Deutsches Ärzteblatt 1988: A-286

DEUTSCHES ÄRZTEBLATT
ePlastikinfektionen'
durch Staphylokokken
Über Implantate und
Katheter in den
menschlichen Körper
Georg Peters
ie Verwendung von
Plastikmaterialien für
diagnostische und therapeutische Zwecke in
der modernen Medizin
hat stark zugenommen. Dies hat sicher nicht unwesentlich zum Fortschritt in der Medizin und zum Wohle vieler Patienten beigetragen.
Nicht zu übersehen ist jedoch, daß
es bei der Verwendung dieser Materialien auch zu Komplikationen
kommen kann, die völlig neue klinische Syndrome darstellen. Eine der
häufigsten und wichtigsten Komplikationen ist die Infektion.
Besonders hervorzuheben ist
hierbei, daß diese Infektionen überwiegend von Mikroorganismen verursacht werden, die normalerweise
zur Mikroflora von Haut und
Schleimhäuten des Menschen gehören und an sich apathogen sind. Deshalb stellen Plastikinfektionen eine
besondere Art von Infektionssyndromen dar, sie müssen sogar im
weiteren Sinne als iatrogene Infektionen aufgefaßt werden.
D
Wo und wann treten
die Infektionen auf?
Bei den meisten Infektionen
von implantierten Plastikfremdkörpern und intravasalen Kathetern
sind Staphylokokken die bei weitem
am häufigsten isolierten Erreger
(10). Lediglich bei Urinkathetersystemen sowie bei Intrauterinpessa-
Staphylokokken, insbesondere
koagulasenegative Staphylokokken, sind die häufigsten und
wichtigsten Erreger von „Plastikinfektionen". Der klinische
Verlauf ist häufig chronisch-larviert ohne markante Symptomatik. Pathogenetisch von entscheidender Bedeutung ist die
Fähigkeit dieser Bakterien, an
Polymeroberflächen zu adhärieren und sich durch die Bildung einer extrazellulären
Schleimsubstanz gegen Wirtsabwehrmechanismen und Antibiotikawirkung zu schützen.
Daraus ergeben sich wichtige
Konsequenzen für Prävention
und Therapie dieser Infektionen.
ren sind andere Bakterien oder Pilze
häufiger. Die koagulasenegativen
Staphylokokken, vor allem der Staphylocoecus-epidermidis-Gruppe ,
sind die dominierenden Erreger bei
Infektionen von Liquorableitungssystemen, Herzklappenprothesen,
CAPD-Kathetern und intravasalen
Kathetern. Staphylococcus aureus
ist dagegen häufiger bei Infektionen
von Hämodialyse-Shunt-Systemen
und Gefäßprothesen anzutreffen.
Bei den Herzschrittmachersystemen
sind die koagulasenegativen Staphylokokken überwiegend bei Spätinfektionen, Staphylococcus aureus
dagegen häufiger bei Frühinfektionen anzutreffen.
A-286 (38) Dt. Ärztebl. 85, Heft 6, 11 . Februar 1988
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Natürlich können auch Bakterien anderer Gattungen (zum Beispiel Enterobacteriaceae und Pseudomonas aeruginosa) sowie Sproßpilze aus der Candidagruppe solche
Infektionen verursachen, gemessen
an der Dominanz der Staphylokokken fallen sie jedoch nicht besonders
ins Gewicht. Hervorzuheben ist
noch, daß im Gegensatz zu Staphylococcus aureus koagulasenegative
Staphylokokken normalerweise von
sehr geringer potentieller Virulenz
für den Menschen sind. Erst die Abwehrschwäche eines Patienten oder
der transient oder permanent implantierte Plastikfremdkörper ermöglichen ihnen eine Rolle als fakultativ pathogene Erreger.
Die Infektionsquelle bilden die
Haut- und Schleimhautflora des Patienten, aber auch des medizinischen
Personals. Nach dem Auftreten der
ersten Symptomatik unterscheidet
man Früh- von Spätinfektionen.
Frühinfektionen treten meistens wenige Tage nach dem chirurgischen
Eingriff auf, die Infektion hat schon
während des Eingriffs stattgefunden. Spätinfektionen treten je nach
Definition Wochen oder gar Monate
bis Jahre nach dem Eingriff auf.
Auch hier kann in einigen Fällen die
Infektion schon intra operationem
stattgefunden haben, während sie
erst nach einer größeren Latenzzeit
manifest wird. Es kommen aber siHygiene-Institut (Direktor: Professor
Dr. med. Dr. h. c, Gerhard Pulverer)
der Universität zu Köln
cherlich auch echte hämatogene
Spätinfektionen vor. Dies kann im
Rahmen einer Staphylokokken-Septikämie anderer Ursache geschehen,
aber auch als Folge von klinisch inapparenten Bakteriämien, die vor
allen Dingen mit koagulasenegativen Staphylokokken wohl mehrmals
täglich auftreten (etwa durch Mikroläsionen im Zahnfleisch und in der
Haut).
Klinische Charakteristika
der „Plastikinfektionen"
Das klinische Erscheinungsbild
von Staphylococcus-aureus-Plastikinfektionen ist, je nach Schwere des
Krankheitsbildes, durch entsprechende lokale oder systemische
Symptomatik charakterisiert. Es unterscheidet sich meistens nicht von
entsprechenden Infektionen ohne
Fremdkörperbeteiligung. So können
eine katheterassozüerte Sepsis oder
eine Prothesenendokarditis durch
Staphylococcus aureus einen fulminanten Verlauf nehmen, der in kurzer Zeit zum septischen Schock mit
allen klinischen Zeichen der MultiOrganschädigung führt. Die klinische Diagnosestellung ist in diesen
Fällen relativ einfach, ebenfalls ist
die Notwendigkeit zu bestimmten
therapeutischen Konsequenzen offensichtlich.
Plastikinfektionen durch koagulasenegative Staphylokokken bieten
dagegen einen eher chronisch larvierten Verlauf (10). So ist das klini
sche Bild einer venenkatheterassoziierten Sepsis klinisch meistens nur
durch moderates Fieber und Schüttelfrostepisoden gekennzeichnet. Jede weitergehende Symptomatik eines septisch-toxischen Geschehens
fehlt. Je nach Art des infizierten Implantates können spezifische Symptome auftreten, wie zum Beispiel
Herzgeräusche bei der ProthesenEndokarditis oder Abwehrspannung
bei der CAPD-Peritonitis.
Bei Gelenkprothesen-Infektionen kann die Prothesenlockerung
das einzige, faßbare Symptom darstellen. Charakteristisch ist auch in
vielen Fällen der spontane Rückgang der Symptome ohne antibakte-
Abbildung 1: Adhärente Mikrokolonien von Staphylococcus epidermidis auf der Oberfläche eines Polyäthylenvenenkatheters (In-vitro-Infektion, nach 6stündiger Inkubation in
PBS; rasterelektronenmikroskopische Aufnahme: Peters, Locci, Pulverer)
Tabelle: Biologische Eigenschaften der extrazellulären Schleimsubstanz (ESS) von koagulasenegativen Staphylokokken
1. adhäsinähnliche Funktion:
—Adhäsion an zelluläre Oberflächen (?)
—Adhäsion an Polymeroberflächen (?)
—Interzelluläre Adhäsion (Bildung von Mikrokolonien)
2. Protektion gegen Chemotherapeutika
3. Protektion gegen Wirtsabwehr:
—Hemmung der T-Zell-Proliferation
—Hemmung der B-Zell-Proliferation
—Hemmung von Granulozyten-Chemotaxis
—Stimulation von Granulozyten-Degranulation
—Hemmung der Opsonophagozytose
-
4. Erhöhung der S.-epidermidis-Mäusevirulenz
5. heparinähnliche Wirkung
rielle Chemotherapie, wenn das infizierte Material (zum Beispiel Venenkatheter) entfernt wird. Falls ein
infizierter Plastikfremdkörper über
längere Zeit im Organismus belassen wird und septische Episoden
konservativ-chemotherapeutisch behandelt werden, können auch Zeichen der chronischen Infektionen
wie Anämie und Splenomegalie auftreten. Es handelt sich hierbei überwiegend um Infektionen von Liquorableitungssystemen, Kathetern
zur Hämodialyse, endokardialen
Schrittmacherelektroden und Herzklappenprothesen.
Die eigentliche Problematik der
Plastikinfektionen durch koagulasenegative Staphylokokken besteht
darin, daß auf der einen Seite die
klinische Symptomatik nicht fulminant ist, auf der anderen Seite aber
meist weder normale Wirtsabwehrmechanismen noch antibakterielle
Chemotherapie die Infektion beenden können. Die Entfernung des in-
Dt. Ärztebl. 85, Heft 6, 11. Februar 1988 (41)
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fizierten Plastikmaterials ist daher
häufig notwendig. Wenn dies nicht
rechtzeitig geschieht, kann es sogar
zu (seltenen) letalen Verläufen kommen. Bei der Obduktion zeigen sich
dann multiple Mikroabszesse in
sämtlichen parenchymatösen Organen.
Pathogenese
von „Plastikinfektionen"
Die Pathogenese von Plastikinfektionen durch Staphylokokken ist
offensichtlich ein sehr komplexes
Geschehen. Einige bedeutsame
Pathomechanismen sind jedoch bereits aufgeklärt. Die meisten Untersuchungen wurden zwar bisher an
koagulasenegativen Staphylokokken
durchgeführt, es lassen sich aber ohne weiteres Analogien auch zu Staphylococcus aureus herstellen.
Wir konnten zunächst aufgrund
morphologischer Untersuchungen
mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie zeigen, daß die Adhäsion
von Staphylokokken an Polymeroberflächen einen für die später entstehende Infektion grundlegenden
Prozeß darstellt (6 bis 8). Staphylokokken sind in der Lage, an die Oberfläche verschiedener medizinisch verwendbarer Polymere irreversibel zu
adhärieren, dort zu wachsen und zunächst Mikrokolonien auszubilden
(Abbildung 1). Im weiteren Verlauf
kommt es zur Bildung einer zunächst
einschichtigen, dann mehrschichtigen Staphylokokkenzellage auf der
Polymeroberfläche.
Während dieser Oberflächenbesiedelung produzieren die Staphylokokken dann eine extrazelluläre
Schleimsubstanz, von der sie immer
mehr eingescheidet und schließlich
völlig einzementiert werden (Abbildung 2). Dadurch entsteht auf der
besiedelten oder infizierten Polymeroberfläche eine zum Teil sehr
dicke (bis zu 160 .t.tn) Matrix aus extrazellulärer Schleimsubstanz mit
eingeschlossenen Staphylokokken.
Wir konnten dieses Phänomen
sowohl in In-vitro-Untersuchungen
als auch an Patientenmaterialien beobachten (Abbildungen 3 und 4). Es
ist natürlich nicht auszuschließen,
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Abbildung 2: Mehrschichtige Zellage von Staphylococcus epidermidis in einer Matrix
aus extrazellulärer Schleimsubstanz (In-vitro-Infektion, nach 24stündiger Inkubation in
PBS; rasterelektronenmikroskopische Aufnahme: Peters, Locci, Pulverer)
daß bei den kompakten Auflagerungen, die bei Patientenmaterialien
beobachtet werden können, neben
der extrazellulären Schleimsubstanz
der Staphylokokken auch Wirtsprodukte beteiligt sind. Schon mit diesen rein morphologischen Befunden
könnten einige klinische Charakteristika, wie das Versagen von Wirtsabwehr und Chemotherapie, erklärt
werden.
Die Mechanismen, die die Adhäsion der Staphylokokkenzelle an
die Polymeroberfläche vermitteln,
müssen sehr vielgestaltig sein. Hydrophobe Interaktionen sowie elektrostatische Kräfte, aber auch adhäsinähnliche Bindungen werden diskutiert, ihre jeweilige Bedeutung
konnte auch in In-vitro-Untersuchungen schon gezeigt werden (5, 9,
11). Die Schwierigkeit liegt darin,
daß die Oberfläche sowohl der Bakterien als auch der Polymere unterschiedlich ist und sich zudem, je
nach Milieu, zum Teil stark in ihren
Eigenschaften verändern kann. Eine
endgültige Klärung der In-vivo-Adhäsionsmechanismen ist daher noch
völlig offen.
Eine wesentliche pathogene Bedeutung hat die extrazelluläre
Schleimsubstanz (1, 5, 9). Wir ken-
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nen bis heute die exakte chemische
Struktur nicht. Fest steht, daß es
keine echte Kapsel ist. Die Substanz
ist wasserlöslich und daher zum großen Teil von den Zellen durch
Waschvorgänge ablösbar. Aufgrund
verschiedener Befunde müssen wir
annehmen, daß es sich um ein komplexes Glykokonjugat handelt. Diese Schleimsubstanz wird von den
meisten Vertretern der Staphylococcus-epidermidis-Gruppe innerhalb
der koagulasenegativen Staphylokokken produziert. Man muß also
davon ausgehen, daß die meisten auf
der menschlichen Haut und Schleimhaut vorkommenden koagulasenegativen Staphylokokken dazu in der
Lage sind.
Einige biologische Eigenschaften der extrazellulären Schleimsubstanz sind bereits bekannt (Tabelle).
Einmal sind sie wohl für den Zusammenhalt zwischen den Staphylokokkenzellen auf einer Oberfläche verantwortlich und bewirken so die Bildung von zusammenhängenden
Zellverbänden auf einer Oberfläche.
Ob sie oder Einzelkomponenten von
ihr für die Adhärenz an eukaryonte
Zellen und Polymeroberflächen mitverantwortlich sind, ist bis heute
nicht geklärt.
Ein biologisch hochinteressantes Phänomen ist die dosis- und zeitabhängige Hemmung der Proliferation von humanen peripheren, mononukleären Zellen (überwiegend
T-Lymphozyten) (2). Der genaue
Mechanismus ist ungeklärt, ebenso
wie der Befund, daß die nicht während der Blastogenese eliminierten
Zellen zwar T-Lymphozyten-Charakter haben, sich aber überwiegend
nicht nach T4- und T8-Zellen charakterisieren lassen. Wie die T-ZellProliferation ist auch die B-Zell-Proliferation in einer Dosis-Wirk-Beziehung gehemmt, parallel dazu kommt
es zu einer deutlichen Reduktion der
Immunglobulinsynthese.
Die extrazelluläre Schleimsubstanz wirkt auf Granulozyten selbst
als Chemotaxin, hemmt aber die
Granulozyten, auf andere Chemotaxine zu reagieren, wenn sie mit dieser Schleimsubstanz vorinkubiert
werden (4). Ebenfalls nach Vorinkubation kommt es zu einer dosisabhängigen Degranulation, vor allem
der spezifischen Granula mit Freisetzung von Laktoferrin. Generell
wird die Opsonophagozytose-Fähigkeit von Granulozyten durch die extrazelluläre Schleimsubstanz massiv
behindert. Dies kommt besonders
im Testsystem der Oberflächenphagozytose zum Ausdruck, bei der die
Staphylokokken nach Wachstum auf
einer Polymeroberfläche den Granulozyten ausgesetzt werden (4).
Dieses Testsystem kommt der Plastikinfektion in vivo sicherlich am
nächsten.
Nach heutigem Kenntnisstand
ist die Opsonophagozytose der entscheidende Wirtsabwehrmechanismus gegen Staphylokokken. Die
massive Interferenz (in vitro) der extrazellulären Schleimsubstanz mit
Granulozytenfunktionen beziehungsweise Opsonophagozytoseabläufen könnte deshalb die Persistenz
von Plastikinfektionen durch das
„Versagen" der Wirtsabwehr erklären. Von Bedeutung ist möglicherweise auch die Hemmung der Bildung von spezifischen Antikörpern
durch die Beeinträchtigung der BZell-Proliferation beziehungsweise
-funktion. Der antiphagozytäre Effekt der extrazellulären Schleimsubstanz konnte schon in vivo im Mäu-
Abbildung 3: Kompakte Matrix auf der inneren Oberfläche eines Polyäthylenvenenkatheters (von Patienten mit gesicherter Staphylococcus-epidermidis-Kathetersepsis; rasterelektronenmikroskopische Aufnahme: Peters, Locci, Pulverer)
Abbildung 4: Wie Abbildung 3, mit sichtbaren Staphylokokkenzellen im Randbezirk der
Schleimmatrix (rasterelektronenmilcroskopische Aufnahme: Peters, Locci, Pulverer)
se-Infektionsmodell nachgewiesen
werden (9). Die Matrix aus extrazellulärer Schleimsubstanz hat wohl
auch einen protektiven Effekt in
Richtung Chemotherapeutika.
Schon rein mechanisch erscheint es
nicht möglich, daß Antibiotika
durch die ganze Länge einer bis zu
160 p,m dicken Schicht penetrieren
können. Erst kürzlich konnten wir
nachweisen, daß auch auf Einzelzellniveau bestimmte Antibiotika nicht
in der Lage sind, in Staphylokokkenzellen mit einer Schleimauflage
zu penetrieren beziehungsweise aufgenommen zu werden (9).
Dt. Ärztebl. 85, Heft 6, 11. Februar 1988 (45)
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F R SIE REFERIERT
Die Fähigkeiten zur Adhäsion
an Polymeroberflächen und zur Produktion einer extrazellulären
Schleimsubstanz sind daher wohl
entscheidende pathogenetische Eigenschaften von Staphylokokken,
die zumindest einen Teil der klinischen Phänomene bei einer solchen
Infektion erklären können.
Klinisch-praktische
Konsequenzen
Die volle klinische Bedeutung
der Staphylokokken, insbesondere
der koagulasenegativen Staphylokokken, für Plastikinfektionen ist
noch nicht umfassend geklärt. Es
steht zu erwarten, daß sich möglicherweise noch weitere klinische
Phänomene, verbunden mit Plastikfremdkörpern, als Infektion mit Staphylokokken herausstellen, wie etwa die Lockerung von Gelenkprothesen und die Kapselfibrose bei der
Brustprothese. Auch die Pathogenese der schon klinisch gesicherten
Plastikinfektion durch Staphylokokken ist noch nicht ausreichend geklärt. Dennoch lassen sich schon
jetzt einige wichtige Konsequenzen
für die klinische Routine ziehen.
Die Indikation zur Verwendung
von Plastikfremdkörpern in der Implantationschirurgie sowie von intravasalen Kathetern sollte jeweils sehr
sorgfältig gestellt werden. Insbesondere sollte die Verwendung von peripheren und zentralen Venenkathetern auf das unbedingt nötige Maß
beschränkt werden. Die Implantation eines Plastikfremdkörpers muß
unter optimalen aseptischen Kautelen durchgeführt werden. Auch das
Anlegen eines Venenkatheters sollte
unter den Asepsisbedingungen eines
chirurgischen Eingriffes erfolgen.
Venenkatheter, die in Notsituationen gelegt wurden, sollten spätestens nach zwölf Stunden gewechselt
werden.
Die in wenigen, definierten Fällen indizierte und korrekt mit staphylokokkenwirksamen Präparaten
durchgeführte perioperative Antibiotika-Prophylaxe ist möglicherweise in der Lage, Frühinfektionen
während des chirurgischen EingrifA-290
fes zu verhindern. Mögliche hämatogene Spätinfektionen werden hiervon natürlich nicht berührt. Eine
kurzzeitige prophylaktische Antibiotikagabe muß auch bei bestimmten
Eingriffen erwogen werden, wenn
der Patient Schrittmacherträger ist
oder eine Herzklappenprothese besitzt.
Wenn es zu einer nachweislichen Infektion eines Plastikimplantates oder eines intravasalen Katheters durch Staphylokokken gekommen ist, ist zwar ein konservativer
Therapieversuch mit staphylokokkenwirksamen Antibiotika gerechtfertigt. Falls dies jedoch nicht in adäquater Zeit zum Erfolg führt, muß
rechtzeitig die klinische Indikation
zur kompromißlosen Entfernung des
infizierten Plastikimplantates gestellt werden. Eine adjuvante Antibiotikatherapie ist natürlich bei allen
septischen Zuständen zwingend erforderlich. Chirurgische Eingriffe
zur Entfernung des infizierten Materials sollten während der laufenden
antibakteriellen Chemotherapie
durchgeführt werden, wie zum Beispiel bei Revision von Liquorableitungssystemen und Herzklappen.
Solche Operationen sollten, wenn
möglich, zweizeitig durchgeführt
werden, sonst besteht die Gefahr,
daß auch das neu implantierte Material sofort infiziert wird.
Die in Klammern gesetzten Ziffern beziehen sich auf das Literaturverzeichnis im
Sonderdruck, zu beziehen über die Verfasser.
Anschrift des Verfassers:
Professor Dr. med. Georg Peters
Hygiene-Institut
der Universität zu Köln
Goldenfelsstraße 21
5000 Köln 41
(46) Dt. Ärztebl. 85, Heft 6, 11. Februar 1988
Pfefferwirkung
auf die
Magenschleimhaut
In vielen Diätempfehlungen von
Magenpatienten werden Gewürze
verboten, da sie die Magenschleimhaut irritieren würden. Prospektive
Untersuchungen über die Mucosaschädigung liegen jedoch nicht vor.
Von deutschen Autoren wurde vor
rund zehn Jahren gezeigt, daß Pfeffer die Magensekretion nur minimal
stimuliert. Die Autoren gaben in einer Doppelblindstudie Probanden
eine Testmahlzeit mit 0,1-1,5 g rotem oder 1,5 g schwarzem Pfeffer.
Als positive bzw. negative Kontrolle
galt die Gabe von 655 mg Aspirin
beziehungsweise destilliertem Wasser. Nach Gabe der Testmahlzeit
wurden Magenspülungen vorgenommen und das Aspirat auf DNA, Pepsin, Blut, Natrium, Kalium, HC1
und Bicarbonat untersucht.
Beide Pfeffersorten führten zu
einem signifikanten Anstieg der Parietalzell- und Pepsinsekretion sowie
zu einem Kaliumverlust. Ferner
konnte ein dosisabhängiger Zellverlust für roten Pfeffer nachgewiesen
werden. Schleimhautmikroblutungen wurden, vergleichbar den Aspirinläsionen, bei beiden Gewürzen
gesehen, in einem Fall kam es zu einer Makroblutung.
Unklar ist bislang noch, ob eine
Langzeiteinnahme scharfer Gewürze schädlich, ohne klinische Bedeutung oder sogar günstig ist, da es zu
einer adaptiven Zytoprotektion
kommen könnte. Bei bestehenden
Magenbeschwerden ist es sicher ratsam, auf scharf gewürzte Speisen zu
verzichten, da erosive Schleimhautdefekte möglicherweise verstärkt
werden.
Myers, B. M., J. L. Smith, D. Y. Graham:
Effect of red pepper and black pepper an
the stomach. Am. J. Gastroenterol. 82:
211-214, 1987
VA Medical Center, Building I, Room 612
(111D9, 20002 Holcombe Boulevard
Houston, TX 77211