Pneumonie
Autoren
Santiago Ewig

Ambulant erworbene Pneumonie: Pathophysiologie

Grundsätzlich bestehen drei verschiedene Infektionswege: die Kolonisation der oberen Atemwege und nachfolgende oropharyngeale Aspiration respiratorischen Sekrets, die exogene Inhalation von Pathogenen sowie (selten) die hämatogene Streuung. Die Etablierung einer Infektion setzt drei Faktoren voraus: eine eine ausreichend hohe Keimzahl eines pathogenen Erregers, eine Überwindung der angeborenen Immunität der oberen und unteren Atemwege sowie der erworbenen Immunität des Wirts.
Die Mechanismen der Inflammationsreaktion sind komplex und noch nicht vollständig verstanden. Als Folge kann es zu zwei wesentlichen Komplikationen kommen: der akuten respiratorischen Insuffizienz durch Ventilations-/Perfusionsverteilungsstörungen bis hin zur Totraumventilation bzw. einem Shunt sowie zur schweren Sepsis bzw. zum septischen Schock mit der Folge eines Multiorganversagens. Zudem können Pneumonie-assoziierte Komplikationen hinzutreten.
Die offenbar wichtigste Inflammations-assoziierte Komplikation ist kardiovaskulärer Art und äußert sich in Herzinsuffizienz, Myokardischämie bzw. -infarkt und Rhythmusstörungen.

Infektionswege, Immunität und Entzündungsausbreitung

Die Lungen haben eine geschätzte Oberfläche von ca. 70 m2. Diese große Oberfläche ist über verschiedene Wege ständig einer Vielzahl potentieller Pathogene ausgesetzt. Der Atemwegstrakt ist daher mit einem komplexen Abwehrsystem ausgestattet, das eine effektive Barriere gegenüber Pathogenen bildet.
Wenn geringe Keimzahlen gering pathogener Erreger in die tiefen Atemwege bzw. Alveolen geraten, können die Mechanismen der angeborenen Immunität („innate immunity“) diese Erreger eliminieren. Zu diesen gehören der mukoziliäre Apparat, die antimikrobiellen Proteine (AMP) der Atemwegsoberflächen sowie die Alveolarmakrophagen. Umgekehrt führen hohe Keimzahlen pathogener Erreger zu einer Entzündungsreaktion. Dieselbe Entzündung jedoch, die zu einer Elimination dieser Erreger erforderlich ist, führt gleichzeitig zu einer Gewebsschädigung, die so überschießend werden kann, dass (ggf. zusammen mit den Toxinen des Erregers) ein schweres Lungenversagen das Ergebnis ist. Jede nicht angemessen regulierte Immunreaktion kann somit zu einem tödlichen Verlauf der Infektion führen.
Das Wissen um die Mechanismen der Entzündungsreaktion ist noch begrenzt, insbesondere hinsichtlich der hemmenden bzw. regulierenden Mechanismen. Wesentliche Elemente der Initiierung und Ausbreitung der Entzündungsreaktion sind jedoch bereits bekannt.

Infektionswege

Grundsätzlich bestehen drei verschiedene Infektionswege:
Kolonisation der oberen Atemwege und nachfolgende oropharyngeale Aspiration respiratorischen Sekrets
Die oberen Atemwege gesunder Personen sind mit einer Vielzahl apathogener Kommensalen kolonisiert. Diese bilden offenbar ein Milieu, das andere Pathogene (vor allem Enterobakterien) davon abhalten kann, die Schleimhäute zu kolonisieren (Tab. 1).
Tab. 1
Kolonisation der oberen Atemwege gesunder Personen
Regelmäßig nachweisbar
Intermittierend nachweisbar
Streptococcus spp.
Streptococcus pneumoniae
Apathogene Neisserien
Neisseria meningitidis
Koagulasenegative Staphylokokken
Staphylococcus aureus
Haemophilus parainfluenzae
Enterobakterien (selten)
Corynebakterien
Diverse Anaerobier (u. a. Peptostreptokokken, Bacteroides spp.)
Die unteren Atemwege sind normalerweise etwa ab dem laryngealen Niveau steril.
Intermitterend kommt es jedoch über eine Tröpfchenübertragung von Mensch zu Mensch zu einer Kolonisation der oberen Atemwege durch potentielle Pathogene (Tab. 1). Letztere können in die tiefen Atemwege gelangen und eine Pneumonie verursachen.
Ältere Patienten, hospitalisierte Patienten sowie Patienten, die antimikrobiell vorbehandelt worden sind, haben eine veränderte Flora der oberen Atemwege mit mehr Pathogenen, vor allem Enterobakterien. Während diese nur in 2–5 % gesunder jüngerer Personen nachweisbar sind, weisen ältere Personen diese in bis zu 25 % auf. Die Änderung der Kolonisationsflora bei schwer erkrankten hospitalisierten Patienten hin zu einem „nosokomialen“ Kolonisationsmuster (mehr Enterobakterien, auch Nonfermenter) geschieht in 48–96 h. Eine antimikrobielle Therapie tötet auch Teile der Kolonisationsflora ab und selektiert in einer Weise, dass die Kolonisation durch Enterobakterien begünstigt wird. Die nosokomial erworbene Kolonisation bildet sich nur langsam binnen 3–6 Monaten wieder zurück.
Die oropharyngeale Aspiration respiratorischen Sekrets ist der häufigste Infektionsweg. Typische Erreger, die über diesen Weg eine Pneumonie verursachen, sind Streptococcus pneumoniae und alle pyogenen bakteriellen Erreger.
Exogene Inhalation von Pathogenen
Die Inhalation von Pathogenen geschieht über Aerosole. Diese werden je nach Größe in unterschiedlichen Bereichen der Lunge deponiert. Partikel über 10 μm werden in den oberen Atemwegen abgefangen und gelangen nicht in die Lunge. Partikel von einer Größe < 2–10 μm gelangen in die tiefen Atemwege. Noch kleinere Partikel von 0,5–2 μm können sich über Sedimentation in den kleinen Atemwegen und Alveolen festsetzen. Schließlich können Partikel unter 0,5 μm gelegentlich über Diffusion in die Alevoli geraten, aber auch wieder exhaliert werden.
Die meisten Pathogene sind in Aerosolpartikeln von 0,5–2 μm enthalten und haben damit direkten Zugang in die terminalen Bronchien bzw. Alveolen.
Typische Erreger dieses exogenen Infektionsweges sind Legionellen, aber auch Viren.
Hämatogene Streuung
Dieser Infektionsweg spielt bei der ambulant erworbenen Pneumonie praktisch keine Rolle, kommt jedoch bei der nosokomialen Pneumonie vor.

Angeborene Abwehrmechanismen

Obere Atemwege

Die nasale Mukosa weist ein Zilienepithel auf. Eingedrungene Erreger werden über den Zilienfilm abgefangen und oralwärts transportiert, wo das Sekret geschluckt oder abgehustet werden kann.
Zudem besteht eine humorale Immunabwehr durch Sekretion von IgA. Die Bedeutung der IgA-Sekretion wird an der erhöhten Infektionsrate bei selektiver IgA-Defizienz deutlich.
Der Oropharynx selbst ist nicht mit einem Zilienepithel ausgestattet, trägt aber zur Abwehr von Erregern durch die Kolonisationsflora mit Kommensalen, Speichelfluss, konstante Neubildung des Oberflächenepithels, lokale humorale Immunität (IgG und IgA) sowie den mukosalen pH bei.

Untere Atemwege

Glottisschluss und Hustenreflex sind wichtige mechanische „Türhüter“ der unteren Atemwege.
Die unteren Atemwege (Trachea und Bronchien) sind mit einem dreischichtigen Flüssigkeitsfilm ausgestattet (obere muzinreiche Schicht, Surfactantfilm und periziliäre Flüssigkeit). Die Zilien bewegen sich in einer flüssigen viskösen Mukusschicht und schlagen permanent, so dass ein konstanter Fluss nach oral besteht. Jegliches Material, das sich auf diese Schicht setzt, wird somit sogleich wieder aus den tiefen Atemwegen abtransportiert. Für eine Infektion ist daher neben der Adhärenz eine Zerstörung dieser Epithelschicht eine wichtige Voraussetzung. Kongenitale Ziliendykinesien bzw. Erkrankungen, die mit der Produktion inadäquaten Mukus einhergehen, wie die zytische Fibrose, belegen den Wert dieser Mechanismen.
Im Flüssigkeitsfilm bzw. Mukus sind antimikrobielle Peptide (AMP) enthalten. Zu diesen gehören alpha- und beta-Defensine sowie Cathelicidin aus Neutrophilen, Makrophagen und Epithelzellen. AMP nehmen ihrerseits Einfluss auf die Regulation der Entzündungsreaktion.
Bakterizide Mechanismen wie die Bildung von IgA, aber auch Lysozym (zerstört Peptidoglykan-Brücken grampositiver Erreger) und Lactoferrin (Eisenchelatbildner, entzieht Bakterien das Eisen und schädigt die äußere Membran gramnegativer Erreger) tragen zur Abwehr bei.
Im Alveolarsekret steht mit alveolärem IgG, Transferrin, Lipopolysaccharid (LPS) bindendem Protein, Fibronectin, Komplement, AMP und Surfactant ein komplexes Gemisch zur alveolären Immunität bereit.
Gelangen Erreger dennoch in die Alveolen, steht mit Alveolarmakrophagen und dendritischen Zellen eine potente zelluläre Abwehr bereit. Alveolarmakrophagen sind beweglich und überwachen die Oberflächen der Alveolen („sentinel cells“). Sie haben eine hohe Phygozytosekapazität und sind damit die wichtigsten primären Immunzellen des Alveolarraums. Dendritische Zellen sind antigenpräsentierende Zellen und regulieren die zelluläre Immunantwort. Beide können zusammen mit Lymphozyten und Epithelzellen nach Bedarf zusätzlich über Zytokine wie IL-1, IL-8 und TNF-alpha neutrophile Granulozyten rekrutieren. Die Zytokine ihrerseits können das Potential zur Phagozytose erhöhen.

Etablierung einer Infektion

Die Etablierung einer Infektion setzt somit folgende Faktoren voraus:
1.
eine ausreichend hohe Keimzahl eines pathogenen Erregers. Die Pathogenität eines Erregers bemisst sich nach seiner Fähigkeit, an Schleimhäuten zu adherieren, Toxine auszuschütten sowie Immunmechanismen zu unterlaufen;
 
2.
eine Überwindung der angeborenen Immunität der oberen und unteren Atemwege;
 
3.
eine Überwindung der erworbenen Immunität des Wirts. Dies gelingt je eher, je pathogener der Erreger und je schwächer die Immunitätslage des Wirts ist. Im Rahmen der ambulant erworbenen Pneumonie ist die Immundefizienz definitionsgemäß limitiert, d. h. unter klinischen Routinebedingungen nicht messbar.
 

Mechanismen der Inflammationsreaktion

Die Immunantwort beginnt mit der Erkennung von Erregerstrukturen (pathogenassoziierte molekulare Muster, engl.: „pathogen associated molecular patterns, PAMP“) wie Bestandteilen der bakteriellen Zellwände sowie von DNA und RNA durch mustererkennende Rezeptoren (engl.: „pattern recognizing patterns, PRR“) der Wirtszellen. Diese Rezeptoren befinden sich auf Makrophagen, Granulozyten, aber auch auf Epithelzellen.
Folgende hier relevante Rezeptorentypen sind bisher identifiziert:
  • Toll-like Rezeptoren an der Zelloberfläche (TLRs) und im Endosom,
  • C-Typ Lektin Rezeptoren (CLRs) an der Zelloberfläche,
  • retinoic acid inducible gene-1-like Rezeptoren (RLRs) im Zyoplasma,
  • nukleotid-binding oligomerization domain-like Rezeptoren (NLRs) im Zytoplasma (zum Teil in Proteinkomplexen, sogenannten „Inflammosomen“).
Unter den 10 verschiedenen TLR-Rezeptoren sind jeweils unterschiedliche an der Abwehr diverser Erreger beteiligt. Folgende „Rezeptorensätze“ wurden bislang publiziert:
  • TLR 2/1, 2/6, 4 , 9: Streptococcus pneumoniae
  • TLR 2, 4, 5, 9: Haemophilus influenzae
  • TLR 2, 4, 5: Legionella pneumophila
  • TLR 3, 7: Viren
  • TLR 2, 4: Pilze
Zusätzliche membranständige Rezeptoren umfassen den Rezeptor des plättchenaktivierenden Faktors (PAF), Fibronectin u. a.
Zytoplasmatische Rezeptoren sind relevant, da viele Erreger verschiedene Wirtszellen zumindest vorübergehend invadieren können, darunter z. B. Streptococcus pneumoniae, Epithelzellen, Legionellen und Chlamydien, Makrophagen, Influenzaviren, Parenchymzellen. Zytosolische Rezeptoren wie RLR und NLR erkennen diese Erreger bzw. ihre PAMP.
Beispiele hierfür sind:
Zudem können durch NLR zugrunde gegangene mononukleäre Zellen erkannt und entsprechende „Warnmoleküle“ ausgeschüttet werden, die die Inflammation durch denselben Aktivierungsweg wie die ursprünglichen Erreger unterhalten (sogenannte „Alarmine“ (B1-Protein, S100-Proteine, extrazelluläre RNA, DNA und Histone).
Insgesamt weist die Erregererkennung eine auffallend hohe Redundanz auf.
Diese Vielzahl von Rezeptoren stimuliert nach Detektion verschiedener PAMPs (auch eines Erregers) einige wenige intrazelluläre Signalkaskaden, die die Immunantwort initiieren. Zu diesen gehören der Transkriptionsfaktor nF-kappaB (proinflammatorische Zytokine, Adhäsionsmoleküle) und interferonregulierende Faktoren (IRF).
Die führenden Effektorzellen im Rahmen der zellulären Immunantwort stellen nach Alveolarmakrophagen die neutrophilen Granulozyten dar.
Neutrophile werden rekrutiert über Adhäsionsmoleküle sowie über Chemokine und G-CSF. Neutrophile sind ihrerseits auch Immunmediatoren durch Ausschüttung proinflammatorischer Signale (TNF-alpha, IL-1, Chemokine, Chemerin, IL-12), die zu einer Aktivierung von dendritischen Zellen, B- und T-Zellen führen. Neutrophile sind einerseits potente Phagozyten, andererseits schütten sie aggressive, bakterizide Subtanzen wie Sauerstoffradikale und Proteasen aus.

Genetik der Entzündungsreaktion

Ohne Zweifel liegen bei bestimmten Individuen starke genetische Determinanten für eine schwere Pneumonie vor. Die Ergebnisse zu genetischen Polymorphismen sehen sich allerdings erheblichen methodischen Schwierigkeiten gegenüber und haben daher bis heute keine allgemein anerkannten Assoziationen zu dem Risiko eines tödlichen Verlaufs ergeben. Es sieht aktuell nach Einschätzung vieler mit dem Thema beschäftigter Forscher so aus, als seien häufigere Mutationen mit großen Effekten auf die Entzündungsreaktion auch in näherer Zukunft kaum zu erwarten.

Antworten der Erreger auf die Entzündungsreaktion

Eine Reihe komplexer Mechanismen sind aufgedeckt worden, mit denen Erreger sich gegen die Entzündungsreaktion zur Wehr setzen. Ganz allgemein kann gesagt werden, dass viele Erreger die proinflammatorischen Signalwege unterbrechen und die antiinflammatorischen nachahmen können.

Respiratorische Insuffizienz und Kreislaufversagen

Atemmechanik

Im Rahmen einer Pneumonie sinkt die totale Lungenkapazität (TLC) proportional zum Ausmaß der pneumonischen Infiltration. Dabei erscheinen sowohl die Vitalkapazität (VC) als auch die funktionelle Residualkapazität (FRC) gleichermaßen vermindert. Infiltrierte Lungenareale verlieren demnach durch die Exsudatbildung ihre Vordehnung. Entsprechend lässt sich ein proportionaler Verlust der Compliance (Lungendehnbarkeit) nachweisen.
Der Verlust an Compliance bedeutet, dass für jeden Atemzug eine erhöhte Atemarbeit geleistet werden muss, indem ein höherer negativer intrathorakaler Druck für ein Tidalvolumen erzeugt werden muss. Die respiratorische Muskultur wird damit erheblich belastet. Diese Belastung fällt umso mehr ins Gewicht, je höher sie bereits vor der Pneumonie war, z. B. bei Erkrankungen wie der COPD oder neuromuskulären Erkrankungen. Diese Patienten entwickeln daher am frühesten ein ventilatorisches Versagen.

Gasaustausch

Jede pneumonische Inflammation führt zu einer Ventilations-/Perfusionsverteilungsstörung (VA/Q), deren Ausmaß mit der Ausbreitung des entzündeten Areals in Beziehung steht.
Idealtypisch sind drei Formen der V/Q-Störung anzutreffen:
1.
Die einfache V/Q-Störung: Diese setzt sich zusammen aus Arealen mit unterschiedlichen VA/Q-Verhältnissen, in denen entweder mehr Perfusion als Ventilation oder umgekehrt mehr Ventilation als Perfusion besteht.
 
2.
Der Shunt: Hierbei handelt es sich um das Extrem des Vorherrschens einer ausschließlichen Perfusion ohne Ventilation. Dieses kommt bevorzugt bei der Lobärpneumonie vor.
 
3.
Die Totraumventilation: Diese stellt das andere Extrem der ausschließlichen Ventilation ohne Perfusion dar. Dieses ist gegeben, wenn Totraumventilation im Rahmen der Hechelatmung gegeben ist, d. h. die Tidalvolumina erreichen nicht mehr die Gasaustauschfläche.
 
Das Ausmaß der VA/Q-Störung bemisst sich nach dem Ausmaß der entzündeten Gasaustauschfläche. Bei schweren Pneumonien können Shuntanteile von bis zu ca. 30 % des kardialen Outputs bestehen sowie Totraumventilationsanteile über 50 %.
Es bestehen jedoch auch Kompensationsmechanismen, etwa in Form der hypoxischen Vasokonstriktion. Durch diese wird der Blutfluss von schlecht ventilierten hin zu besser ventilierten Lungenarealen umgeleitet. Allerdings resultiert hieraus eine Erhöhung des pulmonal-arteriellen Drucks. Diese Kompensation über die hypoxische Vasokonstriktion ist im Rahmen der Pneumonie beeinträchtigt.
Wie auch immer die Relationen der VA/Q-Störungen im Einzelnen aussehen, ergibt sich eine Hypoxie mit vermindertem PaO2- bzw. verminderter O2-Sättigung bzw. ein erhöhter AaDO2.
Cave
Ein verminderter Sauerstoffpartialdruck bzw. eine verminderte O2-Sättigung reflektieren ausschließlich das Ausmaß der Gasaustauschstörung, sagen jedoch nichts über das Sauerstoffangebot aus, das den Geweben zur Verfügung steht.
Dieses bemisst sich vielmehr nach folgenden Parametern:
  • CaO2 = Hb × O2-Sättigung × 1,34 (Hüfner´sche Zahl), wobei CaO2 der Sauerstoffgehalt ist.
  • DO2 = CaO2 × CO, wobei DO2 das Sauerstoffangebot und CO der Cardiac output sind.
  • CO = Schlagvolumen × Herzfrequenz
Merke
Für die Praxis bedeutet dies, dass bei funktionierender Herzleistung und normalem oder leicht vermindertem Hämoglobin auch sehr niedrige Sauerstoffsättigungen keine unmittelbare Indikation für eine Intubation darstellen, sondern auch länger toleriert werden können!
Zwei weitere Mechanismen einer Störung des Gasaustauschs spielen nur eine untergeordnete Rolle:
1.
Die Hypoventilation: Jede Hypoventilation führt zu einer Hypoxie. Eine Hypoventilation entsteht im Rahmen einer Pneumonie lediglich bei Vorliegen einer erschöpften Atempumpe, demnach als Ausdruck einer Dekompensation bei erhöhter Atemarbeit. Primär besteht als Antwort auf die Hypoxie immer eine Hyperventilation mit erniedrigtem PaCO2.
 
2.
Die Diffusionsstörung: Eine solche entsteht nur, wenn die Gasaustauschflächen verbreitert sind. Dies kann im Rahmen einer diffusen Alveolarschädigung (DAD) geschehen. Dennoch steht die VA/Q-Störung immer ganz im Vordergrund der Gasaustauschstörung.
 

Schwere Sepsis und septischer Schock

Eine schwere Sepsis entsteht, wenn die Inflammation nicht auf die Lunge beschränkt bleibt, sondern systemisch wirksam wird. In diesem Fall kommt es zu einer äußerst komplexen pro- und antiinflammatorischen Reaktion, die im Ergebnis zu einer schweren Beeinträchtigung der Makro- und Mikrozirkulation führt.
Klinisch manifestiert sich dieser Prozess als Hypotension mit Organversagen verschiedener Organsysteme. Eine schwere Sepsis, die nicht mehr über eine adäquate Flüssigkeitssubstitution zu stabilisieren ist, stellt den Endpunkt eines septischen Schocks dar. Darüber hinaus entwickelt sich eine temporäre Immunsuppression mit Anfälligkeit für sekundäre Infektionen.
Das Wissen um die zugrundeliegenden Prozesse hat sich in letzter Zeit enorm vergrößert, dennoch muss noch mit neuen, bislang unbekannten Mechanismen gerechnet werden.

Die Wirtsantwort bei schwerer Sepsis

Die proinflammatorische Reaktion
Über Interaktionen mit den oben genannten mustererkennenden Rezeptoren kommt es über eine Hochregulation der inflammatorischen Gentranskription zur Aktivierung von mindestens vier proinflammatorischen Linien:
  • Leukozytenaktivierung mit Zellschädigung über Zytokine, Proteasen und Sauerstoffradikale,
  • Komplementaktivierung,
  • Gerinnungsaktivierung mit Bildung von Proteasen,
  • Zelltod mit Ausschüttung von „danger molecules“, die die Inflammation durch denselben Aktivierungsweg wie die ursprünglichen Erreger unterhalten (sogenannte „Alarmine“ (B1-Protein, S100-Proteine, extrazelluläre RNA, DNA und Histone).
Die antiinflammatorische Reaktion
Die antiinflammatorische Reaktion manifestiert sich als Switch von Phagozyten zu einem antiinflammatorischen Phänotyp, die Aktivierung regulierender T-Zellen und myeloiden Suppressorzellen. Zudem wird ein neuroinflammatorischer Reflex über den Vagus wirksam, der im Ergebnis über eine Acetylcholinsekretion zu einer Suppression der Ausschüttung proinflammtorischer Zytokine von Makrophagen führt.
Weitere Zeichen der antiinflammtorischen Reaktion bestehen in der Expression von HLD-DR auf myeloiden Zellen. Eine vermehrte Apoptose von B-Zellen, CD4-Zellen und folikulären dendritischen Zellen wurde ebenfalls gezeigt.

Organschädigung und Dysfunktion des vaskulären Epithels sowie der Mitochondrien

Hypoperfusion des Gewebes
Die Organschädigung bei schwerer Sepsis geht wesentlich zurück auf eine Mikrozirkulationsstörung mit mikrovaskulärer Thrombose. Diese entsteht durch eine gleichzeitige Aktivierung der Gerinnung (über tissue factor), Hemmung der antikoagulatorischen Mechanismen sowie Hemmung der Fibrinolyse. Die Hemmung der antikoagulatorischen Mechanismen geschieht über aktiviertes Protein C, Antithrombin, tissue factor pathway Inhibitor, die Hemmung der Fibrinolyse durch vermehrte Ausschüttung von Plasminogen activator inhibitor type-1 (PAI-1). Die Thrombose wird schließlich begünstigt durch neutrophil extracellular traps (NETs) aus zugrundegehenden Neutrophilen.
Diese Thrombusbildung zusammen mit Vasodilatation, Hypotension und verminderter Verformbarkeit der Erythrozyten führt im Ergebnis zu einer schweren Gewebshypoperfusion.
Die molekulare Verbindung von Gerinnung und Inflammation geschieht über Proteasae-aktivierte Rezeptoren (PARs). Im Rahmen der Sepsis ist PAR1 relevant. PAR1 kann zytoprotektiv wirken, wenn es durch aktiviertes Protein C oder geringe Mengen Thrombin stimuliert wird; es schädigt hingegen die Barrierefunktion der Epithelien, wenn es durch hohe Dosen Thrombin aktiviert wird.
Verlust der Barrierefunktion des vaskulären Epitheliums
Weiterhin wird die Hypoperfusion zusätzlich vermindert durch den Verlust der Barrierefunktion der Epithelien über einen Funktionsverlust des vascular endothelial cadherin, Alterationen der tight junctions, hohe Mengen an Angiopoetin 2 sowie ein Ungleichgewicht von Shingosine-1-Phosphat Rezeptor 1 (SIP1) und SIP3.
Diese ist verantwortlich für das klinisch imponierende „Leakage-Syndrom“, dem Versinken großer zugeführter Flüssigkeitsmengen mit Ausbildung von ausgeprägten Ödemen und nur unzureichender Kreislaufwirksamkeit der Flüssigkeitssubstitution.
Sauerstoffutilisationsstörung durch Mitochondrienschädigung
Schließlich kommt auf subzellulärer Ebene noch eine Mitochondrienschädigung durch oxidaten Stress hinzu, die zu einer Sauerstoffutilisationsstörung führt. Derart geschädigte Mitochondrien schütten zudem „Alarmine“ aus (DNA, Peptide).

Kardiovaskuläre Komplikationen

Die kardiovaskulären Effekte einer Infektion sind am besten für Patienten mit septischem Schock untersucht worden. Es gibt jedoch auch Daten für Patienten, die nicht einer Intensivtherapie bedurften.
Die Effekte einer Pneumonie auf das kardiovaskuläre System sind sehr vielfältig. Eine Zusammenfassung findet sich in Tab. 2. Sämtliche Effekte können einzeln oder kombiniert auftreten und haben umso größeres Gewicht, je schwerer die kardiale Vorschädigung im Rahmen der Grunderkrankung ist.
Tab. 2
Kardiovaskuläre Effekte einer Pneumonie
Ebene der Schädigung
Kommentar
Myokard
Pumpfunktionsstörung
Herzrhythmus
Rhythmusstörungen jeder Art
Koronararterien
Mögliche Instabilität und Ruptur der Plaques im Rahmen der Inflammation
Mögliche Konstriktion der Koronararterien
Lungenkreislauf
Anstieg des pulmonal-arteriellen Drucks
Gerinnung
Prokoagulatorischer Effekte
Nierenfunktion, Elektrolytbalance
Akute Nierenschädigung
Erhöhte ADH-Ausschüttung, verminderte ACE-Aktivität
Wasserretention
Vaskukläres Endothel und periphere Gefäße
Beeinträchtigte Reaktion auf NO
Effekte auf den peripheren vaskulären Widerstand (unterschiedlich)
Erhöhte Ausschüttung von Endothelin-1 sowie Adrenomedullin
Troponin-Erhöhungen sind im Rahmen der Pneumonie nicht selten, reflektieren aber nicht notwendigerweise eine Ischämie.

Herzinsuffizienz

Die Herzinsuffizienz als Komplikation der Pneumonie erklärt sich über mehrere Faktoren. Eine Pumpfunktionsstörung im Rahmen der Pneumonie wird dabei in bis zu einem Drittel der Patienten manifest, auch bei ansonsten Herzgesunden. Die verantwortlichen Mechanismen sind noch ungeklärt; in Frage kommen direkte Effekte durch Entzündungsmediatoren, aber auch vaskuläre Effekte mit entsprechenden Konsequenzen für die Vor- oder Nachlast. Pumpfunktionsstörung, Myokardischämie, Erhöhung der Nachlast in Folge des erhöhten peripher vaskulären Widerstands im Rahmen der inflammatorischen Endothelfunktionsstörung, Überwässerung im Rahmen eines Nierenversagens bzw. einer Fehlregulation des Wasserhaushalts sowie Rhythmusstörungen können sämtlich in unterschiedlicher Intensität eine Herzinsuffizienz bewirken.

Myokardischämie bzw. -infarkt

Eine Ischämie kann funktionell oder anatomisch begründet sein. Funktionell entsteht diese über eine Hypoxämie bzw. ein vermindertes Sauerstoffangebot sowie eine Sympathikusaktivierung mit Sinustachykardie oder Induktion einer Rhythmusstörung. Zudem kann eine Koronarkonstriktion über eine vaskuläre Fehlfunktion induziert werden. Anatomische Koronarischämien können über eine Instabilität und Ruptur der Plaques im Rahmen der Inflammation entstehen. Die prokoagulatorische Aktivität kann die Entstehung von Thromben auf den rupturierten Plaques begünstigen.

Rhythmusstörungen

Diese können gleichermaßen das Ergebnis oben genannter Mechanismen darstellen wie solche Mechanismen ihrerseits verstärken.

Klinische Synopsis: Was macht eine Pneumonie zu einer schweren Pneumonie ?

Die dargestellten Mechanismen der Pneumonieentstehung und -ausbreitung sowie der resultierenden Folgen lassen deutlich werden, dass grundsätzlich drei Mechanismen für den Schweregrad einer Pneumonie verantwortlich sind:
1.
das Ausmaß der akuten respiratorischen Insuffizienz im Rahmen der VA/Q-Störung sowie
 
2.
die Ausbreitung der Inflammation über die entzündete Lunge hinaus mit der Folge einer schweren Sepsis bzw. eines septischen Schocks.
 
3.
Hinzu kommt jedwede Komplikation, vor allem kardiovaskulärer Art.
 
Die akute respiratorische Insuffizienz entsteht dabei über die entzündliche Exsudation in den Alveolarraum, die Schädigung der Integrität der alveolo-kapillären Membranen sowie die Ausfüllung zuführender Bronchien mit entzündlicher Debris.
Die schwere Sepsis bzw. der septische Schock sind Ergebnis der massiven Makro- und Mikrozirkulationsstörung mit Hypotension, Hypoperfusion der Gewebe, Mikrothrombosierung des Gefäßbettes und Sauerstoffutilisationsstörung.

Weiterführende Literatur

Unterscheidet methodisch Erwerb und dauerhafte Kolonisation der oropharyngealen Flora bei Gesunden; während der Erwerb relativ häufig vorkommt (36 %), führt dies nur selten zur dauerhaften Kolonisation (6,6 %):
  • Mobbs KJ, van Saene HK, Sunderland D, Davies PD (1999) Oropharyngeal Gram-negative bacillary carriage: a survey of 120 healthy individuals. Chest 115:1570–1575
Zwei Arbeiten, die die oropharyngeale Kolonisation nach Aufnahme auf Intensivstation bzw. Hospitalisation und Behandlung einer ambulant erworbenen Pneumonie untersucht haben. Die Kolonisationsraten betrugen 45 % bzw. 38 % und waren überwiegend durch Enterobakterien bedingt:
  • Johanson WG Jr, Pierce AK, Sanford JP, Thomas GD (1972) Nosocomial respiratory infections with gram-negative bacilli. The significance of colonization of the respiratory tract. Ann Intern Med 77:701–706
  • Ortqvist A, Hammers-Berggren S, Kalin M (1990) Respiratory tract colonization and incidence of secondary infection during hospital treatment of community-acquired pneumonia. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 9:725–731
Aktuelle Übersicht über die komplexe Immunantwort bei tiefen Atemwegsinfektionen:
  • Mizgerd JP (2008) Acute lower respiratory tract infection. N Engl J Med 358:716–727
Unverändert einzige umfassende Darstellung des Themas in deutscher Sprache von einem Forschungsteam, das Wegweisendes zu diesem Thema beigetragen hat:
  • Hippenstiel S, Witzenrath M, Opitz B, Schütte H, Rosseau S, Suttorp N (2007) New aspects of the pathophysiology of pneumonia. Internist (Berl) 48:459–467
Immer noch aktuelle Übersicht zum Thema des gestörten Gasaustauschs im Rahmen der Pneumonie von einer auf diesem Gebiet weltweit führenden Arbeitsgruppe:
  • Rodriguez-Roisin R, Roca J (1996) Update '96 on pulmonary gas exchange pathophysiology in pneumonia. Semin Respir Infect 11:3–12
Exzellente Übersicht zur Pathophysiologie, Klinik und Therapie der schweren Sepsis und des septischen Schocks, mit exzellenten Abbildungen:
  • Angus DC, van der Poll T (2013) Severe sepsis and septic shock. N Engl J Med 369:840–851
Diese Untersuchung arbeitet die Zeitkorridore der Entwicklung einer schweren Sepsis im Rahmen der ambulant erworbenen Pneumonie heraus:
  • Dremsizov T, Clermont G, Kellum JA, Kalassian KG, Fine MJ, Angus DC (2006) Severe sepsis in community-acquired pneumonia: when does it happen, and do systemic inflammatory response syndrome criteria help predict course? Chest 129:968–978
Ebenfalls exzellente Übersicht zur Interaktion der Inflammation im Rahmen der Pneumonie mit dem kardiovaskulären System:
  • Corrales-Medina VF, Musher DM, Shachkina S, Chirinos JA (2013) Acute pneumonia and the cardiovascular system. Lancet 381:496–505