt und nicht zuletzt des zu desinfizierenden Materials unnötig hohe Wirkstoffkonzentrationen eingesetzt, obwohl es auch anders gehen würde.
Axel, Du hast ja bereits ausgeführt, dass in den jeweiligen Normen (z. B. EN 13697) kein Feuchthalten bzw. Nachbenetzen von Oberflächen gefordert wird; wobei bei der hohen Menge an appliziertem Desinfektionsmittel, zumindest im Laborversuch, ein Abtrocknen während der Einwirkzeit nahezu nicht vorkommt. Bei Desinfektionsmitteln, die rückstandsfrei verdunsten (z.B. alkoholische Desinfektionsmittel), sollte man sicherlich darauf achten, dass die Oberflächen während der gesamten Einwirkzeit feucht gehalten werden, da sonst vermutlich keine ausreichende Wirkung erzielt werden kann (was meist aber kein Problem darstellt, weil Alkohole ja auch mit kurzen Einwirkzeiten auskommen). Bei anderen Desinfektionsmitteln sollte es (hoffentlich) ausreichen, wenn die Oberfläche zumindest anfangs komplett benetzt ist. Die tatsächliche Abtötung der Mikroorganismen findet auch dann noch statt, wenn die Oberfläche bereits wieder trocken ist; soweit zumindest die bisherige Theorie, die auch ich aktuell vertrete.
Letztlich stellt sich mir aber die Frage, ob die ganzen Diskussionen um Einwirkzeiten und das Feuchthalten von Oberflächen nicht rein akademischer Natur sind. Aus wissenschaftlicher Sicht ist es selbstverständlich sehr interessant zu wissen, wann und wie lange ein Desinfektionsmittel braucht, um Mikroorganismen entsprechend abzutöten bzw. ob hierfür das Feuchthalten von Oberflächen entscheidend ist (aus genau diesem Grund beschäftigen wir uns bei Labor LS auch bereits seit längerem mit diesem Thema und hoffen dazu mittelfristig etwas Handfestes publizieren zu können). Allerdings was genau soll die Diskussion in der Praxis bewirken? Auf der einen Seite wird im Rahmen eines Laborversuches die Wirksamkeit von Desinfektionsmitteln nachgewiesen, um die grundsätzliche Eignung der Produkte zu belegen. Aber egal, ob ein Desinfektionsmittel- Hersteller auf sein Produkt am Ende drauf schreibt, dass das Produkt eine "Einwirkzeit" von 30 min hat und man die Oberfläche während dieser gesamten Zeit feucht halten muss (oder eben auch nicht), werden all diese Laborversuche die praktischen Gegebenheiten beim Anwender vor Ort niemals abbilden können (in Bezug auf Oberflächen, Hauskeime, Umgebungstemperatur, Luftwechselraten, etc.).
Und auch wenn der Anwender wiederum eine umfangreiche Desinfektionsmittel-Validierung vorweisen kann, wird auch diese nicht das tägliche Monitoring ersetzen können. Denn nur so kann zweifelsfrei belegt werden, dass die tägliche Anwendung der Desinfektionsmittel - mit allen Unwägbarkeiten - tatsächlich geeignet ist, um mikrobiologische Kontaminationen der Oberflächen in Schach zu halten. Und wenn ich mit meinem etablierten Reinigungs- und Desinfektionsprozedere mit bisher nicht feucht gehaltenen Oberflächen vernünftige Daten im Hygienemonitoring vorweisen kann, sollte das doch der einzig relevante Faktor sein, auf den es ankommt.
Nichtsdestotrotz hoffe ich demnächst noch ein wenig mehr Licht ins Dunkel bringen zu können. Wer weiß, vielleicht werde ich auf Basis unserer Versuchsdaten dann ja noch eines Besseren belehrt. Und in der Zwischenzeit wäre folgender Vorschlag vielleicht eine praktikable Alternative, wie auch schon von Dir, Axel, angedeutet: ich schaue mir in meinem Betrieb an, wie lange meine Oberflächen unter realen Bedingungen feucht bleiben und überprüfe die Wirksamkeit der Desinfektionsmittel im Laborversuch nach genau dieser Zeit. Wenn dann die Wirksamkeit in allen Fällen erreicht wird, brauche ich mir zum Feuchthalten von Oberflächen keine Argumentation mehr für die nächste Inspektion zurechtzulegen.
Axel Schroeder: Ich denke, wir kommen hier an einen Punkt, an dem sich zeigt, dass sich derzeit keine pauschalisierte Empfehlung machen lässt, die für jeden Anwender bzw. für jeden Produktionsablauf passt. Final trägt der pharmazeutische Hersteller als Anwender die Verantwortung und wird über eine fundierte Risikoanalyse, basierend auf den räumlichen Gegebenheiten, Art und Anwendung der Desinfektionsmittel und Gerätschaften und seine Prozessabläufe und mit Hilfe seiner Validierung festlegen müssen, ob über die klassische Vorgehensweise in bestimmten Fällen ein länger anhaltendes Feuchthalten nötig ist. Hoffen wir auf baldige neue Daten, die uns hier in der Zukunft weiterhelfen.
Autoren:
Dipl. Biol. Thorsten Hinken
... ist seit 2006 für die Firma Ecolab im Bereich Life Sciences als Kundenbetreuer für Pharmaindustrie, Herstellende Apotheken und Kosmetikhersteller verantwortlich.
Anastasija Schlicht
... ist bei Labor L+S AG als Abteilungsleiterin für den Bereich Desinfektionsmittelprüfungen verantwortlich. Überdies ist sie als Gutachterin für die Erstellung von Desinfektionsmittel-Gutachten beim Verbund für Angewandte Hygiene (VAH) zugelassen.
Dipl. Biol. Axel H. Schroeder
... ist seit 2008 bei CONCEPT HEIDELBERG tätig und hier Fachbereichsleiter für den Themenbereich Mikrobiologie.
Litertaturliste:
- Praxis der Sterilisation, Desinfektion, Konservierung, Keimidentifizierung, Betriebshygiene, Karl H Wallhäuser, 1995 | 5., vollst. überarb. Aufl. Thieme (Verlag), 978-3-13-416305-6 (ISBN)
- Pharma Technologie Journal - Gute Hygiene Praxis, 3. Überarbeitete Auflage 2019, ISBN 978-3-87193-465-0, ECV Verlag
- Pharmazeutische Mikrobiologie, Qualitätssicherung, Monitoring, Betriebshygiene, Michael Rieth, 1. Auflage Oktober 2012, ISBN: 978-3-527-33087-4 Wiley-VCH, Weinheim
- Handbuch der viruswirksamen Desinfektion, Rheinbaben, F.von, Wolff, M.H., ISBN 978-3-642-63179-5, Springer
- EU-GMP Leitfaden, Bundeministerium für Gesundheit, https://www.bundesgesundheitsministerium.de/service/gesetze-und-verordnungen/bekanntmachungen.html#c3448
- Desinfektionsmittelmenge und -wirksamkeit bei der Flächendesinfektion, K. Bansemir, Swiss Med 7 (1985) Nr. 3 b, 36-39).
