Keim oder Leben

Eine Sepsis ist eine Infektion des ganzen Körpers und eine lebensbedrohliche Erkrankung. Die Behandlung ist ein Wettlauf gegen die Zeit – neue biotechnologische Verfahren sollen Diagnose und Therapie verbessern.

Von Karin Pollack

Ein Menschenleben kann sehr schnell an einem seidenen Faden hängen. Das wissen all jene sehr genau, die auf Intensivstationen arbeiten. Zum Beispiel auch Christoph Hörmann, Leiter der Anästhesie am Universitätsklinikum St. Pölten. Wenn einer seiner Patienten auf der Station plötzlich hohes Fieber bekommt, ist das ein Alarmzeichen. Sofort müssen dann Blutdruck, die Atemfrequenz und auch die mentale Situation überprüft und gemessen werden. „Der unverzügliche Therapiebeginn in den ersten drei Stunden der sich anbahnenden Sepsis beeinflusst das Überleben entscheidend“, sagt er und meint damit ein Bündel von unterschiedlichen intensivmedizinischen Maßnahmen. In Österreich erkranken pro Jahr rund 18.000 Menschen an einer Sepsis, 6.700 sterben daran. „Sepsis hat eine hohe Mortalität“, so drückt es Intensivmediziner Hörmann aus.

Das Erkennen der Vorzeichen ist ein erster entscheidender Schritt und der Beginn eines sehr genau festgelegten Sepsis-Behandlungsplans, der sich an dem sogenannten SOFA-Score (siehe Kasten) orientiert. Noch viel wichtiger als die schnelle Diagnose ist ein rascher Therapiebeginn, um das Leben von Patienten zu retten. Eine Sepsis, das Wort stammt aus dem Griechischen und bedeutet Fäulnis, ist immer die Folge einer Infektionserkrankung. Sie kann durch eine offene Wunde entstehen, in die Keime eindringen, sie kann aber auch Folge einer inneren Entzündung sein, etwa in der Lunge oder im Hirn. Verursacher einer Sepsis sind Mikroorganismen wie Bakterien, Viren oder Pilze im Körper, die das Immunsystem überfordern. Wenn die Abwehrzellen in diesem Kampf jedoch überfordert sind, schaffen es die Keime, sich über die Blutbahn plötzlich im ganzen Körper auszubreiten. Fieber und Schüttelfrost sind erste Anzeichen für so eine Entwicklung. „Eine lokal begrenzte Infektion wird dann systemisch“, erklärt Hörmann. Und je nach Konstitution des Patienten und der Dynamik kann es dazu führen, dass Nieren, Lunge, Leber oder Herz versagen. Genau dem gilt es entgegenzusteuern.

Erreger nicht gleich klar

Einfach ist das aber nicht, weil für die Mediziner nicht klar sein muss, welcher Erreger dem Organismus zusetzt. Aber genau das wäre wichtig zu wissen, um ihn zielgerichtet mit Medikamenten angreifen zu können. Eine Sepsis entsteht nicht ausschließlich auf Intensivstationen. Auch versteckte Abszesse im Körper können sie auslösen, vor allem bei Menschen mit Immunschwächen kann das schnell gefährlich werden. Wenn Intensivmediziner wie Hörmann eine Sepsis vermuten, setzen sie eine ganze Kaskade von Untersuchungen in Gang. Sie schicken Blut und Harn ins Labor, um dort einen Keim zu identifizieren. Zur Vorsicht, so sehen es die Leitlinien vor, wird prophylaktisch auch ein Breitband-Antibiotikum verabreicht, weil diese gegen eine Reihe von Bakterien wirken. Dann werden Patienten sorgfältig überwacht. Wenn der Blutdruck abfällt, wird er medikamentös wieder in die Höhe getrieben und es wird Flüssigkeit infundiert, „weil es die Herzkraft erhöht und uns Zeit gibt, die wahre Ursache der Infektion zu ermitteln“, sagt Hörmann. Das Zeitfenster, so zeigen Studien, für eine erfolgreiche Behandlung einer Sepsis beträgt sechs Stunden.

Überreaktion, keine Vergiftung

Im Volksmund wurde eine Sepsis lange als Blutvergiftung bezeichnet. „Der Ausdruck stammt aus einer Zeit, in der man noch wenig über das Immunsystem wusste“, sagt Christoph Wiesner, eine Sepsis sei nämlich eine „Überreaktion des Immunsystems, eine Art Flash“, der auf vielen Ebenen im Körper stattfindet. Wiesner ist Biotechnologe am Departement of Life Sciences der IMC Fachhochschule Krems und arbeitet mit Hörmann in einem von der Donau-Universität Krems geleiteten Projekt an einer Verbesserung der Sepsis-Diagnose und Behandlung. Seine Forschungsgruppe interessiert sich dafür, wie die Zellen im Körper in den Ausnahmezustand gelangen. Der Fokus liegt auf der dünnen Schicht aus Endothelzellen im Inneren von Blutgefäßen, einer Barriere zwischen Blut und Gewebe. Sie interagieren mit den universellen Abwehrtruppen des Immunsystems. Wenn das System überfordert ist, brechen Zellverbindungen auf und die Endothelschicht wird durchlässig.

Und genau dieses Aufbrechen der Blutbahnen soll verhindert werden. Denn es führt zuerst zur Ödembildung und letztlich zu Organversagen, beides lebensbedrohliche Folgen einer Sepsis. Wenn die Lunge nicht mehr mitmacht, muss künstlich beatmet werden, wenn die Niere ihre Funktion aufgibt, ist Dialyse die Option. Wiesner will also wissen, „wie die Kommunikation zwischen den Zellen funktioniert“. Er richtet seinen Blick gezielt auf deren Oberflächenmoleküle, konkret auf die sogenannten Toll-like-Rezeptoren, die er an- und ausschalten will. Er will sehen, welche Botenstoffe bei einer Sepsis aktiv sind, sie vorantreiben und die Blutgefäße durchlässig werden lassen.
 

Zellen aus- und einschalten

Was einfach klingt, war bislang mit der zur Verfügung stehenden Technologie kaum erfassbar. Genau das ist das Ziel des FTI-Leuchtturmprojektes Inflammation, Sepsis und Regeneration, das vom Land Niederösterreich gefördert wird. Wiesners Forschungsgruppe bedient sich der Optogenetik, eines vielversprechenden Verfahrens, das neue Einsichten auf Zellebene verspricht. Dabei werden lichtsensitive Proteindomänen, die aus Pflanzen isoliert wurden, in die zu untersuchenden Rezeptoren eingebaut. So können sie durch Lichtreize ein- bzw. ausgeschaltet werden. Damit sich Laien das besser vorstellen können, zieht er einen Vergleich zur Pflanzenwelt. Auch Pflanzen reagieren auf Licht und wachsen nur dann, wenn sie von der Sonne beschienen werden. Nach diesem Prinzip könnte es auch im Körper funktionieren, sagt er. Mit Hilfe der Optogenetik sollen eine Reihe von Fragen zu zellulären Abläufen bei einer Sepsis beantwortet werden. Wenn alles nach Plan läuft, würde man im Falle eines Sepsis-Verdachts gezielt nach Molekülen suchen können. Das würde auch die Therapie verbessern. „Bedside diagnostic“ nennt es Hörmann und meint Befunde, für die er nicht auf Laborergebnisse angewiesen wäre.

Einstweilen wird dieser Ansatz in Zellkulturmodellen angewendet. Die Endothelzellen mit lichtinduzierbaren Rezeptoren, also den „Lichtschaltern“, sollen in Endothelzellmodelle eingebracht werden, um ihre Wechselwirkung mit Immunzellen zu untersuchen. „Mit diesen Zellkulturmodellen kann dann auch der Frage nachgegangen werden, ob durch die Entfernung von Entzündungsfaktoren aus dem Blut die Aktivierung des Endothels verhindert werden kann“, erklärt Projektleiterin Tanja Eichhorn vom Department für Biomedizinische Forschung an der Donau-Universität Krems. Denn die Aktivierung des Endothels ist die Vorstufe dazu, dass das Endothel seine Barrierefunktion zwischen Blut und Gewebe verliert.

Im Rahmen des Projektes untersucht Eichhorn auch, inwiefern extrazelluläre Vesikel, die bei der Aktivierung von Zellen freigesetzt werden und gleichsam als Boten zwischen Zellen agieren, eine Rolle im Krankheitsverlauf spielen, zum Beispiel auf Grund ihrer gerinnungsfördernden Wirkung. Extrazelluläre Vesikel könnten auch Marker sein, die auf eine Infektion und das Vorhandensein von Keimen im Blut hinweisen. Wiesner und Eichhorn forschen hier an Grundlagen. Bis ihre Ergebnisse den Weg in die klinische Behandlung finden, müssen noch zahlreiche Fragen beantwortet werden. Klar aber ist das Ziel: einen Weg zu finden, rascher als heute eine Sepsis zu diagnostizieren und die Basis für bessere und raschere Therapien zu schaffen. Wenn Keime ausgebremst werden, wird ein Multi-Organ-Versagen verhindert, das rettet Patienten das Leben.

Karin Pollack leitet das Gesundheitsressort bei der Tageszeitung „Der Standard“.

TANJA EICHHORN
Tanja Eichhorn, PhD MSc ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Zentrum für Biomedizinische Technologie der Donau-Universität Krems. Sie absolvierte das PhD-Program Vascular Biology an der Medizinischen Universität Wien und arbeitete zuletzt als Postdoc-Researcher am Christian-Doppler-Labor für Innovative Therapieansätze in der Sepsis der Donau-Universität Krems.

CHRISTOPH HÖRMANN
Prim. Assoc. Prof. Dr. Christoph Hörmann ist seit 2009 Leiter der Abteilung für Anästhesie und Intensivmedizin am Universitätsklinikum St. Pölten. Davor war er Oberarzt an der Universitätsklinik für Anästhesie und allgemeine Intensivmedizin der Med-Uni Innsbruck.

CHRISTOPH WIESNER
Prof.(FH) Mag. Dr. Christoph Wiesner ist Gruppenleiter und Lehrender am Department of Life Sciences der IMC Fachhochschule Krems. Sein großes Interesse gilt dem Aufbau komplexer künstlicher Gewebe- und Krankheits-Modelle für das Screening potenzieller Wirkstoffe, die Aufklärung von Wirkmechanismen und Validierung von Targets. Wiesner ist in eine Vielzahl nationaler und internationaler Forschungsnetzwerke eingegliedert und arbeitet eng mit Universitäten und Pharmaunternehmen zusammen.