Infektionskrankheiten und Mortalität in den USA

Todesfälle durch Infektionskrankheiten in den USA

• Die Grafik zeigt die Mortalitätsrate pro 100.000 Einwohner in den USA von 1900 bis 1990.
• Es ist deutlich erkennbar, dass die Mortalitätsrate im Laufe der Zeit stark gesunken ist.
• Ein signifikanter Anstieg der Mortalitätsrate ist um 1918/19 zu beobachten, was auf die Influenza-Pandemie zurückzuführen ist.

Definition von Infektionskrankheit

• Eine Infektionskrankheit ist eine Erkrankung, die durch das Eindringen und die Vermehrung von Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Viren, Pilze oder Protozoen) im menschlichen Körper ausgelöst wird.
• Viele Infektionskrankheiten sind ansteckend (infektiös) und können von Mensch zu Mensch übertragen werden.

Klassifizierung von Krankheiten nach Häufigkeit

• Endemie: Andauernd gehäuftes Auftreten einer Infektionskrankheit in einer begrenzten Region oder Population.
• Epidemie: Auftreten einer Krankheit in ungewöhnlich großen Fallzahlen in einer örtlich begrenzten Population.
• Pandemie: Weltumspannende Epidemie.

Todesursachen im Jahr 2001

• Weltweit sterben etwa 35 % aller Menschen an Infektionskrankheiten.
• In Afrika 2002: 10,7 Millionen Todesfälle durch Infektionskrankheiten.
• In Nord- und Südamerika 2002: 6,0 Millionen Todesfälle durch Infektionskrankheiten.
• Infektionskrankheiten waren die häufigste Todesursache weltweit im Jahr 2001.

Infektionskrankheiten in den USA

• In den USA sterben 3 von 10 Todesfällen an Infektionskrankheiten.
• 15 % der Gesundheitskosten gehen auf nosokomiale Infektionen zurück.
• Es gibt 2 Millionen nosokomiale Infektionen mit 20.000 Todesfällen jährlich in den USA.
• Für die Behandlung resistenter Keime werden jährlich 4 Mrd. US-Dollar ausgegeben.

Todesursachen weltweit

• Akute Luftwegsinfektionen (einschliesslich Grippe und Lungenentzündung): 3,5 Mio.
• HIV/AIDS: 2,3 Mio.
• Durchfallerkrankungen: 2,2 Mio.
• Tuberkulose: 1,5 Mio.
• Malaria: 1,1 Mio.
• Masern: 0,9 Mio.

Begriffe

• Parasiten: Organismen, die auf Kosten eines Wirts leben.
• Obligat pathogene Keime: Erreger, die bei fast jedem nicht immunen Individuum krankheitserregend sind.
• Fakultativ pathogene Keime: Erreger, die nur bei Abwehrschwäche Infektionen verursachen können.
• Lokale Infektion: Die Infektion beschränkt sich auf die Eintrittspforte des Erregers.
• Generalisierte Infektion: Erreger dringen ins Gefäßsystem vor und betreffen den gesamten Organismus.
• Sepsis: Systemerkrankung durch Mikroorganismen und/oder ihre toxischen Bestandteile; oft mit lokalen Herden.
• Infektionsdosis: Minimale Anzahl an Mikroorganismen, die eine Infektion auslösen.
• Nosokomiale Infektion: Im Krankenhaus erworbene Infektion.

Pathogenitätsstrategien

• Adhärenz: Anhaftung an Wirtszellen
• Invasion: Eindringen in Wirtszellen.
• Spreading: Ausbreitung im Wirt.
• Transcytosis, Transmigration: Durchgang durch die Zelle.
• Habitat: Ort des Lebens bzw. der Vermehrung; intrazellulär (innerhalb der Zelle), extrazellulär (außerhalb der Zelle), fakultativ intrazellulär (kann sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zelle vermehren).
• Verlauf: akut „hit-and-run“ (schnelle Infektion, ohne andauernde bleibende Schäden), chronisch-persistierend (läufige längere Infektion mit persistentem Zustand)

Koch'sche Postulate

• I. Optischer Nachweis: Nachweis des Erregers unter dem Mikroskop.
• II. Kultureller Nachweis: Isolierung und Züchtung des Erregers in einem künstlichen Nährmedium.
• III. Pathogenitätsnachweis: Nachweis der Erkrankung beim Versuchstiere.
• IV. Mikroorganismus muss aus infizierten Organismen erneut kultivierbar sein: Nachweis des Erregers in einer neuen Kultur.

Streptococcus group A

• Kettenbildende Kokken
• Gram-positiv
• Beta-hämolysierend: Auflösen der Erythrozyten im Blut.
• Verursacher von Scharlach, Mittelohrentzündung usw.

Bacillus anthracis

• Stäbchenförmige Bakterien
• Gram-positiv
• Sporenbildend: erhöht Übertragbarkeit durch Aerosole.
• Verursacher von Milzbrand

Bacillus anthracis - Symptome und Infektionswege

• Lungenmilzbrand: Einatmung von kontaminiertem Staub; Symptome: Schnupfen, hohes Fieber, Schock
• Darmmilzbrand: Verzehr kontaminierter Lebensmittel; Symptome: blutige Durchfälle, Schock
• Hautmilzbrand: Hautkontakt mit kontaminiertem Material; Symptome: Geschwüre, hohes Fieber

Seuchen und Erreger

• Liste von Seuchen und ihren Erregern (Diphterie, Lepra, Milzbrand usw. und entsprechende Entdeckungsjahre)

Neue Pathogene

• Liste neuer Krankheitserreger (viren-artig) mit Entdeckungsjahren (Penicillin marneffei, Legionella usw.)

Bovine Meat and Milk Factors (BMMF)

• Virus-ähnliche zirkuläre DNA in menschlichen Zellen.
• Entsteht durch Kuhmilch und Rindfleisch
• DNA-Elemente sind ringförmig und zeigen Ähnlichkeiten zu Acinetobacter baumannii.
• Neue Klasse von Erregern mit Charakteristika von Viren und Bakterien.

Übertragungswege

• Horizontale, direkte Übertragungswege: Kontakt (Hände, Sexualkontakte) und Aerogen (Tröpfchen, Aerosol).
• Horizontale, indirekte Übertragungswege: Vehikel (unbelebt: Wasser, Lebensmittel, Körperflüssigkeiten) und Vektor (belebt: Mücken, Zecken).
• Vertikale Übertragungswege: Pränatal (vor der Geburt) und Perinatal (um die Zeit der Geburt).

Pathogenität

• Stumme/manifeste Infektion?
• Inkubationszeit?
• Infektionsdosis?
• Lokale/allgemeine Infektion?
• Endogen/exogen?
• Nosokomiale Infektion?

Begriffe (Stumme, Inkubationszeit, Endogene, Exogene Infektion)

• Stumme Infektion: Infektion ohne klinische Symptome.
• Inkubationszeit: Zeitspanne zwischen Infektion und Auftreten von Krankheitssymptomen.
• Endogene Infektion: Durch kolonisierende Mikroorganismen verursachte Infektion.
• Exogene Infektion: Durch von außen eindringende Mikroorganismen verursachte Infektion.

Pathogenität/Virulenz

• Pathogenität: Fähigkeit eines Keims, Krankheiten hervorzurufen.
• Virulenz: Grad der Pathogenität einer Krankheitserregerart auf eine Population bezogen.
• Virulenz- und Pathogenitätsfaktoren: Plasmide, Transposons, Chromosom, Phagen

Übertragung von medizinisch wichtigen Eigenschaften zwischen Bakterien

• Antibiotikaresistenz (z.B. NDM-1)
• Adhäsionsfaktoren
• Invasinen
• Kapselbildung
• Toxine

Pathogenitätsfaktoren von E. coli

• Enterotoxin
• Virulenz-Plasmid
• O-Antigene
• Geißen, H-Antigene.
• Eisenaufnahme
• Fimbrien
• Toxin
• Kapsel, K-antigene.
• Adhäsin

Pathogenitätsfaktoren

• Ziel: Kolonisierung, Schädigung von Geweben und/oder Zellen → Verbreitung.
• Fitnessfaktoren: Wachstumsvorteil, Habitatanpassung.
• Siderophore: Fe3+-Aufnahme.
• Adhäsine: Adhärenz an Zellen.
• Invasine: Invasion in Zellen.
• Exotoxine, Aggressine: Enzyme, Zerstörung von Zellen, Geweben.
• Endotoxin: Complementresistenz, Schock.
• Kapsel: Phagozytoseresistenz.
• Impedine: Evasion der Immunantwort.
• Moduline: Modulation der Immunantwort.

Escherichia coli

• 1919 entdeckt von Theodor Escherich.
• Gram-negativ, stäbchenförmig.
• Peritriche Begeißelung.
• Über 100 Serotypen.
• Wichtiger Teil der Darmflora.
• Infektionen können durch fakultativ pathogene Enterobakterien endogen im Darm entstehen.
• Obligat pathogene Enterobakterien werden fäkal-oral übertragen.

Escherichia coli - intestinale Infektionen

• EPEC: enteropathogen (Säuglingsenteritis, Epitheladhärenz, Enterotoxine)
• EAggEC: enteroaggregativ (Diarrhö)
• ETEC: enterotoxisch (Cholera-ähnliche Diarrhöe)
• EIEC: enteroinvasivierung (Ruhr-ähnliche Erkrankung.)
• EHEC: enterohämorrhagisch (hämorrhagische Kolitis, HUS)

EHEC im Jahr 2011

• Anzahl der Fälle von EHEC und HUS im Jahr 2011.

Escherichia coli (K-12 = typischer Darmbewohner)

• Erregerreservoir Mensch.
• Kann septisch werden.

Das Pathogenitätspotential steckt im Genotyp

• PAI: Pathogenitätsinseln
• Horizontale Gentransfers.
• Akkumulation von „fremder DNA“ wie z.B. Virulenzplasmide

Pathogenitätsinseln

• Liste von Organismen und deren Pathogenitätsinseln mit Größe (kb) und den damit verbundenen Funktionen.
• PAI I-IV, LEE, HPI, SHI1-2, SPI1-5, VPI, Cag, PAI usw.

Aufbau von Pathogenitätsinseln

• Tragen Virulenzgene.
• Vorkommen in pathogenen Stämmen, fehlen in nicht-pathogenen Stämmen.
• Große genomische DNA Fragmente.
• G+C Gehalt und „Codon Usage“ sind unterschiedlich zum Restgenom.
• Als mobile genetische Einheiten sind PAI häufig von direkten Wiederholungssequenzen („direct repeats“) flankiert.
• Recht instabil.

Die Komponenten der Infektionsabwehr

• Angeborene, unspezifische Abwehr: Physikalische Barrieren (Haut, Mukosa), Zelluläre Abwehr (Granulozyten, Makrophagen, NK-Zellen), Chemische Barrieren (pH, Lipide, Enzyme, Komplementfaktoren, Interleukin).
• Erworbene, spezifische Abwehr: Zelluläre Abwehr (T-Zellen). Humorale Abwehr (B-Zellen, Antikörper).

Abwehrstrategien

• Natürliche Barrieren (Wirt): Haut (trocken, verhornt, saurer pH, Fettsäuren), Schleimhaut (Schleim auf Epithelzellen, Anwesenheit von Normalflora)
• Respiratorischer Trakt: Gerichtete Ziliarbewegung, Flimmerepithel.
• Magen: Salzsäure.
• Darm: Peristaltik, Anwesenheit der Normalflora
• Harntrakt: Harnstrom

Pathogene des Verdauungsweges des Menschen

• Liste der häufigsten Pathogene im Verdauungstrakt (Prevotella, Streptococcus, Veillonella, Helicobacter, Enterococci, Lactobacilli, Bacteroides, Bifidobacterium, Enterobakterien, Enterokokken, Escherichia, Eubacterium usw.)

Pathogene der Atemwege des Menschen

• Liste der häufigsten Pathogene im Respirationstrakt (z.B. Staphylococcus aureus, Neisseria meningitidis, Streptococcus pyogenes, Corynebacterium diphtheriae, Haemophilus influenzae, Influenzavirus, Coccidioides immitis, Bordetella pertussis, Streptococcus pneumoniae, Coxiella burnetti usw.).

Adhärenz

• Mikrobielle Anhaftung an Epithelzellen.
• Lose Assoziation, Adhäsion, Invasion.

Adhärenz von Bakterien an Zellen

• Selektivität: Adhäsin/Rezeptor-Bindung.
• Schlüssel-Schloss-Prinzip.
• Deterministischer, häufig gewebs- und organspezifische Besiedelung.

Listeria monocytogenes

• Aktin-GFP

Mikroorganismen und Pathogenese

• Kontakt zum Pathogen.
• Adhäsion an Haut oder Schleimhaut.
• Eindringen durch das Epithel.
• Besiedelung, Wachstum = Produktion von Virulenzfaktoren.
• Toxizität (lokal oder systemisch).
• Invasivität.
• Schädigung des Gewebes, Krankheit

Fragen zum Immunsystem

•  Frage zu den Bestandteilen der Immunantwort.
• Frage zu Antikörpern und den Zellen, die sie bilden.
• Frage zu antigenpräsentierenden Zellen.
• Frage zur Behandlung einer erkrankten Labormaus mit einem Protein aus E. coli

NETs als Mechanismus der Erregerabwehr

• Neutrophil Extracellular Traps (NETs) dienen der Erregerabwehr.
• NETs sind Strukturen aus Granula- und Zellkernbestandteilen.
• Bakterien werden in NETs gefangen und durch Elastasen abgebaut.
• NET-Bildung ist ein Prozess, der mit der Zelltodprograminierung zusammenhängen könnte.

Die Immunabwehr

• Angeborene Immunantwort: Schnell, unspezifisch.
• Erworbene Immunantwort: Langsam, spezifisch.
• Zellen der angeborenen Immunantwort: Makrophagen, Monozyten, Dendritische Zellen, natürliche Killerzellen, Granulozyten.
• Zellen der erworbenen Immunantwort: B-Zellen, Plasmazellen, B-Gedächtniszellen, T-Zellen, T-Helferzellen, T-Suppressorzellen, T-Gedächtniszellen, T-Killerzellen.
• Antigen-Antikörper-Komplex: Antikörper reagieren spezifisch auf Antigene.

Antigenpräsentierende Zellen

• Makrophagen, Monozyten.
• präsentieren Antigene auf der Zelloberfläche an MHCII-Rezeptoren.
• Phagozytose, lysosomale Zerkleinerung, Antigen-Präsentation.

Adaptive Immunsystem

• Humorale und zelluläre Immunantwort.
• Adaptivität: Lernen, neue Erreger spezifisch zu erkennen.
• dauert länger als die angeborene Immunantwort.
• Erkennung des Pathogens.
• Aufbau des Immunsystems.
• Immunologisches Gedächtnis.

Toll-like Rezeptoren

• Erkennen mikrobielle Liganden (z.B. dsRNA, Flagellin, bakterielle oder virale DNA)
• Auslösen einer Zellantwort.

Die proinflammatorische Antwort

• LPS löst eine Pro-inflammatorische Antwort aus.
• Zytokine(LPS, IL-1, IL-8, TNF-a, IL-6, IL-12) steuern die Pro-inflammatorische Antwort.

Phagozytose

• Aufnahme von Nahrungspartikeln oder Pathogenen.

Dieses Quiz behandelt die Mortalitätsraten durch Infektionskrankheiten in den USA zwischen 1900 und 1990, einschließlich wichtiger Ereignisse wie der Influenza-Pandemie. Zudem werden Grundlagen und Klassifizierungen von Infektionskrankheiten erklärt. Teste dein Wissen über diese bedeutenden gesundheitlichen Themen!