Alkoholer til antiseptisk bruk

Alkoholene sies å ha sitt navn fra antikkens Egypt, avledet fra arabisk al (det) og kohl (antimonpulver [Sb2S3] som ble brukt til å farge øyebryn, kahala: å farge eller male). Det skal også ha vært brukt til å behandle øyeinfeksjoner hos nyfødte. En annen forklaring viser til Koranen, som i vers 37:34 bruker ordet '' al-ghawl", som betyr ånd eller demon. Den sveitsiske legen og alkymisten Paracelsus (Theophrastus Bombastus von Hohenheim, 1493-1541), som regnes som grunnlegger av den medisinske og farmasøytiske kjemi, brukte betegnelsen al-kool om de antiseptiske egenskapene til vin. Alkohol er kanskje vårt eldste antiseptikum. Det ble anbefalt til sårbehandling allerede av Claudius Galenos (130 – 203 e.kr.), som er en av gigantene i medisinens historie.

I 1875 publiserte Buchholtz det som trolig er de første vitenskapelige undersøkelsene av de antimikrobielle egenskapene til alkohol (etanol) og som antydet at det kunne ha et potensial som antiseptikum. Men på grunnlag av studier med sporer av Bacillus anthracis konkluderte Koch (1881) med at etanol ikke hadde antiseptisk effekt. Alkohol ble tatt i bruk til preoperativ huddesinfeksjon på slutten av det 19. århundret og Fübringer anbefalte alkohol til kirurgisk hånddesinfeksjon fra 1888.

Selv om alkoholer nå er anerkjente som effektive antimikrobielle midler, har de historisk sett vært omdiskuterte ved bruk til antisepsis, desinfeksjon og sterilisering på grunn av tilsynelatende motstridende resultater. Spørsmål knyttet til antimikrobielt virkespektrum, konsentrasjoner, virketid og blandingsforhold har regelmessig vært debattert i litteraturen, og praktisk anvendelse har variert betydelig. Dette har i stor grad vært forårsaket av ulikheter i de metodene som har vært benyttet. De siste 10 årene har man i Europa gradvis blitt enige om Europeiske standarder for testing av antiseptika og desinfeksjonsmidler, inkludert alkoholer, og flere er fortsatt under utarbeidelse. Noen av de standardene som er relevante for helsevesenet er listet i Tabell 1.

For hånddesinfeksjon med alkoholholdig desinfeksjonsmiddel er det EN 1500 som er den viktigste standarden. Denne standarden beskriver hvordan desinfeksjonsmidler skal testes ved såkalt hygienisk hånddesinfeksjon (hygienic handrub) som altså er desinfeksjon uten bruk av vann. (Tilsvarende er EN 1499 en standard for hygienisk håndvask, som er vask med et håndvaskemiddel som inneholder en bakteriedrepende substans).

I henhold til EN 1500 skal testen utføres på 12 – 15 personer med frisk hud. Testpersonene skal først vaske hendene med såpe og vann. Deretter påføres testbakterien Escherichia coli K12 ved at fingrene senkes i en oppløsning med denne bakterien i 5 sekunder. Etter at fingrene er forurenset skal de tørke i 3 minutter og så tas det en prøve fra fingrene ved at de gnis mot bunnen av en petriskål i med vekstbuljong for å finne ut hvor mange bakterier som frigjøres fra fingrene før desinfeksjonen utføres.

Alle desinfeksjonsmidler som testet i henhold til EN 1500 skal sammenlignes med propan-2-ol (isopropanol) 60 % (V/V). Desinfeksjonen med isopropanol utføres ved at 3 ml desinfeksjonsmiddel gnis inn i hendene i 30 sekunder 2 ganger etter hverandre på en standardisert måte. Til slutt skylles fingrene under rennende vann i 5 sekunder. Umiddelbart etter dette tas det prøve av fingrene på samme måte som før desinfeksjonen.                                                                                                                       

Det desinfeksjonsmiddelet som skal testes påføres hendene på samme måte som isopropanol og virketiden kan være enten 30 eller 60 sekunder. Deretter skylles fingrene i 5 sekunder med vann før det tas prøver til bakterietelling. Alle testpersonene skal desinfisere hendene både med referansemiddelet propan-2-ol og med det produktet som skal testes. For å passere testen skal det desinfeksjonsmidlet som testes ikke vise statistisk signifikant mindre reduksjon av bakterietallet enn propan-2-ol.

Det er viktig å være klar over at EN 1500 bare baserer seg på virkningen på E. coli Ingen andre bakterier blir testet, heller ikke virus. Derfor er ikke noen garanti for at et middel som passerer testen egner seg til alle situasjoner der det er nødvendig å desinfisere hendene. EN 1500 krever heller ingen testing på hudvennlighet eller andre bruksegenskaper. Selv om et meddel er testet etter EN 1500 og tilfredsstiller kravene i standarden, er det derfor ingen garanti for at middelet er et godt desinfeksjonsmiddel.

Alkoholene har som gruppe en rekke interessante og attraktive egenskaper som antiseptika, desinfeksjonsmidler og konserveringsmidler, men bare noen få har fått praktisk anvendelse i helsevesenet.

Kjemi og terminologi

Alkohol er en fellesbetegnelse for organiske molekyler som har en hydroksylgruppe (-OH) som er bundet kovalent til et karbonatom. Det er flere måter å benevne alkoholer på. Den metoden som oftest anbefales er i henhold til International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Alkoholen benevnes da etter antallet karboner i den lengste karbonkjeden og får endelsen –ol, slik som vist i tabell 1. Navnet angir videre ved hjelp av tallangivelse(r) hvilke(t) karbonatom i kjeden som OH-gruppen er bundet til og antall OH-grupper. For eksempel når det er 3 karbonatomer (propanol) kan OH-gruppen være festet i enden (Propan-1-ol), eller på det midterste karbonatomet (Propan-2-ol).

Det er tre hovedgrupper av alkoholer, primære (1°), sekundære (2°) og tertiære (3°), basert på antallet karbonatomer som er bundet til C-OH karbonet. Metanol CH3OH er det enkleste primære alkoholen, isopropanol (CH3)2CHOH (IUPAC: propan-2-diol) er det enkleste sekundære alkoholen og det enkleste tertiære alkoholen er tert-butanol (CH3)3COH (IUPAC: 2-methyl-2-propanol).

Alkoholer med én OH-gruppe kalles enverdige, mens de med mer enn én OH-gruppe kalles for flerverdige alkoholer for eksempel toverdige og treverdige (se nedenfor).

Dersom alkoholen består av en uforgrenet kjede, brukes forstavelsen ”normal” = n, dersom den er forgrenet, brukes forstavelsen ”iso”.

* Det finnes to propanoler som har den samme kjemiske formel, men som har ulik strukturformel og molekyloppbygging (isomerer). På grunn av ulikhetene i oppbyggingen har de to væskene ulikt kokepunkt (Tabell 2). Riktig navnsetting på de to forbindelsene ifølge IUPAC, er propan-1-ol og propan-2-ol, men i daglig tale brukes oftest betegnelsene n-propanol og isopropanol etter hvilket karbonatom OH-gruppen er festet på.

Glykol og glycerol er eksempler på flerverdige alkoholer. Glykol (etandiol, etylenglykol) er en alkohol med to -OHgrupper. Den tilhører dermed gruppen dioler (toverdig alkohol). Glykol er giftig og har kjemisk formel C2H4(OH)2. I ren form er glykol en lukt- og fargeløs væske med søt smak. I tillegg til å være et løsemiddel blir den brukt som frostvæske i biler.

Glyserol (også kjent som glycerin eller propantriol) en treverdig alkohol. Det en hygroskopisk væske som absorberer vann fra luften, og benyttes ofte som en fuktighetsbevarende komponent i hånddesinfeksjonsmidler. Den har en sterk søt smak og er en fargeløs tyktflytende væske. Det brukes som løsningsmiddel i søtningsmiddel, i kosmetikkproduksjon, såper, sukkertøy, antifrys, antibiotika og andre legemidler.

Fysikalsk-kjemiske egenskaper

Konsentrasjonen av alkohol kan oppgis både som vektprosent og volumprosent. På grunn av temperaturens innflytelse på volumet og på grunn av volumendringer ved blanding er det best å benytte vektprosent, men bruk av volumprosent er oftest praktisk enklere. En sammenligning av vektprosent og volumprosent for noen alkoholder er vist i Tabell 3 og 4.

Antimikrobiell effekt

Virkningsmekanismen for alkoholer er ikke fullstendig kartlagt, men den viktigste mekanismen synes å være denaturering/koagulering av proteiner. Koagulering av proteiner er konsentrasjonsavhengig. Denatureringen påvirkes av vann, og dersom det ikke er vann tilstede, reduseres denatureringen. Dette er forklaringen på at absolutt etanol har mindre baktericid effekt enn blandinger av vann og etanol. Men det er også medvirkende til at alkoholer har redusert effekt i nærvær av organisk materiale.

Harrington undersøkte i 1903 bomullstråder som var impregnert med gule stafylokokker og utsatt for spritdesinfeksjon under tørre og fuktige forhold. Som det fremgår av figur 1 og 2 var det stor forskjell med hensyn til alkoholens bakteriedrepende effekt ved at fuktige tråder lettere ble desinfisert enn tørre tråder.

Figur 1. Drap av S.aureus med etanol på tørre tråder (modifisert etter Harrington)

 Figur 2. Drap av S.aureus med etanol på tørre tråder (modifisert etter Harrington)

Både molekylets lengde og eventuell forgrening påvirker den antimikrobielle effekten. Generelt kan den baktericide effekten graderes (fra best til dårligst) på følgende måte: n-primære alkoholer > iso-primære > sekundære > tertiære Den baktericide effekten øker med økende molekylvekt hos alifatiske (uforgrenede) alkoholer (metyl, etyl, propyl, butyl, amyl og heksyl) opptil 6 karbonatomer (unntatt hos tertiære alkoholer), mens ytterligere økning av lengden reduserer effekten.

Virkning på vegetative bakterier
Metanol har baktericid effekt ved konsentrasjoner over 50 %, men effekten er dårligere enn for etanol og isopropanol. Metanol brukes derfor ikke til antisepsis.

Etanol har bakteriostatisk effekt i 10 % (vol/vol) konsentrasjon og baktericid ved 30 % og høyere. Konsentrasjoner på 90 % og høyere har imidlertid dårligere effekt enn lavere konsentrasjoner.

Isopropanol og n-propanol har bedre effekt på bakterier enn etanol, men isopropanol har mindre ulemper enn n-propanol når det gjelder lukt.

Virkning på bakteriesporer

Alkoholene har liten effekt på bakteriesporer. Sporer av Bacillus subtilis kan overleve i 95 % etanol i mange år. Desinfeksjonssprit kan faktisk inneholde bakteriesporer hvis den ikke er sterilfiltrert. Men evnen til å overleve eksponering for alkohol varierer fra art til art. Det er for eksempel vist at Bacillus anthracis ble inaktivert med etanolkonsentrasjoner mellom 42 % og 100 % på 48 timer. Isopropanol har bedre effekt en etanol, og er vist å kunne inaktivere sporer av B. anthracis på 2 – 5 minutter ved 30 – 40 % konsentrasjon.

Virkning på sopp

Etanol har god effekt på gjærsopp som Candida albicans og på Aspergillus. Minste effektive konsentrasjon er 35 % med ett minutts virketid. Dermatofytter er mindre følsomme og krever 50 – 85 % konsentrasjon i 5 – 30 minutter for inaktivering. Som på bakterier har metanol dårligere effekt, mens propanolene har bedre effekt enn etanol.

Virkning på virus

Lipofile virus er lettere å inaktivere med alkoholer enn hydrofile (nakne) virus. Rangerinegn av alkoholenes effekt på lipofile virus er den samme som form vegetative bakterier: metanol < etanol < isopropanol < propan-1-og lignende. Når det gjelder nakne virus har etanol bedre effekt enn alkoholer med høyere molekylvekt. Noen eksempler er vist i tabell 5 og 6.

Hånddesinfeksjon og mikroorganismer som har nedsatt følsomhet for alkoholer

Etter at hånddesinfeksjon med alkoholholdig desinfeksjonsmiddel er blitt den primære metoden for håndhygiene i helsevesenet, gjenstår det å løse problemene knyttet til dekontaminering av hender som er forurenset med sporedannende bakterier og virus uten membran. Etanol har generelt bedre effekt på nakne virus enn isopropanol og n-propanol, men heller ikke tradisjonelle hånddesinfeksjonsmidler med 70 % etanol har tilstrekkelig effekt på disse mikrobene. Mange anbefaler derfor at hånddesinfeksjon erstattes med håndvask ved utbrudd av norovirus eller rotavirus eller andre nakne virus og ved infeksjoner med Clostridium difficile.

De siste årene har det imidlertid blitt utviklet nye produkter som ser ut til å ha noe bedre effekt mot virus uten membran. I 2005 publiserte Kampf og medarbeidere en studie av virkningen av tre produkter med henholdsvis 95 %, 80 % og 75,1 % etanol (det siste sammen med 0,1 % 2-biphenylol) på felint calicivirus (FCV) som benyttes som et surrogat for norovirus. Forsøkene ble utført som en simulering av en reell forurensning av hendene ved at viruset ble påført fingertuppene sammen med en filtrert oppløsning av 10 % avføring. De fant at 70 % etanol hadde signifikant bedre effekt en 70 % porpan-1-ol og at de høyere konsentrasjonene av etanol hadde noe bedre effekt enn 70 % etanol (ikke signifikant). Likevel var reduksjonen av virusmengden moderat, med en reduksjonsfaktor på 2,17 log10 med 95 % etanol som beste resultat.

Kramer og medarbeidere publiserte i 2006 resultater fra en studie der de testet en kombinasjon av 55 % etanol, 10 % propan-1-ol, 5,9 % propan-1,2-diol, 5,7 % butan-1,3-diol og 0,7 % fosfosyre. Denne kombinasjonen hadde en bredpektret antiviral effekt både på lipofile og virus uten membran (hepatitt A virus, poliovirus, rotavirus og felint calicivirus) og var signifikant bedre enn 70 % etanol og 70 % isopropanol på FCV. Reduksjonsfaktoren for FCV var 2,38 + 1,24 log10 på 30 sekunder ved test på fingertupper i nærvær av protein, sammenlignet med 0,68 log10 med 70 % etanol. Denne undersøkelsen viste også betydningen av å teste desinfeksjon på en måte som på best mulig måte simulerer en reell klinisk situasjon. Når virus ble applisert på fingertuppene til friske frivillige og deretter eksponert for desinfeksjonsmiddel var effekten dårligere enn når testingen skjedde i suspensjon in vitro. For eksempel var reduksjonsfaktoren for FCV over 4 l og 10 på 30 sekunder i suspensjon, men altså bare 2,38 log10 på fingertuppene. Ved test i suspensjon var Adenovirus type 2 det mest resistente viruset med denne alkoholblandingen og krevde 3 minutters eksponering for fullstendig inaktivering med protein til stede.

Selv om preparater viser god effekt i laboratorietester, vil det først etter grundig utprøving i klinisk praksis være mulig å avgjøre om et hånddesinfeksjonsmiddel kan benyttes som et effektiv infeksjonsforebyggende virkemiddel. Hvis middelet ikke er tilstrekkelig skånsomt for huden, og gir opphav til tørr hud og dermatitt på hendene kan det i verste fall øke risikoen for kolonisering med patogene bakterier. Derfor er grundig brukertesting en viktig del av utprøvingen av nye desinfeksjonsmidler og ved valg av produkter til håndhygiene, slik det er beskrevet av Larson og medarbeidere i 2006. Så langt har det vært en konflikt mellom effekten på nakne virus og skånsomhet mot huden. Det ideelle middelet for hygienisk hånddesinfeksjon er enda ikke funnet. Det er derfor fortsatt behov for videre forskning om antisepsis og hånddesinfeksjon med alkoholer.

Referanser

• Ali Y, Dolan MJ, Fendler EJ, Larson EL. Alcohols. I: Block SS. Disinfection, Sterilization and Preservation, 5th edition. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia 2001.
• Buchholtz L. Antiseptica und Bakterien. Arch Exp Pathol 1875;4:1-5.
• Fürbringer P. Untersuchungen und Vorschriften über die Desinfektion der Hande des Artzes nebst Bemerkungen über den Bakteriologischen Chakter des Nagelschmutzes. Wiesbaden, Tyskland: J.F Bergmann 1888
• Harrington C, Walker H. The germicidal action of alcohol. Boston Med Surg J 1903;148:546.
• Kampf G, Grotheer D, Steinmann J. Efficacy of three ethanol-based hand rubs against feline calicivirus, a surrogate viirus for norovirus. J Hosp Infect 2005;60:144.
• Koch HA, Koch Y. Zur wirkung von desinfektionsmittel auf Schimmelpilze, Dermatophyten und Hefen. Wiss. Z. Humboldt – Univ. Ble. Math. Naturwiss. Reihe 18,1157. Koch R 1881. Ûber Desinfektion Mitt kaiserlich, Gesundheitsam 1969;1:234
• Kramer A et al. Virucidal activity of a new hand disinfectant with reduced ethanol content: comparison with other alcohol-based formulations.
• Larson E, Girard R, Pessoa-Silva CL, Boyce J, Donaldson L, Pittet D. Infect Control Hosp Epidemiol 2006;34:627