Theorie der Sterilisation

Ob gleichmäßig sterilisiert wird, hängt davon ab, dass das Sterilisiermittel alle Oberflächen eines Gegenstands erreicht. Welches Sterilisiermittel Sie verwenden, hängt von der Art des Gegenstands ab. Da sich dieser Leitfaden auf den Gebrauch des CertoClav bezieht, geht es hier um feuchte Hitze als Sterilisiermittel.

Hitze allein tötet Mikroorganismen bereits ab, Feuchtigkeit beschleunigt den Vorgang jedoch. Dampf bei normalem Luftdruck reicht für die Sterilisation allerdings nicht aus. Erst ein höherer Druck hebt die Dampftemperatur so weit an, dass Mikroorganismen abgetötet werden. Den Begriff Denaturierung kennen Sie vielleicht. Feuchte Hitze in Form von Dampf tötet Mikroorganismen durch Denaturierung ab. Heißer Wasserdampf bringt die Proteine zur Gerinnung (Proteinkoagulation) und macht sie damit unwirksam. Das Protein kann dabei eine neue Form annehmen oder in kleine Bruchstücke zerfallen. Das sehen Sie jedes Mal, wenn Sie ein Ei kochen: Das klare, gallertartige Eiklar aus Protein (Eiweiß) und Wasser wird beim Erhitzen weiß und fest. Hier verändert das Albumin unter Hitze seine molekulare Form. Das Wasser im Eiklar ist verdampft und hat das denaturierte Albumin zurückgelassen.

Beim Autoklavieren kommt es darauf an, dass die Kammer mit Sattdampf gefüllt ist und der Sattdampf alle Oberflächen des Autoklavierguts erreicht. Jede zu sterilisierende Faser und Oberfläche muss eine bestimmte Temperatur über eine bestimmte Zeit halten. Strömt Dampf unter Druck in den Autoklaven, kondensiert er an kalten Gegenständen. Bei der Kondensation wird Wärme frei: Der Dampf wird wieder zu flüssigem Wasser, also zu einem Zustand niedrigerer Energie, und gibt die Differenz als Wärme an die Umgebung ab. Dieses gleichzeitige Benetzen und Erhitzen des Autoklavierguts bewirkt die Sterilisation.

Studien zeigen, dass kein Mikroorganismus die direkte Einwirkung von Sattdampf bei 250 °F (121 °C) und 15 psi (Pfund pro Quadratzoll) länger als 15 Minuten überlebt. Temperatur und Haltezeit des Programms lassen sich auch erhöhen. Wie lange ein Programm dauert, hängt letztlich von Größe und Inhalt des Autoklavierguts ab. Damit das Gut steril bleibt, muss das Kondensat im Verlauf des Programms wieder verdampfen können. Das Autoklaviergut sollte also trocken sein, bevor Sie es entnehmen.

Gespannter Dampf ist die zuverlässigste Methode, Mikroorganismen und ihre Sporen abzutöten, und das Verfahren der Wahl für alles, was Hitze und Feuchtigkeit verträgt.

Falls Ihr Physikunterricht schon eine Weile zurückliegt, hier zur Erinnerung der Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur eines Gases: Steigt der Druck eines Gases, steigt auch seine Temperatur, und umgekehrt. Wird das Gas heißer, stoßen die Gasmoleküle häufiger gegeneinander und gegen die Behälterwände. Die kinetische Energie führt zu einem Wärmestau, und dieser lässt den Druck steigen. Die eigentliche Heizwirkung des Wasserdampfs stammt aus dem Übergang von flüssig zu gasförmig, der sogenannten latenten Verdampfungswärme. Am einfachsten lässt sich das so veranschaulichen: 1 Kalorie (Wärmeeinheit) erwärmt 1 Gramm Wasser um 1 Grad Celsius. Um 1 Gramm Wasser bei 100 °C in Dampf umzuwandeln, braucht es dagegen 540 Kalorien. Dampf enthält also viel mehr Wärmeenergie als kochendes Wasser. Deshalb ist eine Verbrühung durch Dampf schwerer als eine durch kochendes Wasser. Der Vorteil: Dampf kondensiert an Gegenständen, die kühler sind als die Umgebung, und wird wieder zu Wasser. Dabei geht schlagartig Dampfvolumen verloren, und im Inneren des Autoklaven entsteht ein Unterdruck. Dadurch kann weiterer Dampf in die Kammer nachströmen, solange er an kühleren Flächen kondensiert. Schließlich haben die Luft und die Gegenstände im Autoklaven dieselbe Temperatur. Dann ist die Kammer mit Dampf gesättigt. Auf Meereshöhe (1 Atmosphäre) hat Dampf eine Temperatur von rund 100 °C. Bei einem Druck von 2 Atmosphären, also 1 Atmosphäre über Normaldruck, steigt die Dampftemperatur auf 121 °C. Erhöht man den Druck auf 3 Atmosphären, beträgt die Dampftemperatur etwa 134 °C. Je höher der Druck, desto höher die Temperatur des Dampfes.