Tuberkulose - Eine wieder aktuelle Lungenkrankheit

Examensarbeit , 2005 , 128 Seiten , Note: 1,7

Biologie - Krankheiten, Gesundheit, Ernährung

Diese Arbeit zeigt eine detaillierte Auseinandersetzung mit den totgeglaubten Tuberkuloseerregern. Dabei wird zunächst auf den Bau und den Stoffwechsel des Tuberkulosebakteriums eingegangen. Im Anschluss wird die Immunantwort des Körpers auf das Bakterium eingehend behandelt. Im weiteren Verlauf werden die verschiedenen Tuberkulosearten sowie deren Diagnostik, Therapie und Prävention vorgestellt.Im letzten großen Kapitel wird auf Gründe der wiederaufflammenden Tuberkulosekrankheit, sowie auf deren "Hot Spots" in der Welt im Vergleich eingegangen. Auch werden hier gängige Behandlungsstrategien in den stark betroffenen Ländern vorgestellt. Die Arbeit stellt in sachlicher Weise die weiderkehrende Gefahr des lange nicht beachteten Tuberkuloseerregers dar und zeigt Möglichkeiten auf, wie dieser Gefahr in Zukunft begegnet werden muss.

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Historischer Kontext
2.1 Vorbemerkung
2.2 Die Geschichte der Tuberkulose
2.3 Die Tuberkulose im 20. Jahrhundert

3. Der Tuberkuloseerreger Mycobacterium tuberculosis
3.1 Vorbemerkung
3.2 Erregerspezies der Mykobakterien
3.2.1 Systematische Unterteilung der Mykobakterien
3.2.2 Tuberkulose auslösende Mykobakterien
3.2.3 Die Übertragbarkeit der Tuberkulose zwischen Mensch und Tier
3.3 Entwicklung des Artnamens von Mycobacterium tuberculosis
3.4 Morphologie und Kultivierung der Tuberkuloseereger
3.4.1 Der Aufbau der Mykobakterien
3.4.2 Wachstum und Vermehrung von Mycobacterium tuberculosis
3.5 Die Zellwand von Mycobacterium tuberculosis
3.5.1 Resistenz gegen äußere Einflüsse

4. Immunantwort des Körpers gegen Mycobacterium tuberculosis
4.1 Anatomische und physiologische Grundlagen der Lunge
4.2 Das Lymphsystem der Lunge
4.3 Immunabwehr der Lunge gegen den Tuberkuloseerreger
4.3.1 Bekämpfung der Tuberkuloseerreger durch Granulombildung
4.4 Der Tuberkulintest

5. Die Lungentuberkulose im menschlichen Organismus
5.1 Vorbemerkungen und Definitionen
5.2 Ursache und Entstehung der Lungentuberkulose
5.3 Der Tuberkuloseablauf im Körper
5.3.1 Die Primärinfektion
5.3.2 Miliartuberkulose und Landouzy-Sepsis
5.4 Postprimäre Lungentuberkulose (Reaktivierungstuberkulose)
5.4.1 Pleuritis exsudativa tuberculosa
5.4.2 Kavernöse Lungentuberkulose
5.4.3 Käsige Pneumonie
5.4.4 Exsudative, produktive und zirrhotische Lungentuberkulose
5.5 Weitere und extrapulmonale Tuberkuloseformen
5.6 Nichtuberkulöse Mykobakteriosen
5.7 Diagnostik der Lungentuberkulose
5.7.1 Diagnostische Grundbegriffe der Tuberkulose
5.7.2 Diagnostikverfahren und Differentialdiagnose der Lungen-Tbc
5.7.3 Differentialdiagnose der Lungentuberkulose
5.8 Therapie der Lungentuberkulose
5.8.1 Ziele der antituberkulösen Chemotherapie
5.8.2 Wirkprinzipien der Antituberkulotika
5.8.3 Basismedikamente der antituberkulösen Chemotherapie
5.8.4 Nebenwirkungen der Antituberkulosepräparate
5.8.5 Stationäre und ambulante Chemotherapie
5.8.6 Praxis der Chemotherapie und Resistenzentwicklung
5.8.7 Polyresistente Erreger (multi-drug resistance)
5.8.8 Chirurgische Therapie
5.9 Spätfolgen einer Lungentuberkulose
5.10 Infektionsverhütung und Prävention
5.10.1 Infektionsverhütung
5.10.2 Prävention gegen Tuberkulose

6. Die Rückkehr der Tuberkulose
6.1. Vorbemerkung
6.2 Epidemiologie der Tuberkulose
6.3 Tuberkulose in Deutschland
6.3.1 Aktuelle Situation in Deutschland
6.3.2 Organmanifestation und Geschlechterverteilung der Tuberkulose
6.3.3 Therapieerfolg und Resistenzsituation
6.4 Tuberkulosesituation in West- und Osteuropa / ehem. Sowjetunion
6.4.1 Resistenzentwicklung von Mycobacterium tuberculosis
6.5 Die Tuberkulosesituation weltweit
6.5.1 Weltweite Strategie gegen Tuberkulose

7. Ausblick und Diskussion

8. Zusammenfassung

9. Literaturverzeichnis/ Internetquellen

Abbildungsverzeichnis

Glossar

„Wenn die Reichen sich abwenden von der Not der Armen, triumphieren die Mikroben“ (Robert Koch).

1. Einleitung

Am 24. März 1882 tagte mit 36 Teilnehmern die Versammlung der Berliner- Physiologen-Gesellschaft, bei der auch der Mediziner Rudolf Virchow anwesend war. An jenem Tag hielt Robert Koch eine Vorlesung mit dem Titel „Die Ätiologie^[1] der Tuberkulose“. Koch legte in dieser Vorlesung Fakten dar, welche eindeutig bewiesen, dass er das Mycobacterium tuberculosis, den Erreger der verheerenden Infektionskrankheit Tuberkulose, entdeckt hatte. Seine Beweise waren so eindeutig, dass sogar der zu dieser Zeit einflussreichste medizinische Wissenschaftler Rudolf Virchow keine Gegenargumente fand, obwohl er eine völlig konträre Meinung über die Ätiologie der Tuberkulose vertrat (KONIETZKO und Loddenkemper, 1999; Voigt, 1994).

Der für die Tuberkulosekrankheit verantwortliche Erreger Mycobacterium tuberculosis begleitet die Menschheit schon seit mehreren tausend Jahren und findet auch heute noch auf der ganzen Welt Verbreitung. Die Erreger führen zwar bei den meisten Erkrankten in den Lungen zu Krankheitsreaktionen, können jedoch von dort aus in alle Organsysteme des Körpers streuen.

Die Tuberkulose hat im Verlauf der letzten Jahrhunderte schätzungsweise über 1 Milliarde Menschen das Leben gekostet. Die Tuberkulosekrankheit führte bisher weltweit zu mehr Todesopfern als jede andere Infektionskrankheit und verursacht immenses Leiden und Sterben.

123 Jahre nach Kochs Entdeckung stehen der Medizin zahlreiche Medikamente im Kampf gegen die Tuberkulose zu Verfügung, welche in den meisten Fällen eine Heilung der Krankheit erzielen. Nachdem diese wirksamen Medikamente nach dem zweiten Weltkrieg entwickelt wurden und erfolgreiche Anwendung fanden, stellte man Hochrechnungen an, die ergaben, dass zum heutigen Zeitpunkt die Seuche so gut wie ausgerottet sein müsste. Diese Prognose wurde deutlich verfehlt. Im Gegenteil, nach weltweit stark rückläufigen Erkrankungszahlen bis in die 1980er Jahre steigt die Zahl der Tuberkulose- neuerkrankungen wieder deutlich an. Heute sind wieder mehr Menschen an Tuberkulose erkrankt als zu Robert Kochs Zeiten (Loddenkemper et al., 2003; Konietzko und Loddenkemper, 1999).

Koch hatte gehofft, die Tuberkulose heilen zu können, was zunächst eine Zukunftsvision blieb. Seit der Entdeckung des Erregers wurde konsequent gegen die Infektionskrankheit vorgegangen. Diese Bemühungen müssen heute mit vermehrter Kraft wieder aufgenommen werden, um eine weitere Ausbreitung der Krankheit aufzuhalten.

Anliegen der vorliegenden Arbeit ist es, die Tuberkulose in ihren wichtigsten Aspekten zu behandeln. Ziel soll es sein, dem Leser einen allgemeinen und fachwissenschaftlichen Überblick über die Tuberkulosekrankheit zu ver-schaffen, wobei besonders auf die Lungentuberkulose, die häufigste und epidemiologisch wichtigste Form der Tuberkulose, eingegangen wird. Um zu unterstreichen, welche Gefahr von der Tuberkulose einst ausging und heute wieder ausgeht, soll diese Arbeit mit einem historischen Rückblick sowie einer Darstellung der erneuten Aktualität der Tuberkulose eingerahmt werden.

Unerlässlich bei der Betrachtung der Tuberkulose ist ein Blick in die Vergangenheit der Menschheitsgeschichte, bei dem deutlich wird, welches Unheil der Krankheit anzurichten im Stande ist. In Kapitel 2 werden der lange Weg der Forschung und die vergeblichen Versuche dargestellt, die Krankheit zu heilen oder sie zur Stagnation zu bringen. Da die Erkrankten als Symptome häufig sehr weiße Haut aufweisen und im Verlauf der Krankheit unter extremen Gewichtsverlust leiden, wurde die Krankheit lange als Weiße pest bzw. als Schwindsucht bezeichnet. Lange glaubte man nicht daran, dass die Tuberkulose eine durch kleinste organismen verursachte Infektionskrankheit ist, welche von Mensch zu Mensch übertragen werden kann. Erst als Koch ein Bazillus für die Krankheit verantwortlich machte, konnten seuchenhygienische Maßnahmen zur Eindämmung der Krankheit unternommen werden.

In Kapitel 3 soll das von Robert Koch identifizierte Mycobacterium tuberculosis vorgestellt werden. Dabei wird auf die für die Tuberkulose-krankheit relevanten Eigenschaften des Erregers eingegangen. Viele Merkmale des Tuberkulosebazillus lassen Rückschlüsse auf die Entwicklung der Krankheit im organismus zu.

In welcher Art und Weise das Mycobacterium tuberculosis dem menschlichen organismus zusetzt und welche Abwehrreaktionen dieser hervorruft, wird in Kapitel 4 dargelegt. Bevor genauer auf die Wechselwirkung zwischen Erreger und menschlichem Immunsystem eingegangen wird, soll eine kurze Übersicht über die Anatomie und Physiologie der Lunge, dem am häufigsten betroffenen Organ, gegeben werden, um die im Anschluss dargelegte Klinik der Tuberkulosekrankheit besser nachvollziehen zu können.

Bis zum Ausbruch der Krankheit können mehrere Wochen vergehen. In vielen Fällen tritt die Krankheit erst in Phasen in denen das Immunsystem geschwächt ist, zum Vorschein. Mit den verschiedenen Stadien der Krankheit, den verschiedenen Ausprägungen, den Symptomen, der Diagnose, der Therapie und der Prävention soll sich das Kapitel 5 befassen. Des Weiteren soll in diesem Kapitel deutlich werden, welche Umstände für das vermehrte Auftreten von Tuberkulosefällen immer wieder entscheidend sind.

Im Kapitel 6 dieser Arbeit wird abschließend auf die wieder aktuelle weltweite Bedrohung der Infektionskrankheit eingegangen. Dabei soll zunächst die Situation in Deutschland dargestellt werden. Im Folgenden wird näher auf die aktuelle Entwicklung der Tuberkulosesituation in anderen Ländern und Kontinenten eingegangen. Es fällt dabei auf, dass die Tuberkulose ähnlich wie vor zwei Jahrhunderten zum großen Teil diejenigen Regionen und Menschen trifft, welche unter Armut, Hunger und schlechten Lebensbedingungen leiden. Die Welt hat der Tuberkulose sehr lange keine Bedeutung beigemessen und auch heute noch wird der Infektionskrankheit zu wenig Aufmerksamkeit gewidmet. Ein weiteres Problem stellen Behandlungsfehler der Tuberkulose dar. Die daraus resultierende Problematik verleiht der Tuberkulose heute zusätzliche Gefährlichkeit.

2. Historischer Kontext

2.1 Vorbemerkung

Das folgende Kapitel wird sich mit der Entwicklung der Tuberkulose in der Geschichte der Menschheit befassen.

Es soll dargestellt werden, in welchem Ausmaß die Lungentuberkulose und andere Tuberkuloseformen den Menschen über Jahrtausende begleitet haben und welche Anstrengungen unternommen wurden, um diese Krankheit zu bekämpfen. Ebenso soll dieser historische Rückblick aufzeigen, welche Voraussetzungen für die Verbreitung der Tuberkulose ausschlaggebend waren.

Die Ausführungen über die Tuberkulose in der Historie des Menschen werden sich bis zum Anfang der 1980er Jahre erstrecken, da man bis zu dieser Zeit der Meinung war, die Tuberkulose besiegt zu haben.

2.2 Die Geschichte der Tuberkulose

Die Tuberkulose ist eine der ältesten Infektionskrankheiten und begleitet die Menschheit schon seit Urzeiten. Dieses wird durch Knochenfunde mit tuberkulösen Veränderungen aus der Steinzeit und durch altägyptische Mumien bezeugt (Hahn et al. 2001; Internetquelle 1 = IntQ 1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Spezifische Destruktion des 4. und 5. Brustwirbels. (modifiziert nach KONIETZKO und LODDENKEMPER, 1999, S. 1)

Auf dem städtischen Grubenhof bei Heidelberg gelang Pfaff 1904 die Bergung eines als „liegender Hocker“ bezeichneten 25­30 jährigen Mannes, der die klassischen Zeichen einer Knochentuberkulose (auch als Pott'sche Erkrankung bezeichnet) aufwies (Abb. 1). Mittels archäologischer Datierung der Grabbeigaben und Durchführung einer AMS 14 C Analyse durch Teschner 1998 wurde das Alter des Skeletts auf 6100 Jahre festgelegt. Damit handelt es sich bis zum jetzigen Zeitpunkt um das älteste Skelett mit Knochentuberkulose. Ein wissenschaftlich endgültiger Beweis einer Tuberkulose kann jedoch nur durch einen mikrobiologischen oder molekularbiologischen Nachweis des Tuberkuloseerregers erbracht werden (Konietzko und Loddenkemper, 1999).

Aus Babylon (2. Jahrtausend vor Chr.) und Ägypten (1. Jahrtausend vor Chr.) stammen die ältesten schriftlichen Aufzeichnungen, welche über tuberkulöse Erkrankungen des Menschen berichten (Matthys und Seeger, 2002). Da beide Dokumente ein Lungenfieber mit Gewichtsverlust, Husten und Expektoration von blutigem Sputum (Bronchialsekret) als Symptome beschreiben, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei diesen dokumentierten Krankheiten um Tuberkulose handelt. In Ägypten und auch in Babylon existierten bereits erste Vorschriften zur Isolation der an Lungenfieber erkrankten Menschen (Poppinger, 1995).

Aus mesopotamischen Quellen (um 675 v. Chr.) gehen etwas detailliertere Angaben über den Verlauf der Lungentuberkulose hervor: „Der Kranke hustet oft, sein Sputum ist dick und enthält manchmal Blut, seine Atmung klingt wie eine Flöte, seine Haut ist kalt, aber seine Füße sind heiß, er schwitzt viel und sein Herz ist gestört“ (Konietzko und Loddenkemper, 1999, S. 2).

Aufgrund der Vielzahl von klinischen Erscheinungsformen belegte man die Tuberkulose zu Anfang mit unterschiedlichen Namen. Hippokrates (469-370 v. Chr.) prägte das Wort Phthisis, welches die Lungenschwindsucht und Auszehrung des menschlichen Körpers bezeichnet (Brandis et. al, 1994).

Hippokrates gilt aufgrund seiner detaillierten Beobachtungen als Begründer der Phthisiologie, obwohl er nicht an die Ansteckungsmöglichkeit, sondern an die Vererbbarkeit der Krankheit glaubte. Er registrierte, dass im Falle einer Tuberkulose, bei Auflegen des Ohres auf den Brustkorb, spezifische Geräusche wiederzuerkennen waren.

Als oberster Grundsatz der hippokratischen Schule bei Behandlung der Tuberkulose galt das „nil nocere“: „Wenn der Arzt nicht helfen kann, da schade er wenigstens nicht“ (Konietzko und Loddenkemper, 1999, S. 3). Hippokrates glaubte nur an eine Heilung der Tuberkulose, wenn diese rechtzeitig erkannt werde. Als Therapie empfahl er die Einnahme von Nieswurz, Linsentrank und Brechmitteln und allgemeine Maßnahmen zur Verbesserung der körperlichen Kräftigung, wie Spaziergänge, Physiotherapie und sexuelle Karenz.

Unter Phthisis wurden jedoch zunächst noch alle Krankheiten zusammengefasst, die mit dem Kräfteverlust und der Auszehrung des Körpers in Verbindung gebracht wurden. Erst seit ca. 100 v. Chr. wird der Begriff „Lungenphthisis“ für die pulmonale tuberkulöse Erkrankung verwendet (Konietzko und Lodden­kemper, 1999).

Bei Aristoteles (384 -324 v. Chr.) findet sich der Begriff der Skrofulöse, welcher eine Entzündung der Lymphknoten beschreibt. Der Krankheitsname Skrofulöse wurde dann später zur Beschreibung tuberkulöser Lymphknotenschwellungen verwendet (Brandis et al., 1994).

Anders als Hippokrates war Aristoteles der Auffassung, dass die Tuberkulose übertragbar sei (Poppinger, 1995). Auch Galenos von Pergamon (129 - 201 n. Chr.) ging davon aus, dass die Tuberkulose infektiös übertragen wird. Er unterschied zwischen einer prophylaktischen Kur mit Diät, Bädern und Gymnastik und Maßnahmen zur Behandlung chronischer Tuberkuloseformen. Mit Ausnahme weniger Änderungen galten die Richtlilien von Hippokrates und Galenos zur Diagnose und Therapie der Tuberkulose als nahezu „unantastbar“ (Konietzko und Loddenkemper, 1999).

Weitere schriftliche Hinweise auf Phthisis liefern unter anderem die römischen Schriftsteller Celsus und Lucarez. Sie formulieren in ihren Ausführungen recht genaue Beschreibungen der phthisis, während in der Bibel keine Angaben über diese Krankheit zu finden sind (Brandis et al., 1994).

Im Mittelalter gehörte die Tuberkulose zu den verheerendsten Seuchen der Epoche. Da die Krankheit äußerlich keine Merkmale erkennen ließ, wurde diese als „Weiße Pest“ bezeichnet (Fabel, 1995).

Wie und wann die Tuberkulose auf andere Kontinente übergriff, ist nicht genau zu eruieren. Voigt (1994) vermutet, dass durch den Entdecker C. Kolumbus der Tuberkuloseerreger vom europäischen auf den amerikanischen Kontinent übergriff. Allerdings wird auch von Quellen berichtet, welche anhand von Untersuchungen indianischer Begräbnisplätze glauben, Anzeichen dafür gefunden zu haben, dass die Tuberkulose schon vor Kolumbus in Amerika grassierte (Voigt, 1994).

Als im 16. Jahrhundert die Anatomie als berechtigte Wissenschaft anerkannt wurde, konnte man in wissenschaftlichen Studien im Rahmen von obduktionen pathologische Organveränderungen feststellen. Es fielen optisch erkennbare, knotige Veränderungen der Lunge auf, die man als Tubercula bezeichnete.

Zunächst wurde jedoch nicht der Zusammenhang zwischen den Tuberkeln und der Phthisis erkannt (Konietzko und Loddenkemper, 1999).

Als erster erkannte Sylvius Deleboe (1614 - 1672) die Beziehung zwischen den Lungentuberkeln und der Schwindsucht. Laennec (1781 -1826), welcher später selbst an Tuberkulose verstarb, gelang mit Einführung des Stethoskops die akustische Diagnostik der Lungenkrankheit. Er glaubte weder an die Übertragbarkeit noch an die Heilbarkeit der Schwindsucht. Der Krankheitsbegriff „Tuberkulose“ wurde erstmals von L. Schönlein (1793 - 1864) verwendet. Er schlug diesen Begriff 1839 vor, da er den Tuberkel als grundlegende histologische Veränderung der Tuberkulose ansah (Brandis et al., 1994; Poppinger, 1995).

Etwa ein Viertel aller Todesfälle bei Erwachsenen in Europa im 16. und 17. Jahrhundert sind der Tuberkulose zuzuschreiben. Trotzdem herrschte über lange Phasen des 17. und 18. Jahrhunderts in Europa und Nordamerika die Auffassung, dass die Tuberkulose nicht übertragbar, sondern vererbbar sei. Dies hatte unter anderem einen großen Einfluss auf die Ausbreitung der Krankheit, da bei Erkrankten keine Isolationsmaßnahmen eingeleitet wurden (Hahn et al., 2001; Poppinger 1995). Die Übertragbarkeit der Tuberkulose wurde erstmals 1868 von dem französischen Tierarzt Villemin (1827 -1897) nachgewiesen. Er injizierte Kaninchen Bronchialsekret von an Tuberkulose erkrankten Menschen und konnte nach einiger Zeit eine symptomatische Erkrankung der Tiere feststellen (Hahn et al., 2001).

Hauptverantwortlich für die starke Ausbreitung der Tuberkulosekrankheit waren die unhygienischen Lebensverhältnisse, welche über Jahrhunderte in Deutschland und Europa vorherrschten. Hinzu kam, dass durch die Urbanisierung große Menschenmengen auf engstem Raum lebten. Dieser Sachverhalt trug ebenfalls zur schnellen Ausbreitung der Krankheit bei. In über 80 % der Krankheitsfälle waren gesellschaftlich niedriger gestellte Bevölkerungsgruppen betroffen. Diese mussten oft körperlich auszehrende Arbeiten verrichten, litten an Unterernährung und lebten meist in dürftigen und feuchten Behausungen. Diese Umstände machten die Menschen für Infektionskrankheiten, wie die Tuberkulose, anfällig (Condrau, 2000; Institut für den Wissenschaftlichen Film, 2001).

Die höchste Anzahl an Tuberkulose erkrankten Menschen war zwischen Mitte des 18. und Mitte des 19. Jahrhunderts zu verzeichnen (Morr, 1986). Die durch die industrielle Revolution hervorgerufene Urbanisierung trug maßgeblich dazu bei,
dass sich die Krankheit rasant ausbreitete. So war im 19. Jahrhundert die „Weiße Pest“ die häufigste Todesursache (Tab. 1). Die Tuberkulose löschte damals, bei einer jährlichen Todesrate von über 1000 pro 100.000 Menschen, mehr als 30 % der erwachsenen Bevölkerung aus. Etwa 65 % aller an Lungentuberkulose erkrankten Patienten starben innerhalb von 4 Jahren nach der Diagnosestellung (Hahn et al., 2001).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Todesursachen an der Charitè. (modifiziert nach VOIGT, 1994, S. 103)

Den Meilenstein in der Tuberkuloseforschung setzte Robert Koch (1843 - 1910), als er am 24.3.1882 in Berlin die Entdeckung des Tuberkuloseerregers verkündete (MATTHYS und Seeger, 2002). Vor der Berliner Gesellschaft für Physiologie, der auch der Mediziner Virchow beisaß, berichtete Koch in seinem Vortrag „Die Aetiologie der Tuberkulose“ über die Entdeckung des Tuberkelbakteriums (Voigt, 1994).

Es gelang ihm den Tuberkuloseerreger aus Läsionen von Patienten zu isolieren und nachzuweisen. Mit den isolierten Reinkulturen impfte er Experimentaltiere und stellte fest, dass diese an Tuberkulose erkrankten. Somit hatte Koch die Übertragbarkeit des Tuberkelbazillus bewiesen und gezeigt, dass die Tuberkulose eine Infektionskrankheit ist. 1890 entdeckte Koch die durch Injektion von Alttuberkulin hervorgerufene Tuberkulinreaktion, welche eine nach subkutaner Injektion auftretende Schwellung und Verhärtung der Haut beschreibt. Das Tuberkulin konnte zwar nicht als Heilmittel genutzt werden, gewann aber später für den Nachweis von Tuberkulose an Bedeutung. Von Lehmann und Neumann wurde 1896 der Artname Mycobacterium tuberculosis für den Tuberkuloseerreger eingeführt (Brandis et al., 1994).

1905 erhielt Robert Koch für seine Verdienste im Bereich der Tuberkuloseforschung den Nobelpreis für Medizin. Doch schon bevor Robert Koch den Tuberkuloseerreger identifizierte, war ein leichter Rückgang der Krankheit festzustellen (Hahn et al., 2001; Morr, 1986). Ein Grund dafür ist die sogenannte „Selbsteradikulation“. Dieser Begriff wird für das Aussterben der besonders anfälligen Population der 20 bis 30jährigen Menschen verwendet, welche starb bevor sie sich vermehren konnte (Endres, 1991).

Weitere Ursachen für den Krankheitsrückgang sind die Auflockerung der Wohndichte und die zu dieser Zeit durch Robert Koch bekannt gewordene Ansteckungsfähigkeit der Tuberkulose. Da nun die Kontagiösität (Ansteckungs­möglichkeit) der Tuberkulose bewiesen war, wurden dementsprechende seuchen­hygienische Maßnahmen ergriffen (Morr, 1986).

2.3 Die Tuberkulose im 20. Jahrhundert

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Abb. 2: Sterblichkeit an Infektionskrankheiten und Tuberkulose in Bayern seit 1890. (modifiziert nach MATTHYS und SEEGER, 2002, S. 366)

Wie bei Morr (1986) erwähnt, setzte sich der Sterblichkeitsrückgang der Tuberkulose und damit auch der Lungentuberkulose im 20. Jahrhundert weiter fort (Abb. 2).

Condrau (2000) gibt je­doch zu bedenken, dass die Datenerhebungen über die Sterblichkeit an Lungentuberkulose und anderen Tuberkulosefor­men bis zum ersten Weltkrieg fehlerhaft wa­ren. Die Statistik ver­langte zu dieser Zeit bei der Diagnose der Todes­ursache kein ärztliches Gutachten (Condrau, 2000). Die Abb. 3 beschreibt beispielhaft am Land Bayern den stetigen Sterblichkeitsrückgang der Lungen­tuberkulose, anderer Tuberkuloseformen und deren Anteil an allen Infektions­krankheiten. Ausnahmen bilden die beiden Weltkriege, in denen durch mangelnde Hygiene und Wohnräume sowie schlechter Ernährung die Tuberkulose­ausbreitung wieder begünstigt wurde (Matthys und Seeger, 2002).

Die französischen Bakteriologen Calmette und Guerin waren maßgeblich daran beteiligt, dass 1921 die BCG-Impfung (Bacille-Calmette-Guerin) gegen Tuberkulose eingeführt wurde. Verwendet wurden virulenzgeschwächte Tuberkulosebakterien der Spezies Mycobacterium bovis. Die Ergebnisse der Impfungen wurden zunächst als ermutigend angesehen, die Impfungen später jedoch wegen erheblicher Komplikationen wieder eingestellt (Brandis et al., 1994).

Als W. C. Röntgen (1845-1923) 1895 die X-Strahlen entdeckte, wurde das röntgenologische Diagnoseverfahren zunächst noch kategorisch abgelehnt. In vielen Heilstätten wurde bis in die 1920er Jahre wegen einer Art „Generationskonflikt“ der Mediziner eine Röntgenthoraxaufnahme nicht für sinnvoll erachtet. Erst 1925 wurde eine Heilbehandlung der Lungentuberkulose nur mit einem pathologischen Röntgenbefund genehmigt. In den folgenden Jahren wurden mehrere Therapiemethoden angewendet. Dazu gehörte die Kollaps­therapie, welche durch Verödung der befallenen Lungenareale zum Absterben der Tuberkulosebakterien führen sollte. Die Lungenresektion, eine weitere Methode, basierte darauf, krankhaftes Gewebe operativ zu entfernen (Konietzko und Loddenkemper, 1999).

Wirkliche Erfolge in der Tuberkulosebekämpfung konnten jedoch erst durch die Einführung der Chemotherapie erzielt werden. Obwohl schon 1952 Anti- tuberkulotika zur Verfügung standen, konnte erst Anfang der 70er Jahre mit Einführung des Medikaments Rifampicin eine enorme Verkürzung und Vereinfachung der Chemotherapie der Tuberkulose erreicht werden (Brandis et al., 1994).

Morr (1986) berichtet, dass die Tuberkulose als Individualkrankheit als besiegt angesehen werden könne und rechnet mit einer vollständigen Eradierung der Krankheit in der Bundesrepublik bis 2050. Von denen im Jahr 1980 gemeldeten Tuberkulosefällen in Deutschland wurden 86 % der pulmonalen und 14 % der extrapulmonalen Tuberkulose zugeteilt. Morr (1986) gibt jedoch zu bedenken, dass die desolate Tuberkulosesituation weltweit immer noch mit Skepsis betrachtet werden müsse (Morr, 1986).

3. Der Tuberkuloseerreger Mycobacterium tuberculosis

3.1 Vorbemerkung

Dieses Kapitel soll einen Einblick in die Diversität der für die Tuberkulose verantwortlichen Mykobakterien liefern. Außerdem wird näher auf diejenigen Eigenschaften der Erreger eingegangen, welche für die Entstehung der Tuberkulosekrankheit mitverantwortlich sind.

3.2 Erregerspezies der Mykobakterien

Mykobakterien werden zu den Prokaryonten gezählt und in das Reich der Eubakterien eingeordnet (Abb. 3). Alle medizinisch relevanten Bakterien sind in diesem Reich zu finden (Brandis et al., 1994).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Die großen Gruppen der Organismen. (modifiziert nach STEINBÜCHEL und OPPERMANN-SANIO, 2003, S. 1)

Des Weiteren werden die Myko­bakterien der Ordnung Actinomy- cetales und der Familie der Myco- bacteriaceae zugeordnet (KONI- etzko und Loddenkemper, 1999).

Mykobakterien sind eine weit­verbreitete Bakteriengattung, der nach Konietzko et al. (1995) 38 Spezies angehören. Dedie et al. (1993) ordnet den Mykobakterien hingegen über 50 Arten zu. In jüngeren Quellen werden über 100 unterschiedliche Spezies der Gattung der Mykobakterien zugeschrieben ( IntQ 2).

Größere Einigkeit findet man in der Literatur über die Anzahl, der für den Menschen krankmachenden (pathogenen) Erreger. Sowohl Bauernfeind und Shah (1995) als auch Fabel (1995) und Hof (2000) geben eine Zahl von über 20 mykobakteriellen Spezies an, die beim Menschen Infektionen der Inneren Organe oder der Haut hervorrufen können.

Das Entstehen einer Krankheit ist jedoch nicht nur auf die Pathogenität der Keime, sonderen auch auf ihre Virulenz zurückzuführen. Dabei beschreibt die Virulenz den Grad der Aggressivität des Erregers, seine Vermehrungsfähigkeit und seine Ausbreitung.

Mykobakterien können nicht nur für den Menschen, sondern auch für verschiedene Tierspezies pathogen sein. Die für Mensch und Tier pathogenen Keime sind nur fähig, sich im lebenden Organismus zu vermehren und zur Krankheit zu führen.

Andere Mykobakterien sind Saprophyten und außerhalb lebender Organismen auf Absonderungen des Körpers auf Pflanzen oder im Wasser lebendsfähig (Konietzko et al, 1995).

3.2.1 Systematische Unterteilung der Mykobakterien

Eine Möglichkeit, Mykobakterien zu unterscheiden, bietet die in den 50er Jahren entwickelte Gruppeneinteilung nach Runyon. Bei dieser Einteilungsmethode wird nach Wachtumsgeschwindigkeit und Pigmentbildung differenziert. Langsam wachsende Mykobakterien bilden bei optimaler Bebrütungstemperatur auf einem speziellen Nährmedium erst nach mehr als sieben Tagen optisch erkennbare Kolonien aus.

Bei Lichteinwirkung produzieren einige langsam wachsende Spezies auf den Nährböden karotinoide Pigmente, deren Eigenschaft als photochromogen bezeichnet wird (Runyon-Gruppe I). Manche Spezies bilden diese Pigmente ohne Licht (skotochromogen / Runyon-Gruppe II), bei anderen fehlr die Pigment­bildung gänzlich (nonchromogen / Runyon-Gruppe II). Bei schnell wachsenden Spezies (Runyon-Gruppe IV) erkennt man innerhalb von sieben Tagen gut sichtbare Kolonien (Bauernfeind und Shah, 1995; Hof, 2000).

Die Tuberkuloseerregenden Spezies werden nach Runyon der dritten Runyon- Gruppe zugeteilt und bilden keine Pigmente. Noch heute dient diese Methode der Typisierung von zu untersuchenden Mykobakterien. Im Einzelfall sagt sie jedoch nichts über die Pathogenität des Erregers aus (Fabel, 1995; Hof, 2000).

Alle Krankheiten, die durch Mykobakterien hervorgerufen werden, gelten als Mykobakteriosen. Es treten jedoch ebenso Mykobakteriosen auf, welche nicht zu den Tuberkulosen gezählt werden. Diese Infektionen gelten als atypische Mykobakteriosen und werden im internationalen Sprachgebrauch als „MOTT“ (mycobacteriosis other than tuberculosis) bezeichnet. Diese Gruppe der Mykobakterien sind ubiquitär verbreitete Spezies, welche zum Einen harmlose Saphrophyten sind, zum Anderen jedoch gelegentlich pathogen sein können (Fabel, 1995; Bauernfeind und Shah, 1995).

Die Ansteckungsgefahr dieser Mykobakterien von Mensch zu Mensch kann im Allgemeinen vernachlässigt werden. Bei Erkrankungen mit Immundefekten gewinnen diese Spezies jedoch zunehmend an Bedeutung (Fabel, 1995).

Die Lepra hervorrufende Spezies wird als eigenständig betrachtet und kann bislang noch nicht, wie die anderen humanpathogenen Mykobakterien, in vitro gezüchtet werden (Bauernfeind und Shah, 1995). Konietzko und Loddenkemper (1999) nehmen demnach, anders als bei Runyon, eine Einteilung in drei Gruppen vor:

1. Gruppe: Tuberkulosebakterien
2. Gruppe: Lepra (durch Mycobacterium leprae hervorgerufen)
3. Gruppe: „MOTT“ (ubiquitär vorkommende Mykobakterien)

3.2.2 Tuberkulose auslösende Mykobakterien

Die Lungentuberkulose, sowie auch andere Tuberkuloseformen, können durch verschiedene mykobakterielle Spezies hervorgerufen werden (Vogel, 1991).

Hof (2000) nennt vier Spezies welche als Erreger der menschlichen Tuberkulose in Frage kommen (Tab. 2). Lorenz (2004) faßt die Tuberkulose auslösenden Bakterien, M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum und M.microti, zu dem sogenanten „Mycobacterium tuberculosis-Komplex“ zusammen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Mycobacterium tuberculosis ist als Tuberkuloserreger die häufigste diagnostizierte Spezies.

Mycobacterium bovis ist der Erreger der Rindertuberkulose und wird über die Luft oder durch die Milch übertragen. Mit dem Rückgang der Rindertuberkulose in unseren Breiten ist dieses Bakterium bei Tuberkuloserankeiten nur noch selten nachzuweisen. In der Dritten Welt ist diese Erregerspezies jedoch immer noch aktuell und führt bei Kindern häufig zur Darmtuberkulose.

Mycobacterium africanum ist auf dem afrikanischen Kontinent sehr weit verbreitet. Es handelt sich bei dieser Art jedoch wahrscheinlich um eine Artvariante von Mycobacterium tuberculosis (Hof, 2000).

Mycobacterium microti ruft die Tuberkulose der Wühlmaus hervor und kann über diesen Wirt als echter Tuberkuloseerreger den Menschen infizieren (Hof, 2000).

Tabelle 2: Übersicht über die Spezies der Gattung Mycobacterium, soweit sie von humanmedizinischem Interesse sind. (modifiziert nach HOF, 2000, S. 330)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.2.3 Die Übertragbarkeit der Tuberkulose zwischen Mensch und Tier

Krauss et al. (1997) beschreibt die wechselseitige Übertragbarkeit der Tuberkulose zwischen Mensch und Tier (Abb. 4). Mycobacterium tuberculosis findet man üblicherweise nur beim Menschen. Von dort aus kann der Erreger durch engen Kontakt auf Primaten und andere Tiere übergreifen. Diese Tierarten (Hunde, Katzen) stellen dann potentielle Infektionsquellen dar (KRAUSS et al., 1997). Das Rind ist der natürliche Wirt von M. bovis. Von hier aus kann das Bakterium viele andere Tierarten und auch den Menschen befallen. Aufgrund der wechselseitigen Übertragbarkeit der Tuberkuloseerreger zwischen Mensch und.

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Tabelle 2: Übersicht über die Spezies der Gattung Mycobacterium, soweit sie von humanmedizinischem Interesse sind. (modifiziert nach HOF, 2000, S. 330)

3.3 Entwicklung des Artnamens von Mycobacterium tuberculosis

Abb. 5: M. tuberculosis-Kultur. (modifiziert nach POPPINGER, 1995, S. 8

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Die Vorsilbe Myco-, deutet normalerweise, auf die Zugehörigkeit zu den Pilzen hin. So gründet der Name der Mykobakterien auf ihrer pilzartigen Verbreitung auf Oberflächen von Flüssigkeiten.

Aufgrund der hydrophoben Lipidschicht von Mycobacterium tuberculosis entsteht bei Wachstum auf flüssigen Kulturmedien ein schimmelpilzähnlicher Eindruck (Abb. 5). In Folge dessen wurde die Bezeichnung auf sämtliche Bakterien dieser Gattung übertragen, obwohl nicht alle auf flüssigen Kulturmedien schimmelpilzartig gedeihen (Hahn et al., 2001).

3.4 Morphologie und Kultivierung der Tuberkuloseereger

Mycobacterium tuberculosis läßt sich als gebogenes stäbchenbakterium mit abgerundeten Enden und einem Durchmesser von ca 0,3 - 0,6 pm beschreiben. In seiner Länge misst der Tuberkuloseerreger etwa 1 - 4 pm. Anhand der äußeren Form lassen sich die Tuberkulosebakterien nicht von den atypischen Mykobakterien („MOTT“) unterscheiden (Sill, 1993; Singelton, 1995).

Bei Rolle und Mayr (1993) werden zwischen Mycobacterium tuberculosis und Mycobacterium bovis morphologische Unterschiede erkannt. So wird Mycobacterium tuberculosis bei mikroskopischer Betrachtung länger und schlanker beschrieben als der bovine Erreger.

Mycobacterium tuberculosis und Mycobacterium bovis sind grundsätzlich als anspruchslose Bakterien zu bezeichnen. Ohne Weiteres ist es möglich, diese Spezies auf lipidhaltigen Nährböden in aerober Atmosphäre mit 5 - 10 % CO2 zu kultivieren. Üblicherweise wird hier ein Glycerin- Eier-Nährmedium nach Löwenstein und Jensen verwendet, welchem Wachstumshemmer gegen andere Keime beigefügt sind (Oethinger, 2000).

Die im Boden vorkommenden und nicht-pathogenen Erreger benötigen hingegen keine Zusätze und wachsen schneller (Schlegel, 1992). Des Weiteren werden Mykobakterien als unbeweglich und überwiegend als Aerobier beschrieben. Nach der Färbemethode von Gram, werden Mykobakterien den Gram-positiven Species zugeteilt, obwohl sich diese Methode wegen des hohen Lipidgehaltes in der Zellwand nicht zur farblichen Darstellung eignet. Die Färbung erscheint nur schwach (Hahn et al, 2001).

Grundsätzlich kann durch die Färbemethode von Gram zwischen zwei Gruppen von Eubakterien unterschieden werden. Die Differenzierung gründet hier auf dem unterschiedlichen Zellwandaufbau der beiden Gruppen. Gram-negative Bakterien können gegenüber den Gram-positiven den zugegebenen Farbstoff nach dem Färbeverfahren nicht festhalten (Brandis et al., 1994).

Um den Tuberkuloseerreger zu visualisieren, macht sich ein anderes Färbeverfahren (Ziehl-Neelsen-Färbung) die für Mykobakterien typische Eigenschaft der Säurefestigkeit zu Nutze. Bei dieser Methode wird durch Erwärmen die Lipidschicht der Mykobakterien aufgelockert, so dass es dem Farbstoff Karbolfuchsin ermöglicht wird, in die Lipidschicht einzudringen. Nach Erkalten halten die Mykobakterien den Farbstoff in der Lipidschicht fest, so dass auch die anschließende Behandlung mit einem Säure-Alkohol-Gemisch nicht zur Entfärbung führt. Die Eigenschaft verleiht den Mykobakterien die sogenante „Säurefestigkeit“. Im Endergebnis stellen sich die säurefesten Mykobakterien nach Gegenfärbung mit Methylenblau immer noch rot dar (Abb. 6). Nicht­Säurefeste Bakterien färben sich in diesem Arbeitschritt blau an (Hahn et al., 2001).

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Abb. 6: Mycobacterium tuberculosis in einem Sputumausstrich. Färbung nach ZiehlNeelsen. Vergrößerung: 1:1000. (modifiziert nach JAMES und STUDDY, 1993, S.104)

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Abb. 7: Mycobacterium tuberculosis. Fluorreszenzfärbung mit Auramin. Vergrößerung: 1:1000. (modifiziert nach JAMES und STUDDY, 1993, S.104)

Eine weitere Methode um Mykobakterien unter dem Mikroskop sichtbar zu machen, ist die Fluoreszenzfärbung mit Auramin. Dabei erscheinen die Stäbchen­bakterien in niedriger Vergrößerung als fluoreszierende Flecken (Abb. 7).

Größere Probenzahlen können mit dieser Technik schnell untersucht werden. Zur Unterscheidung zwischen saphrophytären und pathogenen Mykobakterien kann jedoch nur eine Kultivierung Aufschluss geben (James und Studdy, 1993).

3.4.1 Der Aufbau der Mykobakterien

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Abb. 7: Mycobacterium tuberculosis. Fluorreszenzfärbung mit Auramin. Vergrößerung: 1:1000. (modifiziert nach JAMES und STUDDY, 1993, S.104)

Allgemein gilt für alle Bakterienzellen, dass sie sich in ihrer Architektur von den Zellen der höheren Organismen, der Eukaryonten unterscheiden. So besitzen die Mykobakterien wie alle prokaryontischen Zellen z. B. keine Mitochondrien und keinen Zellkern (Abb. 8).

Im Gegenzug unterscheiden sich Bakterien von animalen Zellen z. B. durch den Besitz einer Zellwand (Hahn et al., 2001).

Tuberkelbakterien besitzen im Allgemeinen eine dicke Zellwand, welche unter anderem aus verschiedenen Lipiden besteht. Auf die Besonderheiten der Zellwand von Mykobakterien wird in Kapitel 3.5 noch ausführlicher eingegangen, da viele Eigenschaften der Mykobakterien in der Zellwand begründet liegen. Die aus drei Schichten aufgebaute zytoplasmatische Membran ist sowohl für die Synthese von Zellwandbestandteilen als auch für die oxidative Phosphorylierung zuständig.

Die Mesosomen (Mitochondrienäquivalente), welche sich als Einstülpungen der Zellmembran darstellen, beherbergen die für die Atmungskette wichtigen Enzyme und versorgen die Zelle mit Energie. Ebenfalls und artspezifisch bei Myko­bakterien sind Pigmente in die Zellmembran eingelagert, welche bei der Gruppeneinteilung nach Runyon eine wichtige Rolle bei der Typisierung von Mykobakterien spielen.

Typisch für alle Mykobakterien ist das Vorkommen unterschiedlich großer Granula und Vakuolen im Zellplasma. Bei den Granula handelt es sich unter anderem um kondensierte Phosphate, Es wird über die Bedeutung der Granula als Energieträger diskutiert. Vakuolen sind Fettdepots, welche von der Zelle als Energiespeicher benötigt werden.

Mykobakterien enthalten ebenfalls eine Reihe von Enzymen, welche für die Taxonomie (Einordnung) von Bedeutung sind (Konietzko et al, 1995).

Nukleoide (Kernäquivalente) sind die Berreiche, in denen die genetische Erbinformation in Form eines dünnen DNA (Deoxyribonucleic Acid) Fadens lokalisiert ist (Oethinger, 2000).

3.4.2 Wachstum und Vermehrung von Mycobacterium tuberculosis

„Wachstum ist als Zunahme der Zellmasse, Vermehrung als Zunahme der Zellzahl einer Bakterienpopulation definiert“ (Jentgens, 1981, S.17). Mycobakterium tuberculosis wird, wie in Kapitel 3.2.1 schon erläutert, der Runyon - Gruppe III zugeordnet und gehört somit zu den langsam wachsenden Mykobakterien (Hof, 2000).

Bei Kayser et al. (1997) wird bei einer Bebrütungstemperatur von 37C° eine Verdopplungszeit des Mykobakteriums von ca. 12 bis 18 Stunden angegeben. Andere Literaturquellen, wie z. B. Konietzko et al. (1995) verweisen bei günstigen Bedingungen auf eine Reproduktionsgeschwindigkeit von 12-24

Stunden. Was unter günstigen Bedingungen zu verstehen ist, wird bei Konietzko et al. (1995) nicht weiter ausgeführt.

Hier ist darauf hinzuweisen, dass Kayser et al. (1997) dieVerdopplugszeiten der Mykobaterien im Labor unter optimalen Bedingungen beschreibt. Jentgens (1981) macht darauf aufmerksam, dass die Generationszeit in vivo, mindestens doppelt so lang ist. Als Einflussgrößen werden das Alter des infizierten Organismus, seine natürliche Resistenz und Immunität genannt (Jentgens, 1981). Als Vergleich, wie langsam sich M. tuberculosis verdoppelt, ist das Bakterium Escherichia coli, welches eine Generationzeit von ca 20 Minuten aufweisst, zu nennen (Oethinger, 2000).

Abb. 9: Die verschiedenen Stadien der Zellteilung bei Bakterien. (modifiziert nach CAMPBELL, 1998, S. 225)

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Bei Bakterien gibt es weder Mitose noch Meiose, welches einen weiteren Unterschied zwischen prokaryontischen und eukaryontischen Lebensformen darstellt (Campbell, 1998). So geschieht die Weitergabe des genetischen Materials der Mykobakterien durch einfache Querteilung (Konietzko et al. 1995). Mykobakterien sind zwar kleiner und in ihrer Struktur einfacher als eukaryontische zellen, jedoch ist eine geordnete Verdopplung des genetischen Materials für die Kopien der Zellen unabdingbar (Campbell, 1998).

Das genetische Material, welches für das jeweilige Bakterium die lebens­wichtigen informationen trägt, wird auch als Bakterienchromosom be­zeichnet. Da Mykobakterien, anders als andere Bakterien keine extra­chromosomale DNA (Plasmide) be­sitzen, ist das gesamte Erbgut auf dem einen Bakterienchromosom zu finden.

(Hahn et al., 2001 ; IntQ. 3).

Bei der zellteilung (Abb. 9) wird nun zunächst das einzelne Chromosom, welches an die Plasmamembran ge­bunden ist, verdoppelt (DNA-Repli- kation). Nach der Verdopplung des Erbgutes bleiben die Kopien an benachbarten Stellen an die Membran gebunden.

Da mit der Verdopplung der DNA das Zellwachstum immer weiter fortschreitet, entfernen sich die beiden Erbgutkopien zunehmend voneinander. Zwischen den Anheftungsstellen der zwei Bakterienchromosomen schnürt sich nun die Plasmamembran ein, was zur Folge hat, dass sich das replizierte Erbgut noch weiter voneinander absetzt. Hat die Bakterienzelle etwa das Doppelte ihrer ursprünglichen Größe erreicht, bildet sich nach Einschnürung der Plasmamembran eine dicke Zellwand aus. Später teilt sich diese dicke Zellwand der Fläche nach durch, so dass aus der Ausgangszelle zwei Tochterzellen mit einem jeweils vollständig identischen Genom entstehen. Dieser Vorgang wird auch als Zweiteilung oder als binäre Spaltung bezeichnet. (Campbell, 1998). Mykobakterien unterscheiden sich von anderen Bakterien auch dadurch, dass sie nicht in der Lage sind, Endosporen auszubilden (Konietzko et al., 1995). Die gesamte Erbsubstanz enthaltend bilden sie sich im Inneren mancher Bakterien, wenn widrige äußere Bedingungen vorherrschen. Endosporen sind sehr widerstandsfähige Kapseln die eine Vielzahl von lebensfeindlichen Einflüssen überleben (Campbell, 1998).

3.5 Die Zellwand von Mycobacterium tuberculosis

Wie man der (Abb. 10) entnehmen kann, ist der Zellmembran ein Netz verschiedener Strukturen und Moleküle aufgelagert, welche als Zellwand bezeichnet werden (Brandis et al., 1994). Viele charakteristische Eigenschaften der Tuberkuloseerreger sind auf die Besonderheiten der Zellwand zurückzuführen. M. tuberculosis und auch M. bovis besitzen eine dicke Zellwand, welche eine Reihe von Substanzen enthält, durch die einige Eigenschaften der Tuberkulose­krankheit zu erklären sind (Oethinger, 2000).

Die Zellwand der Mykobakterien ist besonders reich an verschiedenen Lipiden und Wachsen, welche etwa 60 % des Zellwandtrockengewichtes ausmachen. In dieser Lipid- und Wachsschicht liegt die besonders stark ausgeprägte Resistenz der Mykobakterien gegen äußere Einflüsse begründet (Hof, 2000).

Wie bei den meisten Bakterienspezies im Reich der Eubakterien, so ist auch die Zellwand der Mykobakterien aus einem peptidoglykan, dem Murein, aufgebaut (Oethinger, 2000). Murein besteht aus Polysaccharidketten, in denen zwei besondere Zucker (N-Acetylglucosamin / N- Acetylmuraminsäure) abwechselnd verknüpf sind. Diese Moleküle sind zusätzlich durch Oligopeptide quervernetzt. Man geht davon aus, dass das Murein ein einziges, die Zelle umgebendes und schützendes Molekül ist. Auf dieser „Schutzwand“ (Saccalus) befinden sich weitere Moleküle die aber von Spezies zu Spezies verschieden sind (Campbell, 1998).

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Abb. 10: Schematische Darstellung der Mykobakterienwand: Zu beachten ist, dass Mycobacterium tuberculosis keine Kapsel besitzt. (modifiziert nach BRANDIS et al., 1994, S. 546)

Die für Mykobakterien wichtigsten Lipide sind die Mykolsäuren und die Mykoside. Mykolsäuren sind langkettige gesättigte Fettsäuren (Abb. 11) und bestehen aus 60 - 90 C-Atomen. Mykoside hingegen setzen sich aus mykol- säurehaltigen Glykolipiden oder Glykolipid-Peptiden zusammen. Wichtig für die Virulenz der Tuberkulosebakterien ist das Mykosid Trehalose-6,6 Dimykolat. Extrahiert man dieses Mykosid, verlieren die Erreger ihre Virulenz (Hahn et al., 2001). Diesem Mykosid, auch Cord­faktor genannt, wird die Nei­gung der Mykobakterien zuge­schrieben, sich in zopfartigen Zellverbänden (Cords) anein­ander zu lagern. Diese Eigen­schaft wurde bei den Tuberkuloseerregem in vitro festgestellt (Konietzko et al., 1995). Außerdem wird dem Cordfaktor bei Kaysers et al. (1998) eine toxische Wirkung gegenüber Körperzellen zugeschrieben. Bei Konietzko und Loddenkemper (1999) wird hingegen von nur einer geringen, Eigentoxizität des Tuberkulose-erregers gesprochen, was bedeutet, dass der Erreger selbst so gut wie keine giftigen Stoffe absondert, die Körperzellen angreifen oder zerstören würden.

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Abb. 11: Eine Fettsäure. Fettsäuren bestehen aus einem hydrophoben Kohlenwasserstoff- „Schwanz“, der mit einer hydrophilen Carboxyl- gruppe als „Kopf“ ver-bunden ist. (modifiziert nach MADIGAN et al., 2003, S. 78) Erläuterungen: (A) Strukturformel, (B) Kugel/Stab-Modell, (C) Raumfüllendes Kalottenmodell.

Auch die in der zellwand vorkommenden Sulfolipide können als Virulenzfaktoren angesehen werden, da sie wahrscheinlich für die Hemmung der Phago-Lysosomen-Fusion in Makrophagen mitverantwortlich sind. An dieser Stelle ist auf das Kapitel 4 zu verweisen , in dem die Makrophagen bei der Immunantwort des Körpers auf den Erreger gesondert behandelt werden (Brandis et al., 94).

Als Bestandteil der mykobakteriellen Zellwand ist des Weiteren das Wachs D von Interesse. Dieses wird maßgeblich für die Adjuvanswirkung des Tuberkuloserregers verantwortlich gemacht, welche die immunantwort des Körpers auf das Bakterium verstärkt und somit die eigentliche Kranheitsentwicklung begünstigt (Hof, 2000).

Neben den erwähnten Lipiden und Wachsen findet man in der zellmembran und auch in der zellwand verschiedene Proteine. Aufgrund der fetthaltigen Struktur der zellwand handelt es sich in den meisten Fällen um Lipoproteine. Eine besonders starke immunantwort rufen die phenolischen Glykolipide, die Lipoarabinomannane und die zellwandproteine hervor. An einigen der Glykolipide und Lipoarabinomannane lassen sich artspezifische Unterschiede erkennen. Sie werden daher zur serologischen Diagnostik herangezogen (Brandis et al., 1994).

3.5.1 Resistenz gegen äußere Einflüsse

Wegen des beschriebenen hohen Lipidgehaltes der zellwand sind Mykobakterien gegen zahlreiche äußere Einflüssen resistent (Hahn et al., 2001). Hier lässt sich die schon beschriebene schlechte Anfärbbarkeit der Tuberkulosebakterien anführen, die in der lipidhaltigen Zellwand begründet ist (Hof, 2000). Diese sogenannte Säurefestigkeit der Mykobakterien ist ebenso dafür verantwortlich, dass die Erreger in der Magensalzsäure nicht abgetötet werden. Aus diesem Grund wird unter anderem der Magensaft erkrankter Patienten zum bakteriellen Nachweis verwendet.

Auch gegen Austrocknung ist M. tuberculosis hoch resistent. Die Erreger sind in der Lage, monatelang im Staub zu überleben. Bei der Temperatur ist die Resistenz der Mykobakterien zweiseitig zu betrachten. Auf der einen Seite sind sie gegen Kälte hoch resistent (bis -70 C°), jedoch auf der anderen Seite reagieren sie auf Wärme relativ empfindlich. Bei Temperaturen von über 65 C° sterben die Bakterien bereits nach ca. 30 Minuten (Hahn et al., 2001).

Brandis et al (1994) beschreibt die Resistenz von Mykobakterien gegen leichte Desinfektionsmittel. Hahn et al. (2001) empfehlen Desinfektionsmittel mit aktivem Chlor und Aldhyden zu verwenden, um Mykobakterien wirkungsvoll zu bekämpfen. Zur Desinfektion der Hände wird Alkohol als geeignet betrachtet. Eine weitere Desinfektionsmethode zur Abtötung von Mykobakterien auf Oberflächen wird häufig in Laboren verwendet. Hier wird UV-Licht mit einer Wellenlänge von über 300 nm eingesetzt. Auch als UV-Desinfektion bezeichnet führt dies zum Absterben der Bakterien (Hahn et al., 2001).

HOF (2000) sieht in der lipidhaltigen Zellwand der Tuberkuloseerreger zudem den Grund für das vergleichsweise langsame Wachstum, da die Nährstoffe nur sehr langsam durch die Zellwand diffundieren können. Ebenso schränkt der hohe Lipidanteil auch für Antibiotika die Permeabilität durch die Zellwand ein. So vermögen es auch die Körpereigenen Abwehrmechanismen gegen Tuberkulosebakterien zunächst nicht, die eingedrungenen Erreger zu eliminieren (Hahn et al., 2001).Mit dieser Thematik wird sich das folgende Kapitel näher beschäftigen

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Abb. 12: Das Atmungssystem. (modifiziert nach SCHÄFFLER et al., 1998, S. 628)

4. Immunantwort des Körpers gegen Mycobacterium tuberculosis

Um später die Klinik der Lungentuberkulose besser zu verstehen, werden in diesem Kapitel die an der Immunantwort gegen Tuberkulosebakterien beteiligten Abwehrmechanismen und deren Wirkungsweise dargestellt. Um diese Vorgänge einfacher lokalisieren zu können, wird vorher ein kurzer Überblick über die Anatomie und Physiologie des von der Tuberkulosekrankheit meistbefallenden Organs, der Lunge gegeben.

Abschließend wird kurz auf die immunologische Reaktion des Körpers auf Tuberkulin eingegangen, da dieser Stoff eine Immunantwort hervorruft die später bei der Diagnosestellung verwendet wird.

4.1 Anatomische und physiologische Grundlagen der Lunge

Durch das Atmungssystem (Abb. 12) ist der Körper in der Lage, Gase mit der Umgebung auszutauschen. Dabei stellt die Lunge das zentrale Organ der Atmung dar. Sie hat die Funktion, den Sauerstoff für alle lebenswichtigen Prozesse aus der Atemluft aufzunehmen und im Gegenzug das Kohlendioxid als Endprodukt des Die Lungen können als zwei Weichteilgebilde bezeichnet wer-den, welche im Brustkorb beid-seitig des Herzens zu finden sind. Die Lungen messen in der Länge etwa 26 cm, in der Breite ca. 15 cm und werden als kegelstumpf-förmig beschrieben (DAMM und BENNER, 2000).

Begrenzt werden die Lungen (Pulmones) nach unten durch das Zwergfell und zu den Seiten und nach oben durch den Brustkorb. Beide Atemorgane sind jeweils in eine sogenannte Pleurahöhle (Pleura pulmonalis) einschlossen Körperstoffwechsels abzugeben (Schäffler und Schmidt, 1998).

(Abb.13). Als Lungenbasis wird der Teil der Lunge beschrieben, der dem Zwergfell aufliegt; als Lungenspitze wird der obere Teil bezeichnet. Die Spitzen der beiden Lungen ragen nach oben hin geringfügig über das Schlüsselbein hinaus (Faller, 1999; Schäffler und Schmidt, 1998).

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Abb. 13: Horizontalschnitt durch den Brustkorb in Höhe des 8. Brustwirbels. (modifiziert nach FALLER, 1999, S. 349)

Auf den Platzbedarf des Herzens auf der linken Körperseite ist zurückzuführen, dass die linke Lunge kleiner ist als der rechte Lungenflügel (Damm und Benner, 2000).

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Abb. 14: Respiratorische Epithel der Nasenhöhle, Trachea und Bronchien. Links oben: Schematischer Längsschnitt. Rechts oben: Mikroskopischer Längsschnitt. Unten: Elektronenmikroskopische Aufsicht. (modifiziert nach Matthys und Seeger,2002, S. 11)

So besitzt auch die linke kleinere Lunge mit dem Ober- und Unterlappen nur zwei Lungenlappen, der rechte größere Lungenflügel hingegen setzt sich aus drei Lungenlappen, dem Ober-, Mittel- und Unterlappen ,zusammen (Abb. 12) (Frey et al, 2002).

Beim Einatmen gelangt die Luft durch die Luftröhre (Trachea) in die Lungen. Durch hufeisenförmige Knorpelspangen wird verhindert, dass die ca. zehn bis zwölf cm lange und etwa zwei cm weite Luftröhre zusammenfällt. Den Innenraum der Luftröhre kleidet ein für die Luftwege typisches Schleimhautepithel aus (Abb. 14). Dieses Epithel (Flimmerepithel) besteht aus zilientragenden Zellen (Flimmer­zellen) und mukösen Zellen (Becherzellen). Durch den Zilienschlag werden Fremdkörper mit dem Schleimteppich rachenwärts befördert.

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Abb. 15: Das Geäst des Bronchialbaums. (modifiziert nach (SCHÄFFLER und SCHMIDT, 1998, S. 275)

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Abb. 16: Ausguss des Luftwegsystems. (modifiziert nach MATTHYS und SEEGER, 2002, S. 2)

Die Trachea spaltet sich an Teilungsstelle (Bifurcatio tracheae) in den linken und rechten Hauptbronchus und geht so in die Lungenflügel über. Der rechte Bronchius ist gegenüber dem linken weiter und steiler, was häufig auch dazu führt, dass eingeatmete Fremdkörper oft in den rechten Hauptbronchus gelangen (Faller, 1999; Matthys und Seeger, 2002).

Ähnlich wie die Luftröhre werden auch die Hauptbronchien von Knorpelspangen offen gehalten und tragen innen eine Schleimhaut mit typischem Flimmerephitel. Über eine Vielzahl von Verzweigungen (Abb. 15;Abb. 16) im Bronchialsystem gelangt die sauerstoffreiche Atemluft in das eigentlich atmende Lungengewebe, die Alveolen. Die kleinsten Verzweigungen vor den Alveolen sind die Bronchiolen, mit einen Durchmesser von weniger als 1mm. Ihnen fehlen die Knorpeleinlagerungen völlig (Schäffler und Schmidt, 1998). Die Wand der Bronchiolen ist sehr dünn und setzt sich aus einem hohen Muskelschichtanteil zusammen. Es fehlen in diesem Bereich der Lunge Drüsen, und auch das typische Schleimhautepithel ist nur noch einschichtig und in einer anderen zellulären Zusammensetzung vorhanden (Matthys und Seeger, 2002).

Um den Körper mit Sauerstoff zu versorgen, wird die Atemluft beim Einatmen bis in die Alveolen geleitet, wobei sich Brustraum und Lungen ausdehnen. In den Alveolen findet dann der Gasaustausch statt, was bedeutet, dass der Sauerstoff (O2) der eingeatmeten Luft an das Blut abgegeben wird. Beim Vorgang des Ausatmens wird das Stoffwechselendprodukt Kohlenstoffdioxid (CO2) wieder mit hinausgeschleust. Folglich zieht sich der Brustraum beim Ausatmen zusammen und das Lungenvolumen verkleinert sich (Frey et al., 2002).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 17: Gasaustausch in den Lungen-bläschen. (modifiziert nach SCHÄFFLER und SCHMIDT, 1998, S. 280)

ur Realisierung des Gasaustausches sind die Alveolen mit kleinsten netzförmig angeordneten Blutgefäßen umsponnen, welche auch als Kapillaren des Lungenkreislaufes bezeichnet werden (Abb. 17). Diese Kapillaren werden durch den zuführenden Schenkel mit kohlenstoffdioxidreichem, sauer­stoffarmem Blut beschickt. Gepumpt wird dieses Blut aus der rechten Herzkammer über die Lungenschlagader in den Lungenkreislauf. Passiert das sauerstoffarme Blut der Kapillaren die Lungenbläschen, hat es nur sehr wenig Zeit, sich mit Sauerstoffmolekülen zu beladen Bei diesem Vorgang diffundiert der Sauerstoff durch die Wand des Lungenbläschens und ebenso durch die Wand der Kapillaren, welche zusammen die Blut-Luft-Schranke bilden. Umgekehrt diffundiert CO2 aus den Kapillaren in die Alveolen, welches dann abgeatmet werden kann.

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^[1] (kursiv werden Artnamen und Begriffe, welche später im Glossar beschrieben werden, dargestellt).

• Hochschule: Universität Münster
• Note: 1,7
• Autor: Philip Austermann (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2005
• Seiten: 128
• Katalognummer: V150667
• ISBN (eBook): 9783640623150
• ISBN (Buch): 9783640623310
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Tuberkulose, Robert Koch, Lungenkrankheit, Mykobakterium tuberculosis, hot spots