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15.2: Verfolgung von Infektionskrankheiten - Biologie

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Fähigkeiten zu entwickeln

  • Erläutern Sie die Forschungsansätze der Pioniere der Epidemiologie
  • Erklären Sie, wie deskriptive, analytische und experimentelle epidemiologische Studien die Ursachen von Morbidität und Mortalität bestimmen

Die Epidemiologie hat ihre Wurzeln in der Arbeit von Ärzten, die nach Mustern beim Auftreten von Krankheiten suchten, um zu verstehen, wie man sie verhindern kann. Die Idee, dass Krankheiten übertragen werden könnten, war ein wichtiger Vorläufer, um einige der Muster zu verstehen. 1546 schlug Girolamo Fracastoro in seinem Essay erstmals die Keimtheorie der Krankheit vor De Contagione et Contagiosis Morbis, aber diese Theorie stand viele Jahre lang in Konkurrenz zu anderen Theorien, wie der Miasma-Hypothese (siehe Was unsere Vorfahren wussten). Unsicherheit über die Krankheitsursache war kein absolutes Hindernis, um nützliche Erkenntnisse aus Krankheitsmustern zu gewinnen. Einige bedeutende Forscher, wie Florence Nightingale, haben sich der Miasma-Hypothese angeschlossen. Der Übergang zur Akzeptanz der Keimtheorie im 19. Jahrhundert lieferte eine solide mechanistische Grundlage für das Studium von Krankheitsbildern. Die Studien von Ärzten und Forschern des 19. Jahrhunderts wie John Snow, Florence Nightingale, Ignaz Semmelweis, Joseph Lister, Robert Koch, Louis Pasteur und anderen legten die Saat der modernen Epidemiologie.

Pioniere der Epidemiologie

John Snow (Abbildung (PageIndex{1})) war ein britischer Arzt, der als Vater der Epidemiologie für die Ermittlung der Quelle der Cholera-Epidemie an der Broad Street von 1854 in London bekannt war. Basierend auf Beobachtungen, die er während eines früheren Cholera-Ausbruchs (1848–1849) gemacht hatte, schlug Snow vor, dass die Cholera über einen fäkal-oralen Übertragungsweg verbreitet wird und dass eine Mikrobe der Infektionserreger ist. Er untersuchte die Cholera-Epidemie von 1854 auf zwei Arten. Zuerst vermutete Snow, dass kontaminiertes Wasser die Quelle der Epidemie war, und identifizierte die Wasserquelle für die Infizierten. Er fand eine hohe Häufigkeit von Cholera-Fällen bei Personen, die ihr Wasser aus der Themse flussabwärts von London bezogen. Dieses Wasser enthielt den Müll und das Abwasser aus London und den flussaufwärts gelegenen Siedlungen. Er stellte auch fest, dass Brauereiarbeiter nicht an Cholera erkrankten, und stellte bei einer Untersuchung fest, dass die Eigentümer den Arbeitern Bier zum Trinken zur Verfügung stellten und erklärten, dass sie wahrscheinlich kein Wasser tranken.1 Zweitens kartierte er auch sorgfältig das Auftreten von Cholera und fand eine hohe Häufigkeit bei den Personen, die eine bestimmte Wasserpumpe in der Broad Street benutzten. Als Reaktion auf Snows Rat entfernten örtliche Beamte den Griff der Pumpe,2 Dies führte zur Eindämmung der Cholera-Epidemie in der Broad Street.

Snows Arbeit stellt eine frühe epidemiologische Studie dar und führte zur ersten bekannten Reaktion der öffentlichen Gesundheit auf eine Epidemie. Die akribischen Fallverfolgungsmethoden von Snow sind heute gängige Praxis, um Krankheitsausbrüche zu untersuchen und neue Krankheiten mit ihren Ursachen in Verbindung zu bringen. Seine Arbeit beleuchtet außerdem unhygienische Abwasserpraktiken und die Auswirkungen der Mülldeponierung in der Themse. Darüber hinaus unterstützte seine Arbeit die Keimtheorie der Krankheit, die argumentierte, dass Krankheiten durch kontaminierte Gegenstände, einschließlich mit Fäkalien kontaminiertem Wasser, übertragen werden könnten.

Snows Arbeit veranschaulichte, was heute als gemeinsame Quelle für Infektionskrankheiten bezeichnet wird, bei der es eine einzige Quelle für alle infizierten Personen gibt. In diesem Fall war die einzige Quelle der kontaminierte Brunnen unterhalb der Broad Street-Pumpe. Zu den Arten der Ausbreitung mit gemeinsamer Quelle gehören die Punktausbreitung, die kontinuierliche Ausbreitung aus der gemeinsamen Quelle und die intermittierende Ausbreitung aus der gemeinsamen Quelle. Bei der Ausbreitung von Infektionskrankheiten durch Punktquellen wirkt die gemeinsame Quelle für einen kurzen Zeitraum – weniger als die Inkubationszeit des Erregers. Ein Beispiel für die Verbreitung von Punktquellen ist ein einzelner kontaminierter Kartoffelsalat bei einem Gruppenpicknick. Bei einer kontinuierlichen Verbreitung durch eine gemeinsame Quelle tritt die Infektion über einen längeren Zeitraum auf, länger als die Inkubationszeit. Ein Beispiel für eine kontinuierliche Verbreitung aus einer gemeinsamen Quelle wäre die Quelle von Londoner Wasser, das stromabwärts der Stadt entnommen wurde und das kontinuierlich mit Abwasser aus dem Flussaufwärts kontaminiert wurde. Schließlich treten bei einer intermittierenden Ausbreitung durch eine gemeinsame Quelle Infektionen für eine gewisse Zeit auf, hören auf und beginnen dann wieder von vorne. Dies kann bei Infektionen aus einem Brunnen beobachtet werden, der erst nach großen Regenfällen kontaminiert wurde und sich nach kurzer Zeit von der Kontamination befreit hat.

Im Gegensatz zur Verbreitung durch gewöhnliche Quellen erfolgt die propagierte Verbreitung durch direkten oder indirekten Kontakt von Mensch zu Mensch. Bei einer vermehrten Verbreitung gibt es keine einzige Infektionsquelle; jedes infizierte Individuum wird zu einer Quelle für eine oder mehrere Folgeinfektionen. Bei vermehrter Ausbreitung treten Infektionen über die Inkubationszeit hinaus auf, es sei denn, die Ausbreitung wird sofort gestoppt. Obwohl Punktquellen oft zu großflächigen, aber lokalisierten Ausbrüchen von kurzer Dauer führen, führt eine propagierte Ausbreitung in der Regel zu länger anhaltenden Ausbrüchen, die je nach Bevölkerung und Krankheit von klein bis groß variieren können (Abbildung (PageIndex{1}) ). Außerdem kann die Ausbreitung aufgrund der Übertragung von Mensch zu Mensch nicht einfach an einer einzigen Quelle wie der Punktquellen-Ausbreitung gestoppt werden.

Abbildung (PageIndex{1}): (a) John Snow (1813–1858), britischer Arzt und Vater der Epidemiologie. (b) Snows detaillierte Kartierung der Cholera-Inzidenz führte zur Entdeckung der kontaminierten Wasserpumpe in der Broad Street (rotes Quadrat), die für die Cholera-Epidemie von 1854 verantwortlich war. (Kredit a: Änderung der Arbeit von „Rsabbatini“/Wikimedia Commons)

Abbildung (PageIndex{2}): (a) Ausbrüche, die auf die Ausbreitung von Punktquellen zurückgeführt werden können, haben oft eine kurze Dauer. (b) Ausbrüche, die auf eine propagierte Ausbreitung zurückzuführen sind, können eine längere Dauer haben. (Kredit a, b: Änderung der Arbeit von Centers for Disease Control and Prevention)

Die Arbeit von Florence Nightingale ist ein weiteres Beispiel für eine frühe epidemiologische Studie. Im Jahr 1854 gehörte Nightingale zu einem Kontingent von Krankenschwestern, die vom britischen Militär entsandt wurden, um während des Krimkrieges verwundete Soldaten zu versorgen. Nightingale führte genaue Aufzeichnungen über die Ursachen von Krankheiten und Todesfällen während des Krieges. Ihre Aufzeichnungen waren eine grundlegende Aufgabe dessen, was später zur Wissenschaft der Epidemiologie werden sollte. Ihre Analyse der von ihr gesammelten Daten wurde 1858 veröffentlicht. In diesem Buch präsentierte sie monatliche Häufigkeitsdaten zu Todesursachen in einem Keildiagramm-Histogramm (Abbildung (PageIndex{3})). Diese für die damalige Zeit ungewöhnliche grafische Darstellung von Daten veranschaulichte eindrucksvoll, dass die überwiegende Mehrheit der Opfer während des Krieges nicht auf Wunden zurückzuführen war, die im Einsatz erlitten wurden, sondern auf vermeidbare Infektionskrankheiten, die Nightingale als vermeidbar ansah. Häufig traten diese Krankheiten aufgrund schlechter sanitärer Einrichtungen und des fehlenden Zugangs zu Krankenhauseinrichtungen auf. Die Erkenntnisse von Nightingale führten zu vielen Reformen im medizinischen Versorgungssystem des britischen Militärs.

Joseph Lister lieferte frühe epidemiologische Beweise, die zu guten Praktiken der öffentlichen Gesundheit in Kliniken und Krankenhäusern führten. Diese Einstellungen waren Mitte des 19. Jahrhunderts für tödliche Infektionen von Operationswunden berüchtigt, als die Keimtheorie der Krankheit noch nicht allgemein akzeptiert wurde (siehe Grundlagen der modernen Zelltheorie). Die meisten Ärzte haben sich zwischen den Patientenbesuchen nicht die Hände gewaschen oder ihre chirurgischen Instrumente gereinigt und sterilisiert. Lister entdeckte jedoch die desinfizierenden Eigenschaften von Karbolsäure, auch bekannt als Phenol (siehe Using Chemicals to Control Microorganisms). Er führte mehrere Desinfektionsprotokolle ein, die die postoperativen Infektionsraten drastisch senkten.3 Er verlangte, dass Chirurgen, die für ihn arbeiteten, eine 5%ige Karbolsäurelösung verwenden, um ihre chirurgischen Instrumente zwischen den Patienten zu reinigen, und ging sogar so weit, die Lösung während der Operationen auf Verbände und über die Operationsstelle zu sprühen (Abbildung (PageIndex{4 })). Er traf auch Vorkehrungen, um keine Infektionsquellen von seiner Haut oder Kleidung zu verursachen, indem er seinen Mantel auszog, die Ärmel hochkrempelte und sich vor und während der Operation die Hände in einer verdünnten Karbolsäurelösung wusch.

Abbildung (PageIndex{3}): (a) Florence Nightingale berichtete über die Daten, die sie als Krankenschwester im Krimkrieg gesammelt hatte. (b) Das Diagramm von Nightingale zeigt die Zahl der Todesopfer bei Soldaten nach Konfliktmonaten aus verschiedenen Gründen. Die Gesamtzahl der Toten in einem bestimmten Monat entspricht der Keilfläche für diesen Monat. Die farbigen Abschnitte des Keils stellen verschiedene Todesursachen dar: Wunden (rosa), vermeidbare Infektionskrankheiten (grau) und alle anderen Ursachen (braun).

Abbildung (PageIndex{4}): Joseph Lister initiierte die Verwendung einer Karbolsäure (Phenol) bei Operationen. Diese Illustration einer Operation zeigt einen unter Druck stehenden Karbolsäurekanister, der über die Operationsstelle gesprüht wird.

Besuchen Sie die Website für Die Geisterkarte, ein Buch über Snows Arbeit im Zusammenhang mit dem Ausbruch der Pumpcholera an der Broad Street.

John Snows eigener Bericht über seine Arbeit enthält zusätzliche Links und Informationen.

Diese CDC-Ressource bricht das von einem Point-Source-Ausbruch erwartete Muster weiter auf.

Erfahren Sie hier mehr über das Keildiagramm von Nightingale.

Übung (PageIndex{1})

  1. Erklären Sie den Unterschied zwischen der Verbreitung durch eine gemeinsame Quelle und der propagierten Verbreitung von Krankheiten.
  2. Beschreiben Sie, wie die Beobachtungen von John Snow, Florence Nightingale und Joseph Lister zu Verbesserungen der öffentlichen Gesundheit führten.

Arten epidemiologischer Studien

Heutzutage verwenden Epidemiologen Studiendesigns, die Art und Weise, wie Daten gesammelt werden, um eine Hypothese zu testen, ähnlich denen von Forschern, die andere Phänomene untersuchen, die in Populationen auftreten. Diese Ansätze können in Beobachtungsstudien (bei denen Probanden nicht manipuliert werden) und experimentelle Studien (bei denen Probanden manipuliert werden) unterteilt werden. Zusammengenommen geben diese Studien modernen Epidemiologen mehrere Werkzeuge an die Hand, um die Verbindungen zwischen Infektionskrankheiten und den Populationen anfälliger Personen zu untersuchen, die sie möglicherweise infizieren.

Beobachtende Studien

In einer Beobachtungsstudie werden Daten von Studienteilnehmern durch Messungen (z. B. physiologische Variablen wie Anzahl der weißen Blutkörperchen) oder Antworten auf Fragen in Interviews (z. B. kürzliche Reisen oder Trainingshäufigkeit) gesammelt. Die Probanden in einer Beobachtungsstudie werden typischerweise zufällig aus einer Population von betroffenen oder nicht betroffenen Personen ausgewählt. Die Probanden einer Beobachtungsstudie werden jedoch in keiner Weise vom Forscher manipuliert. Beobachtungsstudien sind in der Regel einfacher durchzuführen als experimentelle Studien und können in bestimmten Situationen aus ethischen Gründen die einzig möglichen Studien sein.

Beobachtungsstudien sind nur in der Lage, Zusammenhänge zwischen dem Auftreten von Krankheiten und möglichen Erregern zu messen; sie beweisen nicht unbedingt einen kausalen Zusammenhang. Nehmen wir zum Beispiel an, eine Studie findet einen Zusammenhang zwischen starkem Kaffeetrinken und einer geringeren Inzidenz von Hautkrebs. Dies könnte darauf hindeuten, dass Kaffee Hautkrebs verhindert, aber es könnte ein weiterer nicht gemessener Faktor eine Rolle spielen, wie die Sonneneinstrahlung, die die Teilnehmer erhalten. Wenn sich herausstellt, dass Kaffeetrinker mehr in Büros arbeiten und weniger Zeit draußen in der Sonne verbringen als diejenigen, die weniger Kaffee trinken, dann ist es möglich, dass die geringere Hautkrebsrate auf eine geringere Sonnenexposition und nicht auf den Kaffeekonsum zurückzuführen ist. Die Beobachtungsstudie kann zwischen diesen beiden möglichen Ursachen nicht unterscheiden.

Es gibt mehrere nützliche Ansätze in Beobachtungsstudien. Dazu gehören Methoden, die als deskriptive Epidemiologie und analytische Epidemiologie klassifiziert werden. Die deskriptive Epidemiologie sammelt in einer explorativen Studienphase Informationen über einen Krankheitsausbruch, die betroffenen Personen und wie sich die Krankheit im Laufe der Zeit ausgebreitet hat. Diese Art von Studie umfasst Interviews mit Patienten, ihren Kontakten und ihren Familienmitgliedern; Untersuchung von Proben und Krankenakten; und sogar Geschichten über konsumierte Speisen und Getränke. Eine solche Studie könnte durchgeführt werden, während der Ausbruch noch auftritt. Deskriptive Studien könnten die Grundlage für die Entwicklung einer Kausalitätshypothese bilden, die durch strengere Beobachtungs- und experimentelle Studien überprüft werden könnte.

Die analytische Epidemiologie verwendet sorgfältig ausgewählte Personengruppen, um Hypothesen über mögliche Ursachen für einen Krankheitsausbruch überzeugender zu bewerten. Die Auswahl der Fälle erfolgt in der Regel nach dem Zufallsprinzip, sodass die Ergebnisse nicht aufgrund von gemeinsamen Merkmalen der Studienteilnehmer verzerrt sind. Analytische Studien können ihre Daten sammeln, indem sie in der Zeit zurückgehen (retrospektive Studien) oder wenn sich Ereignisse in der Zeit entwickeln (prospektive Studien).

Retrospektive Studien sammeln Daten aus der Vergangenheit zu aktuellen Fällen. Zu den Daten können Dinge wie die Krankengeschichte, das Alter, das Geschlecht oder die berufliche Vorgeschichte der betroffenen Personen gehören. Bei dieser Art von Studie werden Zusammenhänge zwischen ausgewählten oder dem Forscher verfügbaren Faktoren und dem Auftreten von Krankheiten untersucht.

Prospektive Studien verfolgen Einzelpersonen und überwachen ihren Krankheitszustand während des Studienverlaufs. Zu Beginn und während der Studie werden Daten zu den Merkmalen der Studienteilnehmer und deren Umfeld erhoben, um einen Vergleich von erkrankten Personen mit Nicht-Erkrankten zu ermöglichen. Auch hier können die Forscher nach Zusammenhängen zwischen dem Krankheitszustand und Variablen suchen, die während der Studie gemessen wurden, um mögliche Ursachen aufzuklären.

Analytische Studien beziehen Gruppen in ihre Designs ein, um Assoziationen mit Krankheiten aufzudecken. Ansätze für gruppenbasierte analytische Studien umfassen Kohortenstudien, Fall-Kontroll-Studien und Querschnittsstudien. Die Kohortenmethode untersucht Personengruppen (sogenannte Kohorten), die ein bestimmtes Merkmal gemeinsam haben. Eine Kohorte kann beispielsweise aus Personen bestehen, die im selben Jahr und am selben Ort geboren wurden; oder es kann aus Personen bestehen, die ein bestimmtes Verhalten praktizieren oder vermeiden, z. B. Raucher oder Nichtraucher. In einer Kohortenstudie können Kohorten prospektiv verfolgt oder retrospektiv untersucht werden. Wird nur eine einzelne Kohorte verfolgt, werden die betroffenen Personen mit den nicht betroffenen Personen derselben Gruppe verglichen. Die Krankheitsergebnisse werden aufgezeichnet und analysiert, um zu versuchen, Korrelationen zwischen den Merkmalen der Individuen in der Kohorte und der Krankheitshäufigkeit zu identifizieren. Kohortenstudien sind eine nützliche Methode, um die Ursachen einer Erkrankung zu ermitteln, ohne gegen das ethische Verbot zu verstoßen, Probanden einem Risikofaktor auszusetzen. Kohorten werden in der Regel basierend auf vermuteten Risikofaktoren identifiziert und definiert, denen Einzelpersonen bereits durch ihre eigenen Entscheidungen oder Umstände ausgesetzt waren.

Fall-Kontroll-Studien sind typischerweise retrospektiv und vergleichen eine Gruppe von Personen mit einer Krankheit mit einer ähnlichen Gruppe von Personen ohne die Krankheit. Fall-Kontroll-Studien sind weitaus effizienter als Kohortenstudien, weil Forscher gezielt Probanden auswählen können, die bereits von der Krankheit betroffen sind, anstatt abzuwarten, welche Probanden aus einer Zufallsstichprobe erkranken werden.

Eine Querschnittsstudie analysiert zufällig ausgewählte Individuen in einer Population und vergleicht Individuen, die von einer Krankheit oder Erkrankung betroffen sind, mit denen, die zu einem einzigen Zeitpunkt nicht betroffen sind. Die Probanden werden verglichen, um nach Assoziationen zwischen bestimmten messbaren Variablen und der Krankheit oder dem Zustand zu suchen. Querschnittsstudien werden auch verwendet, um die Prävalenz einer Erkrankung zu bestimmen.

Experimentelle Studien

Die experimentelle Epidemiologie verwendet Labor- oder klinische Studien, bei denen der Prüfer die Studienteilnehmer manipuliert, um die Zusammenhänge zwischen Krankheiten und potentiellen Erregern zu untersuchen oder Behandlungen zu bewerten. Beispiele für Behandlungen können die Verabreichung eines Arzneimittels, die Aufnahme oder der Ausschluss verschiedener Nahrungsbestandteile, körperliche Bewegung oder ein bestimmter chirurgischer Eingriff sein. Als Testpersonen werden Tiere oder Menschen verwendet. Da experimentelle Studien eine Manipulation von Probanden beinhalten, sind sie in der Regel schwieriger und aus ethischen Gründen manchmal unmöglich.

Kochs Postulate erfordern experimentelle Interventionen, um den Erreger einer Krankheit zu bestimmen. Im Gegensatz zu Beobachtungsstudien können experimentelle Studien starke Beweise für die Ursache liefern, da andere Faktoren normalerweise konstant gehalten werden, wenn der Forscher das Subjekt manipuliert. Die Ergebnisse einer Gruppe, die die Behandlung erhält, werden mit den Ergebnissen einer Gruppe verglichen, die die Behandlung nicht erhält, aber in jeder anderen Weise gleich behandelt wird. Beispielsweise kann eine Gruppe ein Medikament als Pille erhalten, während die unbehandelte Gruppe ein Placebo (eine Pille, die gleich aussieht, aber keinen Wirkstoff enthält) erhält. Beide Gruppen werden bis auf die Verabreichung des Arzneimittels so ähnlich wie möglich behandelt. Da andere Variablen sowohl in der behandelten als auch in der unbehandelten Gruppe konstant gehalten werden, ist der Forscher sicherer, dass jede Änderung in der behandelten Gruppe das Ergebnis der spezifischen Manipulation ist.

Experimentelle Studien liefern die stärksten Beweise für die Ätiologie von Krankheiten, müssen jedoch auch sorgfältig konzipiert werden, um subtile Auswirkungen von Verzerrungen zu eliminieren. Typischerweise werden experimentelle Studien mit Menschen als Doppelblindstudien durchgeführt, dh weder die Probanden noch die Forscher wissen, wer ein Behandlungsfall ist und wer nicht. Dieses Design beseitigt eine bekannte Ursache für Verzerrungen in der Forschung, den sogenannten Placebo-Effekt, bei dem die Kenntnis der Behandlung entweder durch den Probanden oder den Forscher die Ergebnisse beeinflussen kann.

Übung (PageIndex{2})

  1. Beschreiben Sie die Vor- und Nachteile von Beobachtungsstudien und experimentellen Studien.
  2. Erläutern Sie, wie Gruppen von Fächern für analytische Studien ausgewählt werden können.

Teil 3

Da Labortests bestätigt hatten Salmonellen, ein allgemeiner lebensmittelübertragener Krankheitserreger, als ätiologisches Mittel vermuteten Epidemiologen, dass der Ausbruch durch Kontamination an einer Lebensmittelverarbeitungsanlage verursacht wurde, die die Region dient. Interviews mit Patienten konzentrierten sich auf den Verzehr von Lebensmitteln während und nach den Thanksgiving-Feiertagen, entsprechend dem Zeitpunkt des Ausbruchs. Während der Interviews wurden die Patienten gebeten, Gegenstände aufzulisten, die bei Feiertagstreffen konsumiert wurden, und zu beschreiben, wie häufig jeder Gegenstand bei Familienmitgliedern und Verwandten konsumiert wurde. Sie wurden auch nach den Quellen der Lebensmittel gefragt (z. B. Marke, Kaufort, Kaufdatum). Durch das Stellen solcher Fragen hofften Gesundheitsbeamte, Muster zu identifizieren, die zurück zur Quelle des Ausbruchs führen würden.

Die Analyse der Interviewantworten verband schließlich fast alle Fälle mit dem Verzehr eines Feiertagsgerichts, das als Turducken bekannt ist – ein Huhn, das in eine Ente gefüllt ist, die in einen Truthahn gefüllt ist. Turducken ist ein Gericht, das im Allgemeinen nicht das ganze Jahr über konsumiert wird, was den Anstieg in Fällen kurz nach dem Erntedankfest erklären würde.Weitere Analysen ergaben, dass die von den betroffenen Patienten verzehrten Turduckens bereits gefüllt und fertig zum Kochen gekauft wurden. Darüber hinaus wurden die vorgefüllten Turduckens alle bei derselben regionalen Lebensmittelkette unter zwei verschiedenen Markennamen verkauft. Nach weiteren Untersuchungen verfolgten Beamte beide Marken zu einer einzigen Verarbeitungsanlage, die Geschäfte in ganz Florida belieferte.

Übung (PageIndex{3})

  1. Ist dies ein Beispiel für eine Verbreitung durch gewöhnliche Quellen oder eine propagierte Verbreitung?
  2. Welche nächsten Schritte würde das Gesundheitsamt wahrscheinlich unternehmen, nachdem die Quelle des Ausbruchs identifiziert wurde?
  • Frühe Pioniere der Epidemiologie wie John Snow, Florence Nightingale und Joseph Lister untersuchten Krankheiten auf Bevölkerungsebene und nutzten Daten, um die Krankheitsübertragung zu unterbrechen.
  • Deskriptive Epidemiologie Studien stützen sich auf Fallanalysen und Patientengeschichten, um Informationen über Ausbrüche zu erhalten, häufig noch während sie noch auftreten.
  • Retrospektive Epidemiologie Studien verwenden historische Daten, um Assoziationen mit dem Krankheitszustand der gegenwärtigen Fälle zu identifizieren. Prospektive Epidemiologie Studien sammeln Daten und verfolgen Fälle, um Assoziationen mit zukünftigen Krankheitszuständen zu finden.
  • Analytische Epidemiologie Studien sind Beobachtungsstudien, die sorgfältig entwickelt wurden, um Gruppen zu vergleichen und Zusammenhänge zwischen Umwelt- oder genetischen Faktoren und Krankheiten aufzudecken.
  • Experimentelle Epidemiologie Studien liefern starke Hinweise auf eine ursächliche Krankheit oder Behandlung, indem sie Probanden manipulieren und sie mit Kontrollpersonen vergleichen.

Passende

Ordnen Sie jeder Art von epidemiologischer Studie ihre Beschreibung zu.

___ExperimentalA. Untersuchung früherer Fallgeschichten und medizinischer Testergebnisse, die an Patienten in einem Ausbruch durchgeführt wurden
___analytischB. Untersuchung aktueller Krankengeschichten, Interviews mit Patienten und deren Kontaktpersonen, Interpretation medizinischer Untersuchungsergebnisse; häufig durchgeführt, während der Ausbruch noch im Gange ist
___prospektivC. Verwendung einer Reihe von Testpersonen (Mensch oder Tier) und Kontrollpersonen, die mit Ausnahme der untersuchten spezifischen Behandlung wie die Testpersonen behandelt werden
___beschreibendD. Beobachtung von Personengruppen, um nach Assoziationen mit Krankheiten zu suchen
___rückblickE. ein Vergleich einer Kohorte von Personen im Verlauf der Studie

C, D, E, B, A

Ordne jedem Pionier der Epidemiologie seinen Beitrag zu.

___Florenz NachtigallA. ermittelte die Quelle eines Cholera-Ausbruchs in London
___Robert KochB. zeigte, dass die Infektionsraten von Operationswunden durch den Einsatz von Karbolsäure zur Desinfektion von chirurgischen Instrumenten, Verbänden und Operationsstellen drastisch gesenkt werden können
___Joseph ListerC. zusammengestellte Daten zu Todesursachen bei Soldaten, die zu Innovationen in der militärmedizinischen Versorgung führen
___John SchneeD. entwickelte eine Methodik zur schlüssigen Bestimmung der Krankheitsätiologie

C, D, B, A

Fülle die Lücke aus

________ tritt auf, wenn eine infizierte Person die Infektion an andere Personen weitergibt, die sie an noch andere weitergeben, wodurch das Eindringen der Infektion in die anfällige Bevölkerungsgruppe erhöht wird.

Vermehrte Verbreitung

Ein Beispiel für einen ________-Ausbruch wäre eine mit Botulismus-Exotoxin verseuchte Partie Lebensmittel, die bei einem Familientreffen von den meisten Familienmitgliedern verzehrt wird.

Punktquelle

Kurze Antwort

Welche Aktivität hat John Snow neben der Kartierung durchgeführt, die auch moderne Epidemiologen verwenden, um zu verstehen, wie man eine Krankheit unter Kontrolle hat?

Mitwirkender

  • Nina Parker (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) und Brian M. Forster (Saint Joseph's University) mit vielen beitragende Autoren. Originalinhalt über Openstax (CC BY 4.0; Zugang kostenlos unter https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Tragbare Epidemiologie

Die Smartphone-Wissenschaft begann nicht mit COVID-19. Aber die Pandemie hat Forscher dazu veranlasst, die Bemühungen um Citizen Science zu beschleunigen, die Smartphones verwenden, um Informationen über die Krankheit zu sammeln. Freiwillige können über Apps oder Websites regelmäßig Details zu ihren Symptomen, Teststatus und Standort protokollieren. Zum Beispiel lieferten Daten von 5 Millionen Nutzern von Brownsteins Crowdsourcing-Tracker für Influenza und COVID-19 – genannt Outbreaks Near Me – einen frühen Beweis für die Vorteile der Maskierung 2 . „Man erhält diese beeindruckenden Erkenntnisse, die in der traditionellen Gesundheitsversorgung schneller schwer zu sammeln wären“, sagt er.

Coronavirus-Apps zur Kontaktverfolgung: Können sie die Ausbreitung von COVID-19 verlangsamen?

Solche Projekte können schnell umgesetzt werden, ein Vorteil in einer schnelllebigen Krise im Bereich der öffentlichen Gesundheit. Der Kardiologe Gregory Marcus von der University of California, San Francisco, konnte die COVID-19-Citizen-Science-App seines Teams in weniger als einem Jahr vom Konzept auf 50.000 Teilnehmer bringen. „Das wäre in einer konventionellen Forschungsstudie unmöglich“, sagt er. Und weil sich Nutzer per App-Download anmelden, lassen sich solche Studien leicht skalieren und optimieren: Forscher können beispielsweise Fragen zu neuen Impfstoffen oder Virusvarianten hinzufügen.

Claire Steves, die am King’s College London das Altern untersucht, analysierte Daten der britischen App COVID Symptom Study, die von rund 4,5 Millionen Menschen heruntergeladen wurde. Sie und ihr Team nutzten die Daten der App, um ein Vorhersagemodell zu entwickeln, das feststellte, dass ein Verlust des Geruchssinns (bekannt als Anosmie) ein Prädiktor für einen positiven Test auf COVID-19 war 3 . Das Team nutzte auch Daten aus der App, um COVID-19-Hotspots im Vereinigten Königreich 4 zu identifizieren und festzustellen, dass langes COVID, bei dem Menschen anhaltende Symptome haben, eher bei App-Benutzern auftrat, die gemeldet hatten, dass sie mehr als fünf COVID-19-Symptome hatten in der ersten Krankheitswoche 5.

Kleine Kinder und ältere Erwachsene, die oft kein Smartphone haben, sind in der COVID-Symptomstudie unterrepräsentiert, fanden Steves und ihre Kollegen heraus. Aber durchdachte Öffentlichkeitsarbeit, statistische Analysen und Kreuzvalidierungen mit anderen Forschungsergebnissen können diese Vorurteile abschwächen, sagt sie. Durch den Vergleich ihrer Ergebnisse mit den Ergebnissen britischer COVID-19-Tracking-Studien, die konventionelle Designs verwendeten, konnte das Team seine Modelle validieren 4 . „Wir konnten zeigen, dass unsere Daten sehr stark die Daten [dieser] großen Bevölkerungsstudien widerspiegeln.“

Auch andere Krankheiten wie Malaria, Zika und Dengue, die durch Mücken übertragen werden, können Smartphones verfolgen. Anstatt Techniker zu schicken, um Mücken zu fangen und zu sammeln, postete Craig Williams, ein Wissenschaftler für öffentliche Gesundheit und Umweltgesundheit an der University of South Australia in Adelaide, 126 Freiwilligen in Südaustralien Fallen und bat sie, ihm Smartphone-Fotos der gefangene Insekten.

Kontaktverfolgungs-Apps helfen, COVID-Infektionen zu reduzieren, deuten Daten darauf hin

Das Projekt mit dem Namen Mozzie Monitors bot eine groß angelegte Mückenüberwachung zu 20 % der Kosten eines vergleichbaren professionellen Überwachungsprogramms 6 . „Es war überraschend, dass Citizen Scientists im gleichen Zeitraum durch ein kostengünstiges Projekt in ihren Hinterhöfen eine größere Menge an Mücken sammeln konnten als professionelle Programme“, sagt Larissa Braz Sousa, eine Doktorandin in Williams' Team, die an das Projekt.

Williams hat seitdem die Option für Freiwillige in Australien hinzugefügt, Fallen zu meiden und stattdessen eine Drittanbieter-App, iNaturalist, zu verwenden, um die Insekten zu fotografieren und zu identifizieren. Dies führte im Februar zu einem landesweiten Verfahren, dem Mozzie-Monat. „Wir hoffen, das erste nationale bürgerwissenschaftliche Mückenüberwachungsprogramm zu haben“, sagt er. „Das Smartphone steht dabei im Mittelpunkt.“


Désirée Lie, MD, MSEd, Klinischer Professor, Familienmedizin, University of California, Orange Director, Abteilung für Fakultätsentwicklung, UCI Medical Center, Orange, Kalifornien. Offenlegung: Désirée Lie, MD, MSEd, hat keine relevanten finanziellen Beziehungen offengelegt.

Offenlegung: Simon Cauchemez, PhD Dominic E. Dwyer, BSc(Med), MBBS, FRACP, FRCPA, MD Holly Seale, BSc, PhD Pamela Cheung, RN Gary Browne, MBBS James Wood, BSc, PhD und Zhanhai Gao, BSc, MSc, PhD, haben keine relevanten finanziellen Beziehungen offengelegt. C. Raina MacIntyre, MBBS, FRACP, FAFPHM, M App Epid, PhD, hat bekannt gegeben, dass sie von 3M Zuschüsse für klinische Forschung erhalten hat. Michael Fasher, MBBS, PhD, hat bekannt gegeben, dass er Zuschüsse für Bildungsaktivitäten von GlaxoSmithKline erhalten hat und als Berater oder Berater für GlaxoSmithKline gedient hat. Robert Booy, MBBS, FRACP, FRCPCH, MSc, MD, hat bekannt gegeben, dass er Zuschüsse für klinische Forschungs- und Bildungsaktivitäten von CSL, Roche, Sanofi, GlaxoSmithKline und Wyeth erhalten hat und als Berater oder Berater für diese gedient hat. Alle erhaltenen Gelder werden an ein Forschungskonto des Children&rsquos Hospital in Westmead, Sydney, Australien, geleitet und werden von Dr. Booy nicht persönlich akzeptiert. Neil Ferguson, FmedSci, DPhi, hat bekannt gegeben, dass er als Berater oder Berater von Crucell Inc.

Abstrakt

Viele Länder lagern Gesichtsmasken als nicht-pharmazeutische Intervention zur Kontrolle der Virusübertragung während einer Influenza-Pandemie. Wir führten eine prospektive clusterrandomisierte Studie zum Vergleich von OP-Masken, nicht auf Passform getesteten P2-Masken und ohne Masken zur Prävention von grippeähnlichen Erkrankungen (ILI) in Haushalten durch. Die Einhaltung der Maskenpflicht wurde selbst gemeldet. Während der Wintersaison 2006 und 2007 wurden 286 exponierte Erwachsene aus 143 Haushalten rekrutiert, die einem Kind mit klinischer Atemwegserkrankung ausgesetzt waren. Wir fanden heraus, dass die Einhaltung der Maskenpflicht das Risiko für eine ILI-assoziierte Infektion signifikant reduzierte, aber <50% der Teilnehmer trugen die meiste Zeit Masken. Wir kamen zu dem Schluss, dass die Verwendung von Gesichtsmasken im Haushalt mit einer geringen Adhärenz verbunden ist und bei der Kontrolle saisonaler Atemwegserkrankungen unwirksam ist. Während einer schweren Pandemie, bei der die Verwendung von Gesichtsmasken jedoch häufiger sein könnte, könnte die Pandemieübertragung in Haushalten reduziert werden. Viele Länder lagern Gesichtsmasken zur Verwendung als nichtpharmazeutische Interventionen, um die Virusübertragung während einer Influenza-Pandemie zu reduzieren. Wir führten eine prospektive clusterrandomisierte Studie zum Vergleich von OP-Masken, nicht auf Passform getesteten P2-Masken und ohne Masken zur Prävention von grippeähnlichen Erkrankungen (ILI) in Haushalten durch. Während der Wintersaison 2006 und 2007 wurden 286 exponierte Erwachsene aus 143 Haushalten rekrutiert, die einem Kind mit klinischer Atemwegserkrankung ausgesetzt waren. Die Intent-to-Treat-Analyse zeigte keinen signifikanten Unterschied im relativen Risiko von ILI in den Masken tragenden Gruppen im Vergleich zur Kontrollgruppe, jedoch gaben <50% der Personen in den Masken tragenden Gruppen an, die meiste Zeit Masken zu tragen. Die Einhaltung der Maskenpflicht war mit einem signifikant verringerten Risiko einer ILI-assoziierten Infektion verbunden. Wir kamen zu dem Schluss, dass die Verwendung von Masken im Haushalt mit einer geringen Adhärenz verbunden ist und bei der Kontrolle der saisonalen ILI unwirksam ist. Bei einer höheren Adhärenz könnte die Verwendung von Masken die Übertragung während einer schweren Influenza-Pandemie reduzieren.

Das hochpathogene Aviäre Influenzavirus A (H5N1) breitet sich weltweit weiter aus und stellt eine ernsthafte Bedrohung durch eine Pandemie für den Menschen dar. Im Falle einer Grippepandemie oder einer anderen neu auftretenden Atemwegserkrankung wie dem schweren akuten Atemwegssyndrom (SARS) ist es wahrscheinlich, dass antivirale Medikamente und Impfstoffe knapp werden oder sich die Lieferung verzögern könnte. Daher könnten nichtpharmazeutische Interventionen wie Maskengebrauch, Händewaschen und andere Hygienemaßnahmen oder Schulschließungen wirksame Strategien zur Frühkontrolle sein. Im Gegensatz zu pharmazeutischen Interventionen ist über die Wirksamkeit nichtpharmazeutischer Interventionen in der Bevölkerung wenig bekannt. Eine aktuelle Analyse gibt Schätzungen zu den Auswirkungen der Schulschließung (1) und mehrere prospektive, randomisierte kontrollierte Studien zum Händewaschen wurden veröffentlicht (211). Die Daten aus klinischen Studien zur Fähigkeit von Gesichtsmasken, die Übertragung von Atemwegsviren in der Gemeinschaft zu reduzieren, sind jedoch auf eine veröffentlichte prospektive Studie beschränkt, die mangelnde Wirksamkeit zeigte (12). Darüber hinaus können nachteilige Auswirkungen des Tragens von Masken (insbesondere Atemschutzmasken) die Einhaltung und Wirksamkeit beeinträchtigen (1315). Trotz fehlender quantitativer Evidenz haben viele Länder Empfehlungen zur Verwendung von Gesichtsmasken in ihre Pandemiepläne aufgenommen (1618). Wir präsentieren die Ergebnisse einer clusterrandomisierten Haushaltsstudie zur Wirksamkeit der Verwendung von Gesichtsmasken zur Vorbeugung oder Verringerung der Übertragung von grippeähnlichen Erkrankungen (ILI).

Methoden

Eine prospektive, clusterrandomisierte Studie zur Maskennutzung in Haushalten wurde während der 2 Wintersaisons 2006 und 2007 (August bis Ende Oktober 2006 und Juni bis Ende Oktober 2007) in Sydney, Australien, durchgeführt. Die Teilnahme an der Studie war auf Haushalte mit > 2 gesunden Erwachsenen > 16 Jahren beschränkt, bei denen die Erwachsenen im Haushalt bekanntermaßen einem Kind mit Fieber und Atemwegssymptomen ausgesetzt waren. Geeignete Haushalte wurden bei einem pädiatrischen Gesundheitsdienst, bestehend aus der Notaufnahme eines Kinderkrankenhauses und einer pädiatrischen Grundversorgungspraxis in Sydney, New South Wales, Australien, identifiziert. Das Studienprotokoll wurde vom lokalen Institutional Review Board genehmigt.

Randomisierung und Intervention

Abbildung 1. . . Flussdiagramm der Rekrutierung für die prospektive Cluster-randomisierte Studie, Sydney, New South Wales, Australien, Winter-Influenza-Saison 2006 und 2007.

Die teilnehmenden Haushalte wurden durch ein sicheres computergestütztes Randomisierungsverfahren in einen von 3 Armen randomisiert: 1) OP-Masken (3M-OP-Maske, Katalog-Nr. 1820 St. Paul, MN, USA) für 2 Erwachsene, die während des Aufenthalts immer getragen werden müssen gleiches Zimmer wie das Indexkind, unabhängig von der Entfernung zum Kind 2) P2-Masken (3M flach gefaltete P2-Maske, Katalog-Nr. 9320 Bracknell, Berkshire, UK), für 2 Erwachsene, im gleichen Raum wie das Indexkind, unabhängig von der Entfernung zum Kind und 3) eine Kontrollgruppe (keine Masken verwendet). Die verwendeten P2-Masken haben eine fast identische Spezifikation wie die in den USA verwendeten N95-Masken (19). Gemäß den Gesundheitsrichtlinien von New South Wales wurden den Teilnehmern in allen Armen Broschüren zur Infektionskontrolle zur Verfügung gestellt. Studienteilnehmer und Studienpersonal wurden nicht verblindet, da es technisch nicht möglich ist, den Maskentyp, auf den die Teilnehmer randomisiert wurden, zu verblinden. Das Laborpersonal war jedoch gegenüber dem Randomisierungsarm verblindet. Abbildung 1 zeigt das Flussdiagramm für die Studie, wie es von den CONSORT-Richtlinien vorgeschlagen wird (20).

Rekrutierung und Nachbereitung

Kinder im Alter von 0–15 Jahren, die mit Fieber (Temperatur >37,8 °C) und entweder Husten oder Halsschmerzen in einer pädiatrischen Gesundheitseinrichtung behandelt wurden, wurden durch ein elektronisches Triage-System identifiziert. Im Wartezimmer wurden Eltern oder primäre Bezugspersonen angesprochen, und dieser Haushalt wurde eingeladen, an der Studie teilzunehmen, wenn alle der folgenden Kriterien erfüllt waren: 1) Der Haushalt umfasste > 2 Erwachsene > 16 Jahre alt und 1 Kind 0–15 Jahre Alter 2) das Indexkind hatte Fieber (Temperatur >37,8 o C) und entweder Husten oder Halsschmerzen 3) das Kind war die erste und einzige Person in der Familie, die in den letzten 2 Wochen erkrankt war 4) erwachsene Bezugspersonen stimmten zu an der Studie teilnehmen und 5) das Indexkind nicht ins Krankenhaus eingeliefert wurde.

Wenn die Auswahlkriterien erfüllt waren, wurden Erwachsene aus dem Haushalt in die Studie aufgenommen. Eingeschriebene Erwachsene und alle Geschwister des Indexkindes wurden dann auf Atemwegssymptome und -zeichen (Fieber, Fieber oder Fieber in der Vorgeschichte in der letzten Woche, Myalgie, Arthralgie, Halsschmerzen, Husten, Niesen, laufende Nase, verstopfte Nase, Kopfschmerzen) untersucht. . Bei Vorliegen eines dieser Symptome wurden Familie und Haushalt ausgeschlossen. Soziodemografische und medizinische Informationen einschließlich der Influenza-Impfanamnese (sowohl des Indexkindes als auch der teilnehmenden Erwachsenen) wurden mithilfe eines von Forschern verwalteten Fragebogens eingeholt. Auch die Einnahme von Medikamenten wurde erfasst. Der Indexpatient hatte kombinierte Nasen- (jedes Nasenloch) und Rachenabstriche, die für Multiplex-Reverse-Transkription-PCR-Tests (RT-PCR) entnommen wurden. Der Haushalt wurde in einen der 3 Arme randomisiert, dem entsprechenden Maskentyp zugeordnet und über Infektionsprävention aufgeklärt. Eine formelle Passformprüfung der P2-Masken wurde nicht durchgeführt, es wurden jedoch Informationen zur korrekten Methode zum Anlegen und Entsorgen der Masken bereitgestellt. In der nächsten Woche wurden die Teilnehmer täglich telefonisch kontaktiert, um festzustellen, ob sich Symptome entwickelt hatten, und um die Einhaltung der Maskenverwendung während des Tages aufzuzeichnen.

Jeder Haushalt wurde mit einem Thermometer ausgestattet, um die Temperatur der symptomatischen erwachsenen Teilnehmer zweimal täglich zu messen. Wenn das Studienpersonal bei der Nachuntersuchung feststellte, dass ein Teilnehmer Symptome einer Atemwegserkrankung entwickelt hatte, wurde am selben Tag ein Hausbesuch durchgeführt und der Teilnehmer wurde abgetupft und auf Atemwegsviren getestet (siehe unten beschriebene Methoden). Die symptomatischen Teilnehmer wurden dann 2 Wochen lang täglich nachbeobachtet.

Da alle respiratorischen Krankheitserreger ähnliche Übertragungsmechanismen aufweisen – Aerosol-, Tröpfchen- und Fomite-Ausbreitung (obwohl die relative Rolle dieser Faktoren bei verschiedenen Viren und in verschiedenen klinischen Situationen variieren kann) – haben wir bewusst eine breite Definition klinischer Fälle in Betracht gezogen, die einer breiten Palette entspricht von gängigen Atemwegsviren. Zu den in der Studie nachgewiesenen Atemwegsviren gehörten Influenza A und B, Respiratory Syncytial Virus (RSV), Adenovirus, Parainfluenzaviren (PIV) der Typen 1–3, Coronaviren 229E und OC43, humanes Metapneumovirus (hMPV), Enteroviren und Rhinoviren.

Die Einhaltung der Verwendung von Gesichtsmasken wurde bei jeder Nachuntersuchung im Haushalt speziell überwacht. Die Messung der Adhärenz und der Gründe für die Nichtadhärenz ist von entscheidender Bedeutung, um die Wirksamkeit der Maskennutzung zur Reduzierung der Behandlung zu bewerten und praktische Ratschläge zur zukünftigen Verwendung von Gesichtsmasken zu geben. Exit-Interviews mit Teilnehmern an der OP-Maske und den P2-Maskenarmen wurden durchgeführt, um weitere Erkenntnisse über die Adhärenz zu gewinnen.

Probenentnahme und Labortests

Abstrichtupfer mit Rayonspitze und Kunststoffschaft wurden separat in die Nasenlöcher und den Rachen jedes Teilnehmers eingeführt, in virale Transportmedien gelegt und sofort ins Labor transportiert oder bei 4 ° C gelagert, wenn der Transport verzögert wurde. Nasen- und Rachenabstriche von Indexkindern und erwachsenen Teilnehmern mit Symptomen einer Atemwegserkrankung wurden mit Nukleinsäure und einer Reihe von Multiplex-RT-PCR-Tests getestet (21) zum Nachweis von Influenza A und B und RSV, PIV-Typen 1–3, Picornaviren (Enteroviren oder Rhinoviren), Adenoviren, Coronaviren 229E und OC43 sowie hMPV.

Falldefinition

Um ein möglichst breites Spektrum klinischer Syndrome einzuschließen, die bei eingeschlossenen Erwachsenen auftreten (22), während der Nachuntersuchung haben wir ILI definiert durch das Vorhandensein von Fieber (Temperatur >37,8°C), Fiebergefühl oder Fieber in der Vorgeschichte, > 2 Symptome (Halsschmerzen, Husten, Niesen, laufende Nase, verstopfte Nase, Kopfschmerzen) , oder 1 der aufgeführten Symptome plus Laborbestätigung einer respiratorischen Virusinfektion.Die Wahl einer relativ breiten klinischen Falldefinition wurde von unserem Interesse bestimmt, die Übertragung eines breiten Spektrums von Atemwegsviren zu unterbrechen. Laborbestätigte Fälle während der Nachuntersuchung wurden durch das Vorliegen von > 1 der oben aufgeführten Symptome plus Labornachweis eines Atemwegsvirus definiert.

Studienergebnisse und Analyse

Die primären Studienergebnisse bei eingeschlossenen Erwachsenen waren das Vorliegen eines ILI oder eine Labordiagnose einer Atemwegsvirusinfektion innerhalb einer Woche nach Aufnahme in die Studie. Da wir einige Doppelinfektionen nachgewiesen haben und eine variable Sensitivität der RT-PCR für verschiedene Atemwegsviren bestehen kann, haben wir alle aufgetretenen Infektionen bei Erwachsenen (nach klinischer Falldefinition und Labortests) in die Analyse einbezogen. Wir haben auch die Zeit von der Rekrutierung bis zur Infektion gemessen. Ein kausaler Zusammenhang zwischen den Ergebnissen der ILI und der Einhaltung der Verwendung von Gesichtsmasken erforderte die Berücksichtigung des Zeitpunkts beider.

Die Analyse der primären Endpunkte erfolgte mit der Absicht zu behandeln. Wir führten eine multivariate Cox-Proportional-Hazards-Überlebensanalyse durch, um sekundäre Ergebnisse zu untersuchen und zu bestimmen, wie die Zeitverzögerung von der Rekrutierung bis zur Infektion eines sekundären Fallpatienten durch erklärende Kovariaten beeinflusst wurde (23). Gaußsche Zufallseffekte wurden in das Modell aufgenommen, um die natürliche Häufung von Personen in Haushalten zu berücksichtigen (24). Der Infektionstag wurde ab dem Tag des Symptombeginns rekonstruiert unter der Annahme, dass die Inkubationszeit 1-2 Tage betrug. Um Expositionen vor der Rekrutierung zu berücksichtigen, wurde der Zeitpunkt des Beginns der Überlebensanalyse als Maximalwert zwischen dem Tag der Rekrutierung abzüglich der Inkubationszeit und dem Krankheitsbeginn im Indexfall definiert. (Beispiel: Angenommen, am Tag 0 rekrutierter Haushalt und eine Inkubationszeit von 2 Tagen. Wenn die Krankheit im Indexfall am Tag –3 begann, dann begann die Überlebensanalyse am Tag –2, wenn die Krankheit im Indexfall am Tag – begann – 1, dann begann die Überlebensanalyse am selben Tag.)

Folgende Variablen flossen in die Modelle ein: tägliche Adhärenz bei der Verwendung von P2- oder OP-Masken, Anzahl Erwachsene im Haushalt, Anzahl Geschwister im Haushalt und Indexfall <. 5 Jahre. Diese Analyse wurde mit dem Überlebenspaket der Statistiksoftware R (www.r-project.org) durchgeführt. Vergleiche zwischen den Gruppen wurden mit dem exakten Fisher-Test für kategoriale Variablen angestellt. Ein 2-seitiger p-Wert < 0,05 wurde als signifikant angesehen.

Leistungsanalyse

Unter der Annahme einer Sekundärangriffsrate bei exponierten Erwachsenen von 20 % und einem klasseninternen Korrelationskoeffizienten von 30 % schätzten wir, dass 94 Erwachsene in jedem Studienarm benötigt würden, um eine Wirksamkeit von > 75 % von P2 oder chirurgische Masken bei 80 % Leistung zu zeigen und mit einem p-Wert von 0,05. Unsere Wirksamkeitsschätzung war eine konservative Annahme auf der Grundlage von Beobachtungsdaten für die kombinierten Wirkungen aller Maskentypen während der SARS-Epidemie in Hongkong (25).

Ergebnisse

Studienpopulation

Wir rekrutierten 290 Erwachsene aus 145 Familien, 47 Haushalte (94 eingeschriebene Erwachsene und 180 Kinder) wurden der OP-Maskengruppe zugeteilt, 46 (92 eingeschriebene Erwachsene und 172 Kinder) der P2-Maskengruppe und 52 (104 eingeschriebene Erwachsene und 192 Kinder) in die Gruppe ohne Maske (Kontrolle). Zwei Familien in der Kontrollgruppe wurden während der Studie nicht weiterverfolgt. Die Merkmale der teilnehmenden Familien sind in Tabelle 1 aufgeführt, wobei keine signifikanten Unterschiede zwischen den 3 Armen festgestellt wurden.

Bei 141 Kindern wurden Proben entnommen, bei denen bei 90 (63,8%) Kindern Atemwegsviren nachgewiesen wurden. In 79 (56,0 %) von 141 Fällen wurde ein einziger Erreger nachgewiesen: Influenza A bei 19/141 (13,5%) Influenza B bei 7/141 (4,9 %) Adenoviren bei 7/141 (4,9 %) RSV bei 5/141 (3,5%) PIV in 8/141 (5,5%) (PIV-1 in 1/141 [0,70%] PIV-2 in 2/141 [1,4%] PIV-3 in 5/141 [3,5%]) hMPV in 8/141 (5,7%) und Coronavirus OC43 in 3/141 (2,1%). Andere nachgewiesene Viren waren Picornaviren bei 22/141 (15,6%): Rhinoviren bei 11/22 (50,0%) Enteroviren bei 5/22 (22,7%) (Enterovirus 68 bei 1/5 [20,0%] und andere bei 4/5 [ 80,0 %]) und uncharakterisierte nicht sequenzierte Picornaviren bei 6/22 (27,0 %). Weitere 11 Kinder (7,8 %) hatten eine Doppel- oder Koinfektion: 4 (2,8 %) mit Adenovirus und Rhinovirus, 2 (1,4 %) mit Rhinovirus und Coronavirus und jeweils 1 mit Influenza A und Enterovirus, Influenza A und PIV-2, Influenza A und Rhinovirus, RSV und Enterovirus und Adenovirus und hMPV.

Adhärenz

Figur 2. . . Einhaltung der Maskenbenutzung an 5 aufeinanderfolgenden Tagen während der Studie, Sydney, New South Wales, Australien, Winter-Grippesaison 2006 und 2007.

Die Charakteristika der rekrutierten gegenüber den nicht-adhärenten Teilnehmern sind in Tabelle 2 gezeigt. Es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den 2 Gruppen festgestellt, außer der Anwesenheit von > 3 Erwachsenen im Haushalt. Am ersten Tag der Maskennutzung gaben 36 (38 %) der 94 Anwender von OP-Masken und 42 (46 %) der 92 Anwender der P2-Maske an, die Maske „meistens oder die ganze Zeit“ zu tragen. Andere Teilnehmer trugen selten oder nie Gesichtsmasken. Der Unterschied zwischen den Gruppen war nicht signifikant (p = 0,37). Die Adhärenz sank am 5. Tag der Maskennutzung auf 29/94 (31 %) bzw. 23/92 (25 %) (Abbildung 2).

Tabelle 3 zeigt gemeldete Probleme bei der Verwendung von Masken. Es gab keine signifikanten Unterschiede bei den Schwierigkeiten bei der Verwendung von Masken zwischen der P2- und der OP-Maskengruppe, aber > 50% gaben Bedenken an, wobei das Hauptproblem darin bestand, dass das Tragen einer Gesichtsmaske unbequem war. Andere Bedenken waren, dass das Kind nicht wollte, dass die Eltern eine Maske tragen, und die Eltern haben vergessen, die Maske zu tragen. Zusätzliche Kommentare von einigen enthielten, dass die Maske nicht gut passte und dass es nicht praktisch sei, sie während der Mahlzeiten oder beim Schlafen zu tragen. Einige Erwachsene trugen die Maske tagsüber, aber nachts nicht, obwohl das kranke Kind neben ihnen in ihrem Bett schlief.

Intention-to-Treat-Analyse

ILI wurde bei 21/94 (22,3%) in der chirurgischen Gruppe, 14/92 (15,2%) in der P2-Gruppe und 16/100 (16,0%) in der Kontrollgruppe berichtet. Proben wurden von 43/51 (84%) kranken Erwachsenen entnommen, wobei Atemwegsviren bei 17/43 (40%) kranken Erwachsenen isoliert wurden. Virale Erreger wurden von 6/94 (6,4%) in der OP-Masken-Gruppe, 8/92 (8,7%) in der P2-Gruppe und 3/100 (3,0%) in der Kontrollgruppe isoliert. In 10/17 laborpositiven Fällen wurde das gleiche Atemwegsvirus beim Erwachsenen und beim Kind isoliert (chirurgisch, 3/94 P2-Gruppe, 5/92 und Kontrolle, 2/100). In 2 Fällen war der Erwachsene die einzige Person mit einem laborbestätigten Virus (je 1 aus der P2- und OP-Gruppe) bei den restlichen 5 Erwachsenen, der Virusnachweis beim Kind unterschied sich von dem beim Erwachsenen (Chirurgie, 2 P2-Gruppe , 2 und Kontrollgruppe, 1). Bei den Erwachsenen wurden keine Doppelinfektionen festgestellt. Die Intention-to-treat-Analyse nach Haushalten und Teilnehmern zeigte keinen signifikanten Unterschied zwischen den Gruppen (Tabelle 4).

Risikofaktoren für ILI

Unter der Annahme, dass die Inkubationszeit 1 Tag beträgt (der wahrscheinlichste Wert für die 2 am häufigsten isolierten Viren, Influenza [21] und Rhinovirus [26]), reduziert die adhärente Verwendung von P2- oder chirurgischen Masken das Risiko einer ILI-Infektion signifikant mit einer Hazard Ratio von 0,26 (95%-KI [Konfidenzintervall] 0,09–0,77 p = 0,015). Keine andere Kovariate war signifikant. Unter der weniger wahrscheinlichen Annahme, dass die Inkubationszeit 2 Tage beträgt, bleibt der quantifizierte Effekt der Einhaltung von P2 oder der Verwendung von chirurgischen Masken stark, obwohl die grenzwertige signifikante Hazard Ratio 0,32 (95%-KI 0,11–0,98 p = 0,046) betrug. Die Studie war zu schwach, um festzustellen, ob es einen Unterschied in der Wirksamkeit zwischen P2- und chirurgischen Masken gab (Tabelle 5).

Diskussion

Wir präsentieren die Ergebnisse einer prospektiven klinischen Studie zur Verwendung von Gesichtsmasken, die als Reaktion auf den dringenden Bedarf durchgeführt wurde, den klinischen Nutzen der Verwendung von Masken zu klären. Die wichtigsten Ergebnisse sind, dass < 50 % der Teilnehmer an der Verwendung von Masken festhielten und dass die Intention-to-treat-Analyse keinen Unterschied zwischen den Armen zeigte. Obwohl unsere Studie darauf hindeutet, dass die Verwendung von Gesichtsmasken in der Gemeinschaft wahrscheinlich keine wirksame Bekämpfungsstrategie für saisonale Atemwegserkrankungen darstellt, hatten die Benutzer von anhaftenden Masken eine signifikante Verringerung des Risikos für eine klinische Infektion. Eine weitere aktuelle Studie, die den Einsatz von Mundschutz und Händewaschen zur Prävention der Influenza-Übertragung untersuchte, fand ebenfalls keinen signifikanten Unterschied zwischen den Interventionsarmen (12).

Unsere Studie ergab, dass nur 21 % der Haushaltskontakte in den Armen der Gesichtsmaske angaben, die Maske während der Nachbeobachtungszeit oft oder immer zu tragen. Die Einhaltung von Behandlungen und Präventivmaßnahmen variiert bekanntlich je nach Risikowahrnehmung (27) und dürfte während einer Grippepandemie zunehmen. Während des Höhepunkts der SARS-Epidemie im April und Mai 2003 in Hongkong war die Einhaltung von Infektionsschutzmaßnahmen hoch, 76 % der Bevölkerung trugen eine Gesichtsmaske, 65 % wuschen sich nach relevantem Kontakt die Hände und 78 % bedeckten den Mund beim Niesen oder Husten (28). Darüber hinaus kann die Einhaltung je nach kulturellem Kontext variieren. Asiatische Kulturen akzeptieren die Verwendung von Masken eher (29). Obwohl wir festgestellt haben, dass die Verteilung von Masken bei saisonalen Winterinfluenza-Ausbrüchen eine ineffektive Kontrollmaßnahme ist, die durch eine geringe Adhärenz gekennzeichnet ist, weisen die Ergebnisse daher auf die potenzielle Wirksamkeit von Masken in Kontexten hin, in denen eine größere Adhärenz zu erwarten ist, wie beispielsweise während einer schweren Influenza-Pandemie oder anderen neu auftretenden Infektion.

Wir schätzten, dass unabhängig vom angenommenen Wert für die Inkubationszeit (1 oder 2 Tage) die relative Verringerung des täglichen Risikos, eine Atemwegsinfektion zu bekommen, die mit der Verwendung von anhaftenden Masken (P2 oder chirurgisch) verbunden ist, im Bereich von 60 % bis 80%. Diese Ergebnisse stimmen mit denen einer einfacheren Analyse überein, bei der die Personen nach Adhärenz stratifiziert wurden (Technischer Anhang). Wir betonen, dass dieser Grad der Risikominderung kontextabhängig ist, d. h. Erwachsene im Haushalt, die ein krankes Kind betreuen, nachdem sie einem einzigen Indexfall ausgesetzt waren. Wir bitten dringend um Vorsicht bei der Extrapolation unserer Ergebnisse auf Schul-, Arbeitsplatz- oder Gemeindekontexte oder wo es zu mehrfachen, wiederholten Expositionen kommen kann, beispielsweise im Gesundheitswesen. Der genaue Mechanismus der potenziellen klinischen Wirksamkeit der Verwendung von Gesichtsmasken kann die Verhinderung des Einatmens von Atemwegserregern sein, aber auch eine Verringerung des Hand-zu-Gesicht-Kontakts. Unsere Studie konnte die relativen Beiträge dieser Mechanismen nicht bestimmen. In dieser Studie kann nur von einem statistischen Zusammenhang zwischen der Einhaltung der Maskenpflicht und der Verringerung des Risikos einer ILI-Infektion gesprochen werden. Der Kausalzusammenhang kann nicht nachgewiesen werden, da die Adhärenz in der Studie nicht randomisiert wurde. Obwohl wir keinen signifikanten Unterschied in den Handwaschpraktiken zwischen anhaftenden und nicht anhaftenden Maskenträgern festgestellt haben, ist es möglich, dass die Verwendung von anhaftenden Masken mit anderen, unbeobachteten Variablen korreliert, die das Infektionsrisiko verringern. Es sind daher weitere Arbeiten erforderlich, um definitiv nachzuweisen, dass die Verwendung von haftenden Masken das Risiko einer ILI-Infektion verringert.

In unserer Studie wurde keine Dichtsitzprüfung für P2-Masken durchgeführt, da dies während einer Pandemie in der Allgemeinheit wahrscheinlich nicht durchführbar ist. Daher hielten wir es für angemessener, die Wirksamkeit von nicht auf Passform getesteten Masken zu bestimmen. Wir fanden keinen Unterschied in der Adhärenz zwischen P2-Masken und chirurgischen Masken, ein wichtiges Ergebnis, da das Personal im Gesundheitswesen allgemein der Ansicht ist, dass P2-Masken weniger komfortabel sind. Die Größe der Studie erlaubte keinen abschließenden Vergleich der relativen Wirksamkeit von P2-Masken und OP-Masken. Angesichts des 5- bis 10-fachen Kostenunterschieds zwischen den beiden Maskentypen bleibt die Quantifizierung jeglicher Wirksamkeitsunterschiede zwischen chirurgischen Masken und Partikel-Atemschutzmasken eine Priorität, die in einer größeren Studie angegangen werden muss.

Eine mögliche Einschränkung der Studie besteht darin, dass einige Erwachsene zum Zeitpunkt der Aufnahme eine Infektion inkubiert haben. Dieser Effekt hätte jedoch die Ergebnisse in der Intention-to-treat-Analyse in Richtung Null verzerrt. Die Überlebensanalyse berücksichtigte explizit die Existenz einer festen Inkubationszeit und Inkubationsinfektionen zum Zeitpunkt der Aufnahme. Ein mögliches alternatives Studiendesign wäre, Teilnehmer aus asymptomatischen Haushalten aufzunehmen, die Entwicklung einer Infektion nachzuverfolgen und dann sofort mit Masken zu intervenieren. Angesichts der Tatsache, dass nur 15–20% der eng exponierten Erwachsenen nach der Exposition gegenüber einem kranken Kind eine Krankheit entwickeln, müssten für ein solches Design Tausende von Haushalten (statt Hunderten) die gleiche Studienleistung aufbringen. Darüber hinaus wäre ein solches Design mit einer Untererfassung von Infektionsvorfällen und einer verzögerten Umsetzung von Maskeninterventionen behaftet gewesen. Wir glauben, dass unser Design effizienter ist. Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass sich einige Eltern möglicherweise außerhalb des Hauses infiziert haben. Wir identifizierten 5 Kind-Eltern-Paare mit diskordanten Virusinfektionen. Der Randomisierungsprozess hätte sicherstellen müssen, dass die Exposition von außen gleichmäßig auf die Arme verteilt war, und dieser Effekt hätte die Ergebnisse in Richtung Null verzerrt.

Rückblickend mag es für eine Studie dieser Größe unrealistisch gewesen sein, sich auf laborbestätigte Fälle als primären Endpunkt zu verlassen. Der ILI bei den eingeschlossenen Erwachsenen betrug 17,1%, aber die Laborbestätigung war bescheiden, das Virus wurde nur in 34,7% der erwachsenen ILI-Fälle identifiziert (die Rate der Labordiagnosen bei Kindern war mit 63,8% hoch). Allerdings zeigt selbst die Intention-to-treat-Analyse unter Verwendung des ILI-Ergebnisses keinen signifikanten Unterschied zwischen den Gruppen. Wir haben die Selbstauskunft verwendet, um die Adhärenz zu bestimmen. Frühere Forschungen zeigen, dass die Selbstauskunft von Patienten im Vergleich zu den Drogenspiegeln im Urin zuverlässiger ist als die Urteile von Ärzten oder Pflegepersonal (30). Darüber hinaus bietet der signifikante Zusammenhang zwischen Adhärenz und klinischem Schutz eine interne Validierung der Selbstauskunft als Maßnahme.

Ein wichtiger Aspekt dieser Studie ist, dass wir andere Atemwegsviren als Influenza eingeschlossen haben. Obwohl sich diese Viren in ihrer relativen Abhängigkeit (eine genaue Quantifizierung dieser Relativität ist für die verschiedenen Viren unsicher) von verschiedenen Übertragungsmechanismen (d. h. große Tröpfchen, Aerosol oder Fomite) unterscheiden können, werden alle über den Atemweg übertragen. Daher sollte die Verwendung von Gesichtsmasken einen gewissen Einfluss auf die Virusübertragung haben (z. Darüber hinaus argumentieren wir, dass die Bewertung mehrerer Atemwegsviren es ermöglicht, unsere Ergebnisse auf andere Infektionen zu verallgemeinern, einschließlich neuer Atemwegsviren, die in der Zukunft auftreten könnten. Umgekehrt könnte die geringe Rate an bestätigten Influenza A- oder B-Infektionen (18,4 %) in der Studie bedeuten, dass unsere Ergebnisse nicht direkt auf ein Szenario mit vorherrschender Influenza übertragbar sind. Wenn die Influenza wahrscheinlicher als die anderen Viren in unserer Studie über die Atemwege übertragen wird, würde die Prävalenz von Mischinfektionen unsere Ergebnisse tendenziell gegen null verzerren. Es ist jedoch möglich, dass ein pandemischer Stamm andere Übertragungseigenschaften aufweist als saisonale Stämme, wie durch die Befallsraten in verschiedenen Altersgruppen bei Pandemien im Vergleich zu saisonalen Ausbrüchen und durch den Nachweis des Influenzavirus in verschiedenen klinischen Proben des humanen Influenzavirus A (H5N1 ) Fälle.

Die Ergebnisse unserer Studie haben globale Relevanz für die Planung der Kontrolle von Atemwegserkrankungen, insbesondere im Hinblick auf die häusliche Pflege. Während einer Influenza-Pandemie kann die Versorgung mit antiviralen Medikamenten begrenzt sein, und es kommt zu unvermeidlichen Verzögerungen bei der Herstellung eines passenden pandemischen Impfstoffs (31). Bei neuen oder neu auftretenden Atemwegsvirusinfektionen stehen möglicherweise keine pharmazeutischen Interventionen zur Verfügung. Auch bei der saisonalen Influenza wurde kürzlich über eine weit verbreitete Oseltamivir-Resistenz bei Influenzavirus A (H1N1)-Stämmen berichtet (32). Masken können daher eine wichtige Rolle bei der Reduzierung der Übertragung spielen.

Dr. MacIntyre ist Leiter der School of Public Health and Community Medicine an der University of New South Wales, Australien, und Professor für Epidemiologie von Infektionskrankheiten. Ihre Forschungsinteressen umfassen das detaillierte Verständnis der Übertragungsdynamik und die Prävention von Infektionskrankheiten, insbesondere von Atemwegserregern wie Influenza, Tuberkulose und anderen durch Impfung vermeidbaren Infektionen.

Danksagung

Wir danken John Horvath, Chief Medical Officer von Australien, dass er uns die Gelegenheit gegeben hat, auf einen dringenden politischen Bedarf zu reagieren, Beweise für die Wirksamkeit der Verwendung von Gesichtsmasken zu erhalten. Danke auch an Noemie Ovdin, Linda Donovan, Sophie Branch, Ken McPhie und Mala Ratnamohan für Labortests Terence Campbell für Kommentare zum Manuskript und den Mitarbeitern der Notaufnahme des Kinderkrankenhauses Westmead und der Hausarztpraxis von Michael Fasher für Unterstützung bei der Rekrutierung von Studienteilnehmern.

Das Office of Health Protection, Department of Health and Ageing, Australien, 3M Australia, und Medical Research Council (UK) haben diese Studie finanziell unterstützt. Der National Health and Medical Research Council und die School of Pediatrics and Child Health der University of Sydney unterstützten das Gehalt.

Verweise

Figuren
Tabellen

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15.2 Wie Krankheitserreger Krankheiten verursachen

Bei den meisten Infektionskrankheiten ist die Fähigkeit, den verursachenden Erreger genau zu identifizieren, ein entscheidender Schritt, um wirksame Behandlungen zu finden oder zu verschreiben. Mediziner, Patienten und Forscher von heute sind dem Arzt Robert Koch (1843–1910) zu verdanken, der einen systematischen Ansatz entwickelt hat, um ursächliche Zusammenhänge zwischen Krankheiten und bestimmten Krankheitserregern zu bestätigen.

Kochs Postulate

Im Jahr 1884 veröffentlichte Koch vier Postulate (Tabelle 15.3), die seine Methode zur Bestimmung, ob ein bestimmter Mikroorganismus die Ursache einer bestimmten Krankheit war, zusammenfassten. Jedes der Postulate von Koch stellt ein Kriterium dar, das erfüllt sein muss, bevor eine Krankheit positiv mit einem Erreger in Verbindung gebracht werden kann. Um festzustellen, ob die Kriterien erfüllt sind, werden Versuche an Versuchstieren durchgeführt und Kulturen von gesunden und erkrankten Tieren verglichen (Abbildung 15.4).

Kochs Postulate
(1) Der verdächtige Erreger muss in jedem Krankheitsfall und nicht bei Gesunden nachgewiesen werden.
(2) Der verdächtige Erreger kann isoliert und in Reinkultur gezüchtet werden.
(3) Ein mit dem Verdachtserreger infizierter gesunder Proband muss die gleichen Krankheitszeichen und -symptome entwickeln wie in Postulat 1.
(4) Der Erreger muss aus dem neuen Wirt reisoliert werden und mit dem Erreger aus Postulat 2 identisch sein.

Kochs Postulate sind in vielerlei Hinsicht noch immer zentral für unser heutiges Verständnis der Krankheitsursachen. Fortschritte in der Mikrobiologie haben jedoch einige wichtige Einschränkungen der Koch-Kriterien aufgedeckt. Koch machte mehrere Annahmen, von denen wir heute wissen, dass sie in vielen Fällen falsch sind. Das erste bezieht sich auf Postulat 1, das davon ausgeht, dass Krankheitserreger nur bei erkrankten, nicht gesunden Menschen vorkommen. Dies ist bei vielen Krankheitserregern nicht der Fall. Zum Beispiel, H. pylori, das weiter oben in diesem Kapitel als Erreger der chronischen Gastritis beschrieben wurde, gehört auch bei vielen gesunden Menschen, die nie eine Gastritis entwickeln, zur normalen Mikrobiota des Magens. Es wird geschätzt, dass mehr als 50 % der menschlichen Bevölkerung H. pylori früh im Leben, wobei die meisten es für den Rest ihres Lebens als Teil der normalen Mikrobiota beibehalten, ohne jemals eine Krankheit zu entwickeln.

Kochs zweite Fehlannahme war, dass alle gesunden Probanden gleich anfällig für Krankheiten seien. Heute wissen wir, dass Individuen nicht gleichermaßen anfällig für Krankheiten sind. Individuen sind einzigartig in Bezug auf ihre Mikrobiota und den Zustand ihres Immunsystems zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die Zusammensetzung der residenten Mikrobiota kann die Anfälligkeit eines Individuums für eine Infektion beeinflussen. Mitglieder der normalen Mikrobiota spielen eine wichtige Rolle bei der Immunität, indem sie das Wachstum vorübergehender Krankheitserreger hemmen. In einigen Fällen kann die Mikrobiota verhindern, dass ein Krankheitserreger in anderen eine Infektion hervorruft, sie kann eine Infektion möglicherweise nicht vollständig verhindern, kann jedoch die Schwere oder Art der Anzeichen und Symptome beeinflussen. Infolgedessen präsentieren sich zwei Personen mit derselben Krankheit möglicherweise nicht immer mit denselben Anzeichen und Symptomen. Darüber hinaus haben einige Personen ein stärkeres Immunsystem als andere. Personen mit einem altersbedingt geschwächten Immunsystem oder einer nicht verwandten Krankheit sind für bestimmte Infektionen viel anfälliger als Personen mit einem starken Immunsystem.

Koch ging außerdem davon aus, dass alle Krankheitserreger Mikroorganismen sind, die in Reinkultur gezüchtet werden können (Postulat 2) und Tiere als zuverlässige Modelle für menschliche Krankheiten dienen könnten. Heute wissen wir jedoch, dass nicht alle Krankheitserreger in Reinkultur gezüchtet werden können und viele menschliche Krankheiten in tierischen Wirten nicht zuverlässig repliziert werden können. Viren und bestimmte Bakterien, einschließlich Rickettsien und Chlamydien , sind obligate intrazelluläre Pathogene, die nur innerhalb einer Wirtszelle wachsen können. Wenn eine Mikrobe nicht kultiviert werden kann, kann ein Forscher Postulat 2 nicht überwinden. Ebenso kann ein Forscher ohne einen geeigneten nichtmenschlichen Wirt Postulat 2 nicht bewerten, ohne den Menschen absichtlich zu infizieren, was offensichtliche ethische Bedenken aufwirft. AIDS ist ein Beispiel für eine solche Krankheit, da das humane Immunschwächevirus (HIV) nur beim Menschen Krankheiten verursacht.

Überprüfen Sie Ihr Verständnis

Molekulare Koch-Postulate

1988 schlug Stanley Falkow (1934–) eine überarbeitete Form der Koch-Postulate vor, die als molekulare Koch-Postulate bekannt ist. Diese sind in der linken Spalte von Tabelle 15.4 aufgeführt. Die Prämisse der molekularen Koch-Postulate besteht nicht in der Fähigkeit, einen bestimmten Krankheitserreger zu isolieren, sondern ein Gen zu identifizieren, das den Organismus pathogen machen kann.

Falkows Modifikationen der ursprünglichen Postulate von Koch erklären nicht nur Infektionen durch intrazelluläre Pathogene, sondern auch die Existenz pathogener Stämme von Organismen, die normalerweise nicht pathogen sind. Zum Beispiel die vorherrschende Form des Bakteriums Escherichia coli gehört zur normalen Mikrobiota des menschlichen Darms und gilt allgemein als unbedenklich. Es gibt jedoch pathogene Stämme von E coli wie enterotoxigene E coli ( ETEC ) und enterohämorrhagische E coli (O157:H7) (EHEC). Wir wissen jetzt, dass ETEC und EHEC existieren, weil die einst harmlosen Gene neue Gene erworben haben E coli, das in Form dieser pathogenen Stämme nun in der Lage ist, Giftstoffe zu produzieren und Krankheiten zu verursachen. Die pathogenen Formen resultierten aus geringfügigen genetischen Veränderungen. Die rechte Spalte von Tabelle 15.4 zeigt, wie die molekularen Postulate von Koch angewendet werden können, um EHEC als pathogenes Bakterium zu identifizieren.

Molekulare Koch-Postulate auf EHEC . angewendet
Molekulare Koch-Postulate Bewerbung bei EHEC
(1) Der Phänotyp (Krankheitszeichen oder Krankheitssymptom) sollte nur mit pathogenen Stämmen einer Art in Verbindung gebracht werden. EHEC verursacht Darmentzündungen und Durchfall, während nicht pathogene Stämme von E coli nicht.
(2) Die Inaktivierung des/der mutmaßlich mit Pathogenität assoziierten Gene(s) sollte zu einem messbaren Verlust der Pathogenität führen. Eines der Gene in EHEC kodiert für Shiga-Toxin, ein bakterielles Toxin (Gift), das die Proteinsynthese hemmt. Die Inaktivierung dieses Gens verringert die Fähigkeit der Bakterien, Krankheiten zu verursachen.
(3) Die Reversion des inaktiven Gens sollte den Krankheitsphänotyp wiederherstellen. Durch das Hinzufügen des Gens, das das Toxin kodiert, wieder in das Genom (z. B. mit einem Phagen oder Plasmid), wird die Fähigkeit von EHEC, Krankheiten zu verursachen, wiederhergestellt.

Wie bei den ursprünglichen Postulaten von Koch haben die molekularen Postulate von Koch Einschränkungen. Beispielsweise ist die genetische Manipulation einiger Krankheitserreger mit den derzeitigen Methoden der Molekulargenetik nicht möglich. In ähnlicher Weise gibt es für einige Krankheiten keine geeigneten Tiermodelle, was den Nutzen sowohl der ursprünglichen als auch der molekularen Postulate einschränkt.

Überprüfen Sie Ihr Verständnis

Pathogenität und Virulenz

Die Fähigkeit eines mikrobiellen Erregers, Krankheiten zu verursachen, wird Pathogenität genannt, und der Grad, in dem ein Organismus pathogen ist, wird Virulenz genannt. Virulenz ist ein Kontinuum. Am einen Ende des Spektrums stehen Organismen, die avirulent (nicht schädlich) sind, und auf der anderen Seite hochvirulente Organismen. Hochvirulente Krankheitserreger führen fast immer zu einem Krankheitszustand, wenn sie in den Körper eingeführt werden, und einige können bei gesunden Menschen sogar zu einem Versagen mehrerer Organe und des Körpersystems führen. Weniger virulente Erreger können eine Erstinfektion verursachen, müssen aber nicht immer schwere Erkrankungen verursachen. Krankheitserreger mit geringer Virulenz würden eher zu leichten Krankheitszeichen und -symptomen wie leichtem Fieber, Kopf- oder Muskelschmerzen führen. Einige Personen können sogar asymptomatisch sein.

Ein Beispiel für einen hochvirulenten Mikroorganismus ist Bacillus anthracis , der für Milzbrand verantwortliche Erreger . B. anthrazit können je nach Übertragungsweg (z. B. Injektion in die Haut, Inhalation, Einnahme) unterschiedliche Krankheitsformen hervorrufen. Die schwerste Form von Milzbrand ist der Inhalationsmilzbrand. Nach B. anthrazit Sporen werden eingeatmet, sie keimen. Eine aktive Infektion entwickelt sich und die Bakterien setzen starke Toxine frei, die Ödeme (Flüssigkeitsansammlung im Gewebe), Hypoxie (ein Zustand, der verhindert, dass Sauerstoff das Gewebe erreicht) und Nekrose (Zelltod und Entzündung) verursachen. Anzeichen und Symptome von Inhalationsmilzbrand sind hohes Fieber, Atembeschwerden, Erbrechen und Bluthusten sowie starke Brustschmerzen, die auf einen Herzinfarkt hindeuten. Beim Lungenmilzbrand gelangen die Giftstoffe und Bakterien in den Blutkreislauf, was zu Multiorganversagen und zum Tod des Patienten führen kann. Wenn ein Gen (oder Gene), das an der Pathogenese beteiligt ist, inaktiviert wird, werden die Bakterien weniger virulent oder nicht pathogen.

Die Virulenz eines Erregers kann durch kontrollierte Experimente mit Labortieren quantifiziert werden. Zwei wichtige Indikatoren für Virulenz sind die mediane Infektionsdosis (ID50) und die mediane letale Dosis (LD50) , die beide typischerweise experimentell unter Verwendung von Tiermodellen bestimmt werden. Die ID50 ist die Anzahl der Pathogenzellen oder Virionen, die erforderlich ist, um bei 50 % der geimpften Tiere eine aktive Infektion zu verursachen. Die LD50 ist die Anzahl pathogener Zellen, Virionen oder Toxinmenge, die erforderlich ist, um 50% der infizierten Tiere zu töten. Um diese Werte zu berechnen, wird jede Tiergruppe mit einer aus einer Reihe bekannter Anzahl von Krankheitserregerzellen oder Virionen geimpft. In Grafiken wie der in Abbildung 15.5 ist der Prozentsatz der infizierten Tiere (für ID50) oder getötet (für LD50) ist gegen die Konzentration des beimpften Erregers aufgetragen. Abbildung 15.5 zeigt Daten aus einem hypothetischen Experiment zur Messung der LD50 eines Krankheitserregers. Die Interpretation der Daten aus diesem Diagramm zeigt, dass die LD50 des Erregers für die Versuchstiere beträgt 10 4 Erregerzellen bzw. Virionen (je nach untersuchtem Erreger).

Tabelle 15.5 listet ausgewählte lebensmittelbedingte Krankheitserreger und ihre ID auf50 Werte beim Menschen (bestimmt aus epidemiologischen Daten und Studien an freiwilligen Probanden). Denken Sie daran, dass dies Median Werte. Die tatsächliche Infektionsdosis für eine Person kann stark variieren, abhängig von Faktoren wie dem Eintrittsweg, dem Alter, der Gesundheit und dem Immunstatus des Wirts sowie umwelt- und erregerspezifischen Faktoren wie der Anfälligkeit für den sauren pH-Wert des Magens. Es ist auch wichtig zu beachten, dass die infektiöse Dosis eines Erregers nicht unbedingt mit der Schwere der Erkrankung korreliert. Zum Beispiel nur eine einzelne Zelle von Salmonella enterica Serotyp Typhimurium kann zu einer aktiven Infektion führen. Die daraus resultierende Krankheit, Salmonellen Gastroenteritis oder Salmonellose kann Übelkeit, Erbrechen und Durchfall verursachen, hat aber bei gesunden Erwachsenen eine Sterblichkeitsrate von weniger als 1%. Im Gegensatz, S. enterica Serotyp Typhi hat eine viel höhere ID50, die typischerweise bis zu 1.000 Zellen benötigen, um eine Infektion zu erzeugen. Dieser Serotyp verursacht jedoch Typhus, eine viel systemischere und schwerere Krankheit, die bei unbehandelten Personen eine Sterblichkeitsrate von bis zu 10 % hat.

ICH WÜRDE50 für ausgewählte lebensmittelbedingte Krankheiten 4
Erreger ICH WÜRDE50
Viren
Hepatitis-A-Virus 10–100
Norovirus 1–10
Rotavirus 10–100
Bakterien
Escherichia coli, enterohämorrhagisch (EHEC, Serotyp O157) 10–100
E coli, enteroinvasiv (EIEC) 200–5,000
E coli, enteropathogen (EPEC) 10,000,000–10,000,000,000
E coli, enterotoxigen (ETEC) 10,000,000–10,000,000,000
Salmonella enterica Serovar Typhi <1.000
S. enterica Serovar Typhimurium ≥1
Shigella-Dysenteriae 10–200
Vibrio cholerae (Serotypen O139, O1) 1,000,000
V. parahemolyticus 100,000,000
Protozoen
Giardia lamblia 1
Cryptosporidium parvum 10–100

Überprüfen Sie Ihr Verständnis

  • Was ist der Unterschied zwischen der infektiösen Dosis und der tödlichen Dosis eines Erregers?
  • Was hängt stärker mit der Schwere einer Erkrankung zusammen?

Primäre Krankheitserreger versus opportunistische Krankheitserreger

Krankheitserreger können entweder als primäre Krankheitserreger oder als opportunistische Krankheitserreger klassifiziert werden. Ein primärer Krankheitserreger kann bei einem Wirt eine Krankheit verursachen, unabhängig von der residenten Mikrobiota oder dem Immunsystem des Wirts. Im Gegensatz dazu kann ein opportunistischer Erreger nur in Situationen Krankheiten verursachen, die die Abwehrkräfte des Wirts beeinträchtigen, wie zum Beispiel die Schutzbarrieren des Körpers, das Immunsystem oder die normale Mikrobiota. Zu den Personen, die anfällig für opportunistische Infektionen sind, gehören sehr junge Menschen, ältere Menschen, schwangere Frauen, Patienten, die sich einer Chemotherapie unterziehen, Menschen mit Immunschwäche (wie das erworbene Immunschwächesyndrom [AIDS]), Patienten, die sich von einer Operation erholen, und solche, die eine Verletzung erlitten haben von Schutzbarrieren (wie eine schwere Wunde oder Verbrennung).

Ein Beispiel für einen primären Erreger sind enterohämorrhagische E coli (EHEC), der einen Virulenzfaktor produziert, der als Shiga-Toxin bekannt ist. Dieses Toxin hemmt die Proteinsynthese, was selbst bei Patienten mit gesundem Immunsystem zu schwerem und blutigem Durchfall, Entzündungen und Nierenversagen führt. Staphylococcus epidermidis , dagegen ist ein opportunistischer Erreger, der zu den häufigsten Ursachen nosokomialer Erkrankungen zählt. 5 S. epidermidis ist ein Mitglied der normalen Mikrobiota der Haut, wo sie im Allgemeinen avirulent ist. In Krankenhäusern kann es jedoch auch in Biofilmen wachsen, die sich auf Kathetern, Implantaten oder anderen Geräten bilden, die bei chirurgischen Eingriffen in den Körper eingeführt werden. Einmal im Körper, S. epidermidis kann schwere Infektionen wie Endokarditis verursachen und produziert Virulenzfaktoren, die das Fortbestehen solcher Infektionen fördern.

Auch andere Mitglieder der normalen Mikrobiota können unter bestimmten Bedingungen opportunistische Infektionen verursachen. Dies geschieht häufig, wenn Mikroben, die sich harmlos an einer Körperstelle befinden, in ein anderes Körpersystem gelangen und dort Krankheiten verursachen. Zum Beispiel, E coli normalerweise im Dickdarm vorkommt, kann eine Harnwegsinfektion verursachen, wenn es in die Blase gelangt. Dies ist die häufigste Ursache für Harnwegsinfektionen bei Frauen.

Mitglieder der normalen Mikrobiota können auch Krankheiten verursachen, wenn eine Veränderung der Umgebung des Körpers zu einem übermäßigen Wachstum eines bestimmten Mikroorganismus führt. Zum Beispiel die Hefe Kandidat ist Teil der normalen Mikrobiota der Haut, des Mundes, des Darms und der Vagina, aber ihre Population wird durch andere Organismen der Mikrobiota in Schach gehalten. Wenn eine Person jedoch antibakterielle Medikamente einnimmt, Bakterien, die normalerweise das Wachstum von Kandidat abgetötet werden, was zu einem plötzlichen Bevölkerungswachstum von Kandidat, das durch antibakterielle Medikamente nicht beeinflusst wird, da es ein Pilz ist. Ein Überwuchern von Kandidat kann sich als Mundsoor (Wachstum an Mund, Rachen und Zunge), eine vaginale Hefepilzinfektion oder kutane Candidose manifestieren. Auch andere Szenarien können Chancen für Kandidat Infektionen. Unbehandelter Diabetes kann zu einer hohen Glukosekonzentration im Speichel führen, die eine optimale Umgebung für das Wachstum von Kandidatin, was zu Soor führt. Immunschwächen, wie sie bei Patienten mit HIV, AIDS und Krebs beobachtet werden, führen ebenfalls zu einer höheren Inzidenz von Soor. Vaginale Hefepilzinfektionen können aus einem Rückgang des Östrogenspiegels während der Menstruation oder der Menopause resultieren. Die Menge an Glykogen, die Laktobazillen in der Vagina zur Verfügung steht, wird durch den Östrogenspiegel gesteuert, wenn der Östrogenspiegel niedrig ist, produzieren Laktobazillen weniger Milchsäure. Der daraus resultierende Anstieg des vaginalen pH-Werts ermöglicht ein übermäßiges Wachstum von Kandidat in der Vagina.

Überprüfen Sie Ihr Verständnis

  • Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Primärpathogen und einem opportunistischen Pathogen.
  • Beschreiben Sie einige Bedingungen, unter denen eine opportunistische Infektion auftreten kann.

Stadien der Pathogenese

Um eine Krankheit zu verursachen, muss ein Pathogen erfolgreich vier Schritte oder Stadien der Pathogenese durchlaufen: Exposition (Kontakt), Adhäsion (Kolonisation), Invasion und Infektion. Der Erreger muss in der Lage sein, in den Wirt einzudringen, an den Ort zu gelangen, an dem er eine Infektion begründen, der Immunantwort des Wirts entgehen oder diese überwinden und dem Wirt Schaden (d. h. Krankheit) zufügen kann. In vielen Fällen ist der Zyklus abgeschlossen, wenn der Erreger den Wirt verlässt und auf einen neuen Wirt übertragen wird.

Exposition

Eine Begegnung mit einem potentiellen Krankheitserreger wird als Exposition oder Kontakt bezeichnet. Die Nahrung, die wir zu uns nehmen, und die Gegenstände, mit denen wir umgehen, sind alle Möglichkeiten, mit potenziellen Krankheitserregern in Kontakt zu kommen. Doch nicht alle Kontakte führen zu Infektionen und Krankheiten. Damit ein Krankheitserreger eine Krankheit auslösen kann, muss er in das Gewebe des Wirts eindringen können. Eine anatomische Stelle, durch die Krankheitserreger in das Gewebe des Wirts eindringen können, wird als Eintrittspforte bezeichnet. Dies sind Orte, an denen die Wirtszellen in direktem Kontakt mit der äußeren Umgebung stehen. Die wichtigsten Eintrittspforte sind in Abbildung 15.6 identifiziert und umfassen Haut, Schleimhäute und parenterale Wege.

Schleimhautoberflächen sind die wichtigsten Eintrittspforte für Mikroben, dazu gehören die Schleimhäute der Atemwege, des Magen-Darm-Trakts und des Urogenitaltrakts. Obwohl sich die meisten Schleimhautoberflächen im Inneren des Körpers befinden, grenzen einige an verschiedenen Körperöffnungen an die äußere Haut an, einschließlich Augen, Nase, Mund, Harnröhre und Anus.

Die meisten Erreger eignen sich für eine bestimmte Eintrittspforte. Die Portalspezifität eines Krankheitserregers wird durch die Umweltanpassungen des Organismus und die von ihm sezernierten Enzyme und Toxine bestimmt. Die Atemwege und der Magen-Darm-Trakt sind besonders anfällige Eintrittspforte, da Partikel, die Mikroorganismen enthalten, ständig eingeatmet bzw. aufgenommen werden.

Krankheitserreger können auch durch eine Verletzung der Schutzbarrieren von Haut und Schleimhäuten eindringen. Krankheitserreger, die auf diese Weise in den Körper gelangen, sollen auf dem parenteralen Weg eindringen. Zum Beispiel ist die Haut eine gute natürliche Barriere für Krankheitserreger, aber Risse in der Haut (z. B. Wunden, Insektenstiche, Tierbisse, Nadelstiche) können eine parenterale Eintrittspforte für Mikroorganismen darstellen.

Bei schwangeren Frauen verhindert die Plazenta normalerweise, dass Mikroorganismen von der Mutter auf den Fötus übergehen. Einige Krankheitserreger sind jedoch in der Lage, die Blut-Plazenta-Schranke zu überwinden. Das grampositive Bakterium Listeria monocytogenes , das die lebensmittelbedingte Krankheit Listeriose verursacht, ist ein Beispiel, das ein ernsthaftes Risiko für den Fötus darstellt und manchmal zu einem Spontanabort führen kann. Andere Erreger, die die Plazentaschranke passieren können, um den Fötus zu infizieren, sind unter dem Akronym TORCH bekannt (Tabelle 15.6).

Die Übertragung von Infektionskrankheiten von der Mutter auf das Baby ist auch zum Zeitpunkt der Geburt ein Problem, wenn das Baby den Geburtskanal passiert. Babys, deren Mütter eine aktive Chlamydien- oder Gonorrhoe-Infektion haben, können den verursachenden Erregern in der Vagina ausgesetzt sein, was zu Augeninfektionen führen kann, die zur Erblindung führen. Um dies zu verhindern, ist es üblich, Säuglingen kurz nach der Geburt Antibiotika-Tropfen in die Augen zu verabreichen.

Pathogene, die die Plazentaschranke überwinden können (TORCH-Infektionen)
Krankheit Erreger
T Toxoplasmose Toxoplasma gondii (Protozoon)
Ö 6 Syphilis
Windpocken
Hepatitis B
HIV
Fünfte Krankheit (Erythema infectiosum)
Treponema pallidum (Bakterium)
Varicella-Zoster-Virus (humanes Herpesvirus 3)
Hepatitis-B-Virus (Hepadnavirus)
Retrovirus
Parvovirus B19
R Röteln (deutsche Masern) Togavirus
C Cytomegalovirus Humanes Herpesvirus 5
h Herpes Herpes-simplex-Viren (HSV) 1 und 2

Klinischer Fokus

Teil 2

In der Klinik notiert ein Arzt Michaels Krankengeschichte und erkundigt sich nach seinen Aktivitäten und seiner Ernährung in der vergangenen Woche. Als er erfährt, dass Michael am Tag nach der Party krank wurde, ordnet der Arzt einen Bluttest an, um nach Krankheitserregern zu suchen, die mit lebensmittelbedingten Krankheiten in Verbindung stehen. Nachdem Tests das Vorhandensein eines grampositiven Stäbchens in Michaels Blut bestätigt haben, erhält er eine Injektion eines Breitbandantibiotikums und wird in ein nahe gelegenes Krankenhaus gebracht, wo er als Patient aufgenommen wird. Dort soll er zusätzlich eine intravenöse Antibiotikatherapie und Flüssigkeit erhalten.

  • Ist dieses Bakterium in Michaels Blut Teil der normalen Mikrobiota?
  • Welche Eintrittspforte haben die Bakterien verwendet, um diese Infektion zu verursachen?

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Adhäsion

Nach der ersten Exposition haftet der Erreger an der Eintrittspforte. Der Begriff Adhäsion bezieht sich auf die Fähigkeit pathogener Mikroben, sich unter Verwendung von Adhäsionsfaktoren an die Zellen des Körpers anzuheften, und verschiedene Pathogene verwenden verschiedene Mechanismen, um an die Zellen des Wirtsgewebes anzuhaften.

Moleküle (entweder Proteine ​​oder Kohlenhydrate), sogenannte Adhäsine, befinden sich auf der Oberfläche bestimmter Krankheitserreger und binden an spezifische Rezeptoren (Glykoproteine) auf Wirtszellen. Adhäsine sind auf den Fimbrien und Flagellen von Bakterien, den Zilien von Protozoen und den Kapsiden oder Membranen von Viren vorhanden. Protozoen können auch Haken und Widerhaken für die Adhäsion von Spike-Proteinen auf Viren verwenden, um auch die virale Adhäsion zu verbessern. Auch die Produktion von Glykokalysen (Schleimschichten und Kapseln) (Abb. 15.7) mit ihrem hohen Zucker- und Proteingehalt kann die Anlagerung bestimmter bakterieller Krankheitserreger an Zellen ermöglichen.

Biofilmwachstum kann auch als Adhäsionsfaktor wirken.Ein Biofilm ist eine Gemeinschaft von Bakterien, die eine Glykokalyx produzieren, die als extrapolymere Substanz (EPS) bekannt ist und die es dem Biofilm ermöglicht, an einer Oberfläche zu haften. Hartnäckig Pseudomonas aeruginosa Infektionen sind bei Patienten mit Mukoviszidose, Brandwunden und Mittelohrentzündungen (Otitis media) häufig, weil P. aeruginosa erzeugt einen Biofilm. Das EPS ermöglicht es den Bakterien, sich an die Wirtszellen anzuheften und erschwert es dem Wirt, den Krankheitserreger physisch zu entfernen. Das EPS ermöglicht nicht nur die Anhaftung, sondern bietet auch Schutz gegen das Immunsystem und antibiotische Behandlungen und verhindert, dass Antibiotika die Bakterienzellen im Biofilm erreichen. Darüber hinaus wachsen nicht alle Bakterien in einem Biofilm schnell, einige befinden sich in der stationären Phase. Da Antibiotika am wirksamsten gegen schnell wachsende Bakterien sind, werden Teile der Bakterien in einem Biofilm vor Antibiotika geschützt. 7

Invasion

Sobald die Adhäsion erfolgreich ist, kann die Invasion fortgesetzt werden. Invasion beinhaltet die Verbreitung eines Krankheitserregers durch lokale Gewebe oder den Körper. Krankheitserreger können Exoenzyme oder Toxine produzieren, die als Virulenzfaktoren dienen, die es ihnen ermöglichen, das Wirtsgewebe zu besiedeln und zu schädigen, während sie sich tiefer in den Körper ausbreiten. Krankheitserreger können auch Virulenzfaktoren produzieren, die sie vor der Abwehr des Immunsystems schützen. Die spezifischen Virulenzfaktoren eines Erregers bestimmen den Grad der auftretenden Gewebeschädigung. Abbildung 15.8 zeigt die Invasion von H. pylori in das Gewebe des Magens ein und verursacht im weiteren Verlauf Schäden.

Intrazelluläre Pathogene erreichen eine Invasion, indem sie in die Zellen des Wirts eindringen und sich vermehren. Einige sind obligat intrazelluläre Pathogene (d.h. sie können sich nur innerhalb von Wirtszellen vermehren) und andere sind fakultativ intrazelluläre Pathogene (d.h. sie können sich entweder innerhalb oder außerhalb von Wirtszellen vermehren). Durch das Eindringen in die Wirtszelle können intrazelluläre Krankheitserreger einigen Mechanismen des Immunsystems entgehen und gleichzeitig die Nährstoffe in der Wirtszelle verwerten.

Der Eintritt in eine Zelle kann durch Endozytose erfolgen. Für die meisten Arten von Wirtszellen verwenden Krankheitserreger einen von zwei verschiedenen Mechanismen für die Endozytose und den Eintritt. Ein Mechanismus beruht auf Effektorproteinen, die vom Pathogen sezerniert werden. Diese Effektorproteine ​​lösen den Eintritt in die Wirtszelle aus. Dies ist die Methode, die Salmonellen und Shigella Verwendung beim Eindringen in Darmepithelzellen. Wenn diese Krankheitserreger mit Epithelzellen im Darm in Kontakt kommen, sezernieren sie Effektormoleküle, die Vorsprünge von Membrankräuseln verursachen, die die Bakterienzelle einbringen. Dieser Vorgang wird als Membrankräuseln bezeichnet. Der zweite Mechanismus beruht auf Oberflächenproteinen, die auf dem Pathogen exprimiert werden und an Rezeptoren auf der Wirtszelle binden, was zum Eintritt führt. Zum Beispiel, Yersinien Pseudotuberkulose produziert ein Oberflächenprotein, das als Invasin bekannt ist und an Beta-1-Integrine bindet, die auf der Oberfläche von Wirtszellen exprimiert werden.

Einige Wirtszellen, wie weiße Blutkörperchen und andere Fresszellen des Immunsystems, endozytieren aktiv Krankheitserreger in einem Prozess, der Phagozytose genannt wird. Obwohl die Phagozytose es dem Pathogen ermöglicht, in die Wirtszelle einzudringen, tötet und baut die Wirtszelle das Pathogen in den meisten Fällen ab, indem es Verdauungsenzyme verwendet. Wenn ein Krankheitserreger von einem Fresser aufgenommen wird, wird er normalerweise im Zytoplasma von einem Phagosom eingeschlossen. Einige intrazelluläre Pathogene haben jedoch die Fähigkeit, in Fresszellen zu überleben und sich zu vermehren. Beispiele beinhalten Listeria monocytogenes und Shigella Diese Bakterien produzieren Proteine, die das Phagosom lysieren, bevor es mit dem Lysosom verschmilzt, wodurch die Bakterien in das Zytoplasma der Phagozyten entweichen können, wo sie sich vermehren können. Bakterien wie z Mycobacterium tuberculosis , Legionella pneumophila , und Salmonellen Arten verwenden einen etwas anderen Mechanismus, um der Verdauung durch die Fresszellen zu entgehen. Diese Bakterien verhindern die Verschmelzung des Phagosoms mit dem Lysosom, bleiben so am Leben und teilen sich innerhalb des Phagosoms.

Infektion

Nach der Invasion führt eine erfolgreiche Vermehrung des Erregers zur Infektion. Infektionen können je nach Ausmaß der Infektion als lokal, fokal oder systemisch beschrieben werden. Eine lokale Infektion ist auf einen kleinen Bereich des Körpers beschränkt, typischerweise in der Nähe der Eintrittspforte. Zum Beispiel, ein Haarfollikel infiziert mit Staphylococcus aureus Eine Infektion kann zu einem Furunkel um die Infektionsstelle herum führen, aber das Bakterium ist größtenteils an diesem kleinen Ort eingeschlossen. Andere Beispiele für lokale Infektionen, die eine ausgedehntere Gewebebeteiligung beinhalten, umfassen auf die Blase beschränkte Harnwegsinfektionen oder auf die Lunge beschränkte Lungenentzündung.

Bei einer fokalen Infektion kann sich ein lokalisierter Krankheitserreger oder die von ihm produzierten Toxine an einen sekundären Ort ausbreiten. Wenn beispielsweise ein Dentalhygieniker mit einem scharfen Werkzeug in das Zahnfleisch einsticht, kann dies zu einer lokalen Infektion des Zahnfleisches führen, indem Streptokokken Bakterien der normalen oralen Mikrobiota. Diese Streptokokken spp. können dann Zugang zum Blutkreislauf erhalten und an andere Stellen im Körper gelangen, was zu einer Sekundärinfektion führt.

Wenn sich eine Infektion im ganzen Körper ausbreitet, nennen wir sie eine systemische Infektion. Beispielsweise gelangt eine Infektion mit dem Varicella-Zoster-Virus typischerweise durch eine Schleimhaut der oberen Atemwege. Es breitet sich dann im ganzen Körper aus und führt zu den klassischen roten Hautläsionen, die mit Windpocken verbunden sind. Da diese Läsionen keine Erstinfektionsstellen sind, sind sie Anzeichen einer systemischen Infektion.

Manchmal kann eine Primärinfektion, die Erstinfektion durch einen Erreger, zu einer Sekundärinfektion durch einen anderen Erreger führen. Beispielsweise wird das Immunsystem eines Patienten mit einer HIV-Primärinfektion geschwächt, wodurch der Patient anfälliger für Folgeerkrankungen wie Mundsoor und andere durch opportunistische Krankheitserreger verursachte Krankheiten wird. In ähnlicher Weise schädigt und verringert eine Primärinfektion durch das Influenzavirus die Abwehrmechanismen der Lunge, wodurch die Patienten anfälliger für eine sekundäre Lungenentzündung durch einen bakteriellen Erreger wie . werden Haemophilus influenzae oder Streptococcus pneumoniae . Einige Sekundärinfektionen können sogar als Folge der Behandlung einer Primärinfektion auftreten. Eine antibiotische Therapie, die auf den primären Erreger abzielt, kann Kollateralschäden an der normalen Mikrobiota verursachen und eine Öffnung für opportunistische Erreger schaffen (siehe Fallbeispiel: Eine sekundäre Hefeinfektion).

Fall in Punkt

Eine sekundäre Hefeinfektion

Anita, eine 36-jährige Mutter von drei Kindern, geht in eine Notaufnahme und klagt über Beckendruck, häufiges und schmerzhaftes Wasserlassen, Bauchkrämpfe und gelegentlich blutigen Urin. Bei Verdacht auf eine Harnwegsinfektion (HWI) fordert der Arzt eine Urinprobe an und schickt sie zur Urinanalyse ins Labor. Da es ungefähr 24 Stunden dauert, bis die Kultivierungsergebnisse vorliegen, beginnt der Arzt sofort mit Anita mit dem Antibiotikum Ciprofloxacin. Am nächsten Tag bestätigt das Mikrobiologielabor das Vorhandensein von E coli im Urin von Anita, was mit der Verdachtsdiagnose übereinstimmt. Der antimikrobielle Empfindlichkeitstest zeigt jedoch, dass Ciprofloxacin Anitas HWI nicht wirksam behandeln würde, sodass der Arzt ein anderes Antibiotikum verschreibt.

Nachdem sie 1 Woche lang Antibiotika eingenommen hat, kehrt Anita in die Klinik zurück und beschwert sich, dass das Rezept nicht funktioniert. Obwohl die Schmerzen beim Wasserlassen nachgelassen haben, leidet sie jetzt unter vaginalem Juckreiz, Brennen und Ausfluss. Nach einer kurzen Untersuchung erklärt der Arzt Anita, dass die Antibiotika wahrscheinlich erfolgreich waren, um die E coli verantwortlich für ihre Harnwegsinfektionen, löschten dabei jedoch auch viele der „guten“ Bakterien in Anitas normaler Mikrobiota aus. Die neuen Symptome, die Anita gemeldet hat, stimmen mit einer sekundären Hefeinfektion von Candida albicans, ein opportunistischer Pilz, der normalerweise in der Vagina vorkommt, aber durch die Bakterien gehemmt wird, die normalerweise in derselben Umgebung leben.

Um diese Diagnose zu bestätigen, wird ein Objektträger eines direkten Vaginalabstrichs aus dem Ausfluss hergestellt, um das Vorhandensein von Hefen zu überprüfen. Eine Probe des Ausflusses begleitet diesen Objektträger zum Mikrobiologielabor, um festzustellen, ob eine Zunahme der Hefepopulation aufgetreten ist, die eine Vaginitis verursacht. Nachdem das mikrobiologische Labor die Diagnose bestätigt hat, verschreibt der Arzt Anita ein Antimykotikum, um ihre sekundäre Hefeinfektion zu beseitigen.

Überprüfen Sie Ihr Verständnis

Übertragung von Krankheiten

Damit ein Erreger persistieren kann, muss er sich in die Lage versetzen, auf einen neuen Wirt übertragen zu werden und den infizierten Wirt durch eine Austrittspforte zu verlassen (Abb. 15.9). Wie bei Eintrittspforten sind viele Krankheitserreger angepasst, um ein bestimmtes Austrittsportal zu verwenden. Ähnlich wie Eintrittspforten sind die häufigsten Austrittspforten die Haut und die Atemwege, der Urogenitaltrakt und der Magen-Darm-Trakt. Durch Husten und Niesen können Krankheitserreger aus den Atemwegen ausgestoßen werden. Ein einziges Niesen kann Tausende von Viruspartikeln in die Luft schicken. Sekrete und Ausscheidungen können Krankheitserreger aus anderen Austrittspforten transportieren. Kot, Urin, Sperma, Vaginalsekret, Tränen, Schweiß und abgeschiedene Hautzellen können als Vehikel für einen Krankheitserreger dienen, um den Körper zu verlassen. Krankheitserreger, die zur Übertragung auf Insektenvektoren angewiesen sind, verlassen den Körper mit dem Blut, das von einem beißenden Insekt extrahiert wird. In ähnlicher Weise verlassen einige Krankheitserreger den Körper in Blut, das mit Nadeln entnommen wird.


22.4 Bakterielle Erkrankungen beim Menschen

Am Ende dieses Abschnitts können Sie Folgendes tun:

  • Identifizieren Sie bakterielle Krankheiten, die historisch bedeutsame Seuchen und Epidemien verursacht haben
  • Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen Biofilmen und lebensmittelbedingten Krankheiten
  • Erklären Sie, wie ein übermäßiger Gebrauch von Antibiotika zu „Super-Bugs“ führen kann
  • Erklären Sie die Bedeutung von MRSA im Hinblick auf die Probleme der Antibiotikaresistenz

Für einen Prokaryoten kann der Mensch nur eine weitere Wohnmöglichkeit sein. Leider kann die Verpachtung einiger Arten schädliche Auswirkungen haben und Krankheiten verursachen. Bakterien oder andere Infektionserreger, die ihren menschlichen Wirt schädigen, werden als Krankheitserreger bezeichnet. Verheerende, durch Krankheitserreger übertragene Krankheiten und Plagen, sowohl viraler als auch bakterieller Natur, befallen Menschen und ihre Vorfahren seit Millionen von Jahren. Die wahre Ursache dieser Krankheiten wurde erst verstanden, als sich das moderne wissenschaftliche Denken entwickelte, und viele Menschen dachten, Krankheiten seien eine „spirituelle Strafe“. Erst in den letzten Jahrhunderten haben die Menschen verstanden, dass die Entfernung von Betroffenen, die Entsorgung von Leichen und persönlichen Gegenständen von Erkrankten sowie Hygienemaßnahmen das eigene Krankheitsrisiko verringern.

Epidemiologen untersuchen, wie Krankheiten übertragen werden und wie sie sich auf eine Bevölkerung auswirken. Oft müssen sie dem Verlauf einer Epidemie folgen – einer Krankheit, die bei einer ungewöhnlich hohen Anzahl von Individuen in einer Population gleichzeitig auftritt. Im Gegensatz dazu ist eine Pandemie eine weit verbreitete und in der Regel weltweite Epidemie. Eine endemische Krankheit ist eine Krankheit, die in einer Population immer vorhanden ist, normalerweise mit geringer Inzidenz.

Lange Geschichte der bakteriellen Krankheit

Es gibt Aufzeichnungen über Infektionskrankheiten, die bis 3000 v. Chr. zurückreichen. Eine Reihe bedeutender Pandemien, die durch Bakterien verursacht werden, wurden über mehrere hundert Jahre hinweg dokumentiert. Einige der denkwürdigsten Pandemien führten zum Niedergang von Städten und ganzen Nationen.

Trotz der Fortschritte in der medizinischen Forschung und Behandlung in den letzten Jahrzehnten gehören Infektionskrankheiten auch im 21. Jahrhundert weltweit zu den häufigsten Todesursachen. Eine Krankheit breitet sich aus wenn der Erreger, der ihn verursacht, von einer Person auf eine andere übertragen wird. Damit ein Krankheitserreger eine Krankheit auslösen kann, muss er sich im Körper des Wirts vermehren und den Wirt in irgendeiner Weise schädigen können.

Die Pest von Athen

Im Jahr 430 v. Chr. tötete die Pest von Athen ein Viertel der athenischen Truppen, die im großen Peloponnesischen Krieg kämpften, und schwächte Athens Dominanz und Macht. Die Pest traf die Menschen im überfüllten Athen sowie Truppen an Bord von Schiffen, die nach Athen zurückkehren mussten. Die Quelle der Pest könnte kürzlich identifiziert worden sein, als Forscher der Universität Athen DNA von Zähnen verwenden konnten, die aus einem Massengrab geborgen wurden. Die Wissenschaftler identifizierten Nukleotidsequenzen eines pathogenen Bakteriums, Salmonella enterica Serovar Typhi (Abb. 22.20), das Typhus-Fieber. 3 Diese Krankheit tritt häufig in überfüllten Gebieten auf und hat in der gesamten aufgezeichneten Geschichte Epidemien verursacht.

Beulenpest

Von 541 bis 750 die Pest von Justinian, ein Ausbruch dessen, was wahrscheinlich war Beulenpest, ein Viertel bis die Hälfte der menschlichen Bevölkerung im östlichen Mittelmeerraum ausgerottet. Die Bevölkerung in Europa ging während dieses Ausbruchs um 50 Prozent zurück. Erstaunlicherweise würde die Beulenpest Europa mehr als einmal befallen!

Beulenpest wird durch das Bakterium verursacht Yersinien pestis. Eine der verheerendsten Pandemien, die der Beulenpest zugeschrieben werden, war der Schwarze Tod (1346 bis 1361). Es wird angenommen, dass es seinen Ursprung in China hat und sich entlang der Seidenstraße, einem Netzwerk von Land- und Seehandelsrouten, in den Mittelmeerraum und nach Europa verbreitet hat, getragen von Flöhen, die auf schwarzen Ratten leben, die immer auf Schiffen anwesend waren. Der Schwarze Tod wurde wahrscheinlich nach der Gewebenekrose (Abbildung 22.21c) benannt, die eines der Symptome sein kann. Die "Buboes" der Beulenpest waren schmerzhaft geschwollene Bereiche des Lymphgewebes. EIN Lungenform der Pest, die durch Husten und Niesen infizierter Personen verbreitet wird, sich direkt von Mensch zu Mensch ausbreitet und innerhalb einer Woche zum Tod führen kann. Die Lungenform war für die rasche Ausbreitung des Schwarzen Todes in Europa verantwortlich. Der Schwarze Tod hat die Weltbevölkerung von geschätzten 450 Millionen auf etwa 350 bis 375 Millionen reduziert. Mitte des 16. Jahrhunderts wurde London erneut von der Beulenpest heimgesucht (Abbildung 22.21). In der heutigen Zeit treten weltweit jedes Jahr etwa 1.000 bis 3.000 Pestfälle auf, und eine „sylvatische“ Form der Pest, die von Flöhen übertragen wird, die auf Nagetieren wie Präriehunden und Schwarzfußfrettchen leben, infiziert jährlich 10 bis 20 Menschen im amerikanischen Südwesten . Obwohl die Ansteckung mit Beulenpest vor Antibiotika einen fast sicheren Tod bedeutete, reagiert das Bakterium auf verschiedene Arten moderner Antibiotika, und die Sterblichkeitsraten durch die Pest sind jetzt sehr niedrig.

Link zum Lernen

Sehen Sie sich ein Video zum modernen Verständnis des Schwarzen Todes an – der Beulenpest in Europa im 14. Jahrhundert.

Migration von Krankheiten in neue Populationen

Eine der negativen Folgen der menschlichen Erforschung war die versehentliche „biologische Kriegsführung“, die aus dem Transport eines Krankheitserregers in eine Bevölkerung resultierte, die ihm zuvor nicht ausgesetzt war. Im Laufe der Jahrhunderte neigten die Europäer dazu, eine genetische Immunität gegen endemische Infektionskrankheiten zu entwickeln, aber als europäische Eroberer die westliche Hemisphäre erreichten, brachten sie krankheitserregende Bakterien und Viren mit, die Epidemien auslösten, die viele verschiedene Populationen der amerikanischen Ureinwohner völlig verwüsteten keine natürliche Resistenz gegen viele europäische Krankheiten. Schätzungen zufolge starben bis zu 90 Prozent der amerikanischen Ureinwohner nach der Ankunft der Europäer an Infektionskrankheiten, was die Eroberung der Neuen Welt zu einer ausgemachten Sache macht.

Neu auftretende und wieder auftretende Krankheiten

Die Verbreitung einer bestimmten Krankheit ist dynamisch. Veränderungen der Umwelt, des Erregers oder der Wirtspopulation können die Ausbreitung einer Krankheit dramatisch beeinflussen. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) ist eine neu auftretende Krankheit (Abbildung 22.22) eine Krankheit, die zum ersten Mal in einer Population aufgetreten ist oder die möglicherweise schon einmal existiert hat, aber in Bezug auf Inzidenz oder geografische Reichweite schnell zunimmt. Diese Definition umfasst auch wieder auftretende Krankheiten die vorher unter Kontrolle waren. Ungefähr 75 Prozent der neu aufgetretenen Infektionskrankheiten, die den Menschen betreffen, sind Zoonosekrankheiten. Zoonosen sind Krankheiten, die hauptsächlich Tiere befallen, aber auf den Menschen übertragen werden können. Einige sind viralen Ursprungs und andere sind bakteriellen Ursprungs. Brucellose ist ein Beispiel für eine prokaryontische Zoonose, die in einigen Regionen wieder auftritt, und nekrotisierende Fasziitis (allgemein bekannt als fleischfressende Bakterien) hat in den letzten 80 Jahren aus unbekannten Gründen an Virulenz zugenommen.

Einige der gegenwärtig neu auftretenden Krankheiten sind nicht wirklich neu, sondern Krankheiten, die in der Vergangenheit katastrophal waren (Abbildung 22.23). Sie verwüsteten die Bevölkerung und wurden für eine Weile inaktiv, um wiederzukommen, manchmal noch ansteckender als zuvor, wie es bei der Beulenpest der Fall war. Andere Krankheiten wie Tuberkulose wurden nie ausgerottet, waren aber in einigen Regionen der Welt bis zur Rückkehr unter Kontrolle, vor allem in städtischen Zentren mit hohen Konzentrationen an immungeschwächten Menschen. Die WHO hat bestimmte Krankheiten identifiziert, deren weltweites Wiederauftreten überwacht werden sollte. Darunter sind drei Viruserkrankungen (Dengue-Fieber, Gelbfieber und Zika) und drei bakterielle Erkrankungen (Diphtherie, Cholera und Beulenpest). Der Krieg gegen Infektionskrankheiten hat kein absehbares Ende.

Lebensmittelvergiftungen

Prokaryoten sind überall: Sie besiedeln leicht die Oberfläche von Materialien aller Art, und Nahrung ist keine Ausnahme. Meistens besiedeln Prokaryonten Lebensmittel und lebensmittelverarbeitende Geräte in Form von a Biofilm, wie wir bereits besprochen haben. Ausbrüche von bakteriellen Infektionen im Zusammenhang mit der Nahrungsaufnahme sind häufig. Eine lebensmittelbedingte Krankheit (allgemein als „Lebensmittelvergiftung“ bezeichnet) ist eine Krankheit, die auf den Verzehr von pathogenen Bakterien, Viren oder anderen Parasiten zurückzuführen ist, die Lebensmittel kontaminieren. Obwohl die Vereinigten Staaten über eine der sichersten Nahrungsmittelversorgungen der Welt verfügen, haben die US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten (CDC) berichtet, dass „76 Millionen Menschen krank werden, mehr als 300.000 ins Krankenhaus eingeliefert werden und 5.000 Amerikaner jedes Jahr an durch Lebensmittel übertragenen Krankheiten sterben“. Erkrankung."

Die Merkmale von lebensmittelbedingten Krankheiten haben sich im Laufe der Zeit verändert. In der Vergangenheit war es relativ häufig, von sporadischen Fällen von Botulismus zu hören, der potenziell tödlichen Krankheit, die durch ein Toxin des anaeroben Bakteriums verursacht wird Clostridium botulinum. Einige der häufigsten Quellen für dieses Bakterium waren säurefreie Konserven, hausgemachte Gurken und verarbeitetes Fleisch und Wurst. Die Dose, das Glas oder die Verpackung haben eine geeignete anaerobe Umgebung geschaffen, in der Clostridium wachsen könnte. Richtige Sterilisations- und Konservenverfahren haben das Auftreten dieser Krankheit reduziert.

Während die Menschen dazu neigen, lebensmittelbedingte Krankheiten mit tierischen Lebensmitteln in Verbindung zu bringen, werden die meisten Fälle jetzt mit Produkten in Verbindung gebracht. Bei rohem Spinat in den USA und bei Gemüsesprossen in Deutschland gab es schwerwiegende, produktbedingte Ausbrüche, und diese Art von Ausbrüchen ist häufiger geworden. Der Ausbruch von Rohspinat im Jahr 2006 wurde durch das Bakterium verursacht E coli Serotyp O157:H7.Ein Serotyp ist ein Bakterienstamm, der eine Reihe ähnlicher Antigene auf seiner Zelloberfläche trägt, und es gibt oft viele verschiedene Serotypen einer Bakterienart. Die meisten E coli sind für den Menschen nicht besonders gefährlich, aber der Serotyp O157:H7 kann blutigen Durchfall verursachen und ist potenziell tödlich.

Alle Arten von Lebensmitteln können potenziell mit Bakterien kontaminiert sein. Jüngste Ausbrüche von Salmonellen von der CDC berichtet wurde, trat in so unterschiedlichen Lebensmitteln wie Erdnussbutter, Alfalfa-Sprossen und Eiern auf. Ein tödlicher Ausbruch in Deutschland im Jahr 2010 wurde verursacht durch E coli Kontamination von Gemüsesprossen (Abbildung 22.24). Es wurde festgestellt, dass der Stamm, der den Ausbruch verursacht hat, ein neuer Serotyp ist, der zuvor nicht an anderen Ausbrüchen beteiligt war, was darauf hindeutet, dass E coli entwickelt sich ständig weiter. Listerioseausbrüche durch Kontamination von Fleisch, rohem Käse und gefrorenem oder frischem Gemüse mit Listeria monocytogenes, werden immer häufiger.

Biofilme und Krankheiten

Denken Sie daran, dass Biofilme mikrobielle Gemeinschaften sind, die sehr schwer zu zerstören sind. Sie sind verantwortlich für Krankheiten wie die Legionärskrankheit, Mittelohrentzündungen (Otitis media) und verschiedene Infektionen bei Patienten mit Mukoviszidose. Sie produzieren Zahnbelag und besiedeln Katheter, Prothesen, transkutane und orthopädische Geräte, Kontaktlinsen und interne Geräte wie Herzschrittmacher. Sie bilden sich auch in offenen Wunden und verbranntem Gewebe. Im Gesundheitswesen wachsen Biofilme auf Hämodialysegeräten, mechanischen Beatmungsgeräten, Shunts und anderen medizinischen Geräten. Tatsächlich werden 65 Prozent aller im Krankenhaus erworbenen Infektionen (nosokomiale Infektionen) auf Biofilme zurückgeführt. Biofilme stehen auch im Zusammenhang mit Krankheiten, die durch Lebensmittel übertragen werden, da sie die Oberflächen von Gemüseblättern und Fleisch sowie nicht ausreichend gereinigte Lebensmittelverarbeitungsgeräte besiedeln.

Biofilminfektionen entwickeln sich allmählich und verursachen möglicherweise keine sofortigen Symptome. Sie werden selten durch Abwehrmechanismen des Wirts gelöst. Sobald eine Infektion durch einen Biofilm etabliert ist, ist sie sehr schwer auszurotten, da Biofilme dazu neigen, gegen die meisten Methoden zur Kontrolle des mikrobiellen Wachstums, einschließlich Antibiotika, resistent zu sein. Die Matrix, die die Zellen an ein Substrat und an ein anderes bindet, schützt die Zellen vor Antibiotika oder Medikamenten. Da Biofilme außerdem langsam wachsen, reagieren sie weniger auf Wirkstoffe, die das Zellwachstum stören. Es wurde berichtet, dass Biofilme bis zum 1.000-fachen der Antibiotikakonzentration widerstehen können, die verwendet wird, um dieselben Bakterien abzutöten, wenn sie frei lebend oder planktonisch sind. Eine so hohe Antibiotikadosis würde dem Patienten also schaden, Wissenschaftler arbeiten an neuen Wegen, um Biofilme loszuwerden.

Antibiotika: Stehen wir vor einer Krise?

Das Wort Antibiotikum kommt aus dem Griechischen Anti Bedeutung „gegen“ und bios bedeutet "Leben". Ein Antibiotikum ist eine Chemikalie, die entweder von Mikroben oder synthetisch hergestellt wird und die anderen Organismen feindlich gegenübersteht oder deren Wachstum verhindert. Die heutigen Medien sprechen oft Bedenken über eine Antibiotika-Krise an. Werden die Antibiotika, die in der Vergangenheit leicht bakterielle Infektionen behandelten, obsolet? Gibt es neue „Superbugs“ – Bakterien, die sich entwickelt haben, um resistenter gegen unser Antibiotika-Arsenal zu werden? Ist das der Anfang vom Ende der Antibiotika? All diese Fragen stellen das Gesundheitswesen vor Herausforderungen.

Eine der Hauptursachen für Antibiotikaresistenzen bei Bakterien ist eine Überexposition gegenüber Antibiotika. Der unvorsichtige und übermäßige Einsatz von Antibiotika hat zur natürlichen Selektion resistenter Bakterienformen geführt. Das Antibiotikum tötet die meisten infizierenden Bakterien ab, daher bleiben nur die resistenten Formen übrig. Diese resistenten Formen reproduzieren sich, was dazu führt, dass der Anteil resistenter Formen gegenüber nicht-resistenten Formen ansteigt. Neben der Übertragung von Resistenzgenen auf Nachkommen kann der laterale Transfer von Resistenzgenen auf Plasmide diese Gene schnell durch eine Bakterienpopulation verbreiten. Ein häufiger Missbrauch von Antibiotika besteht bei Patienten mit Virusinfektionen wie Erkältungen oder Grippe, gegen die Antibiotika nutzlos sind. Ein weiteres Problem ist der übermäßige Einsatz von Antibiotika bei Nutztieren. Auch der routinemäßige Einsatz von Antibiotika in Futtermitteln fördert die Bakterienresistenz. In den USA werden 70 Prozent der produzierten Antibiotika an Tiere verfüttert. Diese Antibiotika werden Nutztieren in niedrigen Dosen verabreicht, was die Wahrscheinlichkeit einer Resistenzentwicklung maximiert, und diese resistenten Bakterien werden leicht auf den Menschen übertragen.

Link zum Lernen

Sehen Sie sich einen aktuellen Nachrichtenbericht über das Problem der routinemäßigen Verabreichung von Antibiotika an Nutztiere und antibiotikaresistente Bakterien an.

Einer der Superbugs: MRSA

Der unvorsichtige Einsatz von Antibiotika hat den Weg für die Ausbreitung resistenter Bakterienpopulationen geebnet. Zum Beispiel, Staphylococcus aureus, oft als „Staphylokokken“ bezeichnet, ist ein weit verbreitetes Bakterium, das im menschlichen Körper leben kann und normalerweise leicht mit Antibiotika behandelt werden kann. Allerdings eine sehr gefährliche Sorte, Methicillin-resistent Staphylococcus aureus (MRSA) hat in den letzten Jahren für Schlagzeilen gesorgt (Abbildung 22.25). Dieser Stamm ist gegen viele häufig verwendete Antibiotika resistent, darunter Methicillin, Amoxicillin, Penicillin und Oxacillin. MRSA kann Hautinfektionen verursachen, aber auch den Blutkreislauf, die Lunge, die Harnwege oder Verletzungsstellen infizieren. Während MRSA-Infektionen bei Menschen in Gesundheitseinrichtungen häufig sind, traten sie auch bei gesunden Menschen auf, die nicht ins Krankenhaus eingeliefert wurden, aber in einer engen Bevölkerungsgruppe leben oder arbeiten (wie Militärpersonal und Gefangene). Forscher haben sich besorgt darüber geäußert, dass diese letztgenannte Quelle von MRSA auf eine viel jüngere Bevölkerung abzielt als diejenigen, die in Pflegeeinrichtungen wohnen. Das Journal der American Medical Association berichteten, dass das Durchschnittsalter von MRSA-Betroffenen in Gesundheitseinrichtungen bei 68 Jahren liegt, während Menschen mit „Community-Associated MRSA“ ( CA-MRSA ) ein Durchschnittsalter von 23 Jahren haben. 4

Zusammenfassend steht die medizinische Gemeinschaft vor einer Antibiotika-Krise. Einige Wissenschaftler glauben, dass wir nach Jahren des Schutzes vor bakteriellen Infektionen durch Antibiotika möglicherweise in eine Zeit zurückkehren, in der eine einfache bakterielle Infektion die menschliche Bevölkerung erneut verwüsten könnte. Forscher entwickeln neue Antibiotika, aber es braucht viele Jahre der Forschung und klinischen Studien sowie finanzielle Investitionen in Millionenhöhe, um ein wirksames und zugelassenes Medikament zu entwickeln.

Karriereverbindung

Epidemiologe

Epidemiologie ist die Untersuchung des Auftretens, der Verteilung und der Determinanten von Gesundheit und Krankheit in einer Bevölkerung. Es ist daher Teil der öffentlichen Gesundheit. Ein Epidemiologe untersucht die Häufigkeit und Verteilung von Krankheiten innerhalb der menschlichen Bevölkerung und Umwelt.

Epidemiologen sammeln Daten über eine bestimmte Krankheit und verfolgen ihre Ausbreitung, um den ursprünglichen Übertragungsweg zu identifizieren. Sie arbeiten manchmal eng mit Historikern zusammen, um zu versuchen, die geografische und zeitliche Entwicklung einer Krankheit zu verstehen und den natürlichen Verlauf von Krankheitserregern zu verfolgen. Sie sammeln Informationen aus klinischen Aufzeichnungen, Patienteninterviews, Überwachung und anderen verfügbaren Mitteln. Diese Informationen werden verwendet, um Strategien wie Impfungen (Abbildung 22.26) zu entwickeln und Strategien für die öffentliche Gesundheit zu entwickeln, um das Auftreten einer Krankheit zu reduzieren oder ihre Ausbreitung zu verhindern. Epidemiologen führen im Falle eines Ausbruchs auch schnelle Untersuchungen durch, um sofortige Maßnahmen zur Bekämpfung zu empfehlen.


Einführung

Da alle 12 bis 18 Monate irgendwo auf der Welt ein neuer Ausbruch von Infektionskrankheiten ausbricht, ist es von größter Bedeutung, dass die Öffentlichkeit Infektionskrankheiten versteht und die Fähigkeiten und das Vokabular besitzt, um die Informationen zu finden und anzuwenden, um angemessen reagieren zu können .

Diese Website bietet eine ansprechende und wissenschaftlich genaue Sammlung von Unterrichtsmaterialien und Ressourcen, die darauf abzielen, das Verständnis von Oberstufenschülern für Infektionskrankheiten zu vertiefen und die Fähigkeiten der Schüler zu verbessern, zusätzliche Informationen zu suchen, die sie benötigen, um fundierte Entscheidungen zu treffen und ihr Verhalten als Reaktion auf die Zukunft zu beeinflussen Ausbrüche und Epidemien, die zweifellos auftreten werden

Unter Verwendung einer übergreifenden Handlung der jüngsten Ebola-Epidemie und des Masern-Ausbruchs sowie einiger neuer Materialien zu COVID-19 sind die Ressourcen in vier Module gegliedert, die als zusammenhängende Unterrichtseinheit oder einzeln als separate Themen verwendet werden können.


Verfolgung von Infektionskrankheiten

1976 nutzte die Weltgesundheitsorganisation (WHO) ein System/370 im Internationalen Rechenzentrum der Vereinten Nationen in Genf, um Trends und Pockenausbrüche präzise zu kartieren, damit sie ihr begrenztes Personal und ihre Ressourcen am besten an den bedürftigsten Orten einsetzen konnte. Diese Bemühungen trugen einige Jahre später zur endgültigen Ausrottung der Krankheit in der allgemeinen Bevölkerung bei.

Aus den IBM-Archiven

Bilder aus dem Verkaufsprospekt zum System/370, das im Juni 1970 debütierte.

Seitdem hat sich IBM von solchen Bemühungen zu einem führenden Unternehmen bei der Anwendung von Technologie zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung entwickelt – von der Identifizierung von Trends und Demografie, um die Ausbreitung von Krankheiten zu stoppen, bis hin zur Verbesserung der Fähigkeit von Regierungsinstitutionen, mit Epidemien und Pandemien umzugehen. IBM hat ein neues Zeitalter des Gesundheitswesens und der Bioinformatik eingeleitet, indem es vielfältige, disziplinübergreifende Forschung finanziert, die – kombiniert mit einer institutionellen Stärke in Systemdenken und -analyse – Forschern hilft, die organische, aufstrebende Natur von Informationssystemen besser zu verstehen, sei es in Unternehmen, Städte oder Krankheiten.

Heute arbeiten IBM-Forscher mit dem EuResist Network zusammen – einer wissenschaftlichen Zusammenarbeit unter der Leitung von Universitäten aus Deutschland, Italien und Schweden –, die sich auf die Erstellung von Vorhersagemodellen für die Kombinationstherapie von HIV für bestimmte Patienten mit spezifischen Virusprofilen konzentriert. Das webbasierte Analysetool ermöglicht es Ärzten, Patientendaten einzugeben und eine Empfehlung für den optimalen Medikamentencocktail zu erhalten. Empfehlungen haben sich in ihren Vorhersagen als mehr als 76 Prozent zutreffend erwiesen und schlagen menschliche Experten 9 von 10 Mal.

Im Jahr 2008 hat sich IBM der Global Health and Security Initiative der Nuclear Threat Initiative und dem Middle East Consortium on Infectious Disease Surveillance angeschlossen, um eine einzigartige Technologie zu entwickeln, die die Methode des Austauschs von Gesundheitsinformationen standardisiert und die Analyse von Ausbrüchen von Infektionskrankheiten automatisiert, um zu helfen Krankheiten einzudämmen und deren Auswirkungen zu minimieren. Das webbasierte Portalsystem, die Public Health Information Affinity Domain (PHIAD), bietet öffentlichen Gesundheitsorganisationen die richtigen Entscheidungshilfen für eine schnelle und effektive Reaktion auf Ausbrüche von Infektionskrankheiten – auch über geografische und politische Grenzen hinweg. PHIAD verwendet Informationen nahezu in Echtzeit, um eine schnelle Reaktion zu ermöglichen und einen sicheren Datenaustausch auf nationaler und internationaler Ebene mit angemessenem Schutz der Privatsphäre auf allen Ebenen zu ermöglichen.

IBM hat auch das World Community Grid ins Leben gerufen, ein philanthropisches Unternehmen, das es freiwilligen Teilnehmern aus der ganzen Welt ermöglicht, ihre Computerleistung zur Verfügung zu stellen, um zur Lösung umfangreicher analytischer Herausforderungen beizutragen. IBM bietet kostenloses Hosting, Wartung und Support für das Grid sowie das Hardware-, Software-, technische Service- und Infrastruktur-Know-how. Bis heute hat World Community Grid die Entwicklung von HIV/AIDS-Medikamenten, Muskeldystrophie- und Krebsforschung, menschliche Genom- und Proteomfaltung, saubere Energieforschung und ein Projekt zur Verbesserung der Verfügbarkeit nahrhafter Reiskulturen weltweit in Angriff genommen.

Im Jahr 2006 kündigten IBM und mehr als 20 große öffentliche Gesundheitseinrichtungen weltweit, darunter die WHO und die US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten, die Global Pandemic Initiative an, eine gemeinsame Initiative zur Eindämmung der Ausbreitung von Infektionskrankheiten. IBM-Wissenschaftler gründeten in den weltweiten Forschungslabors des Unternehmens Gesundheits-Innovationszentren, um bei dieser gemeinsamen Anstrengung mit der globalen Gesundheitsgemeinde zusammenzuarbeiten.

Nach der Entwicklung des IBM Spatiotemporal Epidemiological Modeler (STEM)-Tools, das die Ausbreitung von Infektionskrankheiten vorhersagen soll, spendete IBM STEM als Open-Source-Tool an das Eclipse-Projekt. Eclipse wurde im November 2001 von IBM entwickelt und wird von einem Konsortium von Softwareanbietern in einer herstellerneutralen und offenen, transparenten Community unterstützt.

STEM ist eine plattformunabhängige Anwendung, mit der Benutzer Modelle neu auftretender Infektionskrankheiten erstellen können. Mit STEM können Forscher und Beamte des öffentlichen Gesundheitswesens die Ausbreitung einer Krankheit im Laufe der Zeit verstehen und vorbeugende Maßnahmen ergreifen, um die Ausbreitung der Krankheit zu stoppen.

Von 2009 bis 2010 galt Mexiko-Stadt als Epizentrum der H1N1-Grippe-Pandemie. Da etwa die Hälfte der gesamten Bevölkerung Mexikos in der Stadt lebt, befürchteten Beamte der Regierung von Mexiko-Stadt eine Pandemie wie die Spanische Grippe von 1918, bei der zwischen 50 und 100 Millionen Menschen ums Leben kamen.

Bei 6000 bis 7000 bestätigten Fällen wandte sich die Regierung an IBM in der Hoffnung, dass STEM ihnen helfen könnte, die Ausbreitung der Krankheit zu berechnen. In einer kostenlosen Zusammenarbeit mit der Regierung des Bundesdistrikts (GDF) leitete IBM Workshops für die GDF zu STEM und PHIAD, einem On-Demand-System der öffentlichen Gesundheitsbranche zum Austausch klinischer und öffentlicher Gesundheitsdaten.

Nachdem Beamte vorbeugende Maßnahmen ergriffen hatten, um Schulen und Restaurants für 7 bis 9 Tage zu schließen, arbeitete IBM mit der GDF mit STEM zusammen, um die Auswirkungen zu messen. Die Studie zeigte, dass ihre Richtlinien dazu beigetragen haben, die Übertragung um 22 Prozent zu senken.

STEM wird heute in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. IBM arbeitete mit dem israelischen Zentrum für Krankheitskontrolle zusammen, um die Ausbreitung der saisonalen Influenza vorherzusagen und zu verfolgen. Ein Zoonoseforscher (Tierkrankheitsforscher), der aus Thailand die Vereinigten Staaten besuchte, hörte von STEM und erforscht mit dem Tool globale Modelle der Mückendichte.

In Vermont verwenden IBM-Forscher STEM, um Krankheitsausbrüche im Bundesstaat zu modellieren. Sie haben ein Modell auf Stadtebene erstellt und nutzen Verkehrskorridore – Autobahnen und Autobahnen – als Wege für die Ausbreitung von Krankheiten. Sie untersuchen die potenzielle Ausbreitung der pandemischen Influenza in verschiedenen Szenarien und untersuchen, wie verschiedene Interventionen die Ausbreitung der Krankheit eindämmen könnten.

Von weltweit führender Forschung bis hin zu internationalen Kooperationen prägt IBM weiterhin die Art und Weise, wie die Welt Technologie einsetzen kann, um Ausbrüche zu kontrollieren, die Gesundheitsversorgung zu verbessern und Leben zu retten.


NIAID, WCS-Wissenschaftler zeigen die Möglichkeit, Fledermäuse und Ebola mit GPS-Halsbändern zu verfolgen

GPS-Ortungsgeräte, die an Hammerkopffledermäusen in der Republik Kongo angebracht wurden, haben NIAID-Wissenschaftlern und -Kollegen einen ersten detaillierten Einblick in die täglichen Abläufe dieser mutmaßlichen Ebola-Virus-Reservoirs gegeben.

Die Arbeit ist wichtig: Kein Forscher hat lebende Ebola-Viren in irgendeiner Fledermausart isoliert – obwohl in der Hammerkopffledermaus Antikörper gegen Ebola-Virus-Proteine ​​und Fragmente des Ebola-Virus-Genoms gefunden wurden. Diese Ergebnisse lassen Wissenschaftler glauben, dass Hammerkopffledermäuse das Ebola-Virus in der Natur erhalten könnten.

Das Verfolgen von Fledermausbewegungen in der nördlichen Republik Kongo in der Nähe des Dorfes Libonga ermöglicht es Forschern, Fledermausmuster besser zu verstehen, einschließlich der Häufigkeit und Zeit, in der sie Dörfer besuchen. Zukünftige Arbeiten in einer Zusammenarbeit zwischen NIAID und der Wildlife Conservation Society (WCS) werden die Untersuchung umfassen, wie Fledermäuse über die Jahreszeiten auf Stress reagieren. Wissenschaftler werden Stressdaten mit Ebola-Virus-Überwachungs-, Bewegungs-, Demografie- und Umweltdaten analysieren, um zu verstehen, wann Fledermäuse am ehesten Viren ausscheiden und mit Menschen in Kontakt kommen. Das Projekt ist Teil einer größeren Studie, um herauszufinden, ob Umweltfaktoren – wie die Dauer der Regenzeit oder hohe Temperaturen während der Trockenzeit – das Verhalten von Fledermäusen und anderen Wildtieren beeinflussen. Wissenschaftler hoffen, dass die Ergebnisse helfen können, Ausbrüche von Viruserkrankungen zu erkennen oder vorherzusagen.

Seit 2011 hat eine NIAID-Forschungsgruppe, die den Zusammenhang zwischen Ökologie und Viren untersucht, Fledermäuse in der Nähe von Libonga gefangen, beprobt, freigelassen und beobachtet. In Abstimmung mit Wissenschaftlern des WCS starteten die Gruppen im Dezember 2017 ein Pilotprojekt mit Funkhalsbändern, um 10 Fledermäuse etwas mehr als eine Woche lang aufzuspüren. Im April 2018 starteten sie ein zweites Pilotprojekt mit solarbetriebenen GPS-Trackern, die an elf Fledermäusen, vier Weibchen und sieben Männchen, angebracht wurden. Die Gruppe verfolgte etwa ein Jahr lang eine weibliche Fledermaus.

Plus eins veröffentlichten die Ergebnisse der beiden Pilotprojekte am 1. Oktober. Die Studie hebt einen „Lek“ hervor – einen kollektiven Paarungsplatz für Fledermäuse – den die Forscher entdeckten. Sie erfuhren auch, dass Fledermausweibchen pro Tag insgesamt etwa 10 Kilometer weit weiter vom Lek entfernt fliegen als Männchen. Männchen halten sich in der Regel in einem Umkreis von etwa 1 Kilometer um den Lek auf und besuchen die Stätte häufig, haben aber ansonsten wenig tägliche Bewegung. Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass Weibchen den Lek ausschließlich zur Paarung aufsuchen.

Die Wissenschaftler sagen, dass die Studieninformationen die GPS-basierte Fledermausverfolgung in Bezug auf Technologie und Datenerfassungsoptionen verbessern werden, aber auch wissen, wann und wo Personal in Bezug auf einen Lek und tägliche Schlafplätze platziert werden muss. Letztendlich glauben sie, dass der Schutz der menschlichen Gesundheit in der Region damit verbunden ist, mehr über die Beziehung zwischen Fledermäusen und Viren zu erfahren.


Mit Monat des Bewusstseins für psychische Gesundheit im Mai, die BMC-Serie präsentiert ein Schwerpunktthema zum Thema „Psychische Gesundheit verstehen’. Wir haben Inhalte zusammengestellt, um die Forschung zum Verständnis und zur Verbesserung der psychischen Gesundheit hervorzuheben.

Die 2020 Nobelpreis für Physiologie oder Medizin wurde verliehen an Harvey J. Alter, Michael Houghton und Charles M. Rice für ihre Entdeckung von Hepatitis-C-Virus. Zur Feier ihrer Anfänge und zur Präsentation von Forschungsbereichen, die sich seither entwickelt haben, präsentieren wir hier eine Sammlung von Artikeln aus dem BMC Biologie, BMC Medizin, Genommedizin und der BMC-Serie Zeitschriften über Biologie, Diagnose und Behandlung sowie allgemeine Gesundheit und medizinische Ergebnisse des Hepatitis-C-Virus und seiner Infektion.


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