interaktiv Biologie: Allgemeine Biologie Ebola – Vorbote neuer

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interaktiv
Biologie:
Allgemeine Biologie
Ebola – Vorbote neuer Seuchen?
19 22 19
Sekundarstufen I und II
Sachinformation
Berichte über seuchenhafte Viruserkrankungen haben
längst ihren Weg aus medizinischen und mikrobiologischen
Fachzeitschriften in die öffentlichen Medien und die
Tagespresse gefunden. Killerviren, mysteriöse Todesfälle
und eine sich ausbreitende Seuche in den betroffenen
Ländern rufen Schlagzeile hervor. Selbst als Horrorszenario
für Filmvorlagen wurden sie längst entdeckt.
Fatalerweise ist der Grund für solche Nachrichten nicht
allein in unserer gesteigerten Sensationslust zu suchen.
Ausbruch und Verbreitung dieser neuen Viruserkrankungen
beruhen auf schwer wiegenden Eingriffen in den
Naturhaushalt der Erde und hängen direkt und indirekt
sogar von der „verbesserten“ medizinischen Betreuung in
den Ursprungsländern bzw. dem weltweit zunehmenden
Reiseverkehr ab. Als ein Beispiel einer solchen neuen
Viruserkrankung ist hier das Ebola-Virus vorgestellt.
Das Ebola-Virus
Im Jahr 1976 brach im Grenzbereich von Sudan und
Zaire eine den Ärzten unbekannte Seuche aus. Der
Ursprung der Infektion ließ sich auf das Krankenhaus von
Yambuku am Ebola-Fluss zurückverfolgen. Dort hatte man
einen Patienten wegen Verdacht auf Malaria mit ChininInjektionen behandelt. Der Mangel an Injektionsspritzen und
die unzureichende Sterilisation der Instrumente – das
Hospital verfügte nur über fünf Spritzen! – führte rasch zur
Ansteckung weiterer Menschen. Von 318 infizierten Personen starben innerhalb kürzester Zeit 280. So makaber es
auch klingen mag, gerade der schnelle Tod der Patienten
verhinderte zunächst die weitere Ausbreitung der Krankheit.
Selbst Experten waren sich anfangs nicht klar darüber, um
welches Virus es sich handelte. Erst nach genauen
Analysen von Gewebeproben konnte das Ebola-Virus
eindeutig als Verursacher identifiziert werden. Mit einer
Länge von etwa 1 μm (ein Tausendstel Millimeter) gehört es
zu den größten fadenförmigen Viren.
Nach weiteren lokalen Ausbrüchen der Krankheit in den
Jahren 1980, 1982 und in jüngster Zeit (1995 in Zaire)
rückten das Ebola-Virus und ähnliche hämorrhagische
Viren ins Zentrum des medizinischen Interesses.
Das Ebola-Virus führt mit einer 90%igen Sicherheit zum
Tod. Es befällt sämtliche Körperzellen und vermehrt sich
explosionsartig. Die Patienten leiden unter hohem Fieber,
erbrechen Galle und Blut, es kommt zu starken äußeren
und inneren Blutungen (Hämorrhagien), und die Leber wird
zerstört. Der Körper ist nicht mehr in der Lage,
Blutgerinnungsfaktoren zu bilden; die Patienten sterben an
den Blutungen oder an Organversagen innerhalb weniger
Tage. Da die Inkubationszeit mit nur drei Tagen äußerst
kurz ist, hat ein Infizierter kaum Überlebenschancen.
Ebola-Viren werden durch Körperflüssigkeiten wie Blut,
Speichel und Sperma übertragen. Damit erklärt sich die
Ansteckung des Pflegepersonals in den Hospitälern, das
mit dem Blut der Patienten in Berührung gekommen ist.
Wie alle Viren ist auch Ebola nicht zu eigenständigem
Leben und zur Vermehrung befähigt. Es ist auf Körperzellen
eines Wirtes angewiesen. Die wiederholten Ausbrüche der
Seuche deuten darauf hin, dass ein Virusträger (Wirt oder
Vektor) das Virus in sich trägt, ohne selbst zu erkranken.
Während die Wirte anderer hämorrhagischer Viren zumeist
bekannt sind, tappt man beim Ebola-Virus noch im Dunkeln.
Experten gehen davon aus, dass dieser bislang unbekannte
Wirt das Virus beim Kontakt mit Menschen überträgt.
Hämorrhagische Viren
Hämorrhagisch bedeutet „zu Blutungen führend“.
Hämorrhagische Viren sind solche, die lebensgefährliche,
starke innere Blutungen mit einer Zerstörung der Leber
verursachen.
Die Gruppe der hämorrhagischen Viren wird nicht
systematisch, sondern medizinisch bestimmt. Zu ihnen
gehören vier Virusfamilien, deren Vertreter entsprechende
Symptome (Blutungen) auslösen:
Flaviviriden:
z. B. Gelbfieber, Dengue-Fieber
Bunyaviriden:
z. B. Rift-Valley-Fieber,
Hantavirus Lungensyndrom
Arenaviriden:
z. B. Lassa-, Venezuela-, ArgentinienFieber
Filoviriden:
Marburg-, Ebola-Krankheit
Obwohl sich die Symptome der Seuchen im Einzelnen
unterscheiden, gehen alle mit extrem hohem Fieber einher.
In den meisten Fällen treten als Folgeerscheinungen innere
und äußere Blutungen auf. Zu äußeren Blutungen zählen
lokale Hautblutungen durch geplatzte Gefäße, die durch
tote Blutzellen verstopft werden (Petechien), und flächige
Hautblutungen (Ecchymosen). Im Endstadium werden die
inneren Organe geschädigt und versagen.
Als
Überträger
fungieren
verschiedene
Tiere
unterschiedlicher systematischer Gruppen. Sie alle tragen
die Viren in sich, bilden auch Antikörper gegen sie aus, werden aber selbst nicht krank und scheiden lebenslang infektiöse Keime aus. Stechmücken sind für den Ausbruch
des Rift-Valley-Fiebers (Phleboviren, Familie der
Bunyaviriden) verantwortlich. Die übrigen hämorrhagischen
Viren werden vorwiegend von Nagetieren übertragen, die
diese über Kot oder Urin ausscheiden. So brach das
Venezuela-Fieber (Arenaviren, Fam. Arenaviriden) aus, als
Landarbeiter bei Rodungsarbeiten Staub von getrocknetem
Kot von Baumwollratten (Sigmodon alstoni) einatmeten.
Das Argentinien-Fieber (Arenaviren) geht auf Mäuse
(Callomys musculinus, C. laucha) zurück, die sich in
Maiskulturen stark vermehren konnten.
Im Jahr 1967 trugen Grüne Meerkatzen, die als Versuchstiere aus Uganda in die Bundesrepublik eingeführt
wurden, die Filoviren des Marburg-Fiebers in sich. An der
Infektion starben 7 der 25 betroffenen Kontaktpersonen Alle
hämorrhagischen Viren sind von einer Hülle aus
Lipoproteinen umgeben, die außen mit spezifischen
Hüllproteinen besetzt ist. Das genetische Material liegt in
Form von einsträngiger RNA vor. Diese wird innerhalb der
Wirtszelle von viruseigenen Enzymen, den RNAPolymerasen, kopiert bzw. in einen komplementären Strang
überführt. Die Kopien tragen die genetische Information des
Viruspartikels, der komplementäre Strang dient als
messenger-RNA für die Proteine der Hülle und die
Virusenzyme.
Ein Problem ist die Anpassungsfähigkeit dieser Viren. Da
bei den RNA-Kopien durch die RNA-Polymerasen
regelmäßig Lesefehler auftreten (bei DNA-Kopien durch
DNA-Polymerasen ist die Fehlerhäufigkeit geringer, bzw.
Fehler werden nachträglich in gewissem Rahmen
korrigiert), entstehen stets neue Viren mit abweichenden
Eigenschaften. Hinzu kommt, dass bei den Arenaviriden die
1
RNA in zwei, bei den Bunyaviriden in drei Segmenten
vorliegt, die bei der Vermehrung innerhalb einer Wirtszelle
neu kombiniert werden und damit die Variationsbreite
zusätzlich
erhöhen.
Auf
diese
Weise
mutieren
hämorrhagische Viren immer wieder zu neuen, gefährlichen
Varianten.
Neben der direkten Wirkung auf Körperzellen (z. B. bei
Gelb-, Rift-Valley-, Ebola- und Marburg-Fieber) greifen die
Arenaviriden das Immunsystem des Körpers an und
schwächen die natürlichen Abwehrkräfte.
Hämorrhagische Viren als neue Seuchen
Seuchen sind so alt wie die Menschheitsgeschichte.
Immer wieder brachen lokale Epidemien aus, die je nach
Schwere des Krankheitsverlaufes Teile der Bevölkerung
dahinrafften. Naturvölker ohne genaue Kenntnisse von
Infektionsweg, medizinischer Prävention und Therapie
verhielten sich in der Regel angemessen. Sie schlossen die
Kranken von den Dorfgemeinschaften aus und überließen
sie sich selbst. Auf diese Weise blieben die Erreger
räumlich isoliert, und die Gefahr der Ausbreitung wurde
reduziert.
Seltener waren Pandemien, das sind Seuchen, die sich
über weite Landstriche bzw. sogar weltweit ausdehnten.
Das wohl bekannteste Beispiel für eine solche Pandemie ist
die Pest, deren Erreger – die Bakterien Pasteurella pestis –
über Ratten als Wirte verbreitet wurden. Im mittelalterlichen
Europa fielen Millionen Menschen dieser Seuche zum
Opfer.
In der heutigen Zeit schienen diese „Geißeln der
Menschheit“ dank moderner medizinischer Prävention und
Therapie ausgerottet oder unter Kontrolle zu sein. Wieso
stellen die neuen Seuchen dennoch eine Gefahr dar?
Die Gründe sind einerseits in den tief greifenden
ökologischen Veränderungen, insbesondere in den Tropen,
zu suchen. So werden beispielsweise Wälder großflächig
gerodet und in Kulturland mit einer oder aber wenigen
verschiedenen Arten von Nutzpflanzen umgewandelt. Dort
finden angepasste Nagetiere gute Existenzbedingungen,
vermehren sich und können, sofern sie Virusträger sind,
den Menschen infizieren. Die oben geschilderten
Infektionswege (Kontakt mit Kot und Urin) machen es den
Viren leicht, auf neue Wirte überzugehen.
Der zweite Grund ist in der oft unzureichenden
medizinischen Ausstattung lokaler Hospitäler zu suchen.
Seuchenkranke werden oft nicht als solche identifiziert,
daher nur selten rechtzeitig isoliert und kommen zur
Behandlung auf normale, ungesicherte Stationen. Nicht
oder ungenügend sterilisierte Bestecke sowie direkter,
ungesicherter Körperkontakt zwischen Pflegepersonal und
Kranken sorgen dann für die rasche Ausbreitung der
Seuche.
Der dritte Grund, warum sich lokale Epidemien zu
weltweiten Pandemien ausweiten könnten, sind die
modernen Transport- und Reisewege. Starben die Kranken
früher oftmals bereits auf dem Transport, so reist ein
Infizierter heute innerhalb weniger Stunden von einem
Kontinent zum anderen. Ehe die Krankheit ausbricht und
erkannt wird, kann er bereits zahlreiche weitere Menschen
infiziert haben.
Medikamente (Impfstoffe) gegen die Seuchen existieren
bisher nur für das Gelbfieber- und das Rift-Valley-Virus.
Einzig der konsequente Schutz des Pflegepersonals
(Mundschutz, Schutzkleidung, sterile Umgebung) sowie
strenge Quarantäne der Kranken können eine Epidemie
eindämmen.
Didaktisch-methodische Hinweise
Seit etwa 20 Jahren ist das Ebola-Virus, an dem im
Grenzgebiet von Sudan und Zaire zahlreiche Menschen
erkrankten, bekannt. Sein Name leitet sich vom Fluss Ebola
ab, an dem das Krankenhaus mit den erkrankten Menschen
lag. Die Seuche, deren Erreger zunächst nicht identifiziert
werden konnten, breitete sich so rasch aus, dass innerhalb
kürzester Zeit von 318 infizierten Personen 280 starben.
Seit 1995 liefert die seuchenhafte Viruserkrankung aus
Afrika nicht nur medizinischen Fachzeitschriften, sondern
auch den öffentlichen Medien wieder Schlagzeilen. Die
Weltgesundheitsorganisation (WHO) befürchtete eine
schnelle Ausbreitung der tödlichen Ebola-Krankheit.
Derartige Berichte in den Medien können als Einstieg in die
Thematik gelten.
Mit Hilfe der interaktiven Tafelbilder können Schülerinnen
und Schüler erarbeiten, warum das Ebola-Virus wieder neu
aufgetaucht ist und warum es sich verbreiten konnte bzw.
möglicherweise können wird. Dabei steht das Ebola-Virus
als ein Beispiel für viele andere lebensgefährliche Viren, die
zum Teil aus dem Urwald kommen und neue Krankheiten
auslösen. Das Arbeitsblatt zeigt beispielhaft eine Auswahl
von Viren, die uns gefährlich werden können, wo sie
vorkommen und welche Gebiete besonders betroffen sind.
Kopiervorlage
Arbeitsblatt: Eine Welt voller Viren
Lösungen:
Zu 1:
Nordamerika: AIDS, Hepatitis B, Hanta-Virus;
Mittelamerika: Darminfektionen, HIV, Hepatitis A + B,
Dengue-Fieber;
Tropisches Südamerika: Darminfektionen, AIDS, Hepatitis
A + B, Dengue-Fieber, Gelbfieber, Machupo;
Subtropisches Südamerika: Darminfektionen, Hepatitis A,
AIDS, Junin-Virus;
Osteuropa und ehemalige UdSSR: Darminfektionen,
Hepatitis A, Hanta-Virus;
Karibik:
Darminfektionen, HIV, Hepatitis A + B, Dengue-Fieber;
Westafrika: Darminfektionen, HIV, Hepatitis A + B, Gelbfieber, Rift-Valley;
Zentral- und Ostafrika: Darminfektionen, AIDS, Hepatitis A
+ B, Gelbfieber, Ebola-Virus;
Nordafrika: Darminfektionen, AIDS, Hepatitis A + B;
Südliches Afrika: Darminfektionen, AIDS, Hepatitis A + B;
Westeuropa: AIDS, Hepatitis A + B;
Naher Osten: Darminfektionen, Hepatitis A + B;
Indischer Subkontinent: Darminfektionen, AIDS, Hepatitis
A + B, Tollwut, Dengue-Fieber, Hanta-Virus;
Ostasien:
Darminfektionen, Hepatitis A + B, DengueFieber, Lassa-Fieber;
Südostasien: Darminfektionen, AIDS, Hepatitis A + B,
Dengue-Fieber, Hanta-Virus;
Australien und Südpazifik: Darminfektionen, AIDS,
Hepatitis A + B, Dengue-Fieber.
Einige Ergänzungen zu den noch nicht besprochenen
Viren: Rift-Valley-Fieber: Das verzweigte Virus wird durch
Blut saugende Stechmücken (Moskitos) übertragen. Symptome sind hohes Fieber, innere und äußere Blutungen, die
zum Tod führen können. Dengue-Fieber: Übertragung des
Virus durch Moskitos, Symptome sind Fieber, Muskel- und
Gelenkschmerzen, Hautausschlag, selten Tod durch
Organversagen; Gelbfieber: Übertragung der Viren durch
Moskitos,
Symptome
sind
Fieber,
Kreuzund
Muskelschmerzen,
Erbrechen,
Schleimhautblutungen,
Nierenversagen, Gelbsucht, Störungen des Nervensystems,
kann zum Tod führen (20-50% der Erkrankten).
Z u 2a): Besonders betroffen sind folgende Gebiete:
- Zentral- und Ostafrika (Zaire, Uganda, Kenia, Tansania)
- Westafrika (Elfenbeinküste, Liberia)
- Indischer Subkontinent (Vorderindien, Hindustan,
Himalaya-Region)
- Südostasien (u. a. Philippinen)
- Mittelamerika (u. a. Mexiko, Guatemala)
- Tropisches Südamerika (u. a. Brasilien, Bolivien, Paraguay, Argentinien)
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Überwiegend handelt es sich um die großen Hungerund Armengebiete der Erde mit Überbevölkerung und
Elendsunterkünften, fehlender Hygiene, Arbeitslosigkeit,
Verwahrlosung und medizinisch völlig unzureichender
Versorgung der Menschen.
Zu 2b): Ausreichende Ernährung, menschenwürdige
Unterbringung, Verbesserung der Hygienebedingungen,
bessere medizinische Versorgung, bessere Arbeitsbedingungen, Schutz vor Insekten als Krankheitsüberträger, bessere Kleidung, kein ungeschützter Geschlechtsverkehr, aktive und passive Immunisierung durch Impfungen, Entwicklungshilfe (personell und vor allem
finanziell).
Impfungen sind nur bei Folgenden der aufgeführten
Viren möglich: Hepatitis A und B, Tollwut, Rift-Valley und
Gelbfieber.
Inhalt der interaktiven Tafelbilder
Die instruktiven Fotos und Grafiken, die sich um die
Ebola-Viren (Mitte) gruppieren, verdeutlichen bzw. symbolisieren die möglichen Ursachen und Verbreitungswege der
meist tödlich verlaufenden Ebola-Seuche:
Tafelbild 01: Das Mikrofoto zeigt das eng mit dem
Marburg-Virus (in Deutschland aufgetretenes Virus)
verwandte Ebola-Virus als bekanntes Beispiel für
hämorrhagische Viren. Mit einer Länge von etwa 1 μm
gehört das Ebola-Virus zu den größten fadenförmigen
Viren.
Tafelbild 02: links oben: Das Foto zeigt beispielhaft die
Lebensumstände in einem afrikanischen Dorf. Die Gründe,
warum sich das Ebola-Virus und andere „neue“ Viren
plötzlich ausbreiten können, liegen zum einen in den tief
greifenden ökologischen Veränderungen, insbesondere in
den Tropen. Wälder werden großflächig gerodet und in
Kulturland umgewandelt. Der Mensch dringt in ehemaliges
Urwaldgebiet vor, Virusträger kommen mit ihm in Kontakt
und können ihn infizieren. Zudem hat sich die soziale
Lebensweise in früher einsam gelegenen Regenwalddörfern sehr verändert. Erkrankte ein Mitbewohner an einer
solchen Virusinfektion, wurde er in einer isoliert gelegenen
Hütte gepflegt und hatte praktisch keinen Kontakt zur
Dorfbevölkerung. Die Krankheit konnte sich kaum
ausbreiten.
Rechts oben: Durch das Vordringen der Zivilisation in
die Wälder bleibt ein Infizierter nicht mehr in seinem Dorf,
sondern geht in ein Krankenhaus. Seuchenkranke werden
oft nicht als solche identifiziert, daher nur selten rechtzeitig
isoliert. Nicht oder ungenügend sterilisierte Bestecke, sowie
direkter,
ungeschützter
Körperkontakt
zwischen
Pflegepersonal und Kranken sorgen dann für die rasche
Ausbreitung der Seuche.
Unten: Hinzu kommen die modernen Transportwege
und Ballungsräume. Starben die Kranken früher häufig
bereits auf dem Transport zum nächsten Arzt, so reist ein
Infizierter heute innerhalb weniger Stunden in die nächste
Großstadt bzw. von einem Kontinent zum anderen. Ehe die
Krankheit ausbricht und erkannt wird, kann er bereits
zahlreiche weitere Menschen infiziert haben.
Tafelbild 03: Eine Welt voller Viren (siehe auch Arbeitsblatt)
Autoren:
Grafik:
Fotos:
Dr. habil. W. Hensel, Prof. Dr. F. Rüther
Rüdiger Sternal
dpa, Gundula Eichberg, Essen
Fachklinik Rhein/Ruhr, Essen
mtu, München
ZEFA, Düsseldorf
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