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Diagnose von Infektionskrankheiten

Von Kevin C. Hazen, PhD, Duke University Health System

Infektionskrankheiten werden von Mikroorganismen wie Bakterien, Viren, Pilzen und Parasiten (siehe Tabelle: Arten infektiöser Organismen) verursacht.

Ärzte vermuten eine Infektion aufgrund der Symptome einer Person, der Ergebnisse einer körperlichen Untersuchung und der Risikofaktoren. Zuerst bestätigen Ärzte, dass ein Patient eine Infektion und keine andere Art von Krankheit hat. Zum Beispiel kann ein Patient mit Husten und Atembeschwerden an einer Lungenentzündung (Lungeninfektion) erkrankt sein. Die Person könnte jedoch auch Asthma oder Herzversagen haben. Bei einem solchen Patienten kann eine Röntgenaufnahme des Brustkorbs dem Arzt helfen, eine Lungenentzündung von anderen möglichen Erkrankungen zu unterscheiden.

Nachdem Ärzte bestätigt haben, dass ein Patient eine Infektion hat, müssen sie normalerweise wissen, welcher spezifische Mikroorganismus diese Infektion verursacht hat. Viele verschiedene Mikroorganismen können eine bestimmte Infektion verursachen. Zum Beispiel kann eine Lungenentzündung von Viren, Bakterien oder in seltenen Fälle auch von Pilzen ausgelöst werden. Die Behandlung ist für jeden Mikroorganismus unterschiedlich.

Es gibt viele verschiedene Arten von Laboruntersuchungen, mit denen Mikroorganismen identifiziert werden können. Für die Laboruntersuchungen werden Blutproben, Urinproben, Speichelproben oder andere Körperflüssigkeiten oder -gewebe benutzt. Diese Proben können

  • Eingefärbt und mikroskopisch untersucht werden

  • Kultiviert werden

  • Auf Antikörper gegen den Mikroorganismus getestet werden

  • Auf genetisches Material (wie DNA oder RNA) von Mikroorganismen getestet werden

Es gibt keinen einzelnen Test, der jeden Mikroorganismus identifizieren kann und Tests, die gut für einen Mikroorganismus funktionieren, funktionieren häufig nicht gut für einen anderen. Ärzte müssen einen Test aufgrund dessen auswählen, welche Mikroorganismen ihrer Meinung nach am ehesten eine Krankheit verursacht haben. Manchmal werden mehrere verschiedene Tests durchgeführt, typischerweise in einer bestimmten Reihenfolge, die auf die Ergebnisse vorhergehender Tests basiert. Jeder Test grenzt die Möglichkeiten weiter ein. Wenn der richtige Test nicht durchgeführt wird, ist es möglich, dass Ärzte den Auslöser einer Infektion nicht identifizieren können.

Manche Proben, die zur Untersuchung eingesandt werden, wie Speichel, Stuhl und Abstriche von der Nase oder dem Rachen, enthalten normalerweise viele Arten von Bakterien, die keine Krankheit verursachen. Ärzte unterscheiden zwischen diesen Bakterien und denen, die die Krankheit einer Person ausgelöst haben können. Andere Proben kommen von Regionen, die normalerweise keine Mikroorganismen enthalten können (die steril sind), wie Blut oder Zerebrospinalflüssigkeit (die Flüssigkeit, die das Gehirn und das Rückenmark umgibt). Es ist nicht normal, Bakterien in solchen Proben zu finden.

Wenn ein Mikroorganismus identifiziert wurde, können Ärzte Tests durchführen, die bestimmen, welche Medikamente am wirksamsten dagegen sind (Anfälligkeitstests), sodass früher mit einer wirksamen Behandlung begonnen werden kann.

Färbung und Untersuchung mit Hilfe eines Mikroskops

Manchmal können Ärzte einen Mikroorganismus identifizieren, indem sie ihn einfach unter einem Mikroskop betrachten.

Die meisten Proben werden eingefärbt. Färbemittel sind spezielle Farben, die Mikroorganismen färben, was dazu führt, dass sie sich vom Hintergrund abheben. Manche Mikroorganismen haben eine charakteristische Größe, Form und Farbe nach der Einfärbung, die es dem Arzt möglich macht, sie zu identifizieren. Manche Mikroorganismen sehen jedoch gleich aus und können nicht unter einem Mikroskop unterschieden werden. Außerdem müssen genügend Mikroorganismen vorhanden sein und sie müssen groß genug sein, um unter einem Mikroskop erkannt zu werden. Zum Beispiel können Viren nicht unter einem Mikroskop identifiziert werden, weil sie zu klein sind.

Bei Bakterien benutzen Ärzte häufig zuerst Gram-Färbung (ein violetter Farbstoff). Bakterien werden als gram-positiv klassifiziert (sie sehen blau aus, weil sie ihre violette Färbung behalten) oder gram-negativ (sie sehen rot aus, weil sie die Färbung nicht behalten). Ärzte können bestimmte Behandlungsentscheidungen aufgrund dessen treffen, ob ein Bakterium gram-positiv oder gram-negativ ist. Zusätzlich zu Gram-Farbstoffen können auch andere Farbstoffe benutzt werden, abhängig davon, welche Mikroorganismen als Auslöser vermutet werden.

Kultur und Empfindlichkeitstest

Kulturen

Normalerweise enthält eine Probe zu wenig Mikroorganismen, um sie unter einem Mikroskop sehen zu können oder um durch andere Tests identifiziert zu werden. Darum versuchen Ärzte normalerweise Mikroorganismen in einem Labor zu züchten (zu kultivieren), bis genügend vorhanden sind, um sie zu identifizieren. Eine Probe wird von einer Körperstelle entnommen, die am ehesten Mikroorganismen enthält. Zu den Proben zählen Blut, Speichel, Urin, Stuhl, Gewebe, Zerebrospinalflüssigkeit und Abstriche von Schleim aus der Nase, dem Rachen oder dem Genitalbereich. Die Probe wird auf eine Schale oder in ein Reagenzglas gegeben, die spezifische Nährstoffe enthalten, die das Wachstum von Mikroorganismen anregen. Abhängig davon, welchen Mikroorganismus der Arzt vermutet, werden unterschiedliche Nährstoffe verwendet. Häufig mischen Ärzte auch Substanzen in die Schale oder das Reagenzglas, die das Wachstum von Mikroorganismen aufhalten, die nicht die Krankheit verursachen, die der Arzt vermutet.

Viele Mikroorganismen wie Bakterien, die Harnweginfektionen oder eine Halsentzündung auslösen, können problemlos in einer Kultur gezüchtet werden. Manche Bakterien wie die, die Syphilis oder die Lymekrankheit auslösen, können überhaupt nicht kultiviert werden. Andere Bakterien wie diejenigen, die Tuberkulose verursachen, können kultiviert werden, aber es dauert Wochen, sie zu züchten. Manche Viren können kultiviert werden, aber die meisten sind nicht kultivierbar. Parasiten können nicht kultiviert werden, aber sie können häufig ohne Probleme unter einem Mikroskop erkannt werden.

Empfindlichkeitstest

Obwohl Ärzte im Allgemeinen wissen, welche antimikrobiellen Medikamente wirksam gegen die verschiedenen Mikroorganismen sind, entwickeln Mikroorganismen ständig Resistenzen gegen Medikamente, die zuvor wirksam waren. Darum wird ein Empfindlichkeitstest durchgeführt, um festzustellen, wie wirksam verschiedene antimikrobielle Medikamente gegen spezifische Mikroorganismen, die eine Person infizieren, sind. Diese Testung hilft dem Arzt zu entscheiden, welches Medikament für die bestimmte Infektion einer Person zu benutzen ist (siehe auch Antibiotika : Wahl des Antibiotikum).

Für Empfindlichkeitstests werden häufig Kulturen eingesetzt. Nachdem ein Mikroorganismus in einer Kultur gezüchtet wurde, fügen Ärzte verschiedene antimikrobielle Medikamente hinzu, um zu sehen, welches die Mikroorganismen abtötet. Sie untersuchen auch, wie empfindlich der Mikroorganismus gegen das Medikament ist – das bedeutet, ob eine kleine oder große Menge eines Medikaments benötigt wird, um einen Mikroorganismus abzutöten. Falls eine große Menge benötigt wird um den Mikroorganismus im Labor abzutöten, benutzen Ärzte dieses Medikament normalerweise nicht.

Manchmal können genetische Tests (siehe Diagnose von Infektionskrankheiten: Tests, die Erbmaterial in Mikroorganismen entdecken) benutzt werden, um in einem Mikroorganismus Gene zu entdecken, die Resistenz gegen bestimmte antimikrobielle Medikamente verursachen. Zum Beispiel kann das methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) Bakterium identifiziert werden, indem auf das mecA-Gen getestet wird.

Da Empfindlichkeitstests in Laboren durchgeführt werden (anstatt im Körper einer Person), sind sie nicht völlig akkurat. Faktoren, die in Verbindung mit der Person, die das Medikament erhält, stehen, können einen Einfluss darauf haben, wie wirksam ein Medikament ist. Sie beinhalten, wie gut das Immunsystem einer Person arbeitet, wie alt die Person ist, ob die Person zusätzlich andere Krankheiten hat und wie der Körper einer Person das Medikament absorbiert und verarbeitet.

Tests, die Antikörper gegen Mikroorganismen nachweisen.

Manche Mikroorganismen wie der Humane Immundefizienzvirus (HIV) und Bakterien, die Syphilis verursachen, können nicht kultiviert werden. Um diese Infektionen zu diagnostizieren, können Ärzte Tests anwenden, die Antikörper gegen den Mikroorganismus nachweisen. Antikörpertests werden normalerweise mit einer Blutprobe der infizierten Person durchgeführt. Sie können aber auch mit Zerebrospinalflüssigkeit oder anderen Körperflüssigkeiten durchgeführt werden.

Antikörper sind Substanzen, die vom körpereigenen Immunsystem produziert werden, um dem Körper zu helfen, sich gegen eine Infektion zu verteidigen ( Erworbene Immunität : Antikörper). Sie werden von bestimmten Arten weißer Blutkörperchen produziert, wenn diese auf eine fremde Substanz oder Zelle stoßen. Normalerweise dauert es mehrere Tage, die Antikörper zu produzieren. Ein Antikörper erkennt und richtet sich gegen den spezifischen Fremdstoff, der seine Produktion ausgelöst hat. Darum ist jeder Antikörper einzigartig und für einen spezifischen Typ (Spezies) von Mikroorganismen gemacht. Wenn eine Person Antikörper gegen einen spezifischen Mikroorganismus hat, bedeutet das, dass diese Person mit diesem Mikroorganismus in Kontakt war. Da jedoch viele Antikörper lange nachdem eine Infektion sich aufgelöst hat, im Blutstrom verbleiben, bedeutet die Präsenz von Antikörpern gegen einen Mikroorganismus nicht unbedingt, dass die Person immer noch infiziert ist. Die Antikörper könnten von einer früheren Infektion stammen.

Es ist möglich, dass Ärzte auf mehrere Antikörper testen, je nachdem, welche Infektionen sie vermuten. Manchmal testen Ärzte nur, ob Antikörper vorhanden sind oder nicht. Aber normalerweise versuchen sie festzustellen, wie viele Antikörper vorhanden sind. Sie stellen die Anzahl der Antikörper fest, indem sie die Probe wiederholt in zwei Hälften diluieren, bis sie nicht mehr positiv für Antikörper ist. Je mehr Verdünnungen benötigt werden bis der Test negativ ist, desto mehr Antikörper sind vorhanden.

Da das Immunsystem mehrere Tage benötigt, um genügend Antikörper zu produzieren, um entdeckt zu werden, sind Antikörpertests, die durchgeführt werden sobald eine Person erkrankt ist, häufig negativ. Darum ist es möglich, dass Ärzte eine Probe sofort entnehmen und dann mehrere Wochen später eine andere, um zu sehen, ob sich die Antikörperwerte erhöht haben. Wenn die Antikörperwerte zuerst niedrig sind, nachdem eine Person erkrankt ist, spricht eine Erhöhung nach mehreren Wochen dafür, dass eine aktive (anstatt eine frühere) Infektion vorhanden ist. Aus diesem Grund kann es zu einer verspäteten Diagnose kommen.

Tests, die Erbmaterial in Mikroorganismen entdecken

Wenn es schwierig ist, einen Mikroorganismus zu kultivieren oder durch andere Methoden zu identifizieren, kann ein Arzt Tests durchführen, um Teile des genetischen Materials des Mikroorganismus zu identifizieren. Anders als Antikörper gegen einen Mikroorganismus, die zurückbleiben, nachdem der Mikroorganismus weg ist, ist genetisches Material nur vorhanden, wenn der Mikroorganismus vorhanden ist. Dieses genetische Material besteht aus Nukleinsäuren: Desoxyribonukleinsäure (DNA) und/oder Ribonukleinsäure (RNA). Darum werden diese Tests nukleinsäure-basierende Tests genannt. Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist ein Beispiel für diese Form von Test.

Jeder genetische Test ist nur für einen bestimmten Mikroorganismus spezifisch. Das bedeutet, ein genetischer Test für Hepatitis C kann nur diesen und keinen anderen Virus entdecken. Darum werden diese Tests nur durchgeführt, wenn Ärzte bereits den Verdacht auf eine bestimmte Krankheit haben.

Die meisten nukleinsäure-basierenden Tests sind konzipiert, um die Präsenz eines Mikroorganismus zu identifizieren (qualitative Testung genannt). Einige dieser Tests können jedoch die Menge des vorhandenen Erbgutes (quantitative Testung genannt) in bestimmten Mikroorganismen wie HIV und Hepatitis C messen und dadurch ermitteln, wie schwer die Infektion ist. Quantitative Tests können auch dazu benutzt werden, um zu beobachten, wie gut eine Behandlung wirkt.

Nukleinsäure-basierende Tests können manchmal dafür benutzt werden, um Mikroorganismen auf Gene oder Genmutationen zu untersuchen, die den Mikroorganismus resistent gegen ein Medikament machen. Diese Tests sind jedoch nicht völlig akkurat, da nicht alle Resistenzmutationen bekannt sind. Darum können diese Tests nicht alle Gene auf Resistenzen, die vorhanden sein könnten, untersuchen. Außerdem sind diese Tests sehr teuer, nicht in großem Umfang erhältlich und nur für wenige Mikroorganismen verfügbar.