Archiv "Plastikinfektionen durch Staphylokokken" (11.02.1988)

DEUTSCHES ÄRZTEBLATT

ePlastikinfektionen' durch Staphylokokken

Über Implantate und Katheter in den menschlichen Körper

Georg Peters

D

Plastikmaterialien für diagnostische und the- rapeutische Zwecke in der modernen Medizin hat stark zugenommen. Dies hat si- cher nicht unwesentlich zum Fort- schritt in der Medizin und zum Woh- le vieler Patienten beigetragen.

Nicht zu übersehen ist jedoch, daß es bei der Verwendung dieser Mate- rialien auch zu Komplikationen kommen kann, die völlig neue klini- sche Syndrome darstellen. Eine der häufigsten und wichtigsten Kompli- kationen ist die Infektion.

Besonders hervorzuheben ist hierbei, daß diese Infektionen über- wiegend von Mikroorganismen ver- ursacht werden, die normalerweise zur Mikroflora von Haut und Schleimhäuten des Menschen gehö- ren und an sich apathogen sind. Des- halb stellen Plastikinfektionen eine besondere Art von Infektionssyn- dromen dar, sie müssen sogar im weiteren Sinne als iatrogene Infek- tionen aufgefaßt werden.

Wo und wann treten die Infektionen auf?

Bei den meisten Infektionen von implantierten Plastikfremdkör- pern und intravasalen Kathetern sind Staphylokokken die bei weitem am häufigsten isolierten Erreger (10). Lediglich bei Urinkathetersy- stemen sowie bei Intrauterinpessa-

Staphylokokken, insbesondere koagulasenegative Staphylo- kokken, sind die häufigsten und wichtigsten Erreger von „Pla- stikinfektionen". Der klinische Verlauf ist häufig chronisch-lar- viert ohne markante Symptoma- tik. Pathogenetisch von ent- scheidender Bedeutung ist die Fähigkeit dieser Bakterien, an Polymeroberflächen zu adhä- rieren und sich durch die Bil- dung einer extrazellulären Schleimsubstanz gegen Wirt- sabwehrmechanismen und An- tibiotikawirkung zu schützen.

Daraus ergeben sich wichtige Konsequenzen für Prävention und Therapie dieser Infektionen.

ren sind andere Bakterien oder Pilze häufiger. Die koagulasenegativen Staphylokokken, vor allem der Sta- phylocoecus-epidermidis-Gruppe , sind die dominierenden Erreger bei Infektionen von Liquorableitungssy- stemen, Herzklappenprothesen, CAPD-Kathetern und intravasalen Kathetern. Staphylococcus aureus ist dagegen häufiger bei Infektionen von Hämodialyse-Shunt-Systemen und Gefäßprothesen anzutreffen.

Bei den Herzschrittmachersystemen sind die koagulasenegativen Staphy- lokokken überwiegend bei Spätin- fektionen, Staphylococcus aureus dagegen häufiger bei Frühinfektio- nen anzutreffen.

Natürlich können auch Bakte- rien anderer Gattungen (zum Bei- spiel Enterobacteriaceae und Pseu- domonas aeruginosa) sowie Sproß- pilze aus der Candidagruppe solche Infektionen verursachen, gemessen an der Dominanz der Staphylokok-

-ken fallen sie jedoch nicht besonders ins Gewicht. Hervorzuheben ist noch, daß im Gegensatz zu Staphy- lococcus aureus koagulasenegative Staphylokokken normalerweise von sehr geringer potentieller Virulenz für den Menschen sind. Erst die Ab- wehrschwäche eines Patienten oder der transient oder permanent im- plantierte Plastikfremdkörper er- möglichen ihnen eine Rolle als fa- kultativ pathogene Erreger.

Die Infektionsquelle bilden die Haut- und Schleimhautflora des Pa- tienten, aber auch des medizinischen Personals. Nach dem Auftreten der ersten Symptomatik unterscheidet man Früh- von Spätinfektionen.

Frühinfektionen treten meistens we- nige Tage nach dem chirurgischen Eingriff auf, die Infektion hat schon während des Eingriffs stattgefun- den. Spätinfektionen treten je nach Definition Wochen oder gar Monate bis Jahre nach dem Eingriff auf.

Auch hier kann in einigen Fällen die Infektion schon intra operationem stattgefunden haben, während sie erst nach einer größeren Latenzzeit manifest wird. Es kommen aber si- Hygiene-Institut (Direktor: Professor Dr. med. Dr. h. c, Gerhard Pulverer) der Universität zu Köln

Abbildung 1: Adhärente Mikrokolonien von Staphylococcus epidermidis auf der Oberflä- che eines Polyäthylenvenenkatheters (In-vitro-Infektion, nach 6stündiger Inkubation in PBS; rasterelektronenmikroskopische Aufnahme: Peters, Locci, Pulverer)

Tabelle: Biologische Eigenschaften der extrazellulären Schleimsub- stanz (ESS) von koagulasenegativen Staphylokokken

1. adhäsinähnliche Funktion:

—Adhäsion an zelluläre Oberflächen (?)

—Adhäsion an Polymeroberflächen (?)

—Interzelluläre Adhäsion (Bildung von Mikrokolonien) 2. Protektion gegen Chemotherapeutika

3. Protektion gegen Wirtsabwehr:

—Hemmung der T-Zell-Proliferation

—Hemmung der B-Zell-Proliferation

—Hemmung von Granulozyten-Chemotaxis

—Stimulation von Granulozyten-Degranulation

—Hemmung der Opsonophagozytose 4. Erhöhung der S.-epidermidis-Mäusevirulenz 5. heparinähnliche Wirkung

cherlich auch echte hämatogene Spätinfektionen vor. Dies kann im Rahmen einer Staphylokokken-Sep- tikämie anderer Ursache geschehen, aber auch als Folge von klinisch in- apparenten Bakteriämien, die vor allen Dingen mit koagulasenegati- ven Staphylokokken wohl mehrmals täglich auftreten (etwa durch Mikro- läsionen im Zahnfleisch und in der Haut).

Klinische Charakteristika der „Plastikinfektionen"

Das klinische Erscheinungsbild von Staphylococcus-aureus-Plastik- infektionen ist, je nach Schwere des Krankheitsbildes, durch entspre- chende lokale oder systemische Symptomatik charakterisiert. Es un- terscheidet sich meistens nicht von entsprechenden Infektionen ohne Fremdkörperbeteiligung. So können eine katheterassozüerte Sepsis oder eine Prothesenendokarditis durch Staphylococcus aureus einen fulmi- nanten Verlauf nehmen, der in kur- zer Zeit zum septischen Schock mit allen klinischen Zeichen der Multi- Organschädigung führt. Die klini- sche Diagnosestellung ist in diesen Fällen relativ einfach, ebenfalls ist die Notwendigkeit zu bestimmten therapeutischen Konsequenzen of- fensichtlich.

Plastikinfektionen durch koagu- lasenegative Staphylokokken bieten dagegen einen eher chronisch lar- vierten Verlauf (10). So ist das klini^- sche Bild einer venenkatheterassozi- ierten Sepsis klinisch meistens nur durch moderates Fieber und Schüt- telfrostepisoden gekennzeichnet. Je- de weitergehende Symptomatik ei- nes septisch-toxischen Geschehens fehlt. Je nach Art des infizierten Im- plantates können spezifische Sym- ptome auftreten, wie zum Beispiel Herzgeräusche bei der Prothesen- Endokarditis oder Abwehrspannung bei der CAPD-Peritonitis.

Bei Gelenkprothesen-Infektio- nen kann die Prothesenlockerung das einzige, faßbare Symptom dar- stellen. Charakteristisch ist auch in vielen Fällen der spontane Rück- gang der Symptome ohne antibakte-

rielle Chemotherapie, wenn das infi- zierte Material (zum Beispiel Ve- nenkatheter) entfernt wird. Falls ein infizierter Plastikfremdkörper über längere Zeit im Organismus belas- sen wird und septische Episoden konservativ-chemotherapeutisch be- handelt werden, können auch Zei- chen der chronischen Infektionen wie Anämie und Splenomegalie auf- treten. Es handelt sich hierbei über- wiegend um Infektionen von Li- quorableitungssystemen, Kathetern

zur Hämodialyse, endokardialen Schrittmacherelektroden und Herz- klappenprothesen.

Die eigentliche Problematik der Plastikinfektionen durch koagulase- negative Staphylokokken besteht darin, daß auf der einen Seite die klinische Symptomatik nicht fulmi- nant ist,

auf der anderen Seite aber

meist weder normale Wirtsabwehr-

mechanismen

Abbildung 2: Mehrschichtige Zellage von Staphylococcus epidermidis in einer Matrix aus extrazellulärer Schleimsubstanz (In-vitro-Infektion, nach 24stündiger Inkubation in PBS; rasterelektronenmikroskopische Aufnahme: Peters, Locci, Pulverer)

daß bei den kompakten Auflagerun- gen, die bei Patientenmaterialien beobachtet werden können, neben der extrazellulären Schleimsubstanz der Staphylokokken auch Wirtspro- dukte beteiligt sind. Schon mit die- sen rein morphologischen Befunden könnten einige klinische Charakteri- stika, wie das Versagen von Wirts- abwehr und Chemotherapie, erklärt werden.

Die Mechanismen, die die Ad- häsion der Staphylokokkenzelle an die Polymeroberfläche vermitteln, müssen sehr vielgestaltig sein. Hy- drophobe Interaktionen sowie elek- trostatische Kräfte, aber auch adhä- sinähnliche Bindungen werden dis- kutiert, ihre jeweilige Bedeutung konnte auch in In-vitro-Untersu- chungen schon gezeigt werden (5, 9, 11). Die Schwierigkeit liegt darin, daß die Oberfläche sowohl der Bak- terien als auch der Polymere unter- schiedlich ist und sich zudem, je nach Milieu, zum Teil stark in ihren Eigenschaften verändern kann. Eine endgültige Klärung der In-vivo-Ad- häsionsmechanismen ist daher noch völlig offen.

Eine wesentliche pathogene Be- deutung hat die extrazelluläre Schleimsubstanz (1, 5, 9). Wir ken-

nen bis heute die exakte chemische Struktur nicht. Fest steht, daß es keine echte Kapsel ist. Die Substanz ist wasserlöslich und daher zum gro- ßen Teil von den Zellen durch Waschvorgänge ablösbar. Aufgrund verschiedener Befunde müssen wir annehmen, daß es sich um ein kom- plexes Glykokonjugat handelt. Die- se Schleimsubstanz wird von den meisten Vertretern der Staphylococ- cus-epidermidis-Gruppe innerhalb der koagulasenegativen Staphylo- kokken produziert. Man muß also davon ausgehen, daß die meisten auf der menschlichen Haut und Schleim- haut vorkommenden koagulasene- gativen Staphylokokken dazu in der Lage sind.

Einige biologische Eigenschaf- ten der extrazellulären Schleimsub- stanz sind bereits bekannt (Tabelle).

Einmal sind sie wohl für den Zusam- menhalt zwischen den Staphylokok- kenzellen auf einer Oberfläche ver- antwortlich und bewirken so die Bil- dung von zusammenhängenden Zellverbänden auf einer Oberfläche.

Ob sie oder Einzelkomponenten von ihr für die Adhärenz an eukaryonte Zellen und Polymeroberflächen mit- verantwortlich sind, ist bis heute nicht geklärt.

fizierten Plastikmaterials ist daher häufig notwendig. Wenn dies nicht rechtzeitig geschieht, kann es sogar zu (seltenen) letalen Verläufen kom- men. Bei der Obduktion zeigen sich dann multiple Mikroabszesse in sämtlichen parenchymatösen Orga- nen.

Pathogenese

von „Plastikinfektionen"

Die Pathogenese von Plastikin- fektionen durch Staphylokokken ist offensichtlich ein sehr komplexes Geschehen. Einige bedeutsame Pathomechanismen sind jedoch be- reits aufgeklärt. Die meisten Unter- suchungen wurden zwar bisher an koagulasenegativen Staphylokokken durchgeführt, es lassen sich aber oh- ne weiteres Analogien auch zu Sta- phylococcus aureus herstellen.

Wir konnten zunächst aufgrund morphologischer Untersuchungen mit Hilfe der Rasterelektronenmi- kroskopie zeigen, daß die Adhäsion von Staphylokokken an Polymer- oberflächen einen für die später ent- stehende Infektion grundlegenden Prozeß darstellt (6 bis 8). Staphylo- kokken sind in der Lage, an die Ober- fläche verschiedener medizinisch ver- wendbarer Polymere irreversibel zu adhärieren, dort zu wachsen und zu- nächst Mikrokolonien auszubilden (Abbildung 1). Im weiteren Verlauf kommt es zur Bildung einer zunächst einschichtigen, dann mehrschichti- gen Staphylokokkenzellage auf der Polymeroberfläche.

Während dieser Oberflächenbe- siedelung produzieren die Staphylo- kokken dann eine extrazelluläre Schleimsubstanz, von der sie immer mehr eingescheidet und schließlich völlig einzementiert werden (Abbil- dung 2). Dadurch entsteht auf der besiedelten oder infizierten Poly- meroberfläche eine zum Teil sehr dicke (bis zu 160 .t.tn) Matrix aus ex- trazellulärer Schleimsubstanz mit eingeschlossenen Staphylokokken.

Wir konnten dieses Phänomen sowohl in In-vitro-Untersuchungen als auch an Patientenmaterialien be- obachten (Abbildungen 3 und 4). Es ist natürlich nicht auszuschließen,

Abbildung 3: Kompakte Matrix auf der inneren Oberfläche eines Polyäthylenvenenka- theters (von Patienten mit gesicherter Staphylococcus-epidermidis-Kathetersepsis; ra- sterelektronenmikroskopische Aufnahme: Peters, Locci, Pulverer)

Abbildung 4: Wie Abbildung 3, mit sichtbaren Staphylokokkenzellen im Randbezirk der Schleimmatrix (rasterelektronenmilcroskopische Aufnahme: Peters, Locci, Pulverer) Ein biologisch hochinteressan-

tes Phänomen ist die dosis- und zeit- abhängige Hemmung der Prolifera- tion von humanen peripheren, mo- nonukleären Zellen (überwiegend T-Lymphozyten) (2). Der genaue Mechanismus ist ungeklärt, ebenso wie der Befund, daß die nicht wäh- rend der Blastogenese eliminierten Zellen zwar T-Lymphozyten-Cha- rakter haben, sich aber überwiegend nicht nach T4- und T8-Zellen cha- rakterisieren lassen. Wie die T-Zell- Proliferation ist auch die B-Zell-Pro- liferation in einer Dosis-Wirk-Bezie- hung gehemmt, parallel dazu kommt es zu einer deutlichen Reduktion der Immunglobulinsynthese.

Die extrazelluläre Schleimsub- stanz wirkt auf Granulozyten selbst als Chemotaxin, hemmt aber die Granulozyten, auf andere Chemota- xine zu reagieren, wenn sie mit die- ser Schleimsubstanz vorinkubiert werden (4). Ebenfalls nach Vorinku- bation kommt es zu einer dosisab- hängigen Degranulation, vor allem der spezifischen Granula mit Frei- setzung von Laktoferrin. Generell wird die Opsonophagozytose-Fähig- keit von Granulozyten durch die ex- trazelluläre Schleimsubstanz massiv behindert. Dies kommt besonders im Testsystem der Oberflächenpha- gozytose zum Ausdruck, bei der die Staphylokokken nach Wachstum auf einer Polymeroberfläche den Gra- nulozyten ausgesetzt werden (4).

Dieses Testsystem kommt der Pla- stikinfektion in vivo sicherlich am nächsten.

Nach heutigem Kenntnisstand ist die Opsonophagozytose der ent- scheidende Wirtsabwehrmechanis- mus gegen Staphylokokken. Die massive Interferenz (in vitro) der ex- trazellulären Schleimsubstanz mit Granulozytenfunktionen bezie- hungsweise Opsonophagozytoseab- läufen könnte deshalb die Persistenz von Plastikinfektionen durch das

„Versagen" der Wirtsabwehr erklä- ren. Von Bedeutung ist möglicher- weise auch die Hemmung der Bil- dung von spezifischen Antikörpern durch die Beeinträchtigung der B- Zell-Proliferation beziehungsweise -funktion. Der antiphagozytäre Ef- fekt der extrazellulären Schleimsub- stanz konnte schon in vivo im Mäu-

se-Infektionsmodell nachgewiesen werden (9). Die Matrix aus extrazel- lulärer Schleimsubstanz hat wohl auch einen protektiven Effekt in Richtung Chemotherapeutika.

Schon rein mechanisch erscheint es nicht möglich, daß Antibiotika durch die ganze Länge einer bis zu

160 p,m dicken Schicht penetrieren können. Erst kürzlich konnten wir nachweisen, daß auch auf Einzelzell- niveau

bestimmte Antibiotika nicht

Dt. Ärztebl. 85, Heft 6, 11. Februar 1988 (45) A-289

F R SIE REFERIERT

Die Fähigkeiten zur Adhäsion an Polymeroberflächen und zur Pro- duktion einer extrazellulären Schleimsubstanz sind daher wohl entscheidende pathogenetische Ei- genschaften von Staphylokokken, die zumindest einen Teil der klini- schen Phänomene bei einer solchen Infektion erklären können.

Klinisch-praktische Konsequenzen

Die volle klinische Bedeutung der Staphylokokken, insbesondere der koagulasenegativen Staphylo- kokken, für Plastikinfektionen ist noch nicht umfassend geklärt. Es steht zu erwarten, daß sich mögli- cherweise noch weitere klinische Phänomene, verbunden mit Plastik- fremdkörpern, als Infektion mit Sta- phylokokken herausstellen, wie et- wa die Lockerung von Gelenkpro- thesen und die Kapselfibrose bei der Brustprothese. Auch die Pathogene- se der schon klinisch gesicherten Plastikinfektion durch Staphylokok- ken ist noch nicht ausreichend ge- klärt. Dennoch lassen sich schon jetzt einige wichtige Konsequenzen für die klinische Routine ziehen.

Die Indikation zur Verwendung von Plastikfremdkörpern in der Im- plantationschirurgie sowie von intra- vasalen Kathetern sollte jeweils sehr sorgfältig gestellt werden. Insbeson- dere sollte die Verwendung von pe- ripheren und zentralen Venenkathe- tern auf das unbedingt nötige Maß beschränkt werden. Die Implanta- tion eines Plastikfremdkörpers muß unter optimalen aseptischen Kaute- len durchgeführt werden. Auch das Anlegen eines Venenkatheters sollte unter den Asepsisbedingungen eines chirurgischen Eingriffes erfolgen.

Venenkatheter, die in Notsituatio- nen gelegt wurden, sollten späte- stens nach zwölf Stunden gewechselt werden.

Die in wenigen, definierten Fäl- len indizierte und korrekt mit sta- phylokokkenwirksamen Präparaten durchgeführte perioperative Anti- biotika-Prophylaxe ist möglicher- weise in der Lage, Frühinfektionen während des chirurgischen Eingrif-

fes zu verhindern. Mögliche hämato- gene Spätinfektionen werden hier- von natürlich nicht berührt. Eine kurzzeitige prophylaktische Antibio- tikagabe muß auch bei bestimmten Eingriffen erwogen werden, wenn der Patient Schrittmacherträger ist oder eine Herzklappenprothese be- sitzt.

Wenn es zu einer nachweis- lichen Infektion eines Plastikimplan- tates oder eines intravasalen Kathe- ters durch Staphylokokken gekom- men ist, ist zwar ein konservativer Therapieversuch mit staphylokok- kenwirksamen Antibiotika gerecht- fertigt. Falls dies jedoch nicht in ad- äquater Zeit zum Erfolg führt, muß rechtzeitig die klinische Indikation zur kompromißlosen Entfernung des infizierten Plastikimplantates ge- stellt werden. Eine adjuvante Anti- biotikatherapie ist natürlich bei allen septischen Zuständen zwingend er- forderlich. Chirurgische Eingriffe zur Entfernung des infizierten Mate- rials sollten während der laufenden antibakteriellen Chemotherapie durchgeführt werden, wie zum Bei- spiel bei Revision von Liquorablei- tungssystemen und Herzklappen.

Solche Operationen sollten, wenn möglich, zweizeitig durchgeführt werden, sonst besteht die Gefahr, daß auch das neu implantierte Mate- rial sofort infiziert wird.

Die in Klammern gesetzten Ziffern bezie- hen sich auf das Literaturverzeichnis im Sonderdruck, zu beziehen über die Ver- fasser.

Anschrift des Verfassers:

Professor Dr. med. Georg Peters Hygiene-Institut

der Universität zu Köln Goldenfelsstraße 21 5000 Köln 41

Pfefferwirkung auf die

Magenschleimhaut

In vielen Diätempfehlungen von Magenpatienten werden Gewürze verboten, da sie die Magenschleim- haut irritieren würden. Prospektive Untersuchungen über die Mucosa- schädigung liegen jedoch nicht vor.

Von deutschen Autoren wurde vor rund zehn Jahren gezeigt, daß Pfef- fer die Magensekretion nur minimal stimuliert. Die Autoren gaben in ei- ner Doppelblindstudie Probanden eine Testmahlzeit mit 0,1-1,5 g ro- tem oder 1,5 g schwarzem Pfeffer.

Als positive bzw. negative Kontrolle galt die Gabe von 655 mg Aspirin beziehungsweise destilliertem Was- ser. Nach Gabe der Testmahlzeit wurden Magenspülungen vorgenom- men und das Aspirat auf DNA, Pep- sin, Blut, Natrium, Kalium, HC1 und Bicarbonat untersucht.

Beide Pfeffersorten führten zu einem signifikanten Anstieg der Pa- rietalzell- und Pepsinsekretion sowie zu einem Kaliumverlust. Ferner konnte ein dosisabhängiger Zellver- lust für roten Pfeffer nachgewiesen werden. Schleimhautmikroblutun- gen wurden, vergleichbar den Aspi- rinläsionen, bei beiden Gewürzen gesehen, in einem Fall kam es zu ei- ner Makroblutung.

Unklar ist bislang noch, ob eine Langzeiteinnahme scharfer Gewür- ze schädlich, ohne klinische Bedeu- tung oder sogar günstig ist, da es zu einer adaptiven Zytoprotektion kommen könnte. Bei bestehenden Magenbeschwerden ist es sicher rat- sam, auf scharf gewürzte Speisen zu verzichten, da erosive Schleimhaut- defekte möglicherweise verstärkt werden.

Myers, B. M., J. L. Smith, D. Y. Graham:

Effect of red pepper and black pepper an the stomach. Am. J. Gastroenterol. 82:

211-214, 1987

VA Medical Center, Building I, Room 612 (111D9, 20002 Holcombe Boulevard Houston, TX 77211