ArchivDeutsches Ärzteblatt19/2006Prävention nosokomialer Legionellosen

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Prävention nosokomialer Legionellosen

Prevention of nosocomial Legionnaires’ disease

Eckmanns, Tim; Lück, Christian; Rüden, Henning; Weist, Klaus

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LNSLNS Zusammenfassung
Die Legionellen sind typische Besiedler von Trinkwassersystemen und können nach Übertragung auf den Menschen Influenza-ähnliche Infektionen (Pontiac-Fieber) sowie Pneumonien unterschiedlichen Schweregrades auslösen. Die jährliche Anzahl an Legionellosen in Deutschland ist nicht hinreichend bekannt und wird auf 10 000 bis 30 000 geschätzt, davon sind etwa 20 Prozent nosokomiale Legionellosen. Die Wirksamkeit verschiedener Verfahren zur Dekontamination sowohl auf die dauerhafte Entfernung von Legionellen aus dem Wasserleitungssystem als auch auf die Reduktion von Legionellosen ist nicht bewiesen. Zur Prävention müssen technische Mindestanforderungen an das Trinkwassersystem einer Klinik erfüllt sein, und Hochrisikopatienten muss legionellenfreies Wasser zur Verfügung gestellt werden. Ebenso notwendig ist die Etablierung einer Surveillance für nosokomiale Legionellosen, um im positiven Fall gezielte Untersuchungen durchzuführen. Mit diesen Maßnahmen ist eine Reduktion der im Krankenhaus erworbenen Legionellosen möglich. Eine vollständige Vermeidung aller nosokomialen Legionellosen wird kaum möglich sein.

Schlüsselwörter: Legionellose, nosokomiale Infektion, Trinkwasser, Wasserhygiene, Dekontamination, Epidemiologie

Summary
Prevention of nosocomial Legionnaires’ disease
Legionella colonize drinking water systems and can cause influenza-like infections and pneumonia in humans. The incidence of Legionnaires’ disease in Germany is not known, but is estimated to be about 10.000 to 30.000 cases per year. Although various methods for the removal of Legionella from drinking water systems have been described, most have never been proven either permanently to eliminate Legionella from the water supply or to reduce the incidence of nosocomial Legionnaires’ disease. For infection control purposes, the plumbing systems of hospitals must fulfil minimum technical requirements. Additionally, patients at high risk should be supplied with Legionella-free water only, and surveillance for nosocomial cases of Legionnaires’ disease is mandatory. These measures should minimise the incidence of nosocomial Legionnaires’ disease. Complete prevention is unlikely to be feasible.

Key words: Legionnaires’ disease, nosocomial infection, drinking-water, water hygiene, decontamination, epidemiology


Die Legionellose ist eine typische neu in Erscheinung tretende Erkrankung. Der Erreger war schon immer in der Umwelt präsent, kam aber erst durch die technische Entwicklung, wie Bevorratung und Stagnation von Wasser bei Temperaturen von 30 bis 45 °C, in intensivem Kontakt zum Menschen. Legionellen wurden bei einem großen Ausbruch ambulanter Pneumonien unter Teilnehmern der „American Legion“, einer Kriegsveteranenvereinigung, 1976 in Philadelphia entdeckt (1). Nachträglich konnten durch serologische Untersuchungen auch frühere Ausbrüche dem Erreger zugeordnet werden; das erste Isolat Legionella (L.) micdadei wurde 1943 isoliert. Heutzutage finden vor allem Ausbrüche auf Kreuzfahrtschiffen, in Hotels und in Krankenhäusern ein großes Medienecho.
Klinische Manifestationen
Der Erreger führt zu zwei grundsätzlich verschiedenen Erkrankungen, wobei extrapulmonale Manifestationen selten sind.
Das Pontiac-Fieber hat eine Inkubationszeit von zwei bis drei Tagen. Der Krankheitsverlauf ist selbstlimitierend; es handelt sich um eine harmlose, grippeähnliche Erkrankung von höchstens eine Woche Dauer.
Im Gegensatz dazu steht die Legionellenpneumonie (Legionellose oder auch „Legionärskrankheit“). Die Inkubationszeit beträgt in der Regel zwei bis zehn Tage, bei immunsupprimierten Patienten im Einzelfall auch länger.
Die Krankheit beginnt mit unspezifischen Symptomen wie Husten, Fieber, Übelkeit und Kopfschmerzen. Im fortgeschrittenen Krankheitsstadium kann es zu Dyspnoe, Stupor, Multiorganversagen und unter Umständen zur Beatmungsnotwendigkeit kommen. Die Patienten sind einige Wochen lang erkrankt.
Erregermerkmale
Legionellen sind nicht Sporen bildende, nicht bekapselte, gramnegative Stäbchen mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,9 µm und einer Länge von 2 bis 20 µm. Die Gattung umfasst circa 50 Spezies mit mehr als 70 Serogruppen. Für etwa 90 Prozent der Infektionen ist L. pneumophila verantwortlich. Zu L. pneumophila gehören 15 Serogruppen, von denen die Serogruppe 1 für die meisten Infektionen verantwortlich ist.
Mikrobiologischer Nachweis in Patientenproben
Die Legionellenpneumonie kann klinisch und radiologisch nicht sicher von Pneumonien durch andere Erreger abgegrenzt werden. Insofern kommt der mikrobiologischen Diagnostik eine entscheidende Bedeutung zu.
Eine Legionellose kann nur durch eine legionellenspezifische Diagnostik festgestellt werden.
Kulturverfahren aus respiratorischem Material wie bronchoalveoläre Lavage (BAL), tracheale Absaugung, Sputum und Lungengewebe führen zum spezifischsten Nachweis des Erregers. Die Anzucht gelingt nur auf Spezialnährboden und ist die Voraussetzung, um durch molekulargenetischen Vergleich von Umwelt- und Patientenstämmen den Nachweis einer Übertragung aus einem verdächtigen Wassersystem zu ermöglichen.
Die mittlerweile am häufigsten eingesetzte Diagnosemethode ist der Nachweis von Antigen im Urin. Er bietet eine sehr hohe diagnostische Sicherheit. Es muss jedoch bedacht werden, dass er mit einer Sensitivität von circa 90 Prozent praktisch nur Infektionen durch L. pneumophila, Serogruppe 1 nachweist. Jeder Krankenhaushygieniker sollte daher wissen, ob das untersuchte Wassersystem Serogruppe 1 enthält. Nur dann schließt ein negativer Urin-Antigen-Test eine nosokomiale Legionellose mit hoher Wahrscheinlichkeit aus. Weitere Diagnoseverfahren sind in der Tabelle 1 aufgeführt.
Mikrobiologischer Nachweis in Trinkwasserproben
Krankenhäuser und andere Einrichtungen, in denen Trinkwasser für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht wird, können nach der Trinkwasserverordnung durch das Gesundheitsamt aufgefordert werden, Trinkwasser auf Legionellen untersuchen zu lassen (2). Zusätzliche Wasserproben könnten indiziert sein, um einen Überblick über die Legionellenbelastung des Trinkwassersystems eines Krankenhauses zu erhalten, gegebenenfalls die Legionellenbelastung von Bereichen mit Hochrisikopatienten abzuschätzen sowie bei wahrscheinlichem oder gesichertem Auftreten von Legionellosen schnell handeln zu können.
Probennahme und Verarbeitung richten sich nach der Empfehlung des Bundesumweltamtes (3). Im Erkrankungsfall wird die Probe ohne Vorbehandlung der Entnahmestelle unmittelbar nach Hahnöffnung genommen. Wenn eine systemische Besiedlung untersucht werden soll, ist eine Vorbehandlung der Abnahmestelle und ein Ablaufen des Wassers sinnvoll. Mindestens 100 mL Probevolumen von Kalt- und Warmwasser werden entnommen und die Wassertemperatur vermerkt. Ein längeres Ablaufen des Wassers korreliert nicht mit einer geringeren Legionellenkonzentration.
Therapie
Ein Gesamtüberblick über die Therapieempfehlungen ist im Rahmen dieser Arbeit nicht möglich. Nach der Konsensus-Therapieempfehlung der Paul-Ehrlich-Gesellschaft für Chemotherapie und der deutschen Gesellschaft für Pneumologie erfolgt die Standardtherapie mit einem Makrolidantibiotikum, bei schweren Verläufen in Kombination mit Rifampicin (4). In einer retrospektiven Studie aus Spanien wurden die Therapieergebnisse (Makrolide versus Levofloxacin [Chinolon-Antibiotikum]) bei 292 Patienten im Rahmen des weltweit größten ambulanten Legionellenausbruchs ausgewertet. Dabei ergab sich kein Unterschied bei der Behandlung von leichten und mittelschweren Pneumonien. Es zeigte sich jedoch ein Vorteil für eine Therapie mit Levofloxacin bei schweren Erkrankungen mit signifikant weniger Komplikationen und einer signifikant kürzeren Krankenhausverweildauer (5). Die Kombination von Rifampicin mit Levofloxacin ergab bei der Therapie von schweren Pneumonien keinen weiteren Vorteil.
Ökologie
Süßwasserhaltige Gewässer, wie Flüsse und Seen, bilden das Reservoir für Legionellen. Von dort gelangen die Legionellen über das Trinkwasser in die Wassersysteme von Gebäuden. Der wichtigste Faktor für Überleben und Vermehrung ist die Bildung eines Biofilms in Wasserleitungen und Wasserreservoirs. Biofilme entstehen, wenn Mikroorganismen sich an Grenzflächen ansiedeln. Für die Legionellen spielt die Symbiose mit Protozoen (Amöben) und anderen Wasserbakterien eine entscheidende Rolle. In einer Amöbe können mehrere Hundert Legionellen vorkommen (Abbildung 1). Dies ist auch die Ursache für das gute Überleben unter ungünstigen Bedingungen. Die Temperatur ist ebenfalls wichtig: optimales Wachstum besteht bei 25 bis 42 °C, ein Überleben ist im Bereich von 0 bis 63 °C nachgewiesen. In natürlichen Gewässern ist die Konzentration bei Temperaturen unter 20 °C aufgrund der fehlenden Stoffwechselaktivität der Erreger gering (meist < 1 koloniebildende Einheit [KBE]/1 L). In künstlichen Habitaten, wie in Kühltürmen oder Trinkwassersystemen, kann eine Vermehrung erfolgen. Die Besiedlung im Wassersystem ist auch vom Wasserleitungsmaterial abhängig.
Übertragungswege
Über die akzidentellen Mikroaspirationen beim Trinken oder Gurgeln von legionellenhaltigem Trinkwasser und über kontaminierte Aerosole, die in Kühltürmen, Whirlpools und wahrscheinlich auch beim Duschen oder Öffnen eines Wasserhahns entstehen, werden die Erreger übertragen (6). Die verbreitete Vorstellung, dass vor allem das Duschen ein Risikofaktor darstellt, konnte in keiner prospektiven epidemiologischen Studie belegt werden. Theoretisch könnten auch über Klimaanlagen Legionellen übertragen werden; da jedoch beim Ansaugen von legionellenhaltigen Aerosolen (zum Beispiel aus Kühltürmen) oder bei kontaminierten Umlaufsprühbefeuchtern nachgeschaltete Filter eine Übertragung verhindern, ist bisher in Deutschland keine Übertragung beschrieben worden (7).
Wenn der Erreger in den oberen Respirationstrakt gelangt, erfolgt die mukoziliäre Clearance über die Zilien des respiratorischen Epithels. Die Einschränkung der Zilientätigkeit ist mitverantwortlich für pulmonale Risikofaktoren. Aus Untersuchungen von Epidemien ist bekannt, dass 0,1 bis 1 Prozent aller Exponierten infiziert werden (1). Diese niedrige Manifestationsrate der Legionellenpneumonie sowie der unifokale Lungenbefall zu Beginn sprechen für eine Übertragung von infizierten Amöbenpartikeln und gegen eine Infektion mit freien Legionellen, die als diffuses Aerosol wirken würden.
Pathogenese
Durch evolutionäre Anpassung werden die Legionellen während des Lebenszyklus in Amöben von den Einzellern nicht verdaut. Aufgrund sehr ähnlicher Mechanismen können die Legionellen nach Übertragung in die Lunge und Phagozytose in den Alveolarmakrophagen überleben und sich intrazellulär vermehren. Bei der Übertragung infizierter Amöbenpartikel haben die Legionellen die für das intrazelluläre Überleben wichtigen Gene exprimiert und können so leicht von Amöben auf Makrophagen überwechseln. Bisher konnten noch keine Pathogenitätsfaktoren identifiziert werden, die dafür verantwortlich sind, ob sich eine Legionellenpneumonie oder das Pontiac-Fieber entwickelt. Daher können derzeit virulente nicht sicher von weniger virulenten Stämmen unterschieden werden.
Risikofaktoren
Das Risiko, eine Legionellose zu entwickeln, hängt einerseits von der Virulenz und der Anzahl der Erreger, andererseits vom Gesundheitszustand der Patienten ab. Entsprechend kann eine Einteilung der Patienten vorgenommen werden (8 ).
Ein stark erhöhtes Risiko besteht bei einer deutlichen Immunsuppression im Rahmen einer Organ- oder Knochenmarktransplantation oder einer chronischen Grunderkrankung wie bei einer bösartigen hämatologischen Erkrankung sowie bei schweren Nierenerkrankungen im Terminalstadium.
Ein moderates Risiko ist bei Diabetes mellitus, chronischen Lungenerkrankungen, bösartigen onkologischen Erkrankungen, bei Rauchen und bei hohem Alter zu verzeichnen.
Nosokomiale Fälle kommen auch bei Patienten mit HIV, Neugeborenen und älteren Kindern vor (9).
Epidemiologie und Letalität
Seit dem Inkrafttreten des neuen Infektionsschutzgesetzes sind Legionellen deutschlandweit meldepflichtige Erreger. So wurden 413 Legionellosen im Jahr 2002, 395 im Jahr 2003 und 475 im Jahr 2004 registriert. Dies entspricht einer Inzidenz von circa 5 Fällen pro 1 Million Einwohner. Dies ist jedoch nur die Spitze des Eisberges. Aufgrund von Prävalenzstudien geht man in Deutschland von 10 000 bis 30 000 Erkrankungen pro Jahr aus. In anderen europäischen Ländern liegt die gemeldete Inzidenz deutlich höher (Tabelle 2). Da nicht anzunehmen ist, dass die Inzidenz in diesen Ländern wirklich so stark von der in Deutschland abweicht, ist hierfür eine zu seltene Durchführung der legionellenspezifischen Diagnostik in Deutschland wahrscheinlich.
Nach Erhebungen der European Working Group for Legionella Infections (EWGLI) und US-amerikanischen Untersuchungen werden nur 20 bis 25 Prozent aller Legionellosen nosokomial erworben (8).
In bis zu 70 Prozent der Wasserproben aus Krankenhäusern werden Legionellen nachgewiesen. Häufig sind in den einzelnen Trinkwassersystemen immer die gleichen Serogruppen von L. pneumophila nachweisbar, teilweise identische Genotypen über Jahre hinweg (10).
Immunsuppression, fortgeschrittenes Alter, terminale Niereninsuffizienz, maligne Tumorleiden und ein nosokomialer Erwerb sind unabhängige Risikofaktoren für einen fatalen Ausgang der Erkrankung (8). Die Letalität der Legionellose ging in den Vereinigten Staaten von 1980 bis 1998 stark zurück; für alle Fälle von 34 auf 12 Prozent, für nosokomiale Fälle von 46 auf 14 Prozent und für ambulante Fälle von 26 auf 10 Prozent (9). Es ist nicht geklärt, ob dies Folge der geänderten empirischen Therapie der ambulanten und nosokomialen Pneumonie ist oder ob mehr milder verlaufende Fälle diagnostiziert werden.
Technische Dekontaminationsverfahren
Die Prävention zielt auf die Elimination des Erregers aus dem Wassersystem oder auf die Vermeidung des Patientenkontaktes mit kontaminiertem Wasser.
Die Verfahren, die in Krankenhäusern eingesetzt werden, können in lokal wirksame und systemisch wirksame Maßnahmen eingeteilt werden (Tabelle 4). Ausschließlich lokal wirksame Verfahren wie Ozonierung, UV-Bestrahlung, Kombinationen aus UV- und Ultraschallbehandlung oder auch thermische Verfahren im Bereich der Wasseraufbereitung, bei denen das Wasser, bevor es in die Peripherie geht, wieder abgekühlt wird, haben keine nachhaltige Wirkung auf das gesamte Wassersystem. In diesen Fällen wird nur das eingehende Stadtwasser, der Warmwasserspeicher oder das ins Leitungssystem gehende Wasser dekontaminiert (11). Weil das nachgeschaltete Wasserleitungsnetz häufig bereits mit Legionellen kontaminiert ist, zeigen diese Verfahren eine geringe oder gar keine Wirkung. Ein Anwendungsgebiet für derartige Verfahren sind nicht kontaminierte Wassersysteme, beispielsweise bei Neubauten. Hall et al. wiesen nach, dass über 13 Jahre ein Wassersystem legionellenfrei gehalten werden konnte, indem beim Bau eine Kontamination verhindert wurde und eine zentrale UV-Anlage vom ersten Betriebstag an alle vom Stadtwasser eingetragenen Legionellen abtötete (12).
Systemisch wirksame Verfahren, wie die Anwendung von Kupfer- und Silberionen und die Chlorung des Wassers mit freiem Chlor oder Monochloramin, wie es in den USA Standard ist, sind in Deutschland nicht oder nur eingeschränkt zugelassen. Für wirksame Dosen müssten die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung für Chlor überschritten werden (so genannte Hochchlorung). Zu einem weiteren Verfahren mit einer Chlorverbindung, dem Chlordioxid, existiert eine klinische Studie mit einer Nachverfolgungszeit von 17 Monaten. Hier wurde eine Reduktion der Legionellen im Wassersystem und eine Verminderung der nosokomialen Legionellosen dokumentiert (13). Bisher existieren jedoch keine Untersuchungen zur Langzeitwirkung.
Weit verbreitet sind thermische Maßnahmen gegen Legionellen. Hierzu zählen kontinuierlich hohe Temperaturen (55 bis 60 °C) und periodisch erhöhte Temperaturen (60 bis 65 °C) sowie einmaliges Erhitzen (70 °C). Bei Letzterem sollen alle endständigen Wasserentnahmestellen während der Phase der Temperaturerhöhung für 3 bis 5 min geöffnet werden (14). Mit thermischen Verfahren kann keine Legionellenkontamination sicher verhindert werden, außerdem können Nebenwirkungen auftreten. So existieren Berichte über tödliche Verbrühungen durch zu heißes Wasser aus der Wasserleitung. Hinzu kommt, dass die Erhöhung der Wassertemperatur im Warmwasserschenkel meist in den parallel verlaufenden Kaltwassersträngen gleichzeitig eine Erhöhung der Temperatur nach sich zieht, sodass sich dort Legionellen verbreiten können. Thermische Verfahren können eine verstärkte Verkalkung der Wasserleitungssysteme zur Folge haben, sodass – wie Abbildung 2 zeigt – eine wirksame Legionellenreduktion in diesen zerklüfteten Ablagerungen nicht möglich ist. Zu elektrolytischen Verfahren existieren wenige Daten (15). Eigene Erfahrungen zeigten zunächst positive Ergebnisse, jedoch kam es später zu großen technischen Problemen, die zur Abstellung der Anlagen führten (15). Keines der genannten Verfahren kann die Erreger sicher eliminieren.
In Tabelle 4 erfolgt eine Einteilung der Evidenz (Tabelle 3) der verschiedenen Verfahren in Anlehnung an die Centers for Disease Control and Prevention (9, 16).
Praktisches Vorgehen im Krankenhaus
In Krankenhäusern ist ein risikoadaptiertes Vorgehen angebracht (Tabelle 5). Zunächst muss die Surveillance von Legionellenpneumonien im Krankenhaus systematisch etabliert werden. Dazu gehören die Schulung des Personals, wann eine Legionellendiagnostik notwendig ist, und die Kontrolle, ob die Legionellendiagnostik auf den Stationen tatsächlich durchgeführt wird. Hierfür muss jährlich die Zahl der Legionellenuntersuchungen für jede Station/Abteilung aufgeführt werden. Wenn auf einer Intensivstation keine oder kaum eine Legionellendiagnostik veranlasst wurde, ist dies ein Zeichen, dass die Verdachtsdiagnose Legionellenpneumonie zu selten gestellt wurde.
Weiterhin ist eine gute technische Wartung des Wassersystems gemäß den technischen Regeln des DVGW-Arbeitsblatts W 551 für Trinkwassererwärmer und Leitungsanlagen empfehlenswert. Wenn nosokomiale Legionellosen diagnostiziert wurden, kann unter Umständen zusätzlich ein systemisches Verfahren etabliert werden (17). Als systemische Verfahren bieten sich zurzeit in Deutschland thermische Verfahren und eventuell Chlordioxid an. Diese Verfahren sind zugelassen und zeigen in der Literatur zumindest einen Trend zur Reduktion (Tabelle 4). Hochrisikopatienten, bei denen eine geringe Infektionsdosis von wenigen, auch gering virulenten Legionellen zur Erkrankung führen kann, dürfen nur mit legionellenfreiem Wasser Kontakt haben (10). Dies kann durch endständige Filter an Wasserauslässen oder die ausschließliche Verwendung von sterilem Wasser sichergestellt werden (18, 19).
Es ist sinnvoll, in Krankenhäusern mit Hochrisikopatienten das Wassersystem auf Legionellen zu untersuchen, jedoch gehören die Untersuchungsfrequenz und die Probenzahl in die Evidenzkategorie „ungelöste Frage“ (Tabelle 5).
Laut der Trinkwasserverordnung von 2001 existieren keine gesetzlich vorgeschriebenen Grenz- oder Richtwerte für Legionellen im Trinkwasser in Deutschland (2). Auch die amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention (CDC) geben in ihren Empfehlungen keine Grenz- oder Richtwerte an (9, 16). Ein Richtwert von < 100 KBE/100 mL wird nur vom Deutschen Verband des Gas- und Wasserwesens (DVGW, Arbeitsblatt W 551) gefordert (17). Viele Gesundheitsämter haben diesen Richtwert im Rahmen der Krankenhausaufsicht übernommen und stellen die betroffenen Häuser damit häufig vor ein Problem. Der Wert von < 100 KBE/100 mL beruht auf Modellversuchen, bei denen legionellenhaltiges Wasser aerolisiert und die im Aerosol vorhandene Legionellen detektiert wurden (20). Im Rahmen von klinischen Studien, die ein evidenzbasiertes Vorgehen stützen müssen, konnte dieser Wert jedoch nicht bestätigt werden. Vielmehr haben Untersuchungen ein Dosis-Wirkungs-Paradox gezeigt: fehlende Infektionen trotz kontaminierter Wassersysteme und Infektionen ohne Nachweis von Legionellen im Wassersystem (9, 21).
Eine massive Legionellenkontamination beispielsweise mit mehr als 10 000 KBE/100 mL zeigt an, dass die technischen Parameter des Wassersystems nicht einwandfrei sind. Der in der Praxis häufigere Fall mit Legionellenzahlen von 100 bis 10 000 KBE/100 mL in einem Bereich ohne Hochrisikopatienten ist viel schwieriger zu beurteilen. Hier ist eine Einzelfallabschätzung des Infektionsrisikos unter Einbeziehung von Infektiologen und Krankenhaushygienikern notwendig. Bei hoher Aufmerksamkeit für Legionellosen gilt: Nur wenn Legionellosen aufgetreten sind, müssen technische Maßnahmen ergriffen werden.
Absolute Sicherheit existiert nicht. Statt danach zu streben, sollten man lernen, informiert mit Unsicherheit zu leben (22).

Manuskript eingereicht: 29. 4. 2005, revidierte Fassung angenommen: 11. 10. 2005

Dr. Eckmanns hat Vortragshonorare und Forschungsunterstützung von der Firma Pall erhalten. Die anderen Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt im Sinne der Richtlinien des International Committee of Medical Journal Editors besteht.

zZitierweise dieses Beitrags:
Dtsch Arztebl 2006; 103(19): A 1294–300.


Anschrift für die Verfasser:
Dipl.-Med.-Inf. Dr. med. Tim Eckmanns, MSc
Institut für Hygiene und Umweltmedizin
Heubnerweg 6
14059 Berlin
E-Mail: tim.eckmanns@charite.de


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