Shigella-Arten

Grundlagen der Diagnostik

• Eine durch Shigella-Arten verursachte Enteritis kann wässrig (Shigella sonnei, Shigella boydii) oder dysenterisch (Shigella dysenteriae, Shigella flexneri) verlaufen.
• Zu den Risiken zählen die Aufnahme von fäkal kontaminierter Nahrung oder von fäkal kontaminiertem Wasser sowie der Kontakt mit infizierten Personen.
• Für die definitive Diagnose ist die mikrobiologische Isolation und Identifikation von Shigella-Arten oder ein molekularer Nachweis der Infektion erforderlich.

Allgemeine Überlegungen

Epidemiologie

Dysenterie ist eine seit der Antike bekannte Erkrankung und wurde in allen Zeitaltern beschrieben. Erst im 19. Jahrhundert wurde erkannt, dass Dysenterie entweder durch parasitäre Amöben oder durch bestimmte Bakterien verursacht wird. 1898 identifizierte Shiga Bakterien bei Patienten mit Dysenterie, die bei Kontakt mit Patientenserum eine Agglutination zeigten. Heute zählen Shigella-Arten und EIEC (siehe oben) zu den am häufigsten anerkannten Erregern der bakteriellen Dysenterie.

Shigella-Arten sind unter den bakteriellen enterischen Pathogenen insofern einzigartig, als weniger als 200 und möglicherweise bereits 10 Organismen die Magensäurebarriere überwinden und eine Erkrankung auslösen können. Deshalb ist die Übertragung von Mensch zu Mensch häufig. Die Übertragung von Mensch zu Mensch führt zu erhöhten Shigellose-Häufigkeiten in Kindertagesstätten, Schulen und Betreuungseinrichtungen. Die Erkrankung tritt am häufigsten bei Säuglingen und Kleinkindern auf und betrifft nicht selten auch Familienangehörige von Patienten. Die Inzidenz erreicht ihren Höhepunkt im Sommer, und gewöhnliche Stubenfliegen tragen vermutlich zur Ausbreitung der Erkrankung bei. Ausbrüche wurden auch durch fäkal kontaminierte Lebensmittel verursacht. Die Übertragung durch kontaminiertes Wasser ist in Entwicklungsländern am häufigsten, in denen keine ausreichenden Abwasser- und Wasseraufbereitungsanlagen vorhanden sind.

In den Vereinigten Staaten ist S sonnei die am häufigsten vorkommende Shigella-Art, während S boydii weltweit verbreitet ist. Die Prävalenz von Shigellen scheint zyklisch zu sein, wobei etwa alle 20 Jahre der vorherrschende Stamm wechselt. Dieser Prävalenzzyklus ist vermutlich sekundär zu einer langsam erworbenen Herdenimmunität in der jeweiligen Wirtsbevölkerung. Eine epidemische Shigellose, verursacht durch S dysenteriae und S flexneri, ist in weniger entwickelten Ländern verbreitet, kann aber überall dort auftreten, wo Armut, Überfüllung oder Krieg herrschen.

Mikrobiologie

Shigellen sind unbewegliche, fakultativ anaerobe, gramnegative Stäbchen, die eng mit der Gattung Escherichia verwandt sind. Mindestens 40 Serotypen bilden vier Gruppen bzw. Arten: S dysenteriae (Serogruppe A), S flexneri (Serogruppe B), S boydii (Serogruppe C) und S sonnei (Serogruppe D).

Die Zahl der Shigellen im Stuhl variiert im Verlauf der Erkrankung. Früh in der Phase der wässrigen Diarrhö sind Shigellen zahlreich und liegen bei 10³-10⁹ Shigellen/g Stuhl. In dieser Krankheitsphase lassen sich Shigellen leicht auf MacConkey- oder Eosin-Methylengrün (EMB)-Agar isolieren, wo sie als laktose-nicht fermentierende Kolonien erscheinen. Später im Verlauf der Erkrankung, während der Dysenterie- und Postkonvaleszenzphase, sinken die bakteriellen Stuhlzahlen auf 10²-10³ Shigellen/g Stuhl. Außerdem ist die Isolationsrate von Shigellen umgekehrt proportional zur Transportzeit der Proben, insbesondere bei Stuhlproben mit niedriger Shigellenzahl. In dieser späteren Krankheitsphase gelingt die Kultur am besten durch schnellen Probentransport oder durch direkte Ansaat am Bett unter Verwendung von Anreicherungsbrühen sowie mäßig bis hoch selektiven Medien wie Xylose-Lysin-Desoxycholat-Medium und Shigella-Salmonella Medium.

In vielen Laboren werden verdächtige laktose-nicht fermentierende Kolonien mit einem Dreifachröhrchen-Set überprüft: (i) ein Röhrchen mit Triple-Sugar-Iron (TSI) oder Kligler-Eisennährmedium (KIA), (ii) ein zweites mit Lysin-Eisen-Agar (LIA) und (iii) ein drittes mit Christensen-Harnstoff-Agar (CU) (siehe auch den Abschnitt zur Salmonellen-Mikrobiologie unten). Auf TSI und KIA zeigen Shigellen charakteristischerweise einen alkalischen Überstand (Slant) und einen sauren Boden (Butt) ohne Gasbildung. Seltene Isolate können Gas produzieren. Auf LIA und CU sind die Reaktionen negativ, da Shigellen weder Lysin decarboxylieren noch Harnstoff hydrolysieren. Zudem produzieren Shigellen keinen Schwefelwasserstoff, der durch das TSI-, KIA- und LIA-System erkannt wird. Es kann ein Versuch durchgeführt werden, Organismen, die für Shigella gehalten werden, mit Gruppen-Antiseren zu agglutinieren. Isolate mit einem suggestiven Screening-Profil werden anschließend in traditionellen oder automatisierten Systemen weiter biochemisch charakterisiert.

Nützliche Hinweise zur Identifikation von Shigellen sind: Die Mehrheit der Shigellen kann Mucat nicht fermentieren, kann Acetat nicht nutzen und ist negativ für Indol sowie ortho-Nitrophenyl-β-galactopyranosid.

Pathogenese

Shigellose kann entweder eine vorwiegend wässrige Diarrhö oder eine wässrige Diarrhö verursachen, die in eine Dysenterie übergeht. Das Ausmaß der Erkrankung wird hauptsächlich durch den invasiven Organismus bestimmt. S dysenteriae und S flexneri sind am häufigsten mit bacillärer Dysenterie assoziiert, während andere Shigella-Arten meist wässrige Diarrhö verursachen.

Die Pathogenese der wässrigen Diarrhö-Phase bei bakterieller Dysenterie beruht auf einer Kombination aus luminaler bakterieller Vermehrung und oberflächlicher Mukosainvasion im Dünndarm. Während dieser Phase befinden sich große Mengen Shigellen im Lumen des Dünndarms. Diese Krankheitsphase korreliert mit dem Auftreten von krampfartigen Bauchschmerzen, Fieber und Toxämie.

Innerhalb von Tagen befinden sich im Dünndarm keine Shigellen mehr, und der Infektionsherd verlagert sich in den Dickdarm. Shigellen dringen in die Kolonmukosa und gelegentlich bis zur Submukosa ein. Wichtige, für die Invasion relevante Faktoren befinden sich auf dem bakteriellen Chromosom und auf einem 140-MDa-Plasmid. Schließlich kommt es zum Absterben von Epithelzellen, und die Mukosa wird abgestoßen, möglicherweise sekundär infolge einer Shigatoxin-Produktion. Der Mukosaverlust ruft eine starke Entzündungsreaktion hervor und ermöglicht die Einschleusung von Kolibakterien. Mikrosuppurationen, epitheliale Ulzerationen und Pseudomembranen, bestehend aus abgestoßenen Epithelzellen, Bakterien, Fibrin und Entzündungszellen, können beobachtet werden. Diese Phase korreliert mit Tenesmen sowie häufig kleinen oder fraktionierten Stühlen mit Blut, Schleim und entzündlichem Detritus.

Klinische Befunde

Zeichen und Symptome

Früh im Krankheitsverlauf, wenn Bakterien im Dünndarm vorhanden sind, entwickeln Patienten eine akute wässrige Diarrhö, Fieber und Bauchschmerzen. Patienten können toxämisch werden, und das Fieber kann bis zu 40°C (104°F) ansteigen. Später im Verlauf ist der primäre Infektionsort der Dickdarm. In dieser Phase besteht weiterhin Fieber, meist jedoch weniger ausgeprägt. Die Schmerzen sind meist im Unterbauch lokalisiert. Die Stühle werden dysenterisch und bestehen aus einer Mischung aus Neutrophilen, Blut, Schleim und Zelltrümmern. Häufig kommt es zu kleinen, fraktionierten Stühlen, und Tenesmen sind oft vorhanden. Bei der rektalen Untersuchung haben die Patienten Schmerzen. Die Koloskopie zeigt eine hyperämische und fragil wirkende bis ulzerierte Kolonmukosa.

Differenzialdiagnose

Bei vorherrschender wässriger Diarrhö müssen andere bakterielle, parasitäre und virale enterische Pathogene berücksichtigt werden. Entamoeba histolytica und EIEC müssen ebenfalls bei Patienten mit Dysenterie in Betracht gezogen werden. Infektionen mit E histolytica sind am häufigsten mit Reisen in endemische Gebiete oder einem Aufenthalt dort assoziiert. Diese Organismen sind im mikroskopischen Stuhlnachweis von Ova und Parasiten leicht zu erkennen. Dysenterie durch EIEC stellt jedoch eine diagnostische Herausforderung für den klinischen Mikrobiologen dar. EIEC sind im Gegensatz zu anderen E coli häufig nicht motil, fermentieren Laktose gar nicht oder nur langsam, sind lysindecarboxylase-negativ und können mit Shigella-Antiseren kreuzreagieren. Das Laborpersonal muss diese diagnostische Falle erkennen und die Organismen durch weitere Tests ausschließen (siehe oben).

Auch nichtinfektiöse Ursachen von Diarrhö müssen berücksichtigt werden. Die Differenzialdiagnose der nichtinfektiösen Kolitis ist umfangreich und umfasst entzündliche Darmerkrankungen, lymphozytäre/collagene Kolitis, Neoplasien und zahlreiche andere Störungen. Patienten mit entzündlichen Darmerkrankungen können ebenfalls fäkale Leukozyten aufweisen, was die Aussagekraft dieses Tests einschränkt. Eine genaue Diagnose wird durch eine gründliche Anamnese und körperliche Untersuchung, den Ausschluss enterischer Pathogene mittels mikrobiologischer Analyse sowie die Entnahme und histopathologische Untersuchung gastrointestinaler Biopsien mittels Endoskopie gestellt.

Komplikationen

Die häufigsten Komplikationen der bakteriellen Dysenterie sind Dehydration und eine Proteinverlust-Enteropathie. Selten kann ein toxisches Megakolon auftreten, das zu Perforation, intraabdominellen Blutungen, Peritonitis und möglicherweise zum Tod führt. Einige Patienten, insbesondere mit HLA-B27-Phänotyp, können eine postinfektiöse Arthritis oder das Reiter-Syndrom entwickeln.

Diagnose

Patienten mit akuter Diarrhö, die von wässrig bis dysenterisch reichen kann, sowie Fieber, Bauchschmerzen und systemischen Symptomen/Toxämie können an Shigellose leiden. Eine Exposition gegenüber infizierten Personen, Reisen in endemische Gebiete sowie Kontakt zu Hochrisikogruppen, wie Personen in Betreuungseinrichtungen, sollten den Verdacht erhärten. Das Vorhandensein von Leukozyten im Stuhl unterstützt den Verdacht, stellt jedoch keine definitive Diagnose dar. Fäkale Leukozyten können auch bei anderen bakteriellen Enteritiden, Amöben-Dysenterie, pseudomembranöser Kolitis und nichtinfektiösen Erkrankungen wie entzündlichen Darmerkrankungen nachgewiesen werden. Die definitive Diagnose erfordert den mikrobiologischen Nachweis von Shigella-Arten.

Shigellen sind empfindlich gegenüber Umweltveränderungen und sterben beim Transport rasch ab. Daher ist ein zügiger Transport des Stuhls von Patienten mit Verdacht auf Shigellose ins Labor unerlässlich, insbesondere bei Patienten in späteren Krankheitsstadien, in denen die Shigellenzahl im Stuhl gering ist.

Wo verfügbar, können molekulare Tests die Kulturen ergänzen und die Nachweisrate bei Patienten erhöhen, die sich spät im Krankheitsverlauf vorstellen oder bereits Antibiotika erhalten haben.

Behandlung

Ein Flüssigkeits- und Elektrolytausgleich ist bei dehydrierten Patienten erforderlich. In den meisten Fällen kann dies problemlos oral erfolgen. Im Unterschied zu vielen anderen bakteriellen Enteritiden ist eine antibiotische Therapie bei Shigellose wichtig. Antibiotika verkürzen den klinischen Verlauf, verringern die Wahrscheinlichkeit intestinaler Komplikationen und reduzieren die Ausscheidung lebensfähiger pathogener Organismen, was die Übertragung vermindert. Fluorchinolone sind die Behandlung der Wahl bei Erwachsenen. TMP/SMX ist die Behandlung der Wahl bei Kindern. Alternativen sind Ampicillin, Chloramphenicol und Nalidixinsäure. In Gebieten mit bekannter Resistenz gegen TMP/SMX, wie Teilen Südostasiens, Afrikas und Südamerikas, sollten bei Erwachsenen Chinolone und bei Kindern eine der genannten Alternativen verwendet werden. Sofern möglich, sollte das Antibiogramm die Therapie leiten.

Antimotilitätsmittel wie Diphenoxylat sollten nicht eingesetzt werden. Eine Hemmung der Diarrhö erhöht den Kontakt zwischen intestinaler Mukosa und den pathogenen Organismen sowie deren Toxinen und kann zu einem schwereren Krankheitsverlauf führen.

In allen Fällen sollte die Wahl des Antibiotikums lokale Resistenzmuster sowie individuelle Faktoren wie Alter, Begleiterkrankungen, Schwangerschaft und Allergieanamnese berücksichtigen.

Prognose

Die Prognose ist bei Patienten mit endemischer oder sporadischer Shigellose im Allgemeinen gut. Säuglinge und ältere Patienten, insbesondere bei Mangelernährung, haben die höchste Sterblichkeit. Die epidemische Shigellose, verursacht durch S dysenteriae, ist jedoch eine schwere und häufig lebensbedrohliche Erkrankung mit Mortalitätsraten von 5 % bis 20 %. Diese Erkrankung muss aggressiv mit Antibiotika und Rehydratationstherapie behandelt werden.

Prävention und Kontrolle

Der Ausbau und die Verbesserung von Abwasserentsorgung und Trinkwasseraufbereitung sind in Entwicklungsländern wichtig. In entwickelten und sich entwickelnden Ländern sind persönliche Hygiene, gründliches Händewaschen und saubere Lebensbedingungen wichtige präventive Maßnahmen, insbesondere in Betreuungseinrichtungen. Fliegenkontrolle und hygienische Lebensmittelzubereitung sollten ebenfalls die Erkrankungsrate senken.

Da die infektiöse Dosis niedrig und die Übertragung von Mensch zu Mensch effizient ist, können selbst moderate Verbesserungen der Hygiene und der Umweltsanierung die Übertragung in Hochrisikobereichen erheblich reduzieren.