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Legionellen – wie gross ist die Gefahr? - bachema

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Legionellen – wie gross ist die Gefahr?
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Vortrag anlässlich der 3-Länder-Korrosionstagung, 20. April 2004, Berlin
Legionellen – wie gross ist die Gefahr?
Annette Rust
Institut Bachema, Mikrobiologisches Labor, CH-8952 Schlieren, Schweiz
Zusammenfassung
Wasser für den menschlichen Gebrauch darf keine Stoffe in einer Konzentration enthalten, die
die Gesundheit gefährden könnte. Durch die starke demographische Veränderung der Gesellschaft und ihrer Komfortansprüche in den letzten 50 Jahren ist man neuerdings mit dem Legionellen-Problem konfrontiert. Diese Umweltbakterien, die sich in warmem Wasser wohl fühlen, können sich in Einzellern als Wirtsorganismen parasitisch vermehren. Diese Strategie ist
auch auf menschliche Makrophagen übertragbar. Eine solche Infektion kann zu einer gefährlichen Lungenentzündung führen, wenn das Immunsystem des Menschen nicht im Stande ist,
den Angriff abzuwehren. Epidemien von Legionellose werden durch Punktquellen einer verseuchten Wasseranlage (Kühlturm, Klimaanlage, Warmwasser-System) verursacht. Eine Übertragung von Mensch zu Mensch wurde noch nie beobachtet. Mit dieser Kenntnis kann
durch geeignete Planung und Wartung der Wasser-Anlagen das Risiko für Ausbrüche der
Legionärskrankheit minimiert werden.
Stichworte
Legionellen, Hygiene-Anforderungen, Infektion, Detektionsmethoden, Legionellose, Vorbeugung
Mikrobiologische Toleranzwerte im Trinkwasser in der Schweizer Hygieneverordnung
Trinkwasser ist ein sehr wichtiges Lebensmittel. In der Schweizer Gesetzgebung sind die mikrobiologischen Anforderungen deshalb in der Lebensmittelgesetzgebung geregelt. Tabelle 1
fasst die Trinkwasser-relevanten Toleranzwerte zusammen, die bei Routine-Untersuchungen
gemessen werden.
Tabelle 1: mikrobiologische Toleranzwerte für Trinkwasser in der Schweizerischen Hygieneverordnung (1)
Untersuchungskriterien
Koloniebildende Einheiten
pro ml Wasserprobe, Toleranzwert
Trinkwasser unbehandelt an Aerobe, mesophile Keime
100/ml
der Quelle
(auf PC-Agar, 30°C, 72 h)
nach Behandlung
Aerobe, mesophile Keime
20/ml
(auf PC-Agar, 30°C, 72 h)
Im Verteilnetz
Aerobe, mesophile Keime
300/ml
(auf PC-Agar, 30°C, 72 h)
Unbehandeltes Trinkwasser, Escherichia coli
nicht nachweisbar/100ml
nach Behandlung und im
Enterokokken
nicht nachweisbar/100ml
Verteilnetz
Legionellen sind in der Schweiz nicht eigentlich in der Gesetzgebung erwähnt. In einer Broschüre des Bundesamtes für Gesundheitswesen werden allerdings leitende Grenzwerte aufgestellt, Empfehlungen für das Vorgehen bei Untersuchungen sowie für Massnahmen bei Auffinden von Legionellen abgegeben (16).
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Vortrag anlässlich der 3-Länder-Korrosionstagung, 20. April 2004, Berlin
Mechanismen der Infektion bei der Legionellose
Legionellen können überall in natürlichen Gewässern und Grundwasser gefunden werden,
allerdings in sehr tiefen Konzentrationen. Sehr wahrscheinlich gibt es diese Bakterien schon
seit langer Zeit. Mit den Menschen sind sie jedoch erst seit der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts
in Konflikt geraten und somit bekannt geworden. In diesem Zeitraum hat der Mensch immer
mehr mit technischen Wasser-Installationen ganz spezielle Umweltbedingungen geschaffen.
Zudem gibt es seit dieser Zeit immer mehr Menschen, die aus irgendwelchen Gründen
(schwere Krankheit, hohes Alter, intensives Rauchen, Drogenabhängigkeit etc.) ein geschwächtes Immunsystem haben oder an einer chronischen Lungenkrankheit leiden. Ein weiterer Punkt, weshalb dieser Konflikt überhaupt erkannt wurde, liegt im wissenschaftlichen
Fortschritt in Medizin, Mikrobiologie und Molekularbiologie.
Die Mikro- und Molekularbiologie hat herausgefunden, dass Legionellen sich in folgenden
Einzellern, die in der Umwelt vorkommen, parasitisch vermehren können:
 Amöben
 begeisselte Protozoen
 Schleimpilze
Abbildung 1: Legionella pneumophila in Acanthamoeba castellanii – Elektronenmikroskopie (aus: Bildergalerie Mikrobiologie der Universität Tübingen,
http://www.medizin.uni-tuebingen.de)
Einzeller ernähren sich u. A. von Bakterien, die sie einverleiben und einem Verdauungsprozess zuführen. In ihrem angestammten, natürlichen Umfeld haben die Legionellen im Laufe
der Evolution eine Strategie entwickelt, dieses Verdauungssystem zu umgehen (Abbildung 1).
Mehr zufälligerweise funktioniert diese Strategie unter Umständen auch in menschlichen Zellen, den Makrophagen (18). Die Alveolarmakrophagen haben eine Wächterfunktion in der
Lunge: sie fressen sozusagen unspezifisch fremde Eindringlinge in einem Prozess, der Phagozytose genannt wird. Legionellen können nun via Aerosole in die Lunge des Menschen gelangen und dort auf die Alveolarmakrophagen treffen. Wenn sie von diesen einverleibt werden,
können Legionellen den Verdauungsprozess in den Makrophagen so umlenken, dass es ihnen
ermöglicht wird, sich in den Makrophagen stark zu vermehren (Abbildung 2). Dies führt zum
Absterben der Makrophagen, und eine grosse Zahl an Legionellen wird freigesetzt.
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Abbildung 2: Makrophage von Legionella
pneumophila infiziert. Elektronenmikroskopische Aufnahme, ca. 4000-fache Vergrösserung
(3).
Bei einem intakten Immunsystem beim Menschen eilen in einem solchen Fall andere Abwehrmechanismen den Makrophagen zu Hilfe und vernichten die Legionellen, bevor sie
spürbaren Schaden angerichtet haben. Die spezifische Immunantwort bildet so genannte Immunglobuline bestückt mit Antikörpern sobald ein fremder Erreger in den Körper eindringt.
Diese Antikörper binden spezifisch an den Erreger und führen ihn auf anderem Weg als über
die Makrophagen der Vernichtung zu. Bei einer Untersuchung der gesunden Leute bei einem
Legionellen-Ausbruch in einer Blumenschau konnten deshalb sehr hohe Konzentrationen dieser spezifisch an Legionella pneumophila bindenden Immunglobuline gefunden werden. Diese Leute arbeiteten nahe an der Infektionsquelle, zeigten aber keine typischen Symptome der
Legionellose (5).
Obwohl intensiv Forschung betrieben wird zu diesem Thema sind noch nicht alle Faktoren,
die zu einer Legionellose führen, bis ins Detail bekannt. Vorläufig nimmt man an, dass folgende Voraussetzungen für eine Infektion gegeben sein müssen:
 Legionellen müssen im Wasser vorhanden sein
 Die Legionellen vermehren sich in diesem Wasser zu einer – leider noch nicht bekannten – infektiösen Konzentration (Infektionsdosis)
 Die Legionellen werden aus diesem Wasser via Aerosole auf den Menschen übertraten,
der die Infektion nicht abwehren kann (z.B. wegen einer Immunschwäche)“ (10).
Das Krankheitsbild der Legionellose äussert sich in Form von Grippe-ähnlichem Fieber
(„Pontiac-Fieber“) bis zur schweren Lungenentzündung, die trotz der verbesserten Kenntnisse
und Medikamente (Antibiotika) immer noch vereinzelt zum Tod führt.
Detektionsmethoden für Legionellen aus Umwelt-Wasserproben
Seit 1998 hat die Internationale Organisation für Standardisierung (ISO) eine Methode publiziert (2), um Legionellen in Wasserproben nachzuweisen mittels Kultivierung auf NährAgarplatten mit einem Durchmesser von 9 cm (Abbildung 3). Verglichen mit anderen bakteriologischen Standard-Methoden (z.B. für Escherichia coli) ist die Methode für Legionellen
relativ aufwändig in der Durchführung. Legionellen wachsen sehr langsam und brauchen bevorzugte Behandlung, d.h. die anderen Bakterien (die „Begleitflora“) müssen unterdrückt
werden.
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Abbildung3: Kolonien von
Legionella pneumophila
(grosse, helle Kolonien) mit
Begleitflora (viele dunklere,
kleinere Kolonien) auf AgarPlatte mit speziellem NährMedium, das u. A. Aktivkohle enthält.
Hat man einmal verdächtige Kolonien auf den Agarplatten, müssen sie weiter untersucht werden auf Wachstumsfähigkeit ohne L-Cystein. Falls sie ohne L-Cystein wachsen können, werden die Keime nicht als Legionellen betrachtet. Weiter kann noch ein Agglutionations-Test
durchgeführt werden. Dieser Test wird in Europa sehr häufig angewandt (10). Hier werden
die kultivierten, vermutlichen Legionellen-Zellen mit Latex-Kügelchen vermischt, die mit
spezifischen Antikörpern bestückt sind. Falls diese Antikörper ihr Gegenstück auf der Oberfläche der verdächtigen Zellen finden, entstehen Klumpen, die im Test gut sichtbar die „positive Reaktion“ anzeigen (Abbildung 4, rechtes Reaktionsfeld).
Abbildung 4: Agglutinations-Test für
die nähere serologische Identifizierung
von Legionellen.
Da Legionellen sehr langsam wachsen, sind Molekularbiologen eifrig daran, „schnellere“ Methoden zu entwickeln. Die Identifizierung der Legionellen geschieht dabei über deren
Nukleinsäuren DNA und RNA. Die Probleme bei dieser Detektion sind einerseits, dass sie
nicht in allen Fällen das gleiche Resultat liefern können wie die standardisierte Kultivierungsmethode und andrerseits, dass insbesondere DNA ein relativ stabiles Molekül darstellt, das
auch in toten Organismen überdauern kann. D.h. man weiss nicht ob die detektierten Legionellen lebendig oder tot sind.
Hingegen haben die molekularen Methoden uneingeschränkt Vorteile, wenn es darum geht,
eine Infektionsquelle ausfindig zu machen. Durch genaues Aufschlüsseln einer bestimmten
DNA-Sequenz kann beispielsweise eruiert werden, ob ein Legionellen-Stamm in einem Patienten der gleiche ist, wie jener einer vermuteten Infektionsquelle oder eines anderen Patienten
(12). Basierend auf diesem Prinzip versucht die Europäische Organisation EWGLI Infektionsquellen Reise-assoziierter Legionellosen zu identifizieren (http://www.ewgli.org).
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Fallbeispiele von Epidemien und sporadischen Einzelerkrankungen
Philadelphia, USA, 1976 (11):
Der Namen-gebende, grosse Ausbruch von Legionellose ereignete sich 1976 in einem Hotel
in Philadelphia, USA, als sich Veteranen der „American Legion“ zu einem Treffen versammelten. Es wurde der Klimaanlage des Hotels zugeschrieben, dass von den 4400 Teilnehmern
182 Personen an einer schweren Lungenentzündung erkrankten, deren Erreger später der Name „Legionella pneumophila“ gegeben wurde. Damals war die Krankheit noch völlig unbekannt, und es gab keine adäquate, medizinische Behandlungsmethoden, weshalb die Mortalitätsrate bei diesem Ereignis tragische 20% erreichte.
Murcia, Spanien, Sommer 2001(13):
Der grösste Ausbruch ereignete sich in Spanien im Sommer 2001. Knapp 450 Krankheitsfälle
wurden bestätigt. Die Mortalitätsrate lag bei 1%. Als Hauptinfektionsquelle wurden die Kühltürme des städtischen Spitals identifiziert, welche als schlecht gewartet beschrieben werden.
Das kontaminierte Kühlwasser muss die Erkrankten über die Aussenluft erreicht haben. Es
wurden auch Leute angesteckt, die in dem gewissen kritischen Zeitraum in oder beim Spital
gearbeitet, gewohnt oder jemanden besucht haben. Es wird vermutet, dass die Wetterverhältnisse im Zeitraum des Ausbruches die Aerosole ungünstig horizontal verbreitet hatten. Mit
molekularem „Fingerprinting“ konnte man die Legionellen aus den Kühltürmen mit jenen der
erkrankten Patienten vergleichen, und sie wurden als identisch befunden.
Reiseassozierte Legionellosen:
Die Reiseassoziierte Legionellose ist definiert als solche, wenn sie 10 Tage nach einer Reise
auftritt, bei der sich der Kranke in einem Hotel oder sonstigen Gebäude aufgehalten hat, welches schon einmal im Zusammenhang mit einer Legionella-Infektion aufgefallen war. Die
Europäische Organisation EWGLI versucht mit Hilfe einer zentralen Datenbank diese Infektionsquellen zu identifizieren (http://www.ewgli.org).
Einzelfälle:
Viele sporadische Einzelfälle passieren in Krankenhäusern und Altersheimen, die ein erhöhtes
Risiko bezüglich immungeschwächter Menschen aufweisen. Es wird vermutet, dass viele
Einzelfälle nicht erkannt werden, da die Legionellose auch weniger schwere Symptome wie
beim „Pontiac-Fieber“ verursacht. Über alle Einzelfälle gerechnet ist die Mortalitätsrate höher
als bei den punktuellen Epidemien. Bei letzteren erkennen die Ärzte die Krankheit schneller,
weil sie vorgewarnt sind und können frühzeitig die richtige Therapie einsetzen. Die Statistik
in Abbildung 5, deren Daten aus den offiziellen Gesundheitsblättern und Bulletins der drei
Länder entnommen sind, zeigt einen üblichen Durchschnitt der erkannten und gemeldeten
Legionellose-Fälle im leicht ansteigenden Trend. Auch in Zukunft wird einen Anstieg der
gemeldeten Legionellose-Fälle erwartet, einerseits wegen höherer Sensibilisierung der Ärzte
und einem verbesserten Meldesystem, andererseits wegen der steigenden Zahl der Leute der
höheren Risiko-Gruppe (ältere und immungeschwächte Leute) (15).
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Gemeldete Fälle von Legionellose
Anzahl Fälle pro Jahr
450
400
350
300
Deutschland
Österreich
Schweiz
250
200
150
100
50
0
2001
2002
2003
Abbildung 5: Gemeldete Fälle von Legionellose der letzten drei Jahre in den drei Ländern
gemäss Online-Quellen (6, 7, 17).
Vorkommen und vorbeugende Massnahmen
Nach unserer Erfahrung wurden oft Legionellen gefunden in Warmwassersystemen, die permanent Temperaturen von 50°C und tiefer aufwiesen. Die Legionellen-Konzentration war in
grösseren Anlagen jeweils relativ konstant verteilt über das betroffene System. Auch bei Probenahmen mit zeitlichem Abstand konnte Konstanz festgestellt werden, wenn sich die Temperatur nicht veränderte und sonst keine Massnahmen getroffen wurden. Solche Beobachtungen werden auch in wissenschaftlichen Studien beschrieben (4).
Verschiedenen Richtlinien und Merkblättern liefern gültige Empfehlungen für Massnahmen
zur Verminderung des Legionellose-Risikos. In Deutschland sind hauptsächlich die beiden
Arbeitsblätter des DVGW W551 (8) und W552 (9) massgebend, auf die auch in Österreich
verwiesen wird. Das Nationale Referenzzentrale für Legionella-Infektionen an der Bundesstaatlichen bakteriologisch-serologischen Untersuchungsanstalt Wien hat Orientierungswerte
herausgeben, die in Tabelle 2 angegeben sind. In der Schweiz wird mit der Broschüre des
Bundesamtes für Gesundheit (BAG) (16) und dem daraus abgeleiteten Merkblatt des Schweizerischen Vereins des Gas- und Wasserfaches (SVGW) (19) gearbeitet.
Tabelle 2: Orientierungswerte für Legionellen-Konzentrationen in Warmwasserinstallationen,
determiniert von Prof. Dr. Wewalka von der Nationalen Referenzzentrale für LegionellaInfektionen an der Bundesstaatlichen bakteriologisch-serologischen Untersuchungsanstalt
Wien
KBE/100 ml
Maßnahmen
Überprüfungsintervall
Nicht nachKeine Legionellen
1 Jahr
weisbar
1 -100
Konzentration im Toleranzbereich
1 Jahr
Geringe bis mässige Konzentration
Kontrolle nach 14 Tagen
101-1000
Sanierung angebracht bei Legionella pneumophila Serogroup 1
1001-10 000
Hohe Konzentration
Periodisch
Sanierung sollte erfolgen
> 10 000
Sanierung erforderlich, Duschverbot
Periodisch
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Die relativ hohe Mortalitätsrate im Vergleich zu anderen bakteriellen, wasservermittelten Infektionskrankheiten und medienträchtige grössere Ausbrüche verleihen dem Problem eine
gewisse Brisanz.
Da die Infektionsquellen relativ gut identifiziert werden können und eine Ansteckung von
Mensch zu Mensch praktisch ausgeschlossen wird, liegt ein sehr starkes Augenmerk auf der
Prävention. Oft können mit der Kenntnis der Problematik Wasserinstallationen in Gebäuden
so konstruiert werden, dass ein Legionellen-Problem gar nicht auftritt. (Z. B. sollten Warmwasser-Anlagen so dimensioniert sein, dass alle Leitungen gut durchspült sind und ein Aufheizen auf mindestens 60°C sollte möglich ist.) Mit Analysen von Wasserproben können mit
der standardisierten Methode zuverlässig vermehrungsfähige Legionellen nachgewiesen werden. Werden in einem Wassersystem Legionellen gefunden, genügen oft relativ einfache
Massnahmen (angepasste Temperatureinstellungen, hydraulische Veränderungen, Desinfektion), um das Risiko eines Ausbruchs dieser Krankheit massiv zu vermindern.
Literatur
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Verordnung des EDI vom 26. Juni 1995 über die hygienischen und mikrobiologischen
Anforderungen an Lebensmittel, Gebrauchsgegenstände, Räume, Einrichtungen und
Personal (Hygieneverordnung, HyV), 817.051. Systematische Sammlung des Bundesrechts, Bern. 16 Seiten.
2.
ISO 11731:1998. Water quality – Detection and enumeration of Legionella, International Organization for Standardization, Geneva. 16 pages.
3.
Abu Kwaik, Y. 1998. Fatal attraction of mammalian cells to Legionella pneumophila.
Molecular Microbiology 30:689-695.
4.
Borella, P., M. et al. 2004. Legionella Infection Risk from Domestic Hot Water. Emerging Infectious Diseases 10:457-463.
5.
Boshuizen, H. C., et al. 2001. Subclinical Legionella infection in workers near the
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184:515-518.
6.
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Bern. [Online.] http://www.bag.admin.ch/dienste/publika/bulletin/d/index.htm.
7.
Bundesministerium für Gesundheit und Frauen Endgültiger Jahresausweis über
angezeigte Fälle übertragbarer Krankheiten für das Jahr 2002. BMGF, Radetzkystr. 2,
1030 Wien, [Online.] http://www.gesundheit.bmsg.gv.at.
8.
DVGW. 1993. Arbeitsblatt W 551: Trinkwassererwärmung- und Leitungsanlagen;
Technische Massnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums. Deutsche
Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.V.
9.
DVGW. 1996. Arbeitsblatt W 552: Trinkwassererwärmungs- und Leitungsanlagen;
Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums; Sanierung und
Betrieb. Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.V.
10.
Fields, B. S., et al. 2002. Legionella and Legionnaires' disease: 25 years of investigation. Clinical Microbiology Reviews 15:506-526.
11.
Fraser, D. W., et al. 1977. Legionnaires' disease: description of an epidemic of pneumonia. New England Journal of Medicine 297:1189-1197.
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Gaia, V., et al. 2003. Sequence-based typing of Legionella pneumophila serogroup 1
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Legionellen – wie gross ist die Gefahr?
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16.
17.
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Hilbi, H. 2003. "Zunahme der legionellen-Infektion zu erwarten!" p. 42-43, Gesundheit und Umwelttechnik, vol. 4.
Pagano, E., et al. 1999. Legionellen und Legionellose. Bericht. Bundesamt für Gesundheit BAG.
Robert, K. I. Epidemiologisches Bulletin. Robert Koch-Institut, Nordufer 20, 13353
Berlin. [Online.] http://www.rki.de/INFEKT/EPIBULL/EPI.HTM.
Steinert, M., et al. 2002. Legionella pneumophila :an aquatic microbe goes astray.
FEMS Microbiology Reviews 26:149-162.
SVGW. 2001. Merkblatt: Legionellen in Trinkwasserin-stallationen - Was muss beachtet werden? Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches, CH-8027 Zürich.
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