Clostridium tetani
Medizinische Expertise: Dr. med. NonnenmacherQualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 12. November 2024Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.
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Clostridium tetani ist ein Bakterium aus der Familie der Clostridien und Verursacher der Erkrankung Tetanus. Tetanus, auch Wundstarrkrampf genannt, ist eine Wundinfektion, die häufig tödlich endet.
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Was ist Clostridium tetani?
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Das Bakterium Clostridium tetani kommt im Darm von Tieren (insbesondere Pflanzenfressern) und des Menschen vor. Die gefährlichen Sporen des Erregers sind nahezu überall verbreitet, z.B. in Gartenerde oder auch Straßenstaub.
Die Bakteriensporen treten vor allem über tiefe und luftabgeschlossene Wunden, wie beispielsweise durch das Treten in einen rostigen Nagel, in den Körper ein. Aber auch kleinste Hautverletzungen z.B. durch einen Holzsplitter können eine Eintrittspforte für Clostridium tetani sein.
Infektionsquelle für den sogenannten Neugeborenen-Tetanus ist die Nabelwunde, wenn das Neugeborene unter unsterilen Bedingungen abgenabelt wird. Der Neugeborenen-Tetanus tritt meist nur in Entwicklungsländern auf und zeigt die höchste Letalität aller Tetanusformen. Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass weltweit etwa 180.000 Babys an Tetanus sterben.In Deutschland erkranken weniger als 15 Personen pro Jahr an Tetanus.
Eine Übertragung von Mensch zu Mensch ist nicht möglich. Ist der Erreger Clostridium tetani in den Körper eingedrungen dauert es wenige Tage bis zwei Wochen, in seltenen Fällen auch wenige Monate, bis die ersten Symptome auftreten. Dabei gilt: je kürzer die Inkubationszeit, desto schwerer der Krankheitsverlauf.
Biologische Eigenschaften
Clostridium tetani ist ein grampositives, anaerobes Bakterium aus der Familie der Clostridiaceae. Taxonomisch wird es folgendermaßen klassifiziert: Domäne Bacteria, Phylum Firmicutes, Klasse Clostridia, Ordnung Clostridiales, Familie Clostridiaceae, Gattung Clostridium, Spezies C. tetani.
Morphologisch sind die Bakterien stäbchenförmig und besitzen peritriche Flagellen, die ihnen Beweglichkeit verleihen. Sie bilden terminal gelegene, runde Sporen, die dem Bakterium ein charakteristisches Trommelschlägel-ähnliches Aussehen verleihen. Diese Sporen sind extrem widerstandsfähig und können unter ungünstigen Bedingungen lange in der Umwelt überdauern.
Clostridium tetani ist obligat anaerob und wächst nur in sauerstofffreien Umgebungen. Es fermentiert verschiedene organische Substrate und produziert dabei Gase und Säuren. Auf festen Nährmedien bilden sich kleine, durchscheinende Kolonien mit unregelmäßigem Rand.
Das Genom von Clostridium tetani besteht aus einem ringförmigen Chromosom mit etwa 2,8 Millionen Basenpaaren. Eine genetische Besonderheit ist das Vorhandensein eines Plasmids, das das Gen tetX trägt, welches für das Neurotoxin Tetanospasmin kodiert. Dieses Toxin ist für die pathogenen Eigenschaften des Bakteriums verantwortlich und hemmt die Freisetzung von inhibitorischen Neurotransmittern im zentralen Nervensystem.
Genetisch zeichnet sich C. tetani durch eine geringe genetische Variabilität aus, was auf limitierte Mechanismen für horizontalen Gentransfer hindeutet. Dennoch besitzt es mobile genetische Elemente wie Transposons, die zur Anpassung an verschiedene Umweltbedingungen beitragen können.
Vorkommen & Verbreitung
Clostridium tetani kommt weltweit vor und ist vor allem in erd- und staubhaltigen Umgebungen verbreitet. Es findet sich natürlich im Boden, insbesondere in humusreichen, warmen und feuchten Böden. Durch seine widerstandsfähigen Sporen ist es fähig, lange Zeit in der Umwelt zu überleben. Die Sporen können sich über weite Distanzen verteilen und finden sich daher in zahlreichen natürlichen und landwirtschaftlich genutzten Böden.
Darüber hinaus besiedelt C. tetani auch den Darmtrakt vieler Tiere, insbesondere von Pflanzenfressern, und wird über deren Kot in die Umwelt ausgeschieden. So trägt die natürliche Ausscheidung von Tieren zur Verbreitung des Erregers in der Umwelt bei. Da die Sporen sehr widerstandsfähig gegenüber Umweltbedingungen sind, können sie auch in extremen Bedingungen wie Hitze und Trockenheit überleben.
Die Übertragung auf den Menschen erfolgt in der Regel durch Verletzungen oder Wunden, die mit kontaminiertem Erdreich oder Staub in Kontakt kommen. Bei tiefen, anaeroben Wunden können die Sporen keimen und die Bakterien produzieren dann das gefährliche Tetanospasmin-Toxin.
In verschiedenen Ökosystemen spielt Clostridium tetani keine bedeutende Rolle für das Nährstoffkreislaufsystem, da es im Vergleich zu anderen Mikroorganismen weniger zur Zersetzung organischer Materialien beiträgt. Es ist jedoch ein wichtiger Teil der mikrobiellen Diversität von Böden und trägt zur Gesamtheit der anaeroben Flora bei.
Bedeutung & Funktion
Unter anaeroben Bedingungen, d.h. bei Sauerstoffmangel in der Wunde, keimen die Sporen des Clostridium tetani aus, das Bakterium vermehrt sich und bildet zwei für den Körper sehr gefährliche Giftstoffe (Toxine): Tetanospasmin und Tetanolysin. Über die Blutlaufbahn oder über die Nerven gelangt das Gift Tetanospasmin in das Rückenmark. Dort verursacht es Überempfindlichkeit, gesteigerte Reflexe und Krämpfe. Das Toxin Tetanolysin schädigt das Blut und den Herzmuskel.
Infolge dieser Belastung durch die Toxine kommt es zu diversen Symptomen. Zu Beginn zeigen die Betroffenen eher allgemeine Symptome wie Kopf-, Rücken- und Muskelschmerzen sowie Abgeschlagenheit. Zusätzlich können Spannungsgefühle im Wundbereich, Licht- und Lärmempfindlichkeit sowie eine innere Unruhe auftreten.
Bei leichten Krankheitsverläufen kommt es danach zu lokal begrenzter Muskelsteifigkeit vor allem im Kiefer- und Halsbereich. Es treten jedoch keine Krampfanfälle auf.
Bei schwereren Infektionen mit Clostridium tetani zeigt sich zunächst auch die oben genannte Muskelsteifigkeit in Kombination mit hohem Fieber. Auf diese folgen jedoch Krämpfe der Muskulatur. Zunächst krampfen Kaumuskulatur, die Zungenmuskulatur und die mimische Muskulatur. Durch die Verkrampfung der Gesichtsmuskulatur zeigen die Patienten das sogenannte hämische oder Teufelsgrinsen.
Danach kommt es zu Krämpfen der Nackenmuskulatur, der Extremitäten und der Bauchmuskulatur. Erkrankte erstarren meist in einer Streckstellung. Die Krämpfe werden schon durch geringste optische oder akustische Reize ausgelöst.
Währen dieser sehr schmerzhaften Krampfanfälle sind die betroffenen Personen bei vollem Bewusstsein.
Krankheiten
Mögliche Komplikationen bei einer Infektion mit Clostridium tetani sind Lungenentzündungen, Muskelrisse, Knochenausrenkungen und Knochenbrüche (verursacht durch die Krampfanfälle) sowie eventuell zurückbleibende Muskelverkürzungen, Gelenkversteifungen und Wirbelsäulenverkrümmungen.
Der Tod tritt entweder durch Ersticken, verursacht durch die Lähmung von Zungen-, Schlund-, Kehlkopf- oder Zwerchfellmuskulatur oder durch Herz-Kreislauf-Versagen ein.
Bei der schweren Verlaufsform enden trotz Impfung 50% aller Infektionen mit Clostridium tetani tödlich. Ohne Impfung liegt die Letalität bei der schweren Verlaufsform bei 90%. Entscheidend ist die frühzeitige Verabreichung eines Antitoxins. Die Patienten werden intensivmedizinisch betreut. Mithilfe von Beruhigungsmitteln, muskelentspannenden Medikamenten und einer künstlichen Beatmung soll den Erkrankten Linderung verschafft werden. Die Unterbringung der Patienten erfolgt wenn möglich in einem schalldichten und abgedunkelten Raum um Krampfanfälle zu verhindern.
Die Erholung nach einer überstandenen Infektion mit Clostridium tetani dauert in leichten Fällen nur wenige Tage. In schweren Fällen kann die Rekonvaleszenz mehrere Wochen bis Monate dauern. Eine Erkrankung mit Tetanus hinterlässt nicht ausreichend Antikörper, sodass eine erneute Erkrankung möglich ist.
Einen möglichen Schutz vor einer Infektion mit Clostridium tetani bietet eine Tetanus-Impfung. Im Säuglings- und Kleinkindalter erfolgt meist eine Grundimmunisierung, die dann alle 10 Jahre aufgefrischt werden muss. Insbesondere Personen über 60 Jahre sollten auf ihren Impfschutz achten, da mit zunehmendem Alter die Antikörper gegen das Bakterium schneller abgebaut werden.
Behandlungsmöglichkeiten
Die Behandlung einer Infektion mit Clostridium tetani, also des Tetanus, erfolgt üblicherweise durch eine Kombination aus Wundreinigung, Antibiotika, und symptomatischer Therapie. Eine gründliche chirurgische Wundversorgung ist essenziell, um anaerobe Bedingungen zu beseitigen, die das Wachstum der Bakterien fördern könnten. Als Antibiotikum der Wahl wird häufig Metronidazol eingesetzt, da es wirksam gegen anaerobe Bakterien ist. Alternativ kann auch Penicillin verabreicht werden, jedoch gilt Metronidazol als besser verträglich.
Ein zentraler Bestandteil der Therapie ist das Tetanus-Immunglobulin (TIG), das passiv verabreicht wird und die Neutralisierung des Toxins unterstützt. Es wirkt schnell und vermindert die schwere der Symptome. Die symptomatische Behandlung umfasst muskelentspannende Medikamente, wie Benzodiazepine, um Krämpfe zu lindern, sowie intensivmedizinische Maßnahmen wie Atemunterstützung bei schweren Verläufen.
Resistente Stämme von Clostridium tetani sind selten, aber es gibt Herausforderungen in Fällen von Behandlungskomplikationen, etwa bei Patienten mit geschwächtem Immunsystem. Für solche Situationen werden auch Kombinationstherapien oder höhere Dosen in Erwägung gezogen.
Neue experimentelle Ansätze umfassen die Entwicklung von Immuntherapien, die gezielt gegen Tetanospasmin wirken. Forschung an genetisch basierten Therapien untersucht zudem die Möglichkeit, Toxinproduktion gezielt zu hemmen, um so eine weitere Ausbreitung im Körper zu verhindern. Antitoxine, die auf monoklonalen Antikörpern basieren, stellen ebenfalls einen vielversprechenden Ansatz für zukünftig effektivere und gezieltere Behandlungen dar.
Prävention von Tetanus: Impfung und Hygienemaßnahmen
Die Prävention von Tetanus ist von zentraler Bedeutung, da eine Infektion mit Clostridium tetani schwerwiegende gesundheitliche Folgen haben kann und trotz moderner Behandlungsmöglichkeiten immer noch tödlich verlaufen kann. Der effektivste Schutz gegen Tetanus ist die Impfung, die sowohl bei Kindern als auch bei Erwachsenen routinemäßig durchgeführt wird. Der Tetanus-Impfstoff basiert auf einem inaktivierten Tetanustoxin (Toxoid), das das Immunsystem dazu anregt, Antikörper gegen das Toxin zu bilden, ohne die Krankheit selbst hervorzurufen. Diese Immunantwort sorgt für einen langanhaltenden Schutz.
Die Standardimpfung gegen Tetanus wird in der Regel im Rahmen der sogenannten DTP-Impfung (Diphtherie, Tetanus, Pertussis) verabreicht. Die Grundimmunisierung beginnt im Säuglingsalter und wird in mehreren Dosen verabreicht. Auffrischimpfungen sind alle zehn Jahre notwendig, um den Schutz aufrechtzuerhalten, da die Antikörpertiter gegen das Tetanustoxin mit der Zeit abnehmen. Besondere Vorsicht ist bei verletzungsgefährdeten Personengruppen wie Landwirten, Gartenbauarbeitern und Personen, die häufig im Freien arbeiten, geboten, da sie ein höheres Risiko haben, mit kontaminiertem Boden oder Gegenständen in Kontakt zu kommen.
Eine zusätzliche Herausforderung stellt die Vermeidung von Tetanus in Entwicklungsländern dar, wo die Impfstoffabdeckung oft unzureichend ist. In solchen Gebieten können Hygienemaßnahmen eine entscheidende Rolle bei der Prävention von Tetanusfällen spielen. Besonders bei Geburten unter unhygienischen Bedingungen besteht für Neugeborene das Risiko eines neonatalen Tetanus, der durch unsaubere Schneidewerkzeuge oder das Fehlen von Sterilität bei der Abnabelung ausgelöst werden kann. Impfprogramme, die Schwangeren den Tetanusschutz vermitteln, sowie Schulungen zu hygienischen Geburtspraktiken haben gezeigt, dass sie die Inzidenz des neonatalen Tetanus in vielen Ländern erheblich senken können.
Darüber hinaus ist die richtige Versorgung von Wunden eine wichtige Maßnahme zur Tetanusprävention. In Erste-Hilfe-Kursen wird auf die Bedeutung einer gründlichen Reinigung, Desinfektion und gegebenenfalls medizinischen Versorgung von Wunden hingewiesen. Besonders tiefere oder durch verunreinigte Gegenstände verursachte Wunden sollten in Betracht gezogen werden, da sie potenziell anaerobe Bedingungen schaffen, die das Wachstum von Clostridium tetani begünstigen.
In speziellen Fällen, bei unsicherem oder unvollständigem Impfschutz, kann eine prophylaktische Verabreichung von Tetanus-Immunglobulin (TIG) eine zusätzliche Absicherung bieten. Diese passive Immunisierung bietet einen sofortigen, aber kurzzeitigen Schutz, indem sie neutralisierende Antikörper bereitstellt. Dies ist besonders relevant in Situationen, in denen eine schnelle Immunantwort erforderlich ist, wie bei Verdacht auf eine frische Infektion nach einer Verletzung.
Quellen
- Frintrop, L., Keweloh, H.: Molekulare Biologie und Mikrobiologie. Basiswissen und Labormethoden. Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 2016
- Hacker, J.: Menschen, Seuchen und Mikroben. C.H.Beck, München 2003
- Hecht, A., Lunzenauer, K.: Allgemeine Pathologie. Eine Einführung für Studenten. Springer, Wien 2012