Wanderungsgeschwindigkeit von uropathogenen Erregern

Bei Dauerableitung von Harnmittels Splintkatheter besteht ein erhöhtes Infektionsrisiko für die betroffenen Patienten [6, 12]. Ein Anlass für eine dauerhafte künstliche Harnableitung ist die Entfernung der Harnblase und/oder dauerhafte Schädigung des Harntraktes z. B. durch einen Tumor. In diesem Fall ist eine chirurgische Maßnahme, wie die Herstellung eines Ileumconduit aus einem Dünndarmabschnitt, eine wichtige Technik, um den Harntransport zu gewährleisten. Dieses Ileumconduit ist in Deutschland mit 33–63 % und weltweit die derzeit häufigste Form der Harnableitung nach operativer Entfernung der Harnblase. In den Fällen, in denen die Anlage eines Ileumconduit nicht durchgeführt werden kann, erfolgt in den meisten Fällen die Ableitung des Harns über die Ureterhautfistel [9]. Für 10–14 Tage wird nach diesen Operationen in der Heilungsphase der Harn über Splintkatheter in einen Urinbeutel abgeführt. Diese Splintkatheter werden dann bei komplikationslosem Verlauf entfernt [2]. Bei Auftreten von Komplikationen kann dieser Zeitraum verlängert werden. Das Einlegen von Splintkathetern während der Operation ist die übliche Vorgehensweise und der Nutzen durch Studien ausreichend belegt [3]. Es ist nicht auszuschließen, dass in der Praxis die Splintkatheter länger als 10–14 Tage liegen und mit ggf. kontaminiertem Harn im Beutel in Kontakt kommen können, z. B. beim Durchstoßen der Rücklaufsperre. Außerdem werden nicht nur bei Ileumconduits, sondern auch bei anderen Formen der supravesikalen Harnableitung temporär Harnleiterschienen eingelegt. Da diese auch durch das für die Harnableitung verwendete Darmstück gezogen werden, ist eine Kontamination auch bei intakter Rücklaufsperre die Regel.

Ziel unserer In-vitro-Untersuchungen war es, die Wanderungs- bzw. Wachstumsgeschwindigkeit von klinisch relevanten Bakterien durch das harnableitende System zu untersuchen. Hiermit sollte geprüft werden, wie wahrscheinlich es ist, dass Bakterien aufgrund einer Kontamination, z. B. aus einem kontaminierten Urinbeutel oder Katheter die Niere innerhalb der Liegedauer der Splintkatheter von bis zu 14 Tagen erreichen, um dort evtl. eine Infektion auslösen zu können.

Alle Versuche wurden unter einer Reinraumwerkbank durchgeführt, um Kontaminationen über die Luft auszuschließen. Ein Vorratsgefäß wurde über die bei der Harnleiterimplantation üblichen Splintkatheter (Splints Coloplast Porges ACA107, Ch/Fr07/2.3 mm Vortek single loop ureteral stent, open renal tip drainage, Länge 90 cm), die vorher einmalig mit künstlichem Harn gespült wurden, mit einem zweiten Vorratsgefäß verbunden, in dem eine Bakteriensuspension der Testbakterien in künstlichem sterilen Harn vorgelegt wurde. Der Versuchsaufbau ist in Abb. 1 dargestellt. Die beiden Vorratsgefäße wurden in einem Brutschrank bei 36 °C, 24, 48 oder 72 h unter leichtem Schütteln bebrütet. Der künstliche Harn entsprach in seiner Zusammensetzung der DIN EN 1616:2003 [1].

Als Testbakterien wurden Escherichia coli K12 (E. coli, NCTC 10538), Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA, S. aureus, ATCC 33592) und Proteus mirabilis (P. mirabilis, ATCC 14153) verwendet. Alle Testkeime gehören zu häufigsten Erregern der unkomplizierten Harnwegsinfektionen die zu 80 % auf E.coli zurückzuführen sind [4]. Die Ausgangskeimzahlen betrugen ca. 10⁴ koloniebildende Einheiten (KBE)/ml (bei 24 und 48 h Bebrütung) bzw. 10³ KBE/ml (bei 72 h Bebrütung).

Nach 24, 48 und 72 h wurden die Splintkatheter in ganzer Länge in je 5 cm lange Abschnitte zerteilt und die Abschnitte auf Caseinpepton-Sojamehlpepon-Agar (CSA) für 24 h bei 36 °C bebrütet und anschließend die KBE ausgezählt. Als Maß für die Wanderungsstrecke diente der am weitesten vom Vorratsgefäß entfernte noch kolonisierte 5 cm Abschnitt des Splintkatheters. Jeder Versuch wurde neunmal durchgeführt. Aus den neun Versuchen wurden der arithmetische Mittelwert und die Standardabweichungen bestimmt. Die Prüfung der Mittelwerte auf statistische Unterschiede erfolgte im t‑Test.

Die Ergebnisse der Wanderungsgeschwindigkeiten für E. coli, S. aureus und P. mirabilis im Splintkatheter sind in Tab. 1 und Abb. 2 dargestellt. Die durchschnittliche Wanderungsstrecke liegt umgerechnet auf eine Stunde auf Basis der bewachsenen Strecken nach 72 h bei 0,63 cm für E. coli, 0,80 cm für S. aureus und 0,94 cm für P. mirabilis.

Der Vergleich der Wanderungsstrecken ergibt im t‑Test bei E. coli eine statistische Signifikanz im Vergleich der Daten von 48 und 72 h (p = 0,03) und bei den Daten von 24 und 72 h (p = 0,02; Tab. 2). Bei S. aureus sind die Unterschiede der Wanderungsstrecken von S. aureus 48 und 72 h signifikant (p < 0,001) und 24 und 72 h (p < 0,001). Bei P. mirabilis sind alle Datensätze statistisch signifikant unterschiedlich (24 und 48 h, p = 0,01; 48 und 72 h, p = 0,01 und 24 und 72 h, p < 0,001; Tab. 2). Nach 72 h ist nur die Wanderungsstrecke von E. coli im Vergleich zu P. mirabilis statistisch signifikant unterschiedlich (Tab. 3).

Die Ergebnisse zeigen, dass die Testbakterien P. mirabilis, S. aureus und E. coli im Splintkatheter innerhalb kurzer Zeit relativ weite Strecken wandern bzw. wachsen können. Erwartungsgemäß nimmt die Strecke mit zunehmender Zeit bei allen geprüften Bakterien zu. Die weiteste Strecke legte P. mirabilis nach 72 h zurück. Im t‑Test sind nach 72 h (Tab. 3) die Wanderungsstrecken von P. mirabilis und E. coli statistisch signifikant unterschiedlich, nicht jedoch die von P. mirabilis und S. aureus (bzw. S. aureus und E. coli). Dies spricht dafür, dass sowohl begeißelte und damit in Flüssigkeit mobile Bakterien wie P. mirabilis und E. coli als auch nicht begeißelte Bakterien wie S. aureus relativ schnell mit 0,63–0,94 cm/h durch den Splintkatheter wachsen können. Die Ergebnisse deuten jedoch auch darauf hin, dass für eine Besiedlung des Splintkatheters eine Begeißelung nicht notwendig ist und dies zumindest in unserem Versuchsaufbau nicht entscheidend für die Besiedlungsgeschwindigkeit und Wanderungsstrecke ist. Aus Tests an biologischen Systemen ist eine oftmals größere Streubreite der Messwerte trotz einer Standardisierung bekannt, die sich auch in unserem Versuchsansatz trotz der 9‑maligen Wiederholungen findet. Die Ursache hierfür ist nicht klar, doch könnten hierfür Inhomogenitäten im Kathetermaterial, die Einfluss auf das Bakterienwachstum haben, verantwortlich sein. Solche Materialinhomogenitäten können auch innerhalb einer Charge auftreten. Aufgrund der vorliegenden Daten kann dies jedoch nicht abschließend bewertet werden.

Die unterschiedlichen Wachstumsbedingungen in vitro (Bebrütung bei 36^oC) und in vivo werden oftmals als limitierender Faktor für die Übertragbarkeiten der Ergebnissen aus In-vitro-Untersuchungen in den klinischen Alltag diskutiert. In unserem Versuchsaufbau wurde er kontinuierliche Harnfluss, der beim Urostoma auftritt, nicht nachgestellt, so dass die im Versuch nachgewiesenen intraluminale Wanderungsstrecken nicht unkritisch auf den klinischen Alltag übertragen werden können. Es wurden jedoch an geschlossenen harnableitenden Systemen vergleichbare Ergebnisse erzielt [8]. Bakterien können in diesem System im Harnwegkatheter intraluminal etwa 3‑ bis 4‑mal schneller in die Harnblase wandern als extraluminal, wie frühere Untersuchungen zeigten [8, 10]: Für die Ausbreitung eines Pseudomonas-Films wurde dabei eine Wanderungsgeschwindigkeit von 1–2 cm/h entgegen dem Harnfluss nachgewiesen. Auch wenn diese Ergebnisse nicht auf unseren Versuchsansatz kritiklos übertragen werden können, stützen diese Ergebnisse jedoch unsere Interpretation, dass die fehlende Simulation des Harnflusses kein limitierender Faktor ist. Die Autoren konnten zudem zeigen, dass eine Antibiotikagabe die Wanderung der Bakterien nicht vollständig verhinderte, aber auf ca. 1/10 verringerte [8, 10]. Im vorgestellten Prüfmodell wird bei der geringsten Besiedlungsgeschwindigkeit von 0,63 cm/h bereits in etwas mehr als 3 Tagen eine Gesamtstrecke von 80 cm bewachsen. Bei einer Liegedauer der Splintkatheter von 10–14 Tagen kann davon ausgegangen werden, dass Bakterien aus dem Urostomabeutel in die Niere gelangen, wenn der Harn kontaminiert ist, da hier nur eine Strecke von <40 cm zurückgelegt werden muss.

Entwickelt sich bei Menschen mit einer solchen Urostomie eine Harnwegsinfektion, so ist die Gefahr einer aufsteigenden Infektion der Nieren besonders groß. Die chronischen Harnwegsinfektionen beim Ileumconduit werden in der Literatur mit ca. 23 % angegeben, wobei nicht klar unterschieden wird zwischen den Urostomien mit und ohne liegende Splintkatheter [2].

Eine effektive Infektionsprävention und ein schnelles Erkennen und Behandeln einer sich entwickelnden Infektion sind wichtig. Unsere Ergebnisse stützen besonders den Infektionspräventionsgedanken, der zum Grundsatz hat, jeglichen zusätzlichen vermeidbaren Keimeintrag auch in bereits keimbelastete Areale zu vermeiden. In diesem Fall das in der Praxis durchaus zu beobachtende Durchstoßen der Rücklaufsperre im Urostomiebeutel.

Bakterien können in harnableiteten Systemen bis zu 1 cm/h voranwachsen. Es muss davon ausgegangen werden, dass innerhalb der vorgesehenen Liegedauer eines Splintkatheters von 10–14 Tagen, die aufsteigenden Bakterien durch die ca. 30–40 cm langen Splintkatheter die Nieren erreichen.