Vorkommen und hygienische Bedeutung von Legionellen in wasserführenden

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1 Vorkommen und hygienische Bedeutung von Legionellen in wasserführenden Systemen Bernd Lange RHEINISCH-WESTF WESTFÄLISCHES INSTITUT FÜR F WASSERFORSCHUNG GEMEINNÜTZIGE GMBH Institut an der Mitglied im DVGW-Institutsverbund Internet: iww-online.de 1

2 Legionellen in der Presse 2

3 Legionellen Bellevue-Stratford Hotel in Philadelphia 3

4 Legionellen Im Sommer des Jahres 1976 erkrankten 220 von 4400 Teilnehmern eines Treffens der US American Legion in Philadelphia an einer Lungenentzündung. ndung. 34 von ihnen verstarben. Die Erkrankung erhielt den Namen Legionärskrankheit erfolgte der Nachweis des Erregers. Er erhielt den Namen Legionella pneumophila. Als Übertragungsweg stellte sich die Luft (Aerosole) aus der kontaminierten Klimaanlage heraus. 4

5 Klassifikation von Legionellen Mittlerweile umfasst die Gattung Legionella 48 verschie- dene Arten mit insgesamt 70 verschiedenen Serotypen Hentschel und Waider,

6 Beispiele für Epidemien durch Legionellen Jahr Ort und Ursache Erkrankte Todesfälle 1965 Washington, D.C. (USA), Krankenhaus, Bewässerungsanlage des Rasens Pontiac (Michigan, USA), Gesundheitsamt, Klimaanlage Philadelphia (Pennsylvania, USA), Bellevue-Stratford-Hotel, Klimaanlage Stafford (UK), Krankenhaus, Klimaanlage Bovenkarspel (Holland), Blumenmesse, Whirlpools Kapellen (Belgien), Messe, Whirlpool und Zierspringbrunnen Murcia (Spanien), Stadtgebiet, Kühlturm auf Krankenhaus in der Innenstadt > /04 Harnes (Frankreich), umliegende Region, Kühlturm eines Chemiewerks

7 Legionellen als Krankheitserreger Übertragung auf den Menschen - Durch Inhalation lungengängiger Aerosole (Tröpfchengröße < 5 µm). - seltener durch Aspiration (z.b. beim Schwimmen). - direkte Übertragung von Person zu Person gilt als ausgeschlossen. 7

8 Klinik der Legionellenerkrankungen (Legionellosen) Kriterien Erkrankungsquote Inkubationszeit Initialsymptome akuter Verlauf Lungenerkrankung Organbeteiligung Letalität Legionärskrankheit (schwere Verlaufsform) 1-5 % der Exponierten 2-10 Tage Unwohlsein, Kopfschmerzen, Frösteln, Muskelschmerz, trockener Husten, kaum Auswurf 39 C - 41 C Fieber, Schüttelfrost, Brustschmerzen, Atemnot, Leibschmerzen, Durchfall, Verwirrtheit Lungenentzündung (atypische Pneumonie) Niere, Leber, Magen, Nervensystem 5-15 % (ohne Therapie > 15 %) Pontiac-Fieber (leichte Verlaufsform) 95 % der Exponierten 1-2 Tage Unwohlsein, Kopfschmerzen, Frösteln, Muskelschmerz, trockener Husten, kaum Auswurf Fieber, Brustschmerzen, Verwirrtheit keine Lungenentzündung keine keine 8

9 Verlauf der Infektion durch L. pneumophila Acanthamoeba castellanii infiziert mit L. pneumophila (Tiefenbrunner, 2004) Aufnahme von L. pneumophila durch eine Makrophagenzelle (Steinert und Hacker, 1996) 9

10 Röntgenbefunde bei der Legionärskrankheit Gesund Infiltration der Lunge (akute Phase) Bei Einweisung Tag 4 Langfristige Schädigung der Lunge Nach 1 Jahr Nach 7 Jahren Bartlett, C.L.R., Macrae, A.D., Macfarlane, J.T. (1986) Clinical aspects and diagnosis of Legionella, In: Legionella Infections, Chapter 3, p. 43, Fig. 3.1 (a to d). Edward Arnold 10 Publishers, London

11 Betroffene Personen Jeder kann prinzipiell erkranken. Besonders betroffen - Männer häufiger als Frauen - Personen über 50 Jahre - Raucher - Menschen mit hohem Alkoholkonsum - Personen mit chronischen Atemwegs- und Nierenerkrankungen - Personen mit geschwächtem Immunsystem (z.b. durch Immunsuppression nach Organtransplantationen) - Krebspatienten - ältere Menschen mit Grundleiden wie Diabetes. 11

12 Epidemiologie Erkrankungen durch Legionellen - weltweit verbreitet - gehäuft im Sommer und Herbst - meist sporadisch, seltener epidemisch - erworben a) im häuslichen oder beruflichen Umfeld b) während eines Krankenhausaufenthaltes (nosokomial) c) reiseassoziiert 12

13 Situation in Europa European Working Group for Legionella Infections (EWGLI): - Erfassung der Legionärskrankheit in Europa - Netzwerk zur Erfassung reiseassoziierter Erkrankungen (EWGLINET) Daten für : insgesamt registrierte Erkrankungsfälle Art der Erkrankung Sporadisch Anzahl der Ausbrüche Anzahl der Fälle Ausbrüche - in der Bevölkerung - nosokomial - reiseassoziiert - in Privathaushalten

14 Situation in Deutschland Gemäß Infektionsschutzgesetz (2000) besteht Meldepflicht von "Legionella sp." bei einem Nachweis, welcher auf eine akute Infektion hinweist Dem Robert Koch-Institut gemeldete Fälle von Legionellosen in den Jahren 2001 bis Anzahl der Legionellosen Jahr Aktuelle Schätzungen für Deutschland: - Legionärskrankheit: ca Erkrankungen, und ca Todesfälle pro Jahr - Pontiac-Fieber: mind Erkrankungen pro Jahr ( ,5 Millionen pro Jahr?) 14

15 Hygienische Risiken in der Hausinstallation Legionellosen zählen unter den trinkwasserverursachten Infektionskrankheiten zu den am häufigsten h vorkommenden und schwer verlaufenden Erkrankungen die Schwerpunkte der hygienischen Risiken liegen in den Industrieländern ndern nicht mehr in der fäkalen f Verunreinigung des Trinkwassers im Bereich der Gewinnung oder Verteilung, sondern in der Selektion humanpathogener Bakterien innerhalb der Hausinstallation Die Gefahr durch Legionellen entsteht erst durch die Erwärmung rmung des Trinkwassers und den Aufenthalt in der Hausinstallation 15

16 Wichtige Infektionsquellen Hausinstallationen mit erwärmtem Trinkwasser (z.b., Duschen) Schwimmbäder mit erwärmtem Beckenwasser (z.b., Whirlpools) Raumlufttechnische Anlagen (Rückkühlwerke, Luftbefeuchter) Kühlwasserkreisläufe in der Industrie Exner und Schulze-Röbbecke,

17 Biologie von Legionellen Gramnegative, stäbchenförmige Bakterien (2-20 µm lang, 0,5-0,8 µm Durchmesser) Meist begeißelt Nicht sporenbildend Aerobes Wachstum ph 5,5 9,2: Wachstum in natürlichen Ökosystemen; kann auch bei niedrigeren ph-werten überleben Heterotrophe Lebensweise : - Verwertung von Aminosäuren als C- und Energiequelle - keine Veratmung/Vergärung von Kohlenhydraten TEM: Legionella pneumophila Zelldurchmesser ca. 0,6 µm (Madigan et al., 2003) 17

18 Wachstum von Legionellen: Temperatur Die Wassertemperatur beeinflusst entscheidend das Wachstum von Legionellen: 5 C 25 C Persistenz, ggf. langsame Vermehrung 25 C 45 C günstiger Wachstumsbereich > 50 C keine Vermehrung ab 60 C ab 70 C Absterben innerhalb von Minuten Absterben innerhalb von Sekunden 18

19 Temperaturverteilung bei positiven Legionellenbefunden positive Legionellenbefunde [%] Zeitraum: 1/2002-7/2005 untersuchte Proben: 2385 positiv: 1035 Proben (43 %) positive Legionellenbrfunde [%] , , , ,1-60 > 60 Temperaturbereich [ C] 19

20 Legionellen: natürliche Wasserbakterien Vorkommen - im Süßwasser: Grundwasser, Quellen, Oberflächengewässer (Flüsse, Seen) - Überleben im Meer (Küstengewässer) - im Abwasser - in technischen Wassersystemen: Ihr Vorkommen ist erhöht in Bereichen mit erwärmtem Wasser Frei im Wasser (planktonisch) An Oberflächen in mikrobiellen Lebensgemeinschaften (sessil im Biofilm) 20

21 Legionellenhaltige Biofilme in Wassersystemen Beispiele für das Auftreten von Biofilmen auf Oberflächen in technischen Wassersystemen: Innenoberflächen von Brunnenanlagen Material von Filtern der Wasseraufbereitung Innenoberflächen von Rohrleitungen Wände von Wasserspeichern Entnahmearmaturen Membranausdehnungsgefäße Dichtungsmaterialien Schläuche (z.b., von Duschen, in zahnärztlichen Einheiten) Ablagerungen (Sedimente, Korrosionsprodukte, Kalkablagerungen) 21

22 Biofilme: natürlicher Lebensraum von Legionellen Biofilme: An Grenzflächen mit Wasser auftretende Ansammlungen von Mikroorganismen, welche in eine Matrix aus selbst gebildeten extrazellulären polymeren Substanzen ("Schleimsubstanzen") eingebettet sind. Wasser Bakterien EPS-Matrix Verweilzeit im Netz: 7 Monate Oberfläche 22

23 Legionellen in aquatischen Biofilmen als freie Zellen, aber immer in Vergesellschaftung mit Begleitbakterien. meist assoziiert mit Amöben und anderen Protozoen (fakultativ intrazelluläre Bakterien): - Vermehrung in vegetativen A Wirtszellen - Persistenz in Cysten (umweltresistente Dauerformen) von Amöben. L A A A: Amöben L: Legionellen A McCoy,

24 Vermehrung von Legionellen in Amöben L. pneumophila überlebt nicht nur in Amöben, sondern vermehrt sich auch in ihnen und wird später wieder aus ihnen frei gesetzt. Die Passage in den Amöben steigert die Infektiosität von L. pneumophila und ihre Resistenz gegenüber Bioziden. 2 Stunden 24 Stunden 20um Von 1 Zelle zu 1000 Legionellen in 24 Stunden. Fotos: Université Paris Sud Pharmacie Labo Santé Publique Environnement - Acanthamoeba castellanii ATCC L. pneumophila JR 32 (pbc(gfp)-pmip) 24

25 Freisetzung von Legionellen aus Biofilmen Kontamination des Wassers mit infektiösen Legionellen! Anheftung Biofilmbildung Ablösung 25

26 Legionellen im Biofilm: Konsequenzen Biofilme sind natürliche Reservoire von Legionellen. Biofilme sind Ursache für die Kontamination von Wassersystemen durch Legionellen. Biofilme sind bedeutende Infektionsquellen von Legionellen für die menschliche Bevölkerung. Leben im Biofilm bewirkt eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber Bioziden durch - Schutz durch EPS-Matrix im Biofilm - Intrazelluläre Lokalisation in Amöben - Erwerb erhöhter Resistenz durch Vermehrung in Amöben. Praktischer Aspekt: effektive Strategien der Legionellenbekämpfung in Wassersystemen müssen darauf abzielen, Biofilme einschließlich der Protozoen a) abzutöten, und b) vollständig von den Oberflächen zu entfernen! 26

27 Erkrankungsrisiko durch legionellenkontaminiertes Wasser Risiko der Legionellen erkrankung Exposition Aerosolbildung Inhalation Empfindliche Bevölkerungsgruppen Wassertemperatur ph-wert Ablagerungen Legionellen: Stagnation Vermehrung und Virulenz Desinfektionsmittel Biofilme Protozoen Spezies/Serogruppe Tröpfchengröße Entfernung Alter Lebensgewohnheiten Immunstatus Grunderkrankungen 27

28 Legionellen in Regelwerken: Trinkwasser WHO-Trinkwasserrichtlinie (2004) EG-Trinkwasserrichtlinie (1998) Infektionsschutzgesetz (2000) Trinkwasserverordnung (2001) - Untersuchung auf "Legionella spec." kann angeordnet werden. - Periodische Untersuchungen in zentralen Erwärmungsanlagen von Hausinstallationen, aus denen Wasser für die Öffentlichkeit abgegeben wird. Allgemein anerkannte Regeln der Technik - DVGW-Arbeitsblatt W 551 (2004): Bewertung mikrobiologischer Befunde und Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums in Trinkwasser-Installationen. - VDI-Richtlinie 6023 (1999): Hygienebewußte Planung, Ausführung, Betrieb und Instandhaltung von Trinkwasseranlagen. - Sonstige Regelwerke. 28

29 Legionellen in Regelwerken: Schwimm-und Badebeckenwasser raumlufttechnische Anlagen Schwimm- und Badebeckenwasser - WHO-Richtlinie "Guidelines for safe recreational water. Volume 2: swimming pools, spas and similar recreational-water environments" (Entwurf 2000) - DIN (1997): Aufbereitung von Schwimm- und Badebeckenwasser. Teil 1: Allgemeine Anforderungen. Raumlufttechnische Anlagen - VDI-Richtlinie 6022 Blatt 1 (1998): Hygienische Anforderungen an Raumlufttechnische Anlagen. Büro- und Versammlungsräume. - VDI-Richtlinie 6022 Blatt 3 (2002): Hygienische Anforderungen an Raumlufttechnische Anlagen in Gewerbe- und Produktionsbetrieben. 29