Als Gründe für eine Kontamination mit Biofilmen kommen oft die günstigen Vermehrungsbedingungen in der Hausinstallation in Betracht.

Hier sorgen gerade erhöhte Temperaturen, falsche Strangführung, Toträume im Leitungsnetz sowie lange Stagnationszeiten für gute Bedingungen zur Biofilmbildung (Shearer, 1996).

Darüber hinaus bieten insbesondere Wartung und Reparatur der Leitungen Eintragsmöglichkeiten von Erregern in das Wasserleitungsnetz (Exner et al., 1981; Ciszewski, 1982).

Warum ist ein bakterieller Biofilm in Medizinprodukten gefährlich und was bedeutet er für die Verwendung dentaler Behandlungseinheiten?

Bakterieller Biofilm ist ein großes Problem für medizinische Produkte, insbesondere für Dentaleinheiten. Biofilm ist definiert als eine Ansammlung von Bakterien, die sich auf einer Oberfläche festsetzen und eine schleimige, schützende Schicht bilden. Er stellt ein großes gesundheitliches Problem dar, da er eine Infektionsquelle sein und zu ernsthaften gesundheitlichen Komplikationen führen kann. Deshalb gehen wir hier noch einmal auf die Gefahren des bakteriellen Biofilms, seine Entstehung und seine Bedeutung für die Verwendung von Dentaleinheiten ein.

Ein Biofilm entsteht, wenn sich Bakterien auf einer Oberfläche festsetzen und eine schleimige Schutzschicht bilden. Dieser Belag besteht aus einer komplexen Matrix extrazellulärer Polymere und kann eine Vielzahl verschiedener Arten von Bakterien, Pilzen und Viren enthalten. Wenn der Biofilm heranreift, kann er sehr resistent gegen eine Behandlung mit Desinfektionsmittel werden, was die Hygiene von Biofilm kontaminierten Flächen gefährdet.

Biofilme finden sich auf einer Vielzahl von Oberflächen, auch auf medizinischen Geräten und vor allem in den Wasser- und Abwasserwegen zahnärztlicher Behandlungseinheiten. Für Patienten und Personal kann dies eine besondere Gefahr darstellen, da nur in bakteriellen Biofilm die immensen Keimkonzentrationen entstehen können, die zu einer Infektion über das Behandlungswasser und daraus gebildete Aerosole führen können. Nicht nur über kontaminierte Kupplungsstücke an Hand- und Winkelstücken, sondern auch über einen Reflux aus der Mundhöhle von Patienten in die Wasserwege im Fall einiger bestimmter Behandlungseinheiten. So wird eine Kreuzkontamination zwischen Patienten möglich, wie dies bereits M. Exner, F. Haun und R. Kocikowski beschrieben (Zahnärztliche Einheiten als Kontaminationsquelle für Pseudomonas aeruginosa Dtsch. zahnärztl. Z. 36, 819-824 (1981)).

Das Vorhandensein von mikrobiellem Biofilm in den Wasser- und Abwasserwegen von zahnärztlichen Einheiten kann somit schwerwiegende Folgen für die Qualität der erbrachten medizinischen Leistung haben, zu schlechteren Ergebnissen und potenziell ernsthaften gesundheitlichen Komplikationen führen. Darüber hinaus kann bakterieller Biofilm schwer zu erkennen sein, da er mit bloßem Auge oft nicht wahrzunehmen ist. Das bedeutet, dass er unentdeckt bleiben kann, bis es zu spät ist und das Medizinprodukt eine ernstzunehmende Gefährdung für die menschliche Gesundheit darstellt. Beim Aufwachsen von dunkel pigmentierten Biofilmen, die oftmals durch Exophiala species, schwarzen Hefen, repräsentiert sind, ist dies nicht schwer, da aus den Wasserwegen bei einer Besiedelung der Wasserwege oftmals schwarze Partikel aus den dentalen Instrumenten und Becherfüllern ausgeschwemmt werden.

Um die Bildung von Biofilm in zahnärztlichen Einheiten zu verhindern, ist es wichtig, dass alle Oberflächen hygienisch designt sind und desinfiziert werden können. Eine regelmäßige Reinigung und Desinfektion kann dazu beitragen, das Risiko der Biofilmbildung zu verringern und das Risiko einer Kreuzkontamination zwischen Patienten zu reduzieren. Die Formgebung und Materialauswahl dentaler Wasserwege lässt eine solche Reinigung und Desinfektion gem. DIN EN ISO 17664 jedoch in der Regel nicht zu.

Biofilme verursachen neben gesundheitlichen Schäden auch ökonomische, beispielsweise durch die Zersetzung von Dichtungsmaterialien in Rohrleitungen (Flemming, 1995) oder den Abbau von Weich-PVC und Polyethylenverbindungen (Pommer, 1995), welche unter Umständen in flexiblen Trinkwasserschläuchen vorkommen können. Aber auch Metalle werden durch mikrobiell beeinflusste Korrosion zerstört (Flemming, 1995; Tatnall, 1991).

H₂O₂ hat zwei wesentliche Handicaps: Es durchdringt erstens infolge seiner fehlenden Öl- oder Fettlöslichkeit nur schwer biologische Membrane, die Sperrschichten aus Phospholipiden besitzen. Und seit die Evolution die Sauerstoffatmung „erfand“, entstehen innerhalb von aeroben Zellen ununterbrochen radikalische Sauerstoffverbindungen als Stoffwechselprodukte. Diese wirken stark zytotoxisch. Für das Überleben in Sauerstoffatmosphäre müssen also sehr effektive Entgiftungsenzyme vorhanden sein. Von diesen sind vor allem zwei wichtig, die Hand in Hand arbeiten:

Die Peroxidase-Dismutase: Sie verwandelt radikalische Sauerstoffverbindungen in H₂O₂:

2 O₂ + 2 H+  –> H₂O₂ + O₂

Die eisenhaltige Katalase: Diese entsorgt das gebildete H₂O₂ sehr rasch durch Spaltung in Wasser und molekularen Sauerstoff:

2 H₂O₂ –>  2 H₂O + O₂

Wir können uns deshalb die meisten aeroben Mikroben wie durch eine Art „Katalase-Schutz-schild“ umhüllt denken, an denen die von außen auftreffenden H₂O₂-Moleküle wie ballistische Projektile ohne ausreichende Durchschlagskraft zerplatzen.

Ihr Aktivsauerstoff wird durch die hocheffiziente Katalase zu harmlosem Luftsauerstoff deaktiviert. Wird jedoch H₂O₂ gegen Biofilme in Dentaleinheiten eingesetzt erfolgt in der Regel auch eine starke Selektion von Katalase-positiven Spezies.

Hierzu gehört auch Pseudomonas aeruginosa, der Aufgrund seiner hohen Antibiotikaresistenz in der Medizin gefürchtet ist und in der Praxis immer wieder in mit H₂O₂-beaufschlagten Behandlungseinheiten gefunden wird. Dies ist bereits 1995 an modernen Behandlungseinheiten mit integrierter Entkeimungsanlage bewiesen worden (Weihe, S.: Wasserstoffperoxid als Mittel zur kontinuierlichen Dekontamination dentaler Behandlungseinheiten. Diss., 1995).

Es stellte sich ausserdem heraus, dass die Bakterienzahl der Wasserprobe hinter dem Filter die Keimzahl im zulaufenden Wasser vor dem Filter überstieg. Der Filter fungierte hier als Bioreaktor.
(T. Neumann, Der endständige Einweg-Membranfilter Germlyser® ENT als Alternative zur chemischen Wasseraufbereitung in Dentaleinheiten. Eine vergleichende Untersuchung der Qualität des Betriebswassers zahnärztlicher Funktionseinheiten, Inaugural – Dissertation, Medizinische Fakultät der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald, 2011).

In einem anderen Fall wurde ein Ultrafiltrationssystem untersucht, welches sogar Nährstoffe für Biofilme zurückhalten sollte, um Bakterien in Biofilmen von Trinkwasserleitungen und Dentaleinheiten auf diese Weise auszuhungern. Der Filter wurde automatisch, alle 6 Stunden zurückgespült, um dessen Kontamination mit Biofilm vorzubeugen. Hieraus: “(…) The pore size of this filter (0.03 μm) is much smaller than previously examined and recommended filters are designed to withhold not only microorganisms but also most potential nutrients supplying waterline biofilms. The results, however, showed a very fast increase in bacterial numbers to about 100.000 cfu/ml in the test units. So, under the present circumstances the results did not fulfil the claimed bacterial reduction of 99.99999%.”

“(…)In conclusion, the ultrafiltration system investigated in the present study was not able to control the bacteria originating from the existing biofilm in the DUWL and deliver water of an acceptable bacteriological quality.“ International Dental Journal (2006) 56, 352-355, T. Larsen, The effect of ultrafiltration on the quality of water from dental units