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Wirksame Waffe gegen KeimeAntimikrobielles Kupfer: Erste Medizin- und Bauprodukte verfügbar

Infektionsfolgeschäden gesundheitlicher und/oder finanzieller Art nehmen im Gesundheitswesen zunehmend dramatische Ausmaße an. Eine Hauptursache für diese Entwicklung stellen antibiotikaresistente Bakterienstämme dar, die sich weiter auf dem Vormarsch befinden und den Erfolg entsprechender Vorbeugungs- oder Behandlungsmaßnahmen gefährden. Als Erfolg versprechend im Kampf gegen die weitere Ausbreitung antibiotikaresistenter Erreger kann nur ein Multi-Barrieresystem gelten, welches auf Resistenz-Überwachung, restriktivem Antibiotikaeinsatz und vor allem umfangreichen Hygienemaßnahmen fußt. „Als ein zusätzlicher Baustein in einem solchen System bietet sich der Einsatz spezifischer Kupferlegierungen für hoch frequentierte Kontaktoberflächen an, da gefährliche Keime durch die antimikrobiellen Eigenschaften dieser Kupferwerkstoffe inaktiviert werden“, erläuterte Dr. Anton Klassert, Geschäftsführer des Deutschen Kupferinstituts, auf einer Informationsveranstaltung vor Medizinern, Hygienikern und Industrievertretern. „Anknüpfend an weltweit durchgeführte Studien haben heute inzwischen zahlreiche Hersteller das Potenzial antimikrobieller Kupferlegierungen für die Gesundheitswirtschaft erkannt und erste Medizin- und Bauprodukte gefertigt, die im Health- und Care-Bereich zum Einsatz kommen: das Portfolio reicht vom Inhalationsgerät über Türbeschläge bis hin zu Lichtschaltern und Sanitärarmaturen.“

Bakterium Staphylococcus aureus.

 

Wie sehr das Problem der nosokomialen (krankenhausbürtigen) Infektionen heutzutage Krankenhäuser und Pflegeeinrichtungen belastet, konnte Dr. Klaus Ockenfeld, Biologe am Deutschen Kupferinstitut, deutlich machen: „Heute sind etwa 70 % aller Bakterien, die Infektionen in Krankenhäusern verursachen, gegen mindestens ein Antibiotikum resistent. Die schnelle Anpassungsfähigkeit der Bakterien an ihre Umgebung und die Weitergabe der mutierten Gene an die nachfolgenden Generationen zeigt sich in der Entstehung multiresistenter Bakterienstämme. Die Krankenhausumgebung fördert dabei die Ausbreitung entsprechender Keime durch hohe Kontaktraten von Patienten, Personal und Besuchern sowie den mit Erregern besiedelten Geräten und Flächen.“
Bekanntestes Beispiel ist der MRSA, eine gegen Methicillin und/oder Oxacillin resis­tente Variante des Bakterium Staphylococcus aureus. MRSA sind heute zumeist auch multiresistent und gelten als Inbegriff der Krankenhauskeime. In Deutschland bewegt sich der Anteil MRSA an der Gesamtheit aller Krankenhaus-Isolate von S. aureus bei ca. 20 %, in einigen anderen Ländern werden bis über 50 % angegeben. Ockenfeld dazu: „MRSA kann, wie andere Keime auch, u. a. über Geräte und Flächen übertragen werden. Gerade deshalb ist die Kombination aus Flächenreinigung und -desinfektion eine unverzichtbare Maßnahme im Hygienepaket der Kliniken. Jedoch ist die Wirkdauer meist stark eingeschränkt, sodass es häufig zur zügigen Wiederverkeimung kommt. Dieser „Effizienzlücke“ kann durch die Verwendung nachhaltig keimmindernder Materialien gezielt entgegengewirkt werden.“

 

Die im Baubeschlag tätige Firma Wilhelm May GmbH konnte im Krankenhaus-Versuch die Wirksamkeit ihrer Produkte nachweisen.

 

Kupfer wirkt keimreduzierend
Bei der Suche nach Lösungen für dieses Problem hat man sich an eine altbekannte Eigenschaft von Kupferwerkstoffen erinnert: Kupfer und Kupferlegierungen wirken antimikrobiell und sorgen damit dafür, dass die Weitergabe von Keimen über Kontakt­oberflächen bzw. -Gegenstände deutlich reduziert wird. „Solide Untersuchungsergebnisse in weltweiten klinischen Studien zeigen, dass sich im Labor gewonnene Erkenntnisse auch auf reale Umgebungen übertragen lassen“, führte Dr. Klassert dazu aus. „Verschiedene Krankenhausversuche haben Reduzierungen pathogener Keime von bis zu 99 % auf Gegenständen aus Kupferwerkstoffen gegenüber herkömmlichen Materialien aufgezeigt.“
Häufig berührte Oberflächen sind beispielsweise Türklinken und Lichtschalter. Aber auch Ausrüstungsgegenstände wie Tischrollwagen oder Krankenhausbetten stellen potenzielle Übertragungspfade dar, die von Patienten, aber auch vom Personal und den Besuchern angefasst werden. Des Weiteren gelten Waschräume, Toiletten, Haltegriffe und Handläufe als mögliche Quellen bei der Weitergabe gefährlicher Keime. Aber auch medizinische Ausrüstungsgegenstände wie Katheter, Stethoskope, Beatmungsgeräte oder invasiv-chirurgische Instrumente zählen zu den potenziellen Keimträgern.

 

Laborbefunde der Universität Southampton: Überlebensrate von MRSA auf Kupferlegierungen und Edelstahl bei 20 °C.

 

Patientensicherheit steht im Vordergrund
Diese Erkenntnisse haben sich inzwischen Medizin- und Bauprodukthersteller zu Nutze gemacht und entsprechende Anwendungen entwickelt. Ein Vorreiter im Medizinproduktbereich ist die Firma Heyer Medical AG, die Kupfer in medizinischen Geräten der Inhalation und Anästhesie einsetzt. Bereits zugelassen ist das Inhalationsgerät „Heyer maris III“, das mit einer Komponente aus einer Kupferlegierung ausgestattet ist. „Ziel ist es, dank der antimikrobiellen Eigenschaft dieses Materials, eine noch höhere Patienten- und Anwendersicherheit in Bezug auf hygienische Aspekte gewährleis­tet zu sehen“, so Gertrud Werner von Heyer auf der Veranstaltung: „Für die Anwendung im „maris III“ wurden interne aerosolführende Komponenten, die bislang aus Edelstahl gefertigt wurden, durch antimikrobielle Kupferlegierugen ausgetauscht.“ Die Verringerung des Keimwachstums im Geräteinnern erhöht insbesondere bei Langzeitanwendungen die Sicherheit des Patienten. In der Entwicklung befindet sich außerdem ein neuartiger Anästhesiearbeitsplatz, bei dem Kupferlegierungen bei den Gerätegriffen und Arbeitsoberflächen verwendet werden. „Auch hier nutzen wir die Forschungserkenntnisse, nach denen Kupfer das Keimvorkommen an berührungsintensiven Oberflächen reduziert“, führte Werner weiter aus. „Für den medizintechnischen Markt sehen wir in den antimikrobiellen Kupferlegierungen noch ein großes Potenzial.“
Weniger im unmittelbaren medizinischen Einsatz, denn im Patientenumfeld sehen auch zahlreiche Bauproduktehersteller den hygienischen Nutzen der antimikrobiellen Kupferlegierungen. Die im Baubeschlag tätige Firma Wilhelm May GmbH hat sich ebenfalls des Themas der indirekten Kontaktübertragung mittels Oberflächen und Gegenständen angenommen und konnte bereits beim Einsatz im Krankenhaus-Versuch die Wirksamkeit ihrer Produkte nachweisen. „Wir haben die Türbeschläge für den Krankenhaustest in den Asklepioskliniken* in Hamburg geliefert, um weitere Erfahrungen zu sammeln“, erläuterte Inge Kamenz dazu. „Eine komplette Station wurde mit „cleanic“-Kupfertürklinken ausgestattet.“ Die Auswertung der Testergebnisse zeigte eine erhebliche Reduktion der Keime innerhalb kurzer Zeit.

 

Die Berker GmbH & Co KG hat auf der diesjährigen Fachmesse „Light+Building“ erstmals ein Schalterprogramm aus einer antimikrobiellen Kupferlegierung vorgestellt.

 

Beschläge und Schalter aus massiven Kupferlegierungen
Die Türklinken des Unternehmens werden aus massivem Kupfer hergestellt. Im Gegensatz zu einfachen, sich mit der Zeit abnutzenden Beschichtungen mit bioziden Inhaltsstoffen, wie sie durchaus schon eingesetzt werden, bieten massive Kupferlegierungen aus Messing oder Bronze ein unerschöpfliches Reservoir für die hochwirksamen Kupfer-Ionen und weisen damit eine besonders nachhaltige Effizienz auf. „Die Gesundheitsbranche sucht nach einfachen, aber wirksamen Lösungen für die Probleme mit nosokomialen Infektionen, was nicht zuletzt das stetig wachsende Interesse an unserem Produkt zeigt“, so Kamenz mit Blick in die Zukunft.
In eine ähnliche Richtung denkt auch die Firma Berker GmbH & Co KG, die auf der im April stattgefundenen Messe „Light+Building“ erstmals ein Schalterprogramm aus einer antimikrobiellen Kupferlegierung vorgestellt hat. „Ab Juli werden Schalter und Steckdosen aus diesem Material erhältlich sein“, konnte Ingo Jung von Berker auf Nachfrage berichten: „Kleiner Schritt, große Wirkung, so könnte man die Ausrüstung von Kliniken, Seniorenheimen oder Arztpraxen mit antibakteriellen Schaltern beschreiben. Mediziner bestätigen, dass verschiedenste Maßnahmen gegen multiresistente Keime dringend notwendig sind. Unsere Produkte aus Kupfer können dabei ein wichtiger Baustein im Kampf gegen die Keime sein“, führte Jung weiter aus. Das Arsys Kupfer Med-Programm ist demzufolge vorrangig für den Einsatz im Gesundheitsbereich und in öffentlich zugänglichen Gebäuden wie Schulen oder Arztpraxen gedacht. Ähnlich wie der Beschlaghersteller May konnte Berker erste Erfahrungen mit der antimikrobiellen Wirksamkeit von Kupfer im Asklepios-Krankenhausversuch** machen. „Wir sind davon überzeugt, dass Kupferoberflächen auf oft genutzten Gegenständen neben den üblichen Hygienemaßnahmen ein geeignetes Mittel gegen Keime darstellen“, erklärte Jung das Engagement des Unternehmens abschließend.

 

Dieses neue Markenzeichen steht für antimikrobielle Kupferwerkstoffe.

 

Sanitärarmaturen mit Entwicklungspotenzial
Als weiterer Hot-Spot der indirekten Kontaktübertragung gilt allgemein auch der Sanitärbereich. Auch hier gibt es erste Ansätze, Kupferlegierungen einzusetzen. Neben den handelsüblichen Griffen oder Toilettendeckeln bieten sich insbesondere Sanitärarmaturen an. Die Hansa Metallwerke AG als einer der führenden Sanitärarmaturenhersteller arbeitet mit Hochdruck an einer entsprechenden Produktlinie. Horst Kunkel, Segment Manager HANSA|EDITION, Public, Health and Care, dazu: „Wir haben es bei einer Armatur im Wesentlichen mit drei verschiedenen Materialien zu tun – Messing, Kunststoff und Zinkdruckguss. Dabei lassen sich die Nicht-Messing-Teile leider nicht so einfach in Messing abbilden, sodass eine komplette Herstellung des Produktes aus einer antimikrobiellen Kupferlegierung nicht so leicht umzusetzen ist.“ Nichtsdestotrotz ist Kunkel davon überzeugt, dass es in Zukunft entsprechende Lösungen gibt, die von Hansa auf den Markt gebracht werden: „Wir denken aktuell über ein spezielles Health & Care-Programm nach. Darin beinhaltet ist dann auch eine Legierung mit höherem Kupferanteil, die auch die Bedienelemente einschließt. Allerdings sind wir hier noch im Entwicklungsstadium.“

Internationales Branding: Antimicrobial Copper

Wie sehr das Thema „Antimikrobielle Kupferlegierungen“ inzwischen weltweit diskutiert wird, machte Dr. Anton Klassert deutlich: „Die Nachfrage nach den entsprechenden Kupferlegierungen nimmt ständig zu. Deshalb werden in Zukunft die Produkte aus antimikrobiellem Kupfer markenrechtlich geschützte Kennzeichnungen tragen. Die Firma May hat mit „cleanic“ hier bereits einen ersten Schritt gemacht.“ Weltweit ist seit Kurzem laut Dr. Klassert ein Markenzeichen durch die Kupferindustrie eingeführt worden. Es soll gewährleisten, dass für die Herstellung des Produktes eine Kupferlegierung verwendet wurde, deren antimikrobielle Wirksamkeit bestätigt worden ist. Die Website www.antimicrobialcopper.com informiert entsprechend dazu über den aktuellen Forschungsstand, die erhältliche Produktpalette und die Möglichkeit, sich des Markenzeichens als Hersteller zu bedienen. Gegenwärtig laufen weltweit Aktionen, dieses Branding international bekannt zu machen.


Fragen und Antworten zur Wirkungsweise von Kupfer

Wie inaktiviert Kupfer Bakterien?

Als Resultat des direkten Kontakts zwischen Materialoberfläche und Bakterium kommt es zur Zerstörung der äußeren Bakterien-Zellmembran, gefolgt vom Verlust der Zelle an Nährstoffen und Wasser. Zudem können aus dem Material potenziell freigesetzte Kupfer-ionen ungehindert in die Zelle vordringen.

Wodurch wird die Zellmembran zerstört?

Jede äußere Zellmembran (auch jene einzelliger Organismen wie Bakterien) wird durch ein stabiles elektrisches Mikro-Potenzial charakterisiert. Dieses „Membranpotenzial“ kommt durch Spannungsunterschiede zwischen Zellaußen- und -innenseite zustande. Die führenden Stoffwechselexperten gehen davon aus, dass dieses stabile elektrische Potenzial beim Kontakt zwischen Kupfermaterial und Zelle zerstört und die Zellmembran hierdurch geschwächt wird. Infolge kommt es zur Bildung von „Löchern“ in der Membran. Ein weiterer Mechanismus, die lokale Oxidation, kann durch einzelne, aus der Materialoberfläche freigesetzte Kupferionen in Gang gesetzt werden. Hierdurch werden einzelne „Bauteile“ der Zellmembran (Proteine oder Fettsäuren) angegriffen. Bei Anwesenheit von Sauerstoff kann so ein „Oxidationsschaden“ entstehen. (Man vergleiche hier die „Rostbildung“ (Oxidation) und nachfolgende Lochbildung bei Metallstücken.)

Was passiert nach der Schädigung der Zellmembran? Wie wirken Kupferionen nach Eindringen in die Zelle?

Nachdem die „äußere Verteidigungslinie“ (= Zellmembran) der Bakterie geschädigt ist, kommt es zum ungestörten Strom von Kupferionen ins Zellinnere. Es erfolgt eine Überfrachtung mit den ansonsten lebenswichtigen (essentiellen) Kupferionen. Hierdurch werden lebenswichtige Funktionen (enzymgesteuerte Stoffwechselprozesse) der Zelle angegriffen oder gehen ganz verloren. Das Bakterium kann dann nicht mehr „atmen“, „essen“, „verdauen“ oder die für das Leben notwendige Energie erzeugen.

Warum kann Kupfer so schnell und effektiv gegen eine große Zahl von Mikroorganismen wirken?

Experten, die sich mit dem Kupfer-Stoffwechsel der Bakterien befassen, erklären die enor­me Geschwindigkeit der Interaktion Kupferoberfläche-Bakterium (oftmals werden Bakterien innerhalb weniger Minuten inaktiviert) mit einer zeitgleichen Wirkung des Kupfers auf verschiedene Zellmoleküle („Multi-Target“). Nachdem die Zellmembran aufgebrochen wurde, kann Kupfer jedwedes Enzym außer Kraft setzen, dem es begegnet. Somit wird der Zelle jede Möglichkeit des internen Nährstofftransportes, der Zell-Reparatur oder der Vermehrung genommen. Diese „Mehrfachfunktionalität“ des Kupfers wird zugleich als Ursache für die enorme Breitbandwirkung des Kupfers interpretiert.


Literatur: Druckschrift „Antimikrobielle Kupferlegierungen – Neue Lösungen für Gesundheit und Hygiene“, Stand: 2010, Herausgeber: Deutsches Kupferinstitut

Bilder: Deutsches Kupferinstitut, Düsseldorf


www.kupferinstitut.de
www.antimicrobialcopper.com
www.asklepios.com/hamburg

 


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