FORTBILDUNG
Bakterien in chronischen Wunden
Die Grenzen zwischen bakterieller Besiedelung und Infektion sind fliessend

Rund 5 Millionen Menschen in Europa leben mit Beingeschwüren. Die Tendenz ist aufgrund der Alterung der Bevölkerung und der Ausbreitung des Diabetes steigend. Die modernen molekulardiagnostischen Nachweismethoden erlauben neue Einblicke in eine Bakterienflora, die sich auf dem Wundgrund als Biofilm organisiert. Dennoch wissen wir über die Rolle der Bakterien bei chronischen Wunden wenig. Die konventionellen Methoden Mikroskopie und Bakterienkultur erlauben lediglich eine Einsicht in die vorhandene Flora, ergeben jedoch kein getreues Abbild hinsichtlich der in der Wunde vorkommenden Arten und deren Populationsdichte. Antibiotika wirken aufgrund der schlechten Durchblutung von Ulkuswundgebieten und Biofilmbildung ungenügend.

sicht sollen die Mechanismen der bakteriellen Besiedelung von Haut und Wunden aufgezeigt werden, und es soll der Frage nachgegangen werden, wie Bakterien die Heilung der Wunde verzögern und somit zur Chronizität beitragen.
Die physiologische Hautflora Schon die gesunde Haut ist reichlich mit Bakterien – je nach Körperregion in einer Dichte von 100 000 bis zu 1 Million pro cm2 – besiedelt. Es handelt sich zumeist um Arten von geringer Virulenz, wobei koagulasenegative Staphylokokken und Korynebakterien vorherrschend sind. In den Talgdrüsen finden sich physiologischerweise auch Propionibakterien und der Pilz Malassezia furfur. Viren auf der Haut haben insofern eine physiologische Rolle, als dass sie sich in Bakterien vermehren und diese lysieren können. Diese Bakteriophagen spielen auch als genetisches Reservoir eine wichtige Rolle und können Virulenzgene auf die Wirtsbakterien übertragen, wie beispielsweise das Hyaluronidasegen auf A-Streptokokken (3). Bei einem Individuum permanent auf der Haut vorhandene Keime nennt man resident (Tabelle 1). Keime mit höherer Aggressivität (Virulenz), wie beispielsweise Staphylococcus aureus und Pseudomonas spp. sind in der Regel nur transient auf der Haut zu finden. Rund 20 Prozent der Bevölkerung sind mit Staphylococcus aureus jedoch nicht transient, sondern permanent besiedelt.
Merksätze

THOMAS KRECH UND JÜRG TRABER
Von chronischen Wunden spricht man, wenn sich über vier Wochen keine sichtbaren Heilungstendenzen abzeichnen. Rund 5 Millionen Menschen in Europa leben mit chronischen Beingeschwüren, und rund 4 Millionen der 25 Millionen in Europa lebenden Diabetiker werden Fussulzera entwickeln. Immer mehr ältere und schwer kranke Menschen führen zu einer Zunahme von Dekubitalulzera. Die dadurch entstehenden Kosten werden in Europa auf mehr als eine Milliarde Franken geschätzt (1, 2). Hauptursache bei der Entstehung von Ulzera ist eine mangelnde Durchblutung des Gewebes, die zu einer Desintegration der Hautbarriere, des Stratum corneum, führt. In dieser Über-

■ Schlecht heilende Wunden in Form von Ulzera verursachen in Europa Kosten von mehr als einer Milliarde Franken pro Jahr.
■ Einfluss und Ausmass einer bakteriellen Besiedelung auf die Wundheilung sind unklar.
■ Die mikroskopische Untersuchung und Kultivierung lässt die Mehrzahl der Bakterien unentdeckt, da die Wunde mit einer Vielzahl von Anaerobiern und anderen schlecht wachsenden Keimen besiedelt ist.
■ Die Wirkung von Antibiotika ist aufgrund der schlechten Durchblutung des Wundgebiets und der Biofilmbildung erheblich beeinträchtigt.

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BAKTERIEN IN CHRONISCHEN WUNDEN

Tabelle 1: Häufigste von normaler Haut Tabelle 1: kultivierbare Bakterien

Residente Bakterien (Normalflora) Staphylococcus epidermidis Staphylococcus hominis Peptococcus saccharolyticus Micrococcus spp. Corynebacterium spp. Brevibacterium spp. Propionibacterium acnes Acinetobacter spp. Staphylococcus aureus (rund 20% gesunde Träger)

Transiente Bakterien Pseudomonas spp. Proteus spp. E. coli Klebsiella ssp. Enterobacter spp. Citrobacter spp.
Staphylococcus aureus

Die physiologischen Hautkeime leben in den Tiefen der Epidermis, vor allem in den Talgdrüsen und den basalen Schichten des Stratum corneum. An die Hautoberfläche gelangen sie durch den Regenerationsprozess, und mit der Abschilferung der verhornenden Zellen werden sie freigesetzt (4).
Bakterielle Virulenzfaktoren Bakterien brauchen zu ihrer Vermehrung Nährstoffe. Diese beziehen sie beim Menschen unter anderem aus dem Gewebe. Damit Bakterien mit Gewebe in Kontakt treten können, müssen sie sich an die Haut anheften. Sie tun dies mittels Adhäsinen, die an entsprechende Rezeptoren auf der Zelloberfläche binden. Es handelt sich dabei in der Regel um zuckerhaltige Strukturen (5). Nach der Anheftung werden Bakterien entweder von den Epithelzellen phagozytiert, oder sie gelangen mittels lytischer Enzyme (Tabelle 2) durch die Interzellularspalten in die Tiefe. Die Aggressivität der Bakterien gegen Gewebe ergibt sich aus ihren Virulenzfaktoren. Dabei handelt es sich neben den Adhäsinen um Proteine, die in der Regel eine enzymatische Wirkung entfalten. Die wirksamsten sind Zytotoxine, die die Gewebezellen zerstören (Tabelle 2).

Neuere Untersuchungen mittels molekularer Techniken haben durch den Nachweis langsam wachsender oder nicht kultivierbarer Bakterien ein bedeutend breiteres Spektrum physiologischer Hautbakterien zutage gefördert. Über 300 verschiedene Spezies können die Haut besiedeln, beim einzelnen Individuum sind etwa 50 davon zu finden. Das Artenspektrum ist sehr individuell, und es gibt offenbar von Mensch zu Mensch nur wenige Überschneidungen. Was die Häufigkeit der Bakterienspezies betrifft, sind auch die Studienergebnisse recht unterschiedlich. Während die einen Untersucher am Vorderarm ein Vorherrschen von Korynebakterien fanden, wiesen andere in der Ellenbeuge am häufigsten Pseudomonaden nach, was einigermassen erstaunlich ist, wurden diese doch bisher für transiente Keime gehalten.

Die Abwehr der Haut Im Normalfall besteht zwischen den Angriffsfaktoren der Bakterien und der Abwehr der Haut ein Gleichgewicht (Abbildung 1). Die intakte Haut setzt den Virulenzfaktoren der Bakterien das verhornende Epithel und die angeborene Immunität entgegen. Während das Hautepithel eine mechanische Barriere darstellt, werden Epitope von Bakterien, Viren, Pilzen und Toxinen an vorderster Front durch Toll-like-Rezeptoren erkannt (6), so beispielsweise LPS, ein Lipopolysaccharid in der äusseren Zellmembran von gramnegativen Bakterien. Die Bindung von LPS an diese auf den Epithelzellen sitzenden Toll-like-Rezeptoren setzt eine Interleukinkaskade in Gang und führt somit vor allem zur Freisetzung von Zytokinen wie Interferon, IL-2 und IL-6, die zur Zerstörung der Bakterien führen.

Tabelle 2: Eine Auswahl von Virulenzfaktoren verschiedener Bakterienarten (9)

Virulenzfaktor Adhäsin Hyaluronidase
Zytotoxine, z.B. Exotoxin A Plasmakoagulase Phospholipase Streptokinase Streptodornase Lipase

Funktion Anheftung an Zelloberfläche Zerstörung des Kitts zwischen den Zellen
Zellzerstörung Verschluss der Kapillaren Zerstörung der zuführenden Blutgefässe fibrinlösend Auflösung von extrazellulärer DNA und RNA Gewinnung von Nährstoffen durch Spaltung der Hautfette

Bakterium (Beispiel) alle Staphylococcus aureus A-Streptokokken Pseudomonas aeruginosa Staphylococcus aureus Clostridium perfringens A-Streptokokken A-Streptokokken lipophile Korynebakterien

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Bakterien

Die Wundinfektion Haut Grundlage jeder bakteriellen Infektion

Virulenzfaktoren

Abwehrfaktoren

ist der Durchbruch von Bakterien durch die Haut- oder Schleimhaut. Bakterien sind praktisch nicht in der Lage, die in-

Adhäsine Invasine Lipasen Esterasen

Verhornung residente Flora
Defensine Toll-like-Faktoren

takte Haut mit ihrem verhornenden Epithel zu durchdringen. Sie können höchstens entlang von Haaren ihren Weg in die Tiefe finden, wo Staphylococcus aureus zur Follikulitis oder Pseu-

domonas aeruginosa zur follikulären

Abbildung 1: Gleichgewicht zwischen gesunder Haut und physiologischer Bakterienflora (hier Korynebakterien). (Histologie-Abbildung: F. Bannwart, medica)

(Whirl-Pool-)Dermatitis führen kann. Bei mechanischer oder vaskulärer Schä-

digung der Haut im Sinne eines Ulkus

beginnt die Besiedlung der Wunde mit

physiologischen Hautbakterien, aber

auch mit transienten Bakterien höherer

Virulenz wie Staphylococcus aureus,

Pseudomonasarten und A-Streptokok-

ken (Abbildung 3).

In Wunden findet sich ebenso wie auf

der normalen Haut eine Vielzahl von

Bakterien. Mit molekularen Techniken

Abbildung 2: Korynebakterien in Zellkultur: Die grampositiven Stäbchen lagern in Vakuolen, die dem Phagosom entsprechen. (Foto: Thomas Krech)

Abbildung 3: Mikroskopie eines nach Gram gefärbten Wundabstrichs. Zu sehen sind die spärlichen grampositiven Kokken (A) und Granulozyten (B). Angezüchtet wurde Staphylococcus aureus in Reinkultur. Nicht auszuschliessen ist, dass auch Anaerobier, die aufgrund ihrer Kleinheit und geringen Zahl direktmikroskopisch hier nicht zu sehen sind, an der Infektion beteiligt sind. (Foto: Thomas Krech)

lassen sich rund viermal mehr Arten als kulturell nachweisen. Die Zusammensetzung der Keimspektren ist je nach Wundtyp unterschiedlich. Strikt anaerobe Keime finden sich beispielsweise häufiger in diabetischen Ulzera und Druckulzera als im venös beding-

ten Ulcus cruris (4).

Für tiefer eingedrungene Bakterien halten die Zellen in ihren Die mit dem Zusammenbruch der Epithelbarriere einherge-

Lysosomen eine Vielzahl von Killersubstanzen bereit. Diese hende Verminderung an Defensinen und anderen von den Epi-

finden sich nicht nur in professionellen Phagozyten, sondern thelzellen gebildeten Abwehrstoffen erlaubt den Bakterien

praktisch in jeder Zelle, so auch in den Keratozyten der obers- eine stärkere Ausbreitung in der Wunde. Leukozyten wandern

ten Hautschichten. Bei den Killersubstanzen handelt es sich in das Wundgebiet ein, phagozytieren und zerstören die Bak-

nicht nur um Sauerstoffradikale, sondern auch um Peptide terien. Die dabei aus den Granulozyten freigesetzten Sauer-

(Defensine), die in die Zellmembran der Eindringlinge Löcher stoffradikale und lytischen Enzyme sowie die Zerfallsprodukte

stanzen und sie so abtöten.

der Bakterien unterhalten die Entzündung, die zwar der Ab-

Die physiologische Hautflora selbst ist ebenfalls ein Schutz. wehr dient, gleichzeitig aber auch eine gewebeschädigende

Ihre ausgewogene Zusammensetzung verhindert, dass patho- Wirkung hat.

gene Keime wie beispielsweise Pseudomonaden oder Pilze Um sich gegen Angriffe der körpereigenen Abwehr besser zu

überhandnehmen. Unter antibiotischer Therapie wird das schützen, organisieren sich die Bakterien in der Wunde. Sie

Gleichgewicht gestört, und insbesondere Pilze (Candida) ge- lagern sich zu symbiotischen Mikrokolonien zusammen, die in

winnen die Oberhand. Es bildet sich vor allem an intertriginö- der Regel aus einer Mischung verschiedener Bakterienspezies

sen Stellen ein Soor aus.

bestehen. Diese Bakterien sondern verstärkt schleimartige

Es ist wichtig, sich vor Augen zu halten, dass Bakterien nicht Substanzen ab und umgeben sich mit dieser sogenannten

nur auf den Zellen leben, sondern auch innerhalb der Zellen. Glycocalix. Eingebettet in diesen Biofilm kleben die Bakterien

Zum Eindringen nutzen die Bakterien den Phagozytoseprozess, zusammen, kommunizieren miteinander, verändern ihre Stoff-

der jeder lebenden Zelle eigen ist. In den Phagosomen der wechelaktivitäten und nutzen Stoffwechselprodukte anderer

Gewebezellen überleben viele Bakterien oder vermögen sich Bakterienspezies als Nährstoffe. Die in solchen Biofilmen zu-

sogar zu vermehren (Abbildung 2), dies im Gegensatz zu pro- sammengelagerten Bakterien sind mechanisch und chemisch

fessionellen Phagozyten, die effiziente Killersysteme aufweisen. nur schwer angreifbar, und die Wirkung von Antibiotika ist

Intrazellulär gelagerte Bakterien werden mit dem Abstrich kaum stark reduziert.

erfasst und sind auch für Antibiotika schlechter zugänglich.

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Bakterien unterhalten die Entzündung und behindern dadurch die Heilung. Zudem zerstören sie durch ihre Zytotoxine neu gebildete Zellen des Granulationsgewebes. Sie okkludieren durch Plasmakoagulase die Kapillaren, vermindern dadurch die lokale Durchblutung und unterbinden die Nachschubwege sowohl von Stoffen, die für die Geweberegeneration notwendig sind als auch von Antibiotika. Die Streptokinasen gewisser Bakterien lysieren zudem Fibringerüste, an denen entlang die neu gebildeten Zellen auswachsen können (Tabelle 2). Ferner ist anzunehmen, dass die von Bakterien gebildeten Proteasen auch Wachstumsfaktoren in Wunden spalten und somit die Wundheilung an einer zentralen Stelle hemmen, nämlich bei der Zellvermehrung.
Diskussion Zwischen den Virulenzfaktoren der Bakterien und den Abwehrmechanismen der Haut herrscht im Normalfall ein Gleichgewicht. Die Keime der physiologischen Hautflora, obwohl in Keimzahlen bis zu 1 Million pro cm2 vorhanden, führen zu keinerlei Entzündungsreaktion. Dies hängt einerseits mit ihrer schwachen Virulenz zusammen, andererseits muss eine Toleranz vonseiten der Haut postuliert werden, deren Mechanismen noch kaum erforscht sind. Auch existiert noch keine Kartierung der physiologischen Flora der menschlichen Haut. Die mittels Bakterienkultur erhobenen Befunde scheinen überholt zu sein. Die Untersuchungen mit molekulardiagnostischen Methoden am Vorderarm und in der Ellenbeuge kommen zu sehr unterschiedlichen Resultaten, die die Vermutung stützen, dass die bakterielle Zusammensetzung der Normalflora individuell und an verschiedenen Körperstellen stark voneinander abweicht (4). Die Grenzen zwischen bakterieller Besiedelung und Infektion einer Wunde sind fliessend. Es handelt sich bei den Erregern einer Wundinfektion in der Regel um physiologische Hautkeime, durchsetzt von aggressiveren Keimen der transienten Flora wie Staphylococcus aureus, betahämolysierenden Streptokokken, Pseudomonasarten und anderen gramnegativen Stäbchenbakterien. Die Auswirkungen der oberflächlichen Wundinfektion in Form eines Biofilms auf die Wundheilung sind wenig untersucht. Über die Interaktion zwischen den Bakterien in einem Biofilm und über die Interaktion des Biofilms mit der Wunde ist wenig bekannt. Obwohl viele gewebeschädigende bakterielle Virulenzfaktoren bekannt sind, weiss man wenig über deren Ausprägung, wenn die Bakterien im Biofilm vereint sind. Vorstellbar ist, dass die Virulenzgene der Bakterien in einem Biofilm herunterreguliert und weniger gewebeschädigende Substanzen von den Bakterien gebildet werden, denn häufig findet man Staphylococcus aureus in chronischen Wunden, aber nur selten davon ausgehende Abszesse. Grundlage dafür könnte das «quorum sensing» sein. Damit wird die Kommunikation mittels chemischer Stoffe – unter anderem Pheromonen – zwischen Bakterien bezeichnet, mit dem Ziel, ihr Stoffwechselverhalten an die Populationsdichte anzupassen (7, 8). Vielleicht sind es auch weniger virulente Stämme, die sich in Biofilmen zusammenfinden.

Obwohl die Haut das grösste Organ des menschlichen Körpers ist und die Behandlung von Wunden Milliarden von Krankenkassen- und Steuergeldern kostet, weiss man wenig über die normale und pathologische Hautflora. Aus diesem Grund fehlen auch wissenschaftlich basierte, therapeutische Ansätze, mit denen die Wundheilung beschleunigt werden könnte (4). Es wäre zu wünschen, dass hier eine intensivere Grundlagenforschung ansetzen würde, denn allein durch die Überalterung der Bevölkerung und durch die weitere Zunahme der Diabeteserkrankungen wird die Zahl der venös und diabetisch bedingten Ulzera sowie der Druckulzera und damit der chronischen Wunden zunehmen. Was heute in die Erforschung chronischer Wunden investiert wird, könnte sich in der Zukunft mehrfach auszahlen. Dies nicht zuletzt auch deshalb, weil eine gestörte Hautbarriere die Entstehung von Allergien begünstigt (10). ■
Korrespondenzadressen: Prof. Dr. med. Thomas Krech Spezialist für labormedizinische Analytik FAMH Labor Prof. Krech AG, Partnerlabor der medica Medizinische Laboratorien Dr. F. Kaeppeli
Konstanzerstrasse 31a 8280 Kreuzlingen
E-Mail: thomas.krech@hin.ch
Dr. med. Jürg Traber Ärztlicher Direktor
Venenklinik Bellevue Brückenstrasse 9 8280 Kreuzlingen
E-Mail: j.traber@venenklinik.ch
Interessenkonflikte: keine deklariert
Literatur: 1. Simka M., Majewski E.: The social and economic burden of venous leg ulcers: focus on the role of
micronized purified flavanoid fraction adjuvant therapy, Am J Clin Dermatol 2003; 4 (8): 573—581. 2. www.help2heal.eu 3. Wagner P.L., Waldor M.K.: Bacteriophage Control of bacterial virulence, Infection and Immunity
2002; 70: 3985—3993. 4. Martin J.M., Zenilman J.M., Lazarus G.S.: Molecular microbiology: New dimensions for cutaneous
biology and wound healing, J Investig Dermatol 2010; 130, 38—48; published online 23 July 2009, www.jidoline.org. 5. Schröder C.: Untersuchung der Adhäsion von Corynebacterien an humaner Haut. Dissertation 2002, Universität Hamburg, www.sub.uni-hamburg.de/opus/volltexte/2002/739/. 6. West A.P., Koblansky A.A., Ghosh S.: Recognition and Signaling by Toll-Like Receptors, Annu Rev Cell Dev Biol 2006; 22: 409—437. 7. Waters C.M., Bassler B.L.: Quorum sensing: cell-to-cell communication in bacteria, Annu Rev Cell Dev Biol 2005; 21: 319—346. 8. Hansen S.K. , Rainey P.B., Haagensen J.A.J., Molin S.: Evolution of species interactions in a biofilm community, Nature 2007; 445 (7127): 533—36. 9. De Smet K., Contreras R.: Human antimicrobial peptides: defensins, cathelicidins and histatins, Biotechnol Lett 2005; 27 (18): 1337—1347. 10. Stauber-Reichmuth G.: Die Rolle der epidermalen Barriere bei atopischer Dermatitis, medicos 2010; 2: 11–12.
Beitrag nach einem Vortrag, gehalten am 19. Kongress der European Wound Management Association (EWMA) am 20. Mai 2009 in Helsinki.

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