Antimikrobielle Resistenz

Antimikrobielle Kupferwerkstoffe sind eine neue Waffe im Kampf gegen nosokomiale Infektionen und die Verbreitung antimikobieller Resistenzen.

Deaths attributable to antimicrobial resistance

Unter antimikrobieller Resistenz wird allgemein das Phänomen verstanden, dass sich Mikroorganismen vor dem Angriff eigentlich gegen sie gerichteter Wirkstoffe erfolgreich schützen und die entsprechende biologische oder chemische Substanz damit unwirksam machen können. Jedes Jahr sterben weltweit rund 700.000 Menschen an solchen Resistenzen, in 2050 rechnet man mit 10 Millionen Menschen (siehe Grafik 1). Bakterien und Pilze sind oder werden gegenüber solchen Wirkstoffen unempfindlich, also resistent. Bedrohlich für den Menschen sind insbesondere Antibiotika-Resistenzen von Mikroorganismen. Antibiotika dienen in der Medizin der Vermeidung und/oder Bekämpfung von Infektionen; Antibiotika-Resistenz insbesondere pathogener Krankheitserreger unterbindet also den erfolgreichen Einsatz. Die Fähigkeit von Bakterien und Pilzen zur Resistenzbildung ist zwar grundsätzlich biologisch vorhanden, Geschwindigkeit, Umfang und Ausprägung der Resistenz zeigen aber eine starke Abhängigkeit von Frequenz und Konzentration eines Wirkstoffes im Umgebungsmilieu. Daher führte und führt der häufig unkontrollierte Einsatz von Antibiotika zu sehr zügiger und weit verbreiteter Antibiotikaresistenz. Heute gelten viele medizinisch relevante Zielorgansimen sogar als multi-resistent, also als unempfindlich gegenüber gleich mehreren bio-medizinischen Wirkstoffen.

Der Anstieg antimikrobieller Resistenzen gegenüber Antibiotika stellt heute eine der größten Herausforderungen für das Gesundheitswesen dar. Dies unter anderem, weil der auch mit veränderten Gesellschaftsstrukturen einhergehenden Zunahme operativer Eingriffe (diese werden grundsätzlich präventiv von Antibiotika-Behandlungen begleitet) die Abnahme spezifisch noch wirksamer Antibiotika sowie eine nur ungenügende Bereitschaft zur Entwicklung neuer Wirkstoffe gegenübersteht

Gesundheitlicher und ökonomischer Einfluss

Würde das Problem der Antibiotika-Resistenz nicht stark eingedämmt werden können, würde laut gemeinsamer Studie der britischen Regierung und des Wellcome Trust bis 2050 mit jährlich weltweit mehr „Antibiotika-Resistenzopfern“ als Krebsopfern zu rechnen sein. Die damit verbundenen Wirtschaftskosten wurden auf 100 Billionen Dollar geschätzt - auch aufgrund prognostizierter negativer Veränderungen des Brutto-Inlandsproduktes um 2 und 3,5 %.  Ergänzend zu den gesundheitlichen Folgen der Antibiotikaresistenz muss also mit enormen wirtschaftlichen Schäden gerechnet werden. Die Studie hat also aufgezeigt, dass die Konsequenzen des Nichthandelns sowohl aus gesundheitspolitischer als auch aus ökonomischer Sicht viel zu groß sind und unbedingt eine weltweite Lösung gefunden werden muss.

WHO Global Action Plan zu Antimikrobiellen Resistenzen

Auf dem 68. Weltgesundheitsgipfel im Mai 2015 wurde ein globaler Handlungsplan2 verabschiedet, um antimikrobielle Resistenzen, einschließlich Antibiotikaresistenzen, zu bekämpfen. Dieser lautet:

"Die Absicht des globalen Handlungsplans ist, so lange wie möglich eine erfolgreiche Behandlung und Prävention von Infektionskrankheiten mit wirksamen und sicheren Arzneimitteln zu sichern. Solche Antibiotika müssen qualitätsgesichert sein und auf eine verantwortliche Weise verwendet werden. Zudem müssen sie für alle zugänglich sein, die sie brauchen."'

Der globale Handlungsplan legt fünf strategische Ziele fest:
1. Verbessern Sie das Bewusstsein für und das Verstehen von antimikrobieller Resistenzen
2. Stärken Sie Kenntnisse durch Kontrolle und Forschung
3. Reduzieren Sie das Vorkommen von Infektionen
4. Optimieren Sie den Gebrauch von antimikrobiellen Mitteln
5. Entwickeln Sie Wirtschaftspläne für eine nachhaltige Investition, die die Bedürfnisse aller Ländern berücksichtigt und Investitionen in neue Arzneimitteln, diagnostische Instrumente, Impfstoffe und andere Maßnahmen in Betracht zieht.

Infektionsprävention und -kontrolle

In allen Teilen der Welt stellen Krankenhäuser sowie andere Gesundheits- und Pflegeeinrichtungen risikointensive Bereiche für die Entwicklung und Ausbreitung von Bakterieninfektionen dar. Damit besteht umgekehrt insbesondere in diesen Einrichtungen des Gesundheitswesens das erhöhte Potenzial, signifikant und steuernd in das Antibiotika-Resistenz-Problem einzugreifen.Mögliche aktive Beiträge dieser Institutionen zur Eindämmung des Resistenz-Problems betreffen zunächst die Vermeidung von Resistenz-Neubildungen und/oder die Reduktion der weiteren Ausbreitung schon resistent gewordener Mikroben-Stämme, wie sie vielfach auch dem medizinischen Laien mittlerweile bekannt geworden sind. Exemplarisch sein hier Vertreter von Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa und Klebsiella pneumoniae genannt. Antimikrobiell-resistente Infektionen fordern zurzeit mindestens 50,000 Leben jedes Jahr allein in Europa und den Vereinigten Staaten, von vielen Hunderttausenden Todesfällen zusätzlich ist in anderen Teilen der Welt auszugehen. Patienten mit von antibiotikaresistenten Bakterien verursachten Infektionen sind allgemein schlechter behandelbar und stellen daher weitere mögliche Todesopfer dar. Allein ein Drittel der Patienten auf Intensivstation in hochentwickelten Ländern erleiden in ihrem Leben eine krankenhausbürtige Infektion und ein Viertel dieser Infektionen werden durch antibiotikaresistente Bakterien verursacht (WHO-Grafik)

Daher gilt: Infektionsprävention und Kontrolle sind auch wichtig, um Gesundheitseinrichtungen nicht weiter zum Multiplikator für antimikrobiell resistente Mikroorganismen und den damit einhergehenden additionellen Problemen zu machen.

 

 

HCAIs are a concern in all countries
Quellen: WHO Healthcare-Associated Infections, Fact Sheet, 2014. WHO The Burden of Health Care-Associated Infections Worldwide: A Summary, 2010. CDC Vital Signs Report, 2016.

Die Rolle von Kontaktflächen in der Übertragung von Infektionen und in der Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen

Bis vor kurzem war die Umgebung in Gesundheitseinrichtungen ein geringer Bestandteil der Infektionsprävention und Kontrolle, aber veröffentlichte Studien haben jetzt gezeigt, dass die regelmäßigen Reinigung sowie die gründliche Reinigung freiwerdender Räume helfen, nicht nur die mikrobielle Keimbelastung in Krankenhäusern zu vermindern, sondern auch Infektionsraten zu reduzieren. Die Umgebung dient nicht nur als ein Reservoir der Infektion durch Kontaktübertragung, sondern auch als Pool der Bakterienarten zwischen denen genetisches Material einschließlich der Gene für Antibiotikaresistenzen übertragen werden kann. Der Prozess, bei dem das vorkommt, wird horizontale Genübertragung genannt.
Stellen Sie sich einen Flughafens vor, wo ein angesteckter Reisender mit schlechter Handhygiene ankommt, verschiedene Oberflächen berührt und dort resistente Bakterien ablegt, und dann jemand von einem anderen Teil der Welt seine Bakterien zu derselben Oberfläche hinzufügt. Die resistenten Gene können auf diese Oberfläche überwechseln, um einen neuen, widerstandsfähigen Superkeim zu schaffen. Auch ist in Gesundheitseinrichtungen die stündliche Reinigung dieser Berührungsoberflächen undurchführbar. Um die Lücke zwischen regelmäßiger Reinigung und Handhygiene rund um die Uhr zu füllen, ist der Einsatz eines wirksamen und haltbaren antimikrobiellen Materials für hochfrequentierte Oberflächen nötig, um die Kette der Infektion zu brechen.

Die Rolle von Antimicrobial Copper in der Übertragung von Infektionen und in der Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen

Kupfer ist ein starker antimikrobieller Wirkstoff mit schneller Breitspektrumswirkung gegen Bakterien, Viren und Pilze. Es teilt diesen Vorteil mit einer Reihe von Kupferlegierungen wie Messinge und Bronzen, die eine Familie von Materialien formen, die als Antimicrobial Copper bekannt sind. In Krankenhausstudien hat man herausgefunden, dass antimikrobielle Kupferflächen um bis zu 80 % weniger Keimbelastungen aufweisen als Nicht-Kupfer-Flächen.3

In unter typischen Innenbedingungen ausgeführten Laborversuchen wurde gezeigt, dass Kupferlegierungen gegen viele Pathogene, sogar gegen die mit Antibiotikaresistenzen, wirksam sind, einschließlich:

  • Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA)4,5
  • Multi drug-resistant Tubercle bacillus6
  • Multi drug-resistant  Acinetobacter baumannii6
  • Vancomycin-resistant enterococcus (VRE)7
  • Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CRE)8
  • ESBL-produzierende Klebsiella pneumoniae9
  • ESBL-produzierende E. coli9

Wie diese Wirkung in der klinischen Umgebung übertragen wird, zeigte ein Feldversuch in einer multizentrischen Intensivstation in den USA.10 Sechs patientennahe Oberflächen wurden in Kupfer ausgestattet; eine Stichprobenerhebung wurde wöchentlich über eine Zeitdauer von 23 Monaten durchgeführt. Die Kupferoberflächen zeigten eine etwa sechsmal geringere Keimbelastung mit MRSA oder VRE als die Kontrolloberflächen. Bassierend auf der summativen mikrobischen Last, die für jede der im Laufe der Interventionsperiode beprobten Oberflächen gemessen wurde, waren die gemeinsamen Werte für die MRSA- und die VRE- Lasten auf Kupferoberflächen um 96,8 % niedriger als auf vergleichbaren Oberflächen aus Plastik, Holz, Metal oder gestrichenen Oberflächen und sogar um 98,8 % niedriger auf den Betträdern, den am stärksten belasteten Oberflächen. In der Studie konnte nachgeweisen werden, dass diese Keimbelastungsverminderung mit einer 58prozentigen Verminderung von Infektionen11 einhergeht.


Die horizontale Genübertragung (HGT) in Bakterien spielt eine wichtige Rolle in der Evolution von Antibiotikaresistenzen, die zu einer steigenden Zahl von schwierigen krankenhausbürtigen Infektionen geführt hat. Die Forschung zeigt, dass, während HGT in der Umgebung auf oft berührten nicht-kupfernen Oberflächen wie Türgriffen, Straßenbahnen und Tischen stattfinden kann, Kupfer diesen Prozess vermeidet, indem Bakterien auf dem Kupfer schnell inaktiviert und Plasmid und Genomic Nucleic Acid9 zerstört werden.
Die strategische Aufstellung von antimikrobischen Kupferberührungsoberflächen kann unaufhörlich die Anzahl von Mikroben auf Oberflächen bedeutsam vermindern, die Gefahr der Übertragung der Infektion reduzieren und die Übertragung der antibiotischen Resistenzen zwischen Bakterienarten verhindern und bietet damit ein zusätzliches Werkzeug in der Infektionskontrolle und im Kampf gegen antimikrobischen Resistenzen. 

Kupfer und Kupferlegierungen sind Werkstoffe, die langlebig, farbig und recyclingfähig sind, und in einer Vielzahl von Produktformen, die sich für eine Reihe von Fertigungszwecken eignen, weit verbreitet sind. Kupfer und seine Legierungen bieten zahlreiche Möglichkeiten für Designer funktionale, nachhaltige und kostengünstige Produkte herzustellen.

Einige spezifische Kupferlegierungen haben intrinsische antimikrobielle Eigenschaften (so genanntes "Antimicrobial Copper"). Produkte aus diesen Materialien haben einen zusätzlichen, sekundären Vorteil, einen Beitrag zum hygienischem Design zu leisten. Produkte aus Antimicrobial Copper sind eine Ergänzung und niemals ein Ersatz für herkömmliche Standardhygienemaßnahmen zur Infektionskontrolle. Es ist wichtig, dass die üblichen Hygienepraktiken fortgesetzt werden, einschließlich derjenigen, die mit der Reinigung und Desinfektion von patientennahen Oberflächen zusammenhängen.

References

  1. ​Review on Antimicrobial Resistance. Antimicrobial Resistance: Tackling a Crisis for the Health and Wealth of Nations. 2014.
     
  2. Global Action Plan on Antimicrobial Resistance. World Health Organization. 2015.
     
  3. epic3: National Evidence-Based Guidelines for Preventing Healthcare-Associated Infections in NHS Hospitals in England.
     
  4. Potential use of copper surfaces to reduce survival of epidemic methicillin-resistant Staphylococcus aureus in the healthcare environment. JO Noyce, H Michels and CW Keevil. Journal of Hospital Infection, Vol 63, Issue 3, pp 289-297, July 2006.
     
  5. Lack of Involvement of Fenton Chemistry in Death of Methicillin-Resistant and Methicillin-Sensitive Strains of Staphylococcus aureus and Destruction of Their Genomes on Wet or Dry Copper Alloy Surfaces. SL Warnes and CW Keevil. Applied and Environmental Microbiology 2016, 10.1128/AEM.03861-15.
     
  6. The antimicrobial activity of copper and copper alloys against nosocomial pathogens and Mycobacterium tuberculosis isolated from healthcare facilities in the Western Cape: an in-vitro study. S Mehtar, I Wiid, and SD Todorov. Journal of Hospital Infection, Vol. 68, Issue 1, pp 45-51, January 2008.
     
  7. Biocidal Efficacy of Copper Alloys against Pathogenic Enterococci Involves Degradation of Genomic and Plasmid DNAs. SL Warnes, SM Green, H Michels, CW Keevil. Applied and Environmental Microbiology. 2010;76(16):5390-5401. doi:10.1128/AEM.03050-09.
     
  8. Antimicrobial activity of copper surfaces against carbapenemase-producing contemporary Gram-negative clinical isolates. M Souli, I Galani, D Plachouras, T Panagea, G Petrikkos and H Giamarellou. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, April 2013, 68(4), p. 852-7. doi: 10.1093/jac/dks473.
     
  9. Horizontal Transfer of Antibiotic Resistance Genes on Abiotic Touch Surfaces: Implications for Public Health. SL Warnes, CJ Highmore and CW Keevil. mBio 2012, Vol. 3 No. 6 e00489-12.
     
  10. Sustained Reduction of Microbial Burden on Common Hospital Surfaces through Introduction of Copper. MG Schmidt, HH Attaway, PA Sharpe, JF John, KA Sepkowitz, A Morgan, SE Fairey, S Singh, LL Steede, JR Cantey, KD Freeman, H Michels and CD Salgado. Journal of Clinical Microbiology 2012, Vol. 50 No. 7 2217-2223.
     
  11. Copper Surfaces Reduce the Rate of Healthcare-Acquired Infections in the Intensive Care Unit. CD Salgado, KA Sepkowitz, JF John, JR Cantey, HH Attaway, KD Freeman, MG Schmidt. Infection Control and Hospital Epidemiology 2013, 34(5), 479–486.

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