D50-Wert zur Bestimmung der Sammeleffizienz von Luftkeimsammlern

Beispiel 1

Beispiel 2

Luftkeimsammler bestimmen Mikroorganismen in der Luft an Orten wo aseptisch, steril oder hoch rein gearbeitet wird. Die Pharmaindustrie, die sterile Medien für die parenterale Injektion abfüllt, Augentropfen, die direkt in die Augen getropft werden, oder Lebensmittel und Kosmetika, die in Kontakt mit Mikroorganismen kommen und so sehr schnell verderben, sind nur eine Handvoll Beispiele, bei denen Mikroorganismen in der Luft von Interesse sind.

Mikroorganismen sind lebende Organismen die meist auf Staubpartikeln in der Luft schweben. Kommen diese in Kontakt mit einer organischen Substanz, gemischt mit Feuchtigkeit, so vermehren sie sich zum Teil sehr schnell. Es gibt Bakterien, die sich alle 20 Minuten vermehren bzw. verdoppeln. Aus anfänglich einer Bakterie werden in 12 Stunden ca. 86 Milliarden Keime.

Wie können diese Keime nun in der Luft gefunden bzw. eingesammelt werden? Die meisten Instrumente saugen eine definierte Menge Luft an. Diese wird dann durch ein Lochsieb beschleunigt und die in der Luft getragenen Mikroorganismen werden dabei auf ein Nährmedium (Agar) aufgeschleudert. Man spricht bei dieser Methode vom Impaktions-Verfahren. Weltweit sind mehr als 50 verschiedene Instrumente im Einsatz. Nun kommt natürlich die Frage auf, ob diese Geräte einfach miteinander verglichen werden können.

Leider ist das nicht der Fall. Vergleicht man die Instrumente in parallelen Tests so sind große Unterschiede festzustellen. Ein Grund dafür liegt in der Verteilung der Mikroorganismen in der Luft. Die Keime sind darin nicht homogen verteilt. Somit können stark abweichende Resultate entstehen. Im Weiteren sind die Bauweisen der Instrumente sehr unterschiedlich und verschiedene Modelle sind Fehlkonstruktionen. Dieser Misstand ruft geradezu nach einer Norm, die es den Herstellern und auch den Kunden ermöglicht, die Instrumente miteinander zu vergleichen. Zurzeit existiert die ISO-Norm 14698-1/2, in der im Appendix B eine Methode beschrieben wird, wie die Geräte getestet werden können. Leider ist die Methode sehr aufwendig und erfordert eine spezielle Kammer sowie Instru-mente, um eine Bakteriensuspension so homogen wie möglich zu verteilen. Nur ganz wenige Laboratorien in Europa verfügen über eine solche Kammer. Hans Zingre ist zudem der Ansicht, dass es sehr schwierig sei, homogene Bakterien oder Sporen-Luftmischungen zu erzeugen. Des Weiteren arbeitet das Referenzgerät und das zu prüfende Instrument mit unterschiedlichen Ansauggeschwindigkeiten, was die Vergleichbarkeit sehr in Frage stellt. Zum Beispiel wird die Filtration auf einem 45 µm Filter, der mit 5l/min arbeitet, mit einem Impaktions-Luftkeimsammler verglichen, der mit 100l/min arbeitet. Würde ein gleiches Volumen von z.B. 500 Litern miteinander verglichen werden, so müsste der Filter während 100 Minuten arbeiten, während der Luftkeimsammler im Beispiel die gleiche Menge Luft gerade mal in 5 Minuten einsammeln würde. Werden die Keimsammler aber über die Sammelzeit gesteuert, also nach 5 Minuten abgestellt, so wären auf dem Filter lediglich 25 Liter Luft und auf dem Luftkeimsammler 500 Liter gesammelt. Um die Resultate nun zu vergleichen, müsste entweder das Resultat des Filters mit 20 multipliziert oder das des Luftkeimsammlers mit 20 dividiert werden. Abweichungen würden so extrem verfälscht werden.

Seit längerer Zeit ist allerdings ein physikalischer Vergleich durch die Anwendung des d50-Wertes ganz einfach möglich, der auch in einigen Publikationen bereits Anwendung gefunden hat. Der d50-Wert bezeichnet die theoretisch kalkulierte Größe in µm (Mikrometer), von welchem 50% der Keime auf dem Nährmedium abgeschieden werden. Für die untenstehende Formel braucht man lediglich die Anzahl der Löcher im Sammelkopf, deren Durchmesser sowie den Volumenstrom in Litern pro Minute. Diese Angaben sind meistens von den Herstellern spezifiziert.

D50 = Wurzel aus 40dh/Impaktionsgeschwindigkeit

Da Keime in der Luft generell auf Staubpartikeln fixiert sind, sind sie die kleinsten luftgetragenen Partikel, die im Bereich von ca. 2 µm zu finden sind. Arbeitet nun ein Luftkeimsammler unterhalb dieses Wertes, werden die Partikel nicht oder nur teilweise abgeschieden.

(Siehe Beispiel 1 und Beispiel 2.)

Es ist eine Tatsache, dass noch immer Luftkeimsammler eingesetzt werden, die einen d50-Wert von 28 µm aufweisen. Dies beweist, dass die Hersteller sich der Tatsache leider nicht bewusst sind, welche Sammel-Effizienz ihr eigenes Produkt aufweist.

Herrn Zingre ist es tatsächlich einmal passiert, dass er zu einer Produktpräsentation seiner Luftkeimsammler in einer renommierten Pharmafirma im Ausland eingeladen wurde, weil die Firma eine neue Produktionsstraße mit aktiver Luftkeimzahlbestimmung ausrüsten wollte. Er erklärte den Anwesenden den d50-Wert und betonte so die hohe Effizienz seiner Instrumente. Allerdings kaufte die Firma dann das Konkurrenz-Produkt, von dem Herr Zingre bewiesen hatte, dass es eine bis zu 10 Mal niedrigere Effizienz aufwies. Es lag klar auf der Hand, dass die verantwortlichen Qualitätsmanager wohl gar nichts finden wollten. Zu hoffen bleibt nur, dass sich gefährliche Mikroorganismen von diesen Produkten fernhalten, was allerdings zu bezweifeln ist.

1 Publ.: European Journal of Parenteral & Pharmaceutical Sciences 2008; 13 (4): 93-97: "Monitoring efficiency of microbiological impaction air samplers.", Bengt Ljungqvist, Berit Reinmüller, Building Services Engineering, KTH, Stockholm, Sweden.