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Eine kontaminierte Gesundheitsumgebung spielt eine wichtige Rolle bei der Verbreitung multiresistenter (MDR) Organismen und C. difficile. Ziel dieser Studie war es, die Wirkung von Ozon, das in einem Plasmareaktor mit dielektrischer Barriereentladung (DBD) erzeugt wird, auf die Wirkung von Vancomycin-resistenten Enterococcus faecalis (VRE), Carbapenem-resistenten Klebsiella pneumoniae (CRE), Carbapenem-resistenten Pseudomonas spp., Pseudomonas aeruginosa (CRPA), Carbapenem-resistenten Acinetobacter baumannii (CRAB) und Clostridium difficile-Sporen zu untersuchen. Verschiedene mit VRE-, CRE-, CRPA-, CRAB- und C. difficile-Sporen kontaminierte Materialien wurden mit Ozon unterschiedlicher Konzentrationen und Einwirkzeiten behandelt. Mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) wurden Oberflächenveränderungen der Bakterien nach der Ozonbehandlung nachgewiesen. Bei einer 15-minütigen Ozonbehandlung mit 500 ppm Ozon auf VRE und CRAB wurde bei Edelstahl, Stoff und Holz ein Rückgang von etwa 2 oder mehr log10 sowie bei Glas und Kunststoff ein Rückgang von 1–2 log10 beobachtet. C. difficile-Sporen erwiesen sich als resistenter gegen Ozon als alle anderen getesteten Organismen. Im AFM schwollen Bakterienzellen nach der Ozonbehandlung an und deformierten sich. Das vom DBD-Plasmareaktor erzeugte Ozon ist ein einfaches und wertvolles Dekontaminationsmittel für MDRO- und C. difficile-Sporen, die als häufige Erreger von nosokomialen Infektionen gelten.
Die Entstehung multiresistenter Organismen (MDR) wird durch den Missbrauch von Antibiotika bei Menschen und Tieren verursacht und von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) als große Bedrohung für die öffentliche Gesundheit eingestuft1. Insbesondere Gesundheitseinrichtungen sind zunehmend mit der Entstehung und Verbreitung multiresistenter Organismen konfrontiert. Die wichtigsten MRO sind Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus und Vancomycin-resistente Enterokokken (VRE), Extended-Spectrum-Beta-Lactamase-produzierende Enterobakterien (ESBL), multiresistente Pseudomonas aeruginosa, multiresistenter Acinetobacter baumannii und Carbapenem-resistente Enterobacter (CRE). Außerdem ist eine Infektion mit Clostridium difficile eine der Hauptursachen für nosokomiale Durchfallerkrankungen und stellt eine erhebliche Belastung für das Gesundheitssystem dar. MDR und C. difficile werden durch die Hände von medizinischem Personal, kontaminierte Umgebungen oder direkt von Mensch zu Mensch übertragen. Jüngste Studien haben gezeigt, dass kontaminierte Umgebungen in Einrichtungen des Gesundheitswesens eine wichtige Rolle bei der Übertragung von MDRO und C. difficile spielen, wenn medizinisches Personal (HCWs) mit kontaminierten Oberflächen in Kontakt kommt oder wenn Patienten in direkten Kontakt mit kontaminierten Oberflächen kommen 3,4. Kontaminierte Umgebungen in Einrichtungen des Gesundheitswesens verringern die Häufigkeit von MLRO- und C. difficile-Infektionen oder -Kolonisierungen5,6,7. Angesichts der weltweiten Besorgnis über die Zunahme antimikrobieller Resistenzen ist es klar, dass mehr Forschung zu Methoden und Verfahren zur Dekontamination in Einrichtungen des Gesundheitswesens erforderlich ist. In letzter Zeit wurden berührungslose Endreinigungsmethoden, insbesondere Ultraviolett (UV)-Geräte oder Wasserstoffperoxidsysteme, als vielversprechende Dekontaminationsmethoden anerkannt. Diese im Handel erhältlichen UV- oder Wasserstoffperoxidgeräte sind jedoch nicht nur teuer, die UV-Desinfektion ist auch nur auf freiliegenden Oberflächen wirksam, während die Wasserstoffperoxid-Plasmadesinfektion eine relativ lange Dekontaminationszeit vor dem nächsten Desinfektionszyklus erfordert5.
Ozon hat bekannte korrosionshemmende Eigenschaften und kann kostengünstig hergestellt werden8. Es ist jedoch bekannt, dass es gesundheitsschädlich ist, sich aber schnell in Sauerstoff zersetzt8. Dielektrische Barriereentladungs-Plasmareaktoren (DBD) sind die mit Abstand am weitesten verbreiteten Ozongeneratoren9. DBD-Geräte ermöglichen die Erzeugung von Niedertemperaturplasma in der Luft und damit die Produktion von Ozon. Bisher beschränkte sich die praktische Anwendung von Ozon hauptsächlich auf die Desinfektion von Schwimmbadwasser, Trinkwasser und Abwasser10. Mehrere Studien berichten über seinen Einsatz im Gesundheitswesen8,11.
In dieser Studie verwendeten wir einen kompakten DBD-Plasma-Ozongenerator, um dessen Wirksamkeit bei der Beseitigung von MRE und C. difficile zu demonstrieren, selbst bei Infektionen auf verschiedenen im medizinischen Bereich üblichen Materialien. Darüber hinaus wurde der Ozonsterilisationsprozess mithilfe von Rasterkraftmikroskopie (AFM)-Aufnahmen ozonbehandelter Zellen erläutert.
Stämme wurden aus klinischen Isolaten von VRE (SCH 479 und SCH 637), Carbapenem-resistenten Klebsiella pneumoniae (CRE; SCH CRE-14 und DKA-1), Carbapenem-resistenten Pseudomonas aeruginosa (CRPA; 54 und 83) und Carbapenem-resistenten Bakterien gewonnen. Bakterien Pseudomonas aeruginosa (CRPA; 54 und 83). resistenten Acinetobacter baumannii (CRAB; F2487 und SCH-511). C. difficile wurde aus der National Pathogen Culture Collection (NCCP 11840) der Korea Agency for Disease Control and Prevention bezogen. Es wurde 2019 von einem Patienten in Südkorea isoliert und mittels Multilocus-Sequenztypisierung als zu ST15 gehörend identifiziert. Brain Heart Infusion (BHI) Broth (BD, Sparks, MD, USA), beimpft mit VRE, CRE, CRPA und CRAB, wurde gut gemischt und 24 Stunden bei 37°C inkubiert.
C. difficile wurde 48 Stunden lang anaerob auf Blutagar ausgestrichen. Mehrere Kolonien wurden anschließend zu 5 ml Hirn-Herz-Brühe gegeben und 48 Stunden lang unter anaeroben Bedingungen inkubiert. Anschließend wurde die Kultur geschüttelt, mit 5 ml 95%igem Ethanol versetzt, erneut geschüttelt und 30 Minuten bei Raumtemperatur stehen gelassen. Nach 20-minütiger Zentrifugation bei 3000 g wurde der Überstand verworfen und das Pellet mit Sporen und abgetöteten Bakterien in 0,3 ml Wasser suspendiert. Die lebensfähigen Zellen wurden durch spiralförmiges Aussäen der Bakterienzellsuspension auf entsprechend verdünnte Blutagarplatten gezählt. Die Gram-Färbung bestätigte, dass 85 % bis 90 % der Bakterienstrukturen Sporen waren.
Die folgende Studie untersuchte die Wirkung von Ozon als Desinfektionsmittel auf verschiedene Oberflächen, die mit MRE- und C. difficile-Sporen kontaminiert sind, die bekanntermaßen nosokomiale Infektionen verursachen. Bereiten Sie Proben aus Edelstahl, Stoff (Baumwolle), Glas, Kunststoff (Acryl) und Holz (Kiefer) im Format 1 x 1 cm vor. Desinfizieren Sie die Proben vor Gebrauch. Alle Proben wurden vor der bakteriellen Infektion autoklaviert.
In dieser Studie wurden Bakterienzellen auf verschiedenen Substratoberflächen sowie auf Agarplatten verteilt. Die Platten werden dann sterilisiert, indem sie für eine bestimmte Zeit und in einer bestimmten Konzentration in einer abgedichteten Kammer Ozon ausgesetzt werden. Abb. 1 ist ein Foto einer Ozon-Sterilisationsausrüstung. DBD-Plasmareaktoren wurden hergestellt, indem perforierte und freiliegende Edelstahlelektroden auf der Vorder- und Rückseite von 1 mm dicken Aluminiumoxidplatten (Dielektrikum) angebracht wurden. Bei den perforierten Elektroden betrugen die Öffnungs- und Lochflächen 3 mm bzw. 0,33 mm. Jede Elektrode hat eine runde Form mit einem Durchmesser von 43 mm. Eine Hochspannungs-Hochfrequenz-Stromversorgung (GBS Elektronik GmbH Minipuls 2.2) wurde verwendet, um eine sinusförmige Spannung von ca. 8 kV Spitze-Spitze bei einer Frequenz von 12,5 kHz an die perforierten Elektroden anzulegen, um an den Kanten der Elektroden Plasma zu erzeugen. perforierte Elektroden. Da es sich bei der Technologie um ein Gassterilisationsverfahren handelt, erfolgt die Sterilisation in einer Kammer, die volumenmäßig in ein oberes und ein unteres Fach unterteilt ist. Diese Fächer enthalten jeweils bakteriell kontaminierte Proben und Plasmageneratoren. Das obere Fach verfügt über zwei Ventilöffnungen zum Entfernen und Ablassen von Restozon. Vor dem Einsatz im Experiment wurde die zeitliche Veränderung der Ozonkonzentration im Raum nach Einschalten der Plasmaanlage anhand des Absorptionsspektrums der Spektrallinie 253,65 nm einer Quecksilberlampe gemessen.
(a) Schema eines Versuchsaufbaus zur Sterilisation von Bakterien auf verschiedenen Materialien mittels im DBD-Plasmareaktor erzeugtem Ozon und (b) Ozonkonzentration und Plasmaerzeugungszeit in der Sterilisationskammer. Die Abbildung wurde mit OriginPro Version 9.0 (OriginPro-Software, Northampton, MA, USA; https://www.originlab.com) erstellt.
Zunächst wurden durch Sterilisieren von auf Agarplatten platzierten Bakterienzellen mit Ozon unter Veränderung der Ozonkonzentration und Behandlungsdauer die geeignete Ozonkonzentration und Behandlungsdauer zur Dekontamination von MDRO und C. difficile ermittelt. Während des Sterilisationsprozesses wird die Kammer zunächst mit Umgebungsluft gespült und dann durch Einschalten der Plasmaeinheit mit Ozon gefüllt. Nachdem die Proben für einen vorbestimmten Zeitraum mit Ozon behandelt wurden, wird eine Membranpumpe verwendet, um das restliche Ozon zu entfernen. Für die Messungen wurde eine Probe einer vollständigen 24-Stunden-Kultur (~ 108 KBE/ml) verwendet. Proben von Suspensionen von Bakterienzellen (20 μl) wurden zunächst zehnfach mit steriler Kochsalzlösung verdünnt und dann auf mit Ozon sterilisierten Agarplatten in der Kammer verteilt. Danach wurden wiederholte Proben, bestehend aus Ozon ausgesetzten und nicht ausgesetzten Proben, 24 Stunden bei 37 °C inkubiert und die Kolonien gezählt, um die Wirksamkeit der Sterilisation zu bewerten.
Gemäß den in der obigen Studie festgelegten Sterilisationsbedingungen wurde die dekontaminationstechnische Wirkung dieser Technologie auf MDRO und C. difficile anhand von Coupons aus verschiedenen, in medizinischen Einrichtungen üblicherweise verwendeten Materialien (Edelstahl, Stoff, Glas, Kunststoff und Holz) bewertet. Es wurden vollständige 24-Stunden-Kulturen (~108 KBE/ml) verwendet. Proben einer Bakterienzellsuspension (20 μl) wurden seriell zehnfach mit steriler Kochsalzlösung verdünnt, und dann wurden die Coupons in diese verdünnten Brühen eingelegt, um die Kontamination zu beurteilen. Die nach dem Einlegen in die Verdünnungsbrühe entnommenen Proben wurden in sterile Petrischalen gelegt und 24 Stunden bei Zimmertemperatur getrocknet. Setzen Sie den Deckel der Petrischale auf die Probe und legen Sie diese vorsichtig in die Testkammer. Nehmen Sie den Deckel von der Petrischale ab und setzen Sie die Probe 15 Minuten lang 500 ppm Ozon aus. Kontrollproben wurden in eine biologische Sicherheitswerkbank gelegt und keinem Ozon ausgesetzt. Unmittelbar nach der Ozonexposition wurden Proben und nicht bestrahlte Proben (Kontrollen) mithilfe eines Vortex-Mischers mit steriler Kochsalzlösung gemischt, um Bakterien von der Oberfläche zu isolieren. Die eluierte Suspension wurde seriell zehnfach mit steriler Kochsalzlösung verdünnt. Anschließend wurde die Anzahl der verdünnten Bakterien auf Blutagarplatten (für aerobe Bakterien) bzw. anaeroben Blutagarplatten (für Brucella) (für Clostridium difficile) bestimmt und 24 Stunden bei 37 °C bzw. 48 Stunden unter anaeroben Bedingungen (bei 37 °C) in zweifacher Ausführung inkubiert, um die Ausgangskonzentration des Inokulums zu bestimmen. Der Unterschied in der Bakterienzahl zwischen unbestrahlten Kontrollen und bestrahlten Proben wurde berechnet, um eine logarithmische Reduktion der Bakterienzahl (d. h. Sterilisationseffizienz) unter Testbedingungen zu ermitteln.
Biologische Zellen müssen auf einer AFM-Bildplatte immobilisiert werden; daher wird als Substrat eine flache und gleichmäßig raue Glimmerscheibe mit einer Rauheitsskala kleiner als die Zellgröße verwendet. Durchmesser und Dicke der Scheiben betrugen 20 mm bzw. 0,21 mm. Um die Zellen fest auf der Oberfläche zu verankern, wird die Oberfläche des Glimmers mit Poly-L-Lysin (200 µl) beschichtet, wodurch sie positiv und die Zellmembran negativ geladen wird. Nach der Beschichtung mit Poly-L-Lysin wurden die Glimmerscheiben dreimal mit 1 ml deionisiertem (DI) Wasser gewaschen und über Nacht luftgetrocknet. Dann wurden die Bakterienzellen durch Dosierung einer verdünnten Bakterienlösung auf die mit Poly-L-Lysin beschichtete Glimmeroberfläche aufgebracht, 30 min stehen gelassen und dann wurde die Glimmeroberfläche mit 1 ml deionisiertem Wasser gewaschen.
Die Hälfte der Proben wurde mit Ozon behandelt, und die Oberflächenmorphologie von Glimmerplatten, die mit VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen beladen waren, wurde mittels AFM (XE-7, Park Systems) visualisiert. Der AFM-Betriebsmodus ist auf den Tapping-Modus eingestellt, eine gängige Methode zur Abbildung biologischer Zellen. In den Experimenten wurde ein für den berührungslosen Modus entwickelter Mikrocantilever (OMCL-AC160TS, OLYMPUS Microscopy) verwendet. AFM-Bilder wurden mit einer Abtastrate von 0,5 Hz aufgezeichnet, was eine Bildauflösung von 2048 × 2048 Pixeln ergab.
Um die Bedingungen zu ermitteln, unter denen DBD-Plasmareaktoren eine wirksame Sterilisation ermöglichen, haben wir eine Reihe von Experimenten mit MDRO (VRE, CRE, CRPA und CRAB) und C. difficile durchgeführt und dabei Ozonkonzentration und Einwirkzeit variiert. Abb. 1b zeigt die Ozonkonzentrations-Zeit-Kurve für jede Testbedingung nach dem Einschalten des Plasmageräts. Die Konzentration stieg logarithmisch an und erreichte nach 1,5 bzw. 2,5 Minuten 300 bzw. 500 ppm. Vorversuche mit VRE haben gezeigt, dass zur wirksamen Dekontamination von Bakterien mindestens 300 ppm Ozon über 10 Minuten erforderlich sind. Daher wurden MDRO und C. difficile in den folgenden Experimenten Ozon in zwei verschiedenen Konzentrationen (300 und 500 ppm) und bei zwei verschiedenen Einwirkzeiten (10 und 15 Minuten) ausgesetzt. Die Sterilisationseffizienz wurde für jede Ozondosis und Einwirkzeit berechnet und ist in Tabelle 1 dargestellt. Eine Einwirkung von 300 oder 500 ppm Ozon über 10–15 Minuten führte zu einer Gesamtreduktion der VRE um mindestens 2 log10. Diese hohe Bakterienabtötungsrate mit CRE wurde durch eine 15-minütige Einwirkung von 300 oder 500 ppm Ozon erreicht. Eine starke Reduzierung des CRPA (> 7 log10) wurde durch eine 15-minütige Exposition gegenüber 500 ppm Ozon erreicht. Eine starke Reduzierung des CRPA (> 7 log10) wurde durch eine 15-minütige Exposition gegenüber 500 ppm Ozon erreicht. Der CRPA-Test (> 7 log10) wurde innerhalb von 15 Minuten mit 500 Millionen Ozonproben durchgeführt. Durch eine 15-minütige Exposition gegenüber 500 ppm Ozon wurde eine starke Reduzierung des CRPA (> 7 log10) erreicht.Mindestens 500 ppm oder 15 Minuten, ein CRPA-Wert (> 7 log10)。Mindestens 500 ppm oder 15 Minuten, ein CRPA-Wert (> 7 log10)。 CRPA-Minderung (> 7 log10) nach 15 Minuten Ozonkonzentration bei 500 ppm. Signifikante Verringerung des CRPA (> 7 log10) nach 15-minütiger Exposition gegenüber 500 ppm Ozon.Vernachlässigbare Abtötung von CRAB-Bakterien bei 300 ppm Ozon; Bei 500 ppm Ozon kam es jedoch zu einer Verringerung von > 1,5 log10. Bei 500 ppm Ozon kam es jedoch zu einer Verringerung von > 1,5 log10. Bei einer Ozonkonzentration von 500 Millionen Kilo wurde eine Auflösung von > 1,5 log10 erreicht. Bei einer Ozonkonzentration von 500 ppm wurde jedoch ein Rückgang von >1,5 log10 beobachtet.Bei 500 ppm beträgt der Wert mehr als 1,5 log10.Bei 500 ppm beträgt der Wert mehr als 1,5 log10. Bei einer Ozonkonzentration von 500 Millionen Tonnen wurde eine Auflösung von >1,5 log10 erreicht. Bei einer Ozonkonzentration von 500 ppm wurde jedoch ein Rückgang von >1,5 log10 beobachtet. Die Exposition von C. difficile-Sporen gegenüber 300 oder 500 ppm Ozon führte zu einer Reduktion von > 2,5 log10. Die Exposition von C. difficile-Sporen gegenüber 300 oder 500 ppm Ozon führte zu einer Reduktion von > 2,5 log10. Ozonbelastung durch C. difficile mit einer Konzentration von 300 oder 500 Millionen Exemplaren und einer Auflösung von > 2,5 log10. Die Exposition von C. difficile-Sporen gegenüber 300 oder 500 ppm Ozon führte zu einer Reduktion von >2,5 log10.Bei 300 bis 500 ppm beträgt der Wert > 2,5 log10. 300 bis 500 ppm. Ozonbelastung durch C. difficile mit einer Konzentration von 300 oder 500 Millionen Exemplaren bei einer Schädigung von >2,5 log10. Die Exposition von C. difficile-Sporen gegenüber 300 oder 500 ppm Ozon führte zu einer Reduktion von >2,5 log10.
Auf der Grundlage der obigen Experimente wurde festgestellt, dass eine Dosis von 500 ppm Ozon für 15 Minuten ausreicht, um Bakterien zu inaktivieren. VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen wurden auf ihre keimtötende Wirkung durch Ozon auf verschiedenen Materialien getestet, darunter Edelstahl, Stoff, Glas, Kunststoff und Holz, die häufig in Krankenhäusern verwendet werden. Ihre Sterilisationseffizienz ist in Tabelle 2 aufgeführt. Die Testorganismen wurden zweimal bewertet. Bei VRE und CRAB war Ozon auf Glas- und Kunststoffoberflächen weniger wirksam, obwohl auf Edelstahl-, Stoff- und Holzoberflächen eine log10-Reduktion von etwa dem Faktor 2 oder mehr beobachtet wurde. C. difficile-Sporen erwiesen sich als resistenter gegen eine Ozonbehandlung als alle anderen getesteten Organismen. Um die Wirkung von Ozon auf die abtötende Wirkung verschiedener Materialien gegen VRE, CRAB und C. difficile statistisch zu untersuchen, wurden t-Tests verwendet, um die Unterschiede zwischen der Anzahl an KBE pro Milliliter in der Kontroll- und der Versuchsgruppe auf verschiedenen Materialien zu vergleichen (Abb. 2). Die Stämme zeigten statistisch signifikante Unterschiede, allerdings wurden bei VRE- und CRAB-Sporen signifikantere Unterschiede beobachtet als bei C. difficile-Sporen.
Streudiagramm der Auswirkungen von Ozon auf die bakterielle Abtötung verschiedener Materialien (a) VRE, (b) CRAB und (c) C. difficile.
Um den Ozon-Sterilisationsprozess detailliert zu untersuchen, wurden AFM-Aufnahmen an ozonbehandelten und unbehandelten VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen durchgeführt. Abb. 3a, c und e zeigen AFM-Aufnahmen von unbehandelten VRE-, CRAB- bzw. C. difficile-Sporen. Wie in den 3D-Bildern zu sehen ist, sind die Zellen glatt und intakt. Abbildungen 3b, d und f zeigen VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen nach der Ozonbehandlung. Nicht nur verringerte sich die Gesamtgröße aller getesteten Zellen, auch ihre Oberfläche wurde nach der Ozonbehandlung deutlich rauer.
AFM-Bilder von unbehandelten VRE-, MRAB- und C. difficile-Sporen (a, c, e) und (b, d, f), die 15 Minuten lang mit 500 ppm Ozon behandelt wurden. Die Bilder wurden mit Park Systems XEI Version 5.1.6 (XEI Software, Suwon, Korea; https://www.parksystems.com/102-products/park-xe-bio) erstellt.
Unsere Forschung zeigt, dass das von DBD-Plasmageräten erzeugte Ozon MRE- und C. difficile-Sporen, die als Hauptverursacher von nosokomialen Infektionen gelten, wirksam dekontaminieren kann. Da eine Umweltkontamination mit MRE- und C. difficile-Sporen eine Quelle von nosokomialen Infektionen sein kann, erwies sich die keimtötende Wirkung von Ozon in unserer Studie bei Materialien, die hauptsächlich in Krankenhäusern verwendet werden, als erfolgreich. Nach künstlicher Kontamination von Materialien wie Edelstahl, Stoff, Glas, Kunststoff und Holz mit MRE- und C. difficile-Sporen wurden Dekontaminationstests mit DBD-Plasmageräten durchgeführt. Obwohl die Dekontaminationswirkung je nach Material variiert, ist die Dekontaminationsfähigkeit von Ozon bemerkenswert.
In Krankenhauszimmern häufig berührte Gegenstände müssen routinemäßig mit geringer Intensität desinfiziert werden. Die Standardmethode zur Dekontaminierung solcher Gegenstände ist die manuelle Reinigung mit einem flüssigen Desinfektionsmittel, beispielsweise einer quartären Ammoniumverbindung 13. Auch bei strikter Einhaltung der Empfehlungen zur Verwendung von Desinfektionsmitteln lässt sich MPO durch herkömmliche Umgebungsreinigung (normalerweise manuelle Reinigung) nur schwer entfernen14. Daher sind neue Technologien erforderlich, beispielsweise berührungslose Methoden. Folglich besteht ein Interesse an gasförmigen Desinfektionsmitteln, darunter Wasserstoffperoxid und Ozon10. Der Vorteil gasförmiger Desinfektionsmittel besteht darin, dass sie Stellen und Gegenstände erreichen können, die mit herkömmlichen manuellen Methoden nicht erreicht werden. Wasserstoffperoxid wird seit kurzem im medizinischen Bereich verwendet, ist jedoch giftig und muss gemäß strenger Handhabungsverfahren gehandhabt werden. Die Plasmasterilisation mit Wasserstoffperoxid erfordert eine relativ lange Spülzeit vor dem nächsten Sterilisationszyklus. Im Gegensatz dazu fungiert Ozon als antibakterielles Mittel mit breitem Wirkungsspektrum und wirkt gegen Bakterien und Viren, die gegen andere Desinfektionsmittel resistent sind8,11,15. Außerdem kann Ozon kostengünstig aus der atmosphärischen Luft hergestellt werden und erfordert keine zusätzlichen giftigen Chemikalien, die eine schädliche Wirkung auf die Umwelt haben können, da es letztendlich zu Sauerstoff zerfällt. Der Grund, warum Ozon nicht weithin als Desinfektionsmittel verwendet wird, ist folgender: Ozon ist giftig für die menschliche Gesundheit, deshalb übersteigt seine Konzentration im Durchschnitt nicht länger als 8 Stunden 0,07 ppm16, daher wurden Ozonsterilisatoren entwickelt und auf den Markt gebracht, hauptsächlich zur Reinigung von Abgasen. Außerdem ist es möglich, Gas einzuatmen und nach der Dekontamination einen unangenehmen Geruch zu erzeugen5,8. Ozon wurde in medizinischen Einrichtungen nicht aktiv eingesetzt. Ozon kann jedoch sicher in Sterilisationskammern und mit geeigneten Belüftungsverfahren verwendet werden und seine Entfernung kann durch den Einsatz eines Katalysators erheblich beschleunigt werden. In dieser Studie zeigen wir, dass Plasma-Ozon-Sterilisatoren zur Desinfektion im Gesundheitswesen eingesetzt werden können. Wir haben ein Gerät mit hoher Sterilisationsleistung, einfacher Bedienung und schnellem Service für Krankenhauspatienten entwickelt. Darüber hinaus haben wir eine einfache Sterilisationseinheit entwickelt, die Umgebungsluft ohne zusätzliche Kosten nutzt. Bisher liegen keine ausreichenden Informationen über die Mindestanforderungen an Ozon zur Inaktivierung von MRE vor. Das in unserer Studie verwendete Gerät ist einfach einzurichten, hat eine kurze Laufzeit und eignet sich voraussichtlich für die häufige Sterilisation von Geräten.
Der Mechanismus der bakteriziden Wirkung von Ozon ist nicht vollständig geklärt. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Ozon die Zellmembranen von Bakterien schädigt, was zu intrazellulären Leckagen und schließlich zur Zelllyse führt17,18. Ozon kann die zelluläre Enzymaktivität durch Reaktion mit Thiolgruppen beeinträchtigen und Purin- und Pyrimidinbasen in Nukleinsäuren verändern. Diese Studie visualisierte die Morphologie von VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen vor und nach der Ozonbehandlung und fand heraus, dass diese nicht nur kleiner wurden, sondern auch eine deutlich rauere Oberfläche aufwiesen, was auf eine Beschädigung oder Korrosion der äußersten Membran und der inneren Materialien durch Ozongas hindeutet, das eine starke Oxidationskraft besitzt. Diese Schädigung kann je nach Schwere der Zellveränderungen zur Zellinaktivierung führen.
C. difficile-Sporen lassen sich nur schwer aus Krankenhauszimmern entfernen. Die Sporen verbleiben an den Stellen, wo sie freigesetzt werden 10,20. Zudem zeigte diese Studie, dass die maximale logarithmische 10-fache Reduktion der Bakterienzahl auf Agarplatten bei 500 ppm Ozon über 15 Minuten zwar 2,73 betrug, die bakterizide Wirkung von Ozon auf verschiedene Materialien, die C. difficile-Sporen enthielten, jedoch abnahm. Deshalb können verschiedene Strategien zur Reduzierung von C. difficile-Infektionen im Gesundheitswesen in Betracht gezogen werden. Bei der Verwendung ausschließlich in isolierten C. difficile-Kammern kann es auch sinnvoll sein, Einwirkzeit und Intensität der Ozonbehandlung anzupassen. Außerdem müssen wir bedenken, dass die Ozon-Dekontaminationsmethode die herkömmliche manuelle Reinigung mit Desinfektionsmitteln und antimikrobiellen Strategien nicht vollständig ersetzen kann, auch wenn sie bei der Kontrolle von C. difficile sehr effektiv sein kann 5. In dieser Studie variierte die Wirksamkeit von Ozon als Desinfektionsmittel für verschiedene MPO-Typen. Die Wirksamkeit kann von verschiedenen Faktoren abhängen, wie z. B. Wachstumsstadium, Zellwand und Effizienz der Reparaturmechanismen21,22. Die unterschiedliche sterilisierende Wirkung von Ozon auf der Oberfläche verschiedener Materialien kann auf die Bildung eines Biofilms zurückzuführen sein. Frühere Studien haben gezeigt, dass E. faecium und E. faecium in Form von Biofilmen die Umweltresistenz erhöhen23, 24, 25. Diese Studie zeigt jedoch, dass Ozon eine signifikante bakterizide Wirkung auf MDRO- und C. difficile-Sporen hat.
Eine Einschränkung unserer Studie besteht darin, dass wir die Wirkung der Ozonretention nach der Sanierung bewertet haben. Dies kann zu einer Überschätzung der Anzahl lebensfähiger Bakterienzellen führen.
Obwohl diese Studie durchgeführt wurde, um die Wirksamkeit von Ozon als Desinfektionsmittel im Krankenhausumfeld zu bewerten, ist es schwierig, unsere Ergebnisse auf alle Krankenhausumgebungen zu übertragen. Daher sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um die Anwendbarkeit und Kompatibilität dieses DBD-Ozonsterilisators in einer realen Krankenhausumgebung zu untersuchen.
Das von DBD-Plasmareaktoren erzeugte Ozon könnte ein einfaches und wertvolles Dekontaminationsmittel gegen MRE und C. difficile sein. Daher kann die Ozonbehandlung als wirksame Alternative zur Desinfektion der Krankenhausumgebung angesehen werden.
Die in der vorliegenden Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf angemessene Anfrage bei den jeweiligen Autoren erhältlich.
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