Nosokomiale Infektionen stellen für die Krankenhaushygiene eine große Herausforderung dar. Doch gilt die Übertragung von Pathogenen auch in der Katastrophen- und Militärmedizin als weitreichendes Problem. Gerade hier ist ein hoher hygienetechnischer Aufwand nur schwer umsetzbar. Daher kann der Einsatz antimikrobiell wirksamer Kupferoberflächen als ergänzender Hygienebaustein zur Verringerung der Lebendkeimzahl beitragen und die Infektionsgefahr im Sine eines Barrier Nursing minimieren. Wissenschaftliche Studienergebnisse zur Wirksamkeit antimikrobieller Kupferlegierungen und deren mögliche Nutzung im Hygienemanagement hochkontagiöser Erkrankungen, wie beispielsweise Ebola, wurden in diesem Jahr erstmals bei der 4. International Conference on Disaster and Military Medicine (DiMiMED) vorgestellt. Die Konferenz fand parallel zur MEDICA, der weltweit größten Medizintechnik-Messe, in Düsseldorf statt.
Ob in militärischen Auseinandersetzungen, bei Terroranschlägen, Naturkatastrophen oder Seuchenausbrüchen, die weltweite Zunahme an Krisenherden erfordert eine nachhaltige Sicherstellung der medizinischen Versorgung. Die DiMiMED greift daher regelmäßig Fragen zur Kooperation zwischen zivilen Hilfsorganisationen und militärischen Sanitätsdiensten auf und vereint jährlich rund 50 international renommierte Referenten und weitere 200 Teilnehmer aus Medizin, Industrie und Logistik. Am Austausch zu Innovationen in der Katastrophen- und Militärmedizin nahmen in diesem Jahr erstmals auch Vertreter der International Copper Association (ICA) teil, um Antimicrobial Copper als Baustein eines nachhaltigen Hygienekonzeptes vorzustellen.
Infektionsrisiko senken – medizinische Einsätze stärken
In der Session „Current Affairs“ ging Mark Tur, Technischer Berater der ICA, auf die Besonderheiten von Kupfer als Werk- und Wirkstoff ein. In seinem Vortrag „Antimicrobial Copper – Continuously Active Antimicrobial Copper Surfaces“ wies Tur gleich zu Beginn auf das wichtigste Alleinstellungsmerkmal von massivem Kupfer hin: die dauerhaft antimikrobielle Wirksamkeit als intrinsische Eigenschaft des Edelmetalls. Diese vermag es, bei entsprechender Nutzung des Werkstoffs, das Infektionsrisiko signifikant zu verringern und dadurch den Erfolg von medizinischen Einsätzen zu stärken.
Wie Laborstudien an den Universitäten von Southampton/GB (B. Keevil), Nebraska/USA (G. Grass), Bern/CH (M. Solioz), Arizona/USA (C. Rensing) und Halle/D (D. Nies) belegt haben, zeigen Legierungen mit mehr als 65 % Kupferanteil ein breites Wirkspektrum nicht nur gegenüber einer Vielzahl an Bakterien und deren Sporen, sondern auch gegenüber Pilzen, Hefen und Viren. Ebenso ist die Wirksamkeit von Kupferoberflächen in Bezug auf Dauer und Umfang der Keimreduktion ausgesprochen effizient.
Inaktivierungsmechanismen aufklären – Potentiale erkennen
In diesem Zusammenhang erläuterte Tur die Fortschritte in der Aufklärung der zu Grunde liegenden Inaktivierungsmechanismen von Krankheitserregern durch den direkten Kontakt mit massiven Kupferoberflächen („contact killing"): nach Kontakt mit metallischem Kupfer führen die gelösten Kupfer-Ionen und oxidativer Stress zu letalen Schäden in den Mikroorganismen, da deren zelleigene Schutz- und Reparaturfähigkeit ausgeschaltet wird. Dominierender Schwachpunkt ist die Zytoplasmamembran; das „contact killing“ wird durch die massive Peroxidation der Membranlipide verursacht, was infolge zum Zusammenbruch des zellulären Energiehaushalts und der strukturellen Integrität von (pathogenen) Mikroorganismen führt.
Erreger, die Kupfer- oder Edelstahlkontrolloberflächen ausgesetzt wurden, zeigten ähnlich niedrige Mutationsraten, was belegt, dass der Zellkontakt mit metallischem Kupfer keine genotoxische Wirkung hat.
Übertragung hochpathogener Erreger verhindern – dekontaminierenden Effekt nutzen
Dass metallische Kupferoberflächen auch gegen hochpathogene Erreger der Risikogruppe 3 (Burkholderia pseudomallei und B. mallei, Brucella melitensis, Yersinia pestis, Francisella tularensis, Vaccinia- und Monkeypox-Viren) wirksam sind, konnte Tur anhand einer am Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr durchgeführten Studie (G. Grass) belegen. Mithilfe von Absterbekinetiken konnte nachgewiesen werden, dass die Erreger innerhalb von fünf Minuten . um bis zu sieben log10-Stufen inaktiviert werden und Bakterien wahrscheinlich keinen „viable but non culturable“ (VBNC-) Zustand mehr einnehmen können. Auf Edelstahlflächen dauerte die vollständige Inaktivierung bei allen Stämmen deutlich länger bzw. wurde im Versuchsverlauf nicht erreicht.
Diese Ergebnisse haben wesentlich dazu beigetragen, dass sich der Werkstoff Kupfer in der Wahrnehmung als Wirkstoff weiter durchsetzt.
Vom Labor in die Praxis – USAID Ebola Clinic ETU
So konnte in einer vom US-Verteidigungsministerium mitfinanzierten randomisierten Multicenter-Studie auf Intensivstationen von drei US-amerikanischen Krankenhäusern durch den Einsatz massiver Kupferbauteile an berührungsintensiven Flächen die Keimbelastung um 83 % reduziert und durch die Minimierung der Keimlast bei der Kontaktübertragung in Folge die nosokomialen Infektionen um 58 % gesenkt werden.
Diese Studie ist nach Einschätzung von Tur wegweisend für alle weiteren Fragestellungen, wie beispielsweise die Ausstattungsanforderung an Isolierbereiche, in denen Patienten mit hochkontagiösen Infektionskrankheiten behandelt werden. Infolge des Ebola-Ausbruchs stellte Tur ein Projekt der Firma Modula S aus den USA vor, das die Forschungsergebnisse zu den Hochpathogenen als Basis für die Konzeption einer Isolationseinheit im Outbreakmanagement nutzte. Beim Prototyp dieses schnell verlegbaren Sanitätsmoduls sind die Innenwände sowie Vorrichtungen aus antimikrobiellen Kupferlegierungen gefertigt. Für diese Innovation gab es in 2015 den Ebola Grand Challenge Award, verliehen von der United States Agency for International Development (USAID), dem Weißen Haus/Office of Science and Technology Policy, den Centers for Disease Control (CDC) und dem US Department of Defense (DoD).
Synergien beachten – medizinisches Personal und Patienten schützen
Zusammenfassend nannte Tur fünf Punkte, die für die Nutzung antimikrobiell wirksamer Kupferflächen zur Minimierung der Kontaktübertragung von Pathogenen sprechen. Dies sind die einzigartige, kontinuierliche und dauerhaft anhaltende Wirksamkeit, welche durch Studien in Labor und Klinik verifiziert wurde, der Schutz der Mitarbeiter und die Verbesserung des Behandlungsergebnisses, die sinnvolle Ergänzung etablierter Basis-Hygienemaßnahmen (Händehygiene, Reinigung und Desinfektion) sowie die Stärkung humanitärer und militärischer Einsätze.
Das Deutsche Kupferinstitut
Eingebettet in das internationale Netzwerk der Copper Alliance verbindet das Deutsche Kupferinstitut Forschung und Anwendung mit dem Ziel, eine offene Wissensplattform zu schaffen. Das Kupferinstitut unterstützt als Innovationsmotor wissenschaftliche Studien, zahlreiche Marktentwicklungsprojekte, bietet Lösungen für spezifische Einsatzbereiche und fundierte Informationen für Fach- und Publikumskreise – kompetent, neutral und partnerschaftlich.
Weitere Informationen zum Thema „Antimikrobielle Kupferlegierungen“
www.antimicrobialcopper.org/de
Ob in militärischen Auseinandersetzungen, bei Terroranschlägen, Naturkatastrophen oder Seuchenausbrüchen, die weltweite Zunahme an Krisenherden erfordert eine nachhaltige Sicherstellung der medizinischen Versorgung. Die DiMiMED greift daher regelmäßig Fragen zur Kooperation zwischen zivilen Hilfsorganisationen und militärischen Sanitätsdiensten auf und vereint jährlich rund 50 international renommierte Referenten und weitere 200 Teilnehmer aus Medizin, Industrie und Logistik. Am Austausch zu Innovationen in der Katastrophen- und Militärmedizin nahmen in diesem Jahr erstmals auch Vertreter der International Copper Association (ICA) teil, um Antimicrobial Copper als Baustein eines nachhaltigen Hygienekonzeptes vorzustellen.
Infektionsrisiko senken – medizinische Einsätze stärken
In der Session „Current Affairs“ ging Mark Tur, Technischer Berater der ICA, auf die Besonderheiten von Kupfer als Werk- und Wirkstoff ein. In seinem Vortrag „Antimicrobial Copper – Continuously Active Antimicrobial Copper Surfaces“ wies Tur gleich zu Beginn auf das wichtigste Alleinstellungsmerkmal von massivem Kupfer hin: die dauerhaft antimikrobielle Wirksamkeit als intrinsische Eigenschaft des Edelmetalls. Diese vermag es, bei entsprechender Nutzung des Werkstoffs, das Infektionsrisiko signifikant zu verringern und dadurch den Erfolg von medizinischen Einsätzen zu stärken.
Wie Laborstudien an den Universitäten von Southampton/GB (B. Keevil), Nebraska/USA (G. Grass), Bern/CH (M. Solioz), Arizona/USA (C. Rensing) und Halle/D (D. Nies) belegt haben, zeigen Legierungen mit mehr als 65 % Kupferanteil ein breites Wirkspektrum nicht nur gegenüber einer Vielzahl an Bakterien und deren Sporen, sondern auch gegenüber Pilzen, Hefen und Viren. Ebenso ist die Wirksamkeit von Kupferoberflächen in Bezug auf Dauer und Umfang der Keimreduktion ausgesprochen effizient.
Inaktivierungsmechanismen aufklären – Potentiale erkennen
In diesem Zusammenhang erläuterte Tur die Fortschritte in der Aufklärung der zu Grunde liegenden Inaktivierungsmechanismen von Krankheitserregern durch den direkten Kontakt mit massiven Kupferoberflächen („contact killing"): nach Kontakt mit metallischem Kupfer führen die gelösten Kupfer-Ionen und oxidativer Stress zu letalen Schäden in den Mikroorganismen, da deren zelleigene Schutz- und Reparaturfähigkeit ausgeschaltet wird. Dominierender Schwachpunkt ist die Zytoplasmamembran; das „contact killing“ wird durch die massive Peroxidation der Membranlipide verursacht, was infolge zum Zusammenbruch des zellulären Energiehaushalts und der strukturellen Integrität von (pathogenen) Mikroorganismen führt.
Erreger, die Kupfer- oder Edelstahlkontrolloberflächen ausgesetzt wurden, zeigten ähnlich niedrige Mutationsraten, was belegt, dass der Zellkontakt mit metallischem Kupfer keine genotoxische Wirkung hat.
Übertragung hochpathogener Erreger verhindern – dekontaminierenden Effekt nutzen
Dass metallische Kupferoberflächen auch gegen hochpathogene Erreger der Risikogruppe 3 (Burkholderia pseudomallei und B. mallei, Brucella melitensis, Yersinia pestis, Francisella tularensis, Vaccinia- und Monkeypox-Viren) wirksam sind, konnte Tur anhand einer am Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr durchgeführten Studie (G. Grass) belegen. Mithilfe von Absterbekinetiken konnte nachgewiesen werden, dass die Erreger innerhalb von fünf Minuten . um bis zu sieben log10-Stufen inaktiviert werden und Bakterien wahrscheinlich keinen „viable but non culturable“ (VBNC-) Zustand mehr einnehmen können. Auf Edelstahlflächen dauerte die vollständige Inaktivierung bei allen Stämmen deutlich länger bzw. wurde im Versuchsverlauf nicht erreicht.
Diese Ergebnisse haben wesentlich dazu beigetragen, dass sich der Werkstoff Kupfer in der Wahrnehmung als Wirkstoff weiter durchsetzt.
Vom Labor in die Praxis – USAID Ebola Clinic ETU
So konnte in einer vom US-Verteidigungsministerium mitfinanzierten randomisierten Multicenter-Studie auf Intensivstationen von drei US-amerikanischen Krankenhäusern durch den Einsatz massiver Kupferbauteile an berührungsintensiven Flächen die Keimbelastung um 83 % reduziert und durch die Minimierung der Keimlast bei der Kontaktübertragung in Folge die nosokomialen Infektionen um 58 % gesenkt werden.
Diese Studie ist nach Einschätzung von Tur wegweisend für alle weiteren Fragestellungen, wie beispielsweise die Ausstattungsanforderung an Isolierbereiche, in denen Patienten mit hochkontagiösen Infektionskrankheiten behandelt werden. Infolge des Ebola-Ausbruchs stellte Tur ein Projekt der Firma Modula S aus den USA vor, das die Forschungsergebnisse zu den Hochpathogenen als Basis für die Konzeption einer Isolationseinheit im Outbreakmanagement nutzte. Beim Prototyp dieses schnell verlegbaren Sanitätsmoduls sind die Innenwände sowie Vorrichtungen aus antimikrobiellen Kupferlegierungen gefertigt. Für diese Innovation gab es in 2015 den Ebola Grand Challenge Award, verliehen von der United States Agency for International Development (USAID), dem Weißen Haus/Office of Science and Technology Policy, den Centers for Disease Control (CDC) und dem US Department of Defense (DoD).
Synergien beachten – medizinisches Personal und Patienten schützen
Zusammenfassend nannte Tur fünf Punkte, die für die Nutzung antimikrobiell wirksamer Kupferflächen zur Minimierung der Kontaktübertragung von Pathogenen sprechen. Dies sind die einzigartige, kontinuierliche und dauerhaft anhaltende Wirksamkeit, welche durch Studien in Labor und Klinik verifiziert wurde, der Schutz der Mitarbeiter und die Verbesserung des Behandlungsergebnisses, die sinnvolle Ergänzung etablierter Basis-Hygienemaßnahmen (Händehygiene, Reinigung und Desinfektion) sowie die Stärkung humanitärer und militärischer Einsätze.
Das Deutsche Kupferinstitut
Eingebettet in das internationale Netzwerk der Copper Alliance verbindet das Deutsche Kupferinstitut Forschung und Anwendung mit dem Ziel, eine offene Wissensplattform zu schaffen. Das Kupferinstitut unterstützt als Innovationsmotor wissenschaftliche Studien, zahlreiche Marktentwicklungsprojekte, bietet Lösungen für spezifische Einsatzbereiche und fundierte Informationen für Fach- und Publikumskreise – kompetent, neutral und partnerschaftlich.
Weitere Informationen zum Thema „Antimikrobielle Kupferlegierungen“
www.antimicrobialcopper.org/de
