Medizingerät als Ursprung für Mycobacterium chimaera Infektionen

Mycobacterium chimaera in der Krankenhaushygiene

Wie ein Medizingerät zur Infektionsquelle werden kann

Prof. Dr. med. Hugo Sax ist leitender Arzt an der Klinik für Infektionskrankheiten und Spitalhygiene des Universitätsspitals Zürich und leitet den Bereich Spitalhygiene Bild: Universitätsspital Zürich
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Krankenhaushygiene | Nachdem bei Patienten mit künstlichen Herzklappen eine Reihe von Infektionen auftraten, haben Wissenschaftler in einer internationalen Studie als Quelle für die Keime ein Medizingerät ausgemacht, einen Heizkühler. Der Krankenhaushygieniker Prof. Hugo Sax, einer der Autoren, erläutert, wie die Infektionen entstanden und was sich daraus ableiten lässt – auch für die Hersteller.

Dr. Birgit Oppermann

birgit.oppermann@konradin.de

Herr Professor Sax, 50 Autoren haben weltweit zusammengearbeitet und in einer Studie untersucht, wo die Quelle für Infektionen nach Herzklappen-OPs lag. Was war der Anlass für eine Studie in dieser Größenordnung?

Interdisziplinäre Studien, auch in größerem Umfang, nehmen zu, weil wir manche Fragen nur so beantworten können. In diesem Fall muss man aber von einer Notsituation sprechen, die eine Abklärung der Ursachen erforderte. Bei einigen Patienten, die eine Herzklappe eingesetzt bekommen hatten, breitete sich Jahre nach der Operation plötzlich eine Erkrankung im ganzen Körper aus, in einigen Fällen mit tödlichem Ausgang. Dass sie durch einen bestimmten Keim, Mycobacterium chimaera, ausgelöst wurden, hatte sich bald gezeigt. Aber dieses Bakterium lebt praktisch überall in stehenden Gewässern, es wächst sehr langsam und wurde bis dahin nie mit solchen Infektionen in Verbindung gebracht. Daher ging es den Forschern auf der ganzen Welt darum, zu klären, wie diese Keime eine Infektion der künstlichen Herzklappen auslösen konnten.

Zu welcher Schlussfolgerung kamen Sie in der Studie?

Die Ergebnisse führen zu dem Schluss, dass die Quelle für die Infektion ein Medizinprodukt war, und zwar die bei solchen Operationen verwendeten Heizkühler. Wenn wir eine Herzklappe ersetzen, arbeiten wir mit einer Herz-Lungen-Maschine, die die Funktionen der Organe ersetzt. Im Gerät kühlt das Blut ab und es muss, bevor es wieder in den Körper gelangt, auf die richtige Temperatur gebracht werden. Das ist die Aufgabe des Heizkühlers. Die Wärme überträgt er mit Hilfe eines temperierten Wasserkreislaufs – und darin liegt letztlich die Quelle für die Infektion.

Wie kamen die Bakterien aus dem Gerät ins OP-Umfeld?

Das Wasser kreist im Gerät. Mycobacterium chimaera bildet auf künstlichen Oberflächen wie den Leitungen im Gerät Biofilme und kann darin sehr lange überleben. Aus physikalischen Gründen konzentriert sich das Bakterium zehntausendfach an der Wasseroberfläche. Von dort werden die Bakterien in winzigen Tröpfchen in die Luft gewirbelt, da in den Heizkühlern auch Ventilatoren arbeiten. Und dieser Luftstrom trägt die Bakterien bis ins Operationsfeld. Wenn sie dort mit der künstlichen Oberfläche der Herzklappe in Kontakt kommen, haften sie an diese an und werden mit ihr in den Körper des Patienten gebracht. Lange nach der Operation können sie sich dort entwickeln und zu so großen Keimzahlen heranwachsen, dass sie den gesamten Körper infizieren.

Das klingt nach einer ganzen Reihe von Faktoren, die zusammenspielen müssen…

Ja, man muss da wirklich das Bild vom Swiss Cheese Model heranziehen: Nur wenn die Scheiben eines Emmentaler Käses zufällig so angeordnet sind, dass alle Löcher direkt hintereinander liegen, tritt ein Ereignis ein. Aber die Praxis zeigt, dass offensichtlich auch dieser unwahrscheinliche Fall im modernen medizinischen Umfeld vorkommt.

Und wie kamen diese speziellen Mykobakterien in die Heizkühler?

Um das zu beantworten, haben wir eine genetische Methode, das Whole Genome Sequencing verwendet, mit dem wir einzelne Stämme einer Bakterienart unterscheiden können. 250 weltweit genommene Proben wurden untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass der exakt gleiche Bakterienstamm in den Proben der betroffenen Patienten, in den Heizkühlern, aber auch in der Produktionsstätte der Geräte nachweisbar war. Nur eine Probe eines Patienten enthielt einen anderen Stamm. Das heißt, dass die entscheidenden Keime aus dem Gerät kamen. Und da der vor allem betroffene Gerätetyp von einem weltweit marktdominierenden Hersteller produziert wird und der Bakterienstamm in dessen Produktionsstätte nachgewiesen wurde, ist es am wahrscheinlichsten, dass der Infekt-Stamm von dort in Umlauf geriet.

Lassen sich anhand der Ergebnisse alle anderen Infektionsquellen ausschließen?

Ja, die Infektion wird durch die Heizkühler ausgelöst. Fabrikneue Geräte anderer Produzenten waren ebenfalls kontaminiert, wie sich herausstellte.

Könnten die Keime auch bei der Anwendung in die Geräte gelangen?

Das ist grundsätzlich möglich.

Was tun die Anwender derzeit, um weitere Infektionen zu verhindern?

Auf die Geräte und ihre Funktion können wir nicht verzichten. Die Bakterien aus dem Wasserkreislauf zu entfernen, dürfte unmöglich sein. Für das Medium Wasser, das die Wärme an das Blut überträgt, gibt es bisher auch keine Alternative. Wir haben daher bei uns die Geräte so umhaust, dass es keinen Luftzug mehr gibt, der das Aerosol ins Operationsfeld tragen könnte. Andere Krankenhäuser haben, wenn das baulich möglich war, die Heizkühler in einem anderen Raum untergebracht.

Wie viele Hersteller bringen solche Heizkühler auf den Markt?

Es sind nur wenige. In unserer Studie haben wir die Keime in Geräten zweier Hersteller nachgewiesen. Einer davon hat allerdings einen Anteil von etwa 80 Prozent am Weltmarkt für diese Geräte.

Was müssten Hersteller tun, damit von ihren Geräten keine Gefahr ausgeht?

Das ist eine schwierige Aufgabe und mit Aufwand verbunden. Da die Geräte aus technischen Gründen nicht mit destilliertem Wasser betrieben werden können, sollte zumindest sterilisiertes, also zum Beispiel abgekochtes Wasser, im Produktionsumfeld verwendet werden. Des Weiteren müssten Proben aus den Geräten genommen und die Geräte erst dann in Verkehr gebracht werden, wenn der Nachweis vorliegt, dass sie keine Mykobakterien enthalten. Allerdings dauert dieser Nachweis, weil die Bakterien so langsam wachsen, bis zu sechs Wochen. Darüber hinaus müssten die Hersteller die Hinweise für die Anwender anpassen.

Worauf müssen die Anwender bei der Nutzung solcher Geräte achten?

Im Krankenhaus muss sichergestellt sein, dass eine Kontamination der Geräte durch Leitungswasser verhindert wird – denn auch darin lassen sich natürlicherweise Mykobakterien nachweisen, die, wenn sie in den Magen-Darm-Trakt gelangen, aber keinen Schaden anrichten. Und es müsste herstellerseitig die Vorgabe gemacht werden, dass die Abluft aus dem Gerät sich nicht mit der Luft im OP-Bereich mischen darf.

Wie könnte man Infektionen wie die beschriebene künftig verhindern?

Man kann sie wohl nicht verhindern, da niemand ein zukünftiges mikrobiologisches Problem vorhersehen kann. Wir waren ja auch im Falle der Mykobakterien mit einem völlig neuen Phänomen konfrontiert. Das Beispiel hat uns aber gezeigt, was wir besser machen könnten, wenn ein ähnlich gelagertes Problem wieder auftreten sollte.

Was wäre da zu optimieren?

Um Gefahren in Zusammenhang mit Medizingeräten entgegenzutreten, sind wir international nicht gut genug organisiert. In der globalen Wirtschaft werden die Geräte überall verbreitet, auch über nationale Grenzen hinaus, innerhalb derer unterschiedliche Autoritäten zuständig sind und wo die Anwender unterschiedlich vorgehen. Sobald Probleme auftreten, ist das System viel zu komplex und zu wenig durchlässig, um eine schnelle Abklärung der Ursache vorzunehmen. Wenn wir bei uns im Krankenhaus ein Problem entdecken, wird sofort eine interdisziplinäre Gruppe ins Leben gerufen, die sich damit befasst und eine Lösung findet. Das war im aktuellen Fall im internationalen Umfeld nicht ohne Weiteres möglich – die ersten Infektionen traten 2011 auf, und es hat doch recht lange gedauert, bis wir die heutigen Ergebnisse vorliegen hatten.

Was empfehlen Sie den Herstellern?

Jedes Gerät hat vielerlei Risiken, von denen man manche im Vorfeld einschätzen kann. Gerade mikrobiologische Probleme sind zum Teil schlecht vorhersehbar. Aber wenn sie auftreten, sollten die Hersteller offen damit umgehen und im Kontakt mit den Behörden und gegebenenfalls der Wissenschaft nach einer Lösung suchen. Sicherlich ist das wegen des herrschenden Wettbewerbs und des gefürchteten Imageverlusts schwierig. Aber wir haben das gleiche Thema bei uns. Auch im Krankenhausumfeld gibt es eine Konkurrenzsituation. Wir haben die Erfahrung gemacht, dass der offene Umgang mit der Tatsache, dass bei uns Patienten infiziert wurden, unserem Image eher genutzt hat. Wir hatten ein Problem, aber wir haben uns so schnell wie möglich darum gekümmert.

Wird es weitere Untersuchungen zu Mycobacterium chimaera geben?

Auf der Krankenhausebene ist das Problem für uns gelöst, und wir sind mit den Schweizer Behörden in Kontakt, um das Thema im ganzen Land in den Griff zu bekommen. Auf der internationalen Ebene ist es schwieriger, über die Behörden auch die Hersteller einzubeziehen. Auf der wissenschaftlichen Ebene wollen wir klären, ob es weitere an sich harmlose Keime gibt, die im medizinischen System möglicherweise Lücken vorfinden, durch die sie sich ausbreiten und gefährlich werden könnten.

Welche Bedeutung haben solche Fälle in Ihrem Alltag als Krankenhaushygieniker?

Es ist wichtig, solche akuten Probleme zu lösen und daraus zu lernen. Aber man muss sehen, dass die zahlenmäßig viel größere Herausforderung nicht im technischen, sondern im menschlichen Bereich liegt. Ohne die rund 100 Infektionen mit Mycobacterium chimaera zu bagatellisieren, muss man sehen, dass mangelnde Handhygiene im Krankenhaus viel mehr Infektionen verursacht.


Infektionen mit Mycobacterium chimaera

Seit 2013 wurde bei über hundert Patientinnen und Patienten in Europa, den USA und Australien nach einer offenen Herzoperation eine Erkrankung mit dem Erreger Mycobacterium chimaera festgestellt. Vielfach hat sich diese Infektion zu einer lebensbedrohlichen Infektion mit Befall der im Rahmen der Operation eingesetzten Herzklappen entwickelt.
Bereits kurz nach Bekanntwerden der ersten Infektionen fiel der Verdacht auf einen Heizkühler, der bei Operationen mit Herz-Lungen-Maschine eingesetzt wird. Das Universitätsklinikum Freiburg und das Universitäts-Herzzentrum Freiburg Bad Krozingen entfernte die Heizkühler aus Sicherheitsgründen 2014 aus allen Operationssälen.
Ein internationales Wissenschaftlerteam hat inzwischen das Erbgut von 250 Isolaten von Mycobacterium chimaera untersucht und konnte nachweisen, dass fast alle der untersuchten Infektionen durch eine Kontamination der Geräte bei deren Fertigung verursacht wurden. Die Ergebnisse veröffentlichten die Forscher am 12. Juli 2017 in der Fachzeitschrift The Lancet Infectious Diseases.
In der Studie untersuchten die Forscher Erreger-Erbgut von Proben, die von erkrankten Patienten, aus den Wassertanks der Heizkühler unterschiedlicher Hersteller und von deren Produktionsorten stammten. Die Luft der Operationssäle bei laufendem Heizkühler sowie weitere Medizingeräte, Leitungswasser und Trinkwasserspender und weitere Kontrollen wurden getestet. Die genetische Ähnlichkeit fast aller Patientenproben mit den Proben aus den Heizkühlern und deren Produktionsstätte war so groß, dass letztere als Infektionsquelle extrem wahrscheinlich ist. Co-Studienleiter Prof. Dr. Dirk Wagner, Oberarzt der Abteilung Infektiologie der Klinik für Innere Medizin II des Universitätsklinikums Freiburg, sagt: „Die Hersteller müssen ihre Produktion grundlegend ändern, um eine Verunreinigung der Geräte von vorneherein zu verhindern.“
Zur Gattung der Mykobakterien gehören eine Reihe von Arten, die üblicherweise keine Krankheiten auslösen. Jedoch entsteht Tuberkulose in Zusammenhang mit einer Infektion durch Keime aus dem ‧Mycobacterium-tuberculosis-Komplex. Lepra wird durch Mycobacterium leprae hervorgerufen.
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S1473–3099(17)30324–9

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