Biofilm in het werkkanaal van medische instrumenten en in leidingen

SAMENVATTING

Biofilm ontstaat door een accumulatie van microbiële soorten zoals bacteriën en schimmels. Deze kunnen zich ophopen op een oppervlak en zo infecties veroorzaken. Biofilms zijn erg resistent tegen externe invloeden, zoals desinfectie. Ze vormen dan ook een bron van groeiende bezorgdheid inzake ziekenhuishygiëne. De aanwezigheid van biofilms in het werkkanaal van medische instrumenten en in waterleidingen kan het leven van patiënten in gevaar brengen. Chloordioxide is werkzaam gebleken tegen biofilm en kan potentieel worden gebruikt om de vorming van biofilm in het werkkanaal van instrumenten en pijpleidingen te beheersen en te voorkomen.

INLEIDING

Biofilm is een laag micro-organismen die zich heeft vastgehecht aan een oppervlak en die deel uitmaakt van een matrix van polysacharidemateriaal, bekend als extracellulaire polymere stoffen (EPS). Deze matrix, geproduceerd door de micro-organismen zelf, bestaat voornamelijk uit polysachariden, eiwitten, nucleïnezuren en lipiden1, en biedt het organisme stabiliteit en bescherming. Biofilm wordt gevormd door verschillende soorten bacteriën en schimmels2. De micro-organismen zelf nemen echter slechts een klein deel van de totale biofilm (minder dan 10%) voor hun rekening, waarbij de matrix meer dan 90% van de structuur uitmaakt.3.
Figuur 1 toont biofilm op een oppervlak.

Biofilm op een oppervlak

Figuur 1 – Biofilm op een oppervlak
Bron: Pacific Northwest National Laboratory

De matrix vormt een beschermende barrière die de micro-organismen in de matrix beschermt tegen uitdroging en biocidale invloeden 4 en tegen veel andere externe milieufactoren die de micro-organismen in hun planktonische toestand (d.w.z. vrij aanwezig in een oplossing) kunnen beschadigen of vernietigen5.
Er zijn aanwijzingen dat in sommige gevallen bepaalde biociden, zoals alcohol, eiwitten zelfs aan het oppervlak kunnen binden. Het is aangetoond dat het blootstellen van gecontamineerde oppervlakken aan alcohol de aanhechting van bacteriële proteïnen verhoogt en de reinigingsproblemen vergroot6. Biofilms kunnen zich vormen op een grote verscheidenheid aan oppervlakken, waaronder medische apparaten die permanent in het lichaam zijn ingebracht, of industriële waterleidingen en drinkwaterleidingen.7.
De biofilm van een watersysteem is zeer complex: het is samengesteld uit filamenteuze bacteriën en bevat corrosieproducten, kleimateriaal en zoetwaterkiezelwieren. Biofilms op medische toestellen blijken uit één enkel coccoïde organisme en de bijbehorende EPS-matrix te bestaan (de extracellulaire polymere stoffen).8.

Biofilmvorming in de werkkanalen van medische instrumenten zoals endoscopen en in de leidingen van desinfectiesystemen van wasmachines en andere watersystemen vormt een grote bron van bezorgdheid in de gezondheidszorg. De biofilm vormt een bedreiging voor zowel patiënten als het medische personeel.

Biofilm in het werkkanaal van medische instrumenten

De aanwezigheid van biofilm in de werkkanalen van endoscopen is onderzocht in een groot aantal studies. Endoscopen zijn bijzonder moeilijk te ontsmetten omdat ze warmtegevoelig zijn en daarom niet met behulp van hitte kunnen worden gesteriliseerd. Een veelgebruikte methode voor het ontsmetten van endoscopen met werkkanaal is een high-level desinfectie met behulp van een geautomatiseerd systeem voor endoscoopreiniging en -desinfectie (afgekort AER, van automated endoscope reprocessor).

High-level desinfectie is slechts één onderdeel van het reinigings- en desinfectieproces. Figuur 2 toont de volledige reinigings- en desinfectiecyclus die medische toestellen, zoals endoscopen, ondergaan.

Reinigings- en desinfectiecyclus van medische toestellen als endoscopen

Figuur 2: Reinigings- en desinfectiecyclus van medische toestellen als endoscopen

In het proces zijn zowel reinigen, spoelen, drogen en opslaan belangrijke factoren. Als deze stappen niet correct worden uitgevoerd, kan de high-level desinfectie in gevaar komen en kunnen de micro-organismen ongemoeid blijven, met biofilmvorming tot gevolg. Volgens Pajkos et al. (2004) kan de aanwezigheid van biofilm de decontaminatie vóór het hergebruik doen mislukken doordat de biofilm de micro-organismen beschermt tegen de werking van het desinfectiemiddel. Pajkos et al. (2004) toonden aan dat van de 13 endoscopen die naar een endoscoop-servicecentrum waren gestuurd, er vijf (38,5%) biofilm in de afzuig- en biopsiekanalen bleken te hebben.9. Alfa et al. (2017) stelden vast dat flexibele endoscopen biofilm kunnen ontwikkelen en vast materiaal kunnen accumuleren in het werkkanaal van het apparaat na herhaalde cycli van gebruik bij patiënten en daaropvolgende reiniging en desinfectie.10.
De gedetecteerde aanwezigheid van biofilm wijst erop dat de huidige methoden voor de reiniging en desinfectie van endoscopen ontoereikend zijn en dat deze de contaminatie niet doeltreffend verwijderen. Sciortino et al.11 (2004) evalueerden methoden voor de reiniging en desinfectie van endoscopen met behulp van een detectiesysteem voor adenosinetrifosfaat (ATP). Zij concludeerden dat de interne kanalen van oudere endoscopen onvoldoende werden gereinigd om biofilms te verwijderen. Schade en defecten aan het oppervlak van het apparaat werden in verband gebracht met de ophoping van micro-organismen en slib.

Onvoldoende spoelen en drogen van het apparaat na desinfectie draagt bij tot de vorming van biofilm in het werkkanaal van de endoscoop. Vocht dat na onvoldoende spoelen en drogen in de endoscoopkanalen achterblijft, kan bijdragen tot de ontwikkeling van biofilm.12.
Dit vocht is allicht een restant van het water dat door het geautomatiseerde reinigings- en desinfectiestysteem stroomt en watergedragen micro-organismen bevat, zoals Pseudomonas aeruginosa en Mycobacterium-soorten 13. Een vochtig milieu zorgt voor optimale omstandigheden voor de micro-organismen om te groeien en een biofilm te vormen. Deze biofilms houden micro-organismen bijeen die zich vermenigvuldigen en zo de structuur van de biofilm uitbreiden. Het gecontamineerde water dat door het automatische reinigings- en desinfectiesysteem wordt gepompt en dat wordt gebruikt om de endoscopen na het desinfecteren te spoelen, kan de toestellen opnieuw contamineren.
Ofstead et al. (2018) beoordeelden drie ziekenhuizen op hun praktijk inzake het reinigen, desinfecteren, drogen en bewaren van endoscopen14. Bij 22 van de 45 endoscopen (49%) werd vloeistof aangetroffen. In de achtergebleven vloeistof werden significant hogere adenosinetrifosfaatniveaus (ATP) aangetroffen (P <.01), wat wijst op de aanwezigheid van levende organismen. De meeste endoscopen (71%) bevatten microbiële groei, waaronder schimmels en watergedragen pathogenen. Bij 69% van de patiëntklare endoscopen werden ATP-niveaus boven het achtergrondniveau (= 40 RLU’s – relative light units) aangetroffen. Bij 22% van de endoscopen werden zeer hoge ATP-niveaus (= 200 RLU) vastgesteld.

Bacteriën die aan het einde van de reinigings- en desinfectiecyclus achterblijven in het vochtige milieu van het geautomatiseerde systeem, kunnen zich vermenigvuldigen en biofilms vormen. Bacteriën die vrijkomen uit deze biofilms verontreinigen het systeem verder, wat leidt tot herbesmetting van het laatst gebruikte spoelwater en mogelijk ook tot herbesmetting van de gedesinfecteerde 15. Het is daarom van cruciaal belang dat het spoelwater dat gebruikt wordt voor het spoelen van apparaten na de desinfectie vrij is van microbiële contaminatie, om te voorkomen dat de desinfectie in gevaar komt. Spoelen met microbenvrij water in de reinigings- en desinfectiecyclus is van even groot belang als een adequate high-level desinfectie.

Biofilm in geautomatiseerde reinigings- en desinfectiesystemen voor endoscopen en in leidingen

Biofilm wordt vaak aangetroffen in pijpleidingen, zowel in industriële als in drinkwatersystemen. Biofilms in waterdistributiesystemen kunnen leiden tot corrosie van de leidingen en tot gezondheidsrisico’s.

Biofilm kan zich ook vormen in de leidingen van geautomatiseerde reinigings- en desinfectiesystemen voor endoscopen. Hierdoor ontstaat gecontamineerd spoelwater waarmee endoscopen na desinfectie worden gespoeld. Bovendien kan gecontamineerd water dat in de reinigings- en desinfectiecycli wordt gebruikt, de werkzaamheid van de reinigings- en desinfectieoplossingen in gevaar brengen. Dit kan leiden tot herbesmetting of ontoereikende ontsmetting van het apparaat, dat bij ongeschikt drogen en bewaren gunstige groeicondities voor micro-organismen kan bieden en kan leiden tot biofilmvorming en -expansie.
Volgens een onderzoek van het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM) in Nederland van 2008 controleert minder dan 5% van de ziekenhuizen routinematig de kwaliteit van het water dat gebruikt wordt voor het spoelen van endoscopen in automatische reinigings- en desinfectiesystemen16. Hieruit valt af te leiden dat weinig belang wordt gehecht aan de waterkwaliteit. Automatische endoscoopwasmachines zijn op zich moeilijk te desinfecteren. Dat ligt aan hun complexe ontwerp en het feit dat bepaalde oppervlakken vochtig kunnen blijven, wat bacteriële proliferatie en biofilmvorming in de kanalen in de hand kan werken. Endoscopen die gedesinfecteerd zijn in besmette wassystemen kunnen tijdens het spoelen opnieuw verontreinigd raken met bacteriën die vrijkomen uit biofilms die zich in de leidingen van de machine bevinden.17
Om te voorkomen dat het water dat door de leidingen van de wasmachine stroomt, gecontamineerd raakt en vervolgens de endoscopen weer contamineert, is het van groot belang om de wasmachine vrij te houden van microben. Endoscoopwasmachines moeten regelmatig gedesinfecteerd worden om de vorming en ophoping van biofilm te voorkomen.

Mahapatra et al. (2015) verkregen 187 bacteriële isolaten uit 45 waterstalen van drinkwaterleidingen. Uit zeven stalen werden individuele bacteriën geïsoleerd. Bij de overige 38 stalen werden verschillende bacteriecombinaties aangetroffen. De geïdentificeerde isolaten waren Acinetobacter spp. (44), Pseudomonas spp. (41), Klebsiella spp. (36), E. coli (22), Staphylococcus aureus (14), Aeromonas spp. (2) en Enterococcus spp. (28). In 19,78 % (37) van de isolaten werd een biofilm aangetroffen.18 Ze stelden vast dat de grootste veroorzakers van biofilm de Pseudomonas- en Acinetobacter-soorten bleken te zijn.

Deze bacteriële cellen kunnen zich aan het oppervlak van de leidingen hechten, biofilm vormen en vervolgens in het water terechtkomen19. Figuur 4 toont de hechting en de groei van biofilm en het daaropvolgende vrijkomen in de omgeving.

Levenscyclus Biofilm

Figuur 4: Levenscyclus biofilm Bron: Montana State University

Aquatische microben zijn goed aangepast aan het lage nutriëntenniveau en de lage watertemperatuur van het distributiesysteem en kunnen gemakkelijk overleven wanneer ze in het water terechtkomen. De organismen die in biofilms worden aangetroffen, hebben de neiging om resistenter te worden tegen antibiotica en bepaalde desinfectiemiddelen20 en vormen hierdoor een reservoir van ziekteverwekkende organismen die, wanneer ze vrijkomen uit biofilm, infecties kunnen verspreiden. Drinkwaterdistributiesystemen herbergen een diverse microbiële gemeenschap die op de leidingwanden leeft waarop biofilm ontstaat.21 Met name patiënten met een verzwakt immuunsysteem kunnen een verhoogd risico lopen op besmetting door gecontamineerd water.

Een van de weinige manieren om biofilm uit watersystemen te verwijderen en te voorkomen is het gebruik van chloordioxide, dat in lage doses aan het water wordt toegevoegd.22

Chloordioxide en biofilm 

Chloordioxide (ClO2) is werkzaam gebleken tegen biofilm bestaande uit Pseudomonas aeruginosa, gekweekt in leidingen die de interne kanalen van endoscopen simuleren. De stof is ook werkzaam gebleken voor het verminderen van de hoeveelheden eiwitten en polysachariden die de biofilmstructuur vormen.

In de studie uitgevoerd door het laboratorium Biotech-Germande23 conform EN ISO 1588316 werden stukken slang gebruikt om de interne kanalen van endoscopen te simuleren. De studie had tot doel, na te gaan of chloordioxide kan worden gebruikt als curatieve en/of preventieve maatregel in de strijd tegen biofilm.
De studie beoordeelde de werkzaamheid van chloordioxide over een periode van vier weken (20 werkdagen). De werkzaamheid van twee behandelingen (preventief en curatief) werd beoordeeld door het aantal levensvatbare bacteriën, residuele eiwitten en polysachariden per oppervlakte-eenheid van aanvankelijk gecontamineerde slangen en aanvankelijk steriele buizen te analyseren om respectievelijk de verwijdering en de beheersing van biofilm te beoordelen. Elke testlijn bestond uit twee slangen die aanvankelijk gecontamineerd waren met een biofilm bestaande uit Pseudomonas aeruginosa en één slang die aanvankelijk steriel was.

De eerste testlijn werd, als preventieve maatregel, 10 keer per dag continu behandeld met een oplossing van 10 liter op basis van vijf delen per miljoen (ppm) ClO2.
De continue stroom van de ClO2-oplossing door de leiding leidde tot een snelle vermindering van het aantal levensvatbare bacteriën dat zich aan het oppervlak vasthecht. Het aantal levensvatbare bacteriën dat zich aan het geteste oppervlak vasthechtte, daalde van 2,7 x 109CFU/cm² naar minder dan 1,0 x 102 CFU/cm² na iets meer dan twee dagen (56 uur) (d.w.z. na 30 x oplossing van 10 liter van 5 ppm ClO2-oplossing). Deze preventieve behandeling resulteerde ook in een vermindering van de hoeveelheid eiwitten en polysachariden. De resthoeveelheid eiwitten en polysachariden daalde van 44,5 μg/cm² en 13,8 μg/cm² naar 2,2 μg/cm² en 0,5 μg/cm² na 392 uur en bleef stabiel tot het einde van de testperiode met een gemiddelde waarde van ~1,4 μg/cm² voor eiwitten en ~1,5 μg/cm² voor polysachariden. Deze herhaalde behandeling met een oplossing van 5 ppm ClO2 in een vermindering van het aantal levensvatbare bacteriën van het type P. aeruginosa en een vermindering van eiwitten en polysachariden, waardoor de biofilm in de slangen onder controle kon worden gehouden.

De tweede testlijn werd tweemaal per dag behandeld met een oplossing van 50 ppm ClO2 gedurende vijf minuten als curatieve maatregel. De ClO2-oplossing bij deze curatieve beoordeling werd toegevoegd aan het leidingwater en gebruikt om de leidingen te spoelen. Een behandeling twee keer per dag met 50 ppm ClO2 resulteerde in de eliminatie van biofilmbestanddelen. Het aantal levensvatbare bacteriën daalde van 5,7 x 109 CFU/cm² naar minder dan 5 CFU/cm² in minder dan 120 uur. Bij langere contacttijden werden geen levensvatbare bacteriën meer aangetroffen op de aanvankelijk gecontamineerde oppervlakken van de slangen. Deze curatieve behandeling verminderde tevens het aantal eiwitten en polysachariden. Een behandeling gedurende vijf minuten en twee keer per dag met een oplossing van 50 ppm ClO2 zorgt voor een totale en onomkeerbare eliminatie van biofilmbestanddelen (afzetting van bacteriën, eiwitten en polysacchariden). Deze behandeling toonde aan dat chloordioxide kan worden gebruikt om de vorming van biofilm te beheersen.

De derde testlijn werd niet behandeld met chloordioxide, werd 10 keer per dag voorzien van 10 liter leidingwater en was uitgerust met een filter van 0,2 μm, die bacterievrij water creëert  Deze testlijn werd gebruikt als referentiesysteem voor de productie van bacterievrij water. De filter maakte het mogelijk om de microbiële kwaliteit van het geproduceerde water te beheersen. Echter, ondanks de aanwezigheid van de filter bleken afgenomen waterstalen niet vrij te zijn van microbiële contaminatie.

De vierde testlijn werd niet behandeld met chloordioxide maar werd 10 keer per dag voorzien van 10 liter gefilterd leidingwater en diende als controlemiddel. Bij de test uitgevoerd met de controlelijn bleek de biofilm gedeeltelijk te zijn verwijderd als gevolg van een wegspoeleffect van het water dat door de buis circuleert. De resterende bacteriën konden echter nabijgelegen oppervlakken koloniseren of het circulerende water verontreinigen.

De twee scenario’s met chloordioxide (testlijn één en testlijn twee) tonen aan dat biofilm werkzaam kan worden verwijderd en geëlimineerd uit leidingen door deze te spoelen met een chloordioxide-oplossing.

CONCLUSIE

Biofilm is een groeiend probleem in de medische sector. Biofilm kan zich immers snel vormen en verspreiden in de werkkanalen van medische apparaten. Dat geldt met name voor endoscopen en leidingen van automatische endoscoopwasmachines.
De aanwezigheid van biofilm in deze werkkanalen is grotendeels te wijten aan respectievelijk onjuiste reinigings- en desinfectiemethoden, en fysieke problemen bij de desinfectie.
Bijzondere aandacht moet worden besteed aan de reiniging en desinfectie van endoscopen, aangezien de werkkanalen van dergelijke apparaten micro-organismen bevatten. Deze kunnen zich vermenigvuldigen en een biofilm vormen als de instrumenten verkeerd gedesinfecteerd of opgeslagen worden. Als de leidingen verontreinigd zijn met biofilm, kunnen bacteriën die vrijkomen in de waterstroom het instrument, dat na de desinfectie wordt gespoeld, weer verontreinigen en zo het drinkwater contamineren, waardoor het een bron van besmetting kan worden.
Om de vorming van biofilm te beheersen, moet een rigoureuze decontaminatiemethode worden uitgewerkt. De studie uitgevoerd met chloordioxide die in dit artikel wordt gepresenteerd, toont aan dat deze stof mogelijk een oplossing kan bieden voor dit groeiende probleem. Hoewel verder onderzoek nodig is, zijn deze eerste resultaten veelbelovend en geven ze een goede indicatie van het potentieel van chloordioxide bij de vernietiging en de voorkoming van biofilm.

Meer weten over chloordioxide?

Chloordioxide is een breedspectrumbiocide met bewezen werkzaamheid tegen bacteriën, virussen, gisten, mycobacteriën en sporen, zoals getest volgens de Europese normen. Het wordt veel gebruikt in medische en farmaceutische omgevingen. Chloordioxide geniet de voorkeur boven niet-oxiderende desinfecterende middelen vanwege zijn grotere werkzaamheid.

Meer lezen?

  1. Flemming and Wingender (2010). The biofilm matrix. Nature Reviews Microbiology, 8(9): 623–33.
  2. Lynch and Robertson (2008). Bacterial and Fungal Biofilm Infections. Annual Review of Medicine, 59(1): 415-28.
  3. Flemming and Wingender (2010). The biofilm matrix. Nature Reviews Microbiology, 8(9): 623–33.
  4. Flemming and Wingender (2010). The biofilm matrix. Nature Reviews Microbiology, 8(9): 623–33.
  5. Garrett et al. (2008). Bacterial adhesion and biofilms on surfaces. Progress in Natural Science, 18(9): 1049-56.
  6. Costa et al. (2017). Alcohol fixation of bacteria to surgical instruments increases cleaning difficulty and may contribute to sterilization inefficacy. American Journal of Infection Control, 45(8): 81-86.
  7. Donlan R. M. (2002). Biofilms: microbial life on surfaces. Emerging infectious diseases, 8(9): 881-90.
  8. Donlan R. M. (2002). Biofilms: microbial life on surfaces. Emerging infectious diseases, 8(9): 881-90
  9. Pajkos et al. (2004). Is biofilm accumulation on endoscope tubing a contributor to the failure of cleaning and decontamination? Journal of Hospital Infection, 58(3): 224-29.
  10. Alfa et al. (2017). A novel polytetrafluoroethylene-channel model, which simulates low levels of culturable bacteria in buildup biofilm after repeated endoscope reprocessing. Gastrointestinal Endoscopy, 86(3): 442-51.
  11. Sciortino et al. (2004). Assessment of a novel approach to evaluate the outcome of endoscope reprocessing. Infection Control and Hospital Epidemiology, 25(4): 284-90.
  12. Kovaleva (2017). Endoscope drying and its pitfalls. Journal of Hospital Infection, 97(4): 319-28.
  13. Kovaleva (2017). Endoscope drying and its pitfalls. Journal of Hospital Infection, 97(4): 319-28.
  14. Ofstead et al. (2018). Residual moisture and waterborne pathogens inside flexible endoscopes: Evidence from a multisite study of endoscope drying effectiveness. American Journal of Infection Control, 46(6): 689-96.
  15. National Institute for Public Health and the Environment (RIVM) (2009). Quality of the final rinse water for endoscope washer disinfectors. A literature review. Report 360050019/2009.
  16. National Institute for Public Health and the Environment (RIVM) (2009). Quality of the final rinse water for endoscope washer disinfectors. A literature review. Report 360050019/2009.
  17. Roberts (2013). The role of biofilms in reprocessing medical devices. American Journal of Infection Control, 41(5): 77-80.
  18. Mahapatra et al. (2015). Study of Biofilm in Bacteria from Water Pipelines. Journal of Clinical and Diagnostic Research, 9(3): 9-11.
  19. Mahapatra et al. (2015). Study of Biofilm in Bacteria from Water Pipelines. Journal of Clinical and Diagnostic Research, 9(3): 9-11.
  20. Mahapatra et al. (2015). Study of Biofilm in Bacteria from Water Pipelines. Journal of Clinical and Diagnostic Research, 9(3): 9-11.
  21. Douterelo et al. (2016). Dynamics of Biofilm Regrowth in Drinking Water Distribution Systems. Applied and Environmental Microbiology, 82(14): 4155-68.
  22. Mahapatra et al. (2015). Study of Biofilm in Bacteria from Water Pipelines. Journal of Clinical and Diagnostic Research, 9(3): 9-11.
  23. Biotech-Germande (2004). Evaluation of The Biocidal Activities of Tristel Chlorine Dioxide Solution Against Biofilm. Document number 254.TRII.04.
Deel dit artikel:

Marketing-team

Dit bericht is geplaatst op 21 oktober 2019 door Marketing-team.

Over Marketing-team

Overzicht artikelen geplaatst door Marketing-team

©2022 tristel.com - Ontwikkeld door RobONTWERPT in samenwerking met Joyce Wever