Infektionskrankheiten werden von Mikroorganismen wie Bakterien, Viren, Pilzen oder Parasiten 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. Allerdings könnte der Patient stattdessen auch an Asthma oder Herzinsuffizienz leiden, was nicht durch eine Infektion verursacht wird. 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 Fällen 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 Laboruntersuchungen werden Blutproben, Urinproben, Speichelproben oder andere Körperflüssigkeiten oder -gewebe benutzt. Diese Proben können wie folgt bearbeitet werden:
Einfärben und mikroskopisch untersuchen
Kultivieren (unter Bedingungen, die das Wachstum der Mikroorganismen gewährleisten)
Auf Antikörper testen (Moleküle, die vom Immunsystem des Menschen als Reaktion auf den Erreger gebildet werden)
Auf Antigene des Erregers testen (Moleküle des Erregers, die eine Immunreaktion im Körper auslösen können)
Auf genetisches Material (wie DNA oder RNA) von Mikroorganismen testen
Es gibt keinen bestimmten Test, der jeden Mikroorganismus identifizieren kann, und Tests, die gut für einen Mikroorganismus geeignet sind, funktionieren häufig nicht gut für einen anderen. Ärzte müssen einen Test danach 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.
Wenn ein Mikroorganismus identifiziert wurde, können Ärzte Tests durchführen, die bestimmen, welche Medikamente am wirksamsten dagegen sind (Empfindlichkeitstests), sodass früher mit einer wirksamen Behandlung begonnen werden kann.
Proben für Testzwecke
Eine Probe wird von einer Körperstelle entnommen, die am ehesten die Mikroorganismen enthält, welche die vermutete Infektion auslösen. Proben können folgende Bestandteile enthalten:
Blut
Sputum
Urin
Im Stuhl
Gewebe
Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit
Schleim aus der Nase, dem Rachen oder dem Genitalbereich
Manche Proben, die zur Untersuchung eingesandt werden, wie Speichel, Stuhl und Schleim aus Nase oder dem Rachen, enthalten normalerweise viele Arten von Bakterien, die keine Krankheit verursachen. Die Ärzte müssen zwischen diesen Bakterien und denen, welche die Krankheit einer Person ausgelöst haben können, unterscheiden.
Andere Proben stammen aus Flüssigkeiten, die normalerweise keine Mikroorganismen enthalten können (die steril sind), wie Urin, Blut oder Gehirnrückenmarkflüssigkeit (die Flüssigkeit, die das Gehirn und das Rückenmark umgibt). Das Vorhandensein von Bakterien in solchen Proben ist abnormal, wenn der Bereich, aus dem die Probe entnommen wurde, zunächst mit einem Antiseptikum gereinigt wurde, um eine Kontaminierung zu verhindern.
Färbung und Untersuchung mithilfe eines Mikroskops
Manchmal können Ärzte einen Mikroorganismus identifizieren, indem sie ihn einfach unter einem Mikroskop betrachten.
Die meisten Proben werden eingefärbt. Färbemittel sind spezielle Farbstoffe, 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 und groß genug sein, um unter einem Mikroskop sichtbar zu sein. Zum Beispiel können Viren nicht unter einem Mikroskop identifiziert werden, weil sie zu klein sind.
Bei Bakterien benutzen Ärzte häufig zuerst die Gram-Färbung (ein violetter Farbstoff). Bakterien werden folgendermaßen unterteilt:
Grampositiv (sie sehen blau aus, da sie bei der Gram-Färbung violett bleiben)
Gramnegativ (sie sehen rot aus, da sie sich nicht färben)
Ärzte können manchmal anhand der Feststellung, ob ein Bakterium grampositiv oder gramnegativ ist, entscheiden, welches Antibiotikum sie verabreichen. Grampositive und gramnegative Bakterien sind tendenziell für verschiedene Antibiotikagruppen anfällig.
Zusätzlich zu Gram-Farbstoffen können auch andere Farbstoffe benutzt werden, abhängig davon, welche Mikroorganismen als Auslöser vermutet werden.
Mikroorganismenkultur
Viele Proben enthalten zu wenig Mikroorganismen, um sie unter einem Mikroskop sehen oder durch andere Tests nachweisen zu können. Darum versuchen Ärzte normalerweise, Mikroorganismen in einem Labor zu züchten (also eine Kultur anzusetzen), bis genügend vorhanden sind, um sie zu identifizieren.
Die Probe wird in eine sterile Kulturschale oder in ein Reagenzglas gegeben, die spezifische Nährstoffe enthalten, die das Wachstum von Mikroorganismen anregen. Abhängig davon, welcher Mikroorganismus als Auslöser der Infektion vermutet wird, werden unterschiedliche Nährstoffe verwendet. Häufig mischen Ärzte auch Substanzen in die Kulturschale oder das Reagenzglas, die das Wachstum solcher Mikroorganismen aufhalten, die nicht die Krankheit verursachen, die der Arzt vermutet.
Viele Mikroorganismen, wie Bakterien, die Harnweginfektionen oder eine Rachenentzündung auslösen, können problemlos in einer Kultur gezüchtet werden. Manche Bakterien, z. B. solche, die Syphilis auslösen, können überhaupt nicht kultiviert werden. Andere Bakterien wie diejenigen, die Tuberkulose verursachen, sowie auch Pilze können gezüchtet (kultiviert) werden, aber es dauert Wochen, sie zu züchten. Manche Viren können kultiviert werden, aber viele nicht.
Nachdem die Mikroorganismen kultiviert wurden, werden Tests durchgeführt, um sie zu identifizieren und ihre Anfälligkeit und Empfindlichkeit gegenüber antimikrobiellen Medikamenten zu bestimmen.
Prüfung eines Mikroorganismus auf Anfälligkeit und Empfindlichkeit gegenüber antimikrobiellen Medikamenten
Obwohl Ärzte im Allgemeinen wissen, welche antimikrobiellen Medikamente gegen die verschiedenen Mikroorganismen wirksam sind, entwickeln Mikroorganismen ständig Resistenzen gegen Medikamente, die zuvor wirksam waren. Darum wird eine Resistenzprüfung durchgeführt, um festzustellen, wie wirksam verschiedene antimikrobielle Medikamente gegen spezifische Mikroorganismen, die eine Person infizieren, sind. Diese Prüfung hilft dem Arzt dabei, zu entscheiden, welches Medikament gegen die jeweilige Infektion zu benutzen ist (siehe Wahl eines Antibiotikums).
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 heißt, ob eine kleine oder große Menge eines Medikaments benötigt wird, um einen Mikroorganismus abzutöten (Empfindlichkeitstest). Falls eine große Menge benötigt wird, um den Mikroorganismus im Labor abzutöten, benutzen Ärzte dieses Medikament normalerweise nicht.
Manchmal können genetische Tests benutzt werden, um in einem Mikroorganismus Gene zu entdecken, die Resistenz gegen bestimmte antimikrobielle Medikamente verursachen. Zum Beispiel kann das methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA) Bakterium identifiziert werden, indem auf das mecA-Gen getestet wird.
Da Resistenztests unter Laborbedingungen durchgeführt werden, stimmen die Ergebnisse nicht immer mit den Prozessen im menschlichen Körper nach der Einnahme des Medikaments überein. Bestimmte Merkmale, die die Person, die das Medikament erhält, aufweist, können einen Einfluss darauf haben, wie wirksam ein Medikament ist (siehe auch Überblick über das Ansprechen auf Arzneimittel). Hierzu zählen folgende:
Die Funktionsfähigkeit des Immunsystems der infizierten Person
Wie alt die Person ist
Vorhandensein anderer Erkrankungen
Aufnahme und Verarbeitung des Medikaments durch den Körper
Tests, die Antikörper gegen oder Antigene von Mikroorganismen nachweisen
Manche Mikroorganismen, wie z. B. die Bakterien, die Syphilis verursachen, können nicht kultiviert werden. Zwecks Diagnose solcher Infektionen können Ärzte eine Vielzahl an Tests, sogenannte immunologische Tests, anwenden. Bei diesen Tests wird Folgendes nachgewiesen:
Antikörper, vom Immunsystem des Menschen als Reaktion auf den Erreger gebildet
Antigene des Erregers (Moleküle des Erregers, die eine Immunreaktion im Körper auslösen)
Antikörpertests
Antikörpertests werden normalerweise mit einer Blutprobe der infizierten Person durchgeführt, weil Antikörper im Blut zirkulieren. Sie können aber auch mit Proben der Zerebrospinalflüssigkeit oder anderer Körperflüssigkeiten durchgeführt werden.
Antikörper sind Substanzen, die vom körpereigenen Immunsystem produziert werden, um dem Körper zu helfen, sich gegen eine Infektion zu verteidigen. Sie werden von bestimmten weißen Blutkörperchen produziert, wenn diese auf eine fremde Substanz oder Zelle stoßen. Normalerweise dauert es mehrere Tage, um den Antikörper zu bilden.
Ein Antikörper erkennt den spezifischen Fremdstoff (Antigen), der seine Bildung ausgelöst hat, und bindet daran. Darum ist jeder Antikörper einzigartig und wird jeweils gegen einen spezifischen Typ (Spezies) von Mikroorganismen hergestellt. Wenn eine Person Antikörper gegen einen spezifischen Mikroorganismus hat, bedeutet das, dass diese Person mit diesem Mikroorganismus in Kontakt war und eine Immunreaktion stattgefunden hat. Da jedoch viele Antikörper lange, nachdem eine Infektion abgeklungen ist, im Blut bleiben, bedeutet das Vorhandensein 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 um die Hälfte verdünnen, bis sie nicht mehr positiv auf Antikörper ist. Je mehr Verdünnungen benötigt werden, bis der Test negativ ist, desto mehr Antikörper sind in der Probe der infizierten Person vorhanden.
Weil es mehrere Tage bis Wochen dauert, bis das Immunsystem nachweisbare Antikörpermengen gebildet hat, kann sich auch die Diagnose einer Infektion verzögern. Antikörpertests, die kurz nach Eintreten der Krankheit durchgeführt werden, sind daher häufig negativ. Es kann daher sein, dass Ärzte eine Probe sofort entnehmen und dann mehrere Wochen später eine andere, um zu sehen, ob der Antikörperspiegel erhöht ist. Wenn die Antikörperwerte zuerst niedrig sind, nachdem eine Person erkrankt ist, spricht eine Erhöhung mehrere Wochen später dafür, dass eine aktive, aktuelle Infektion vorhanden ist (oder vor Kurzem vorhanden war und nicht schon länger her ist).
Wussten Sie ...
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Antigentests
Antigene sind Substanzen, die eine Immunreaktion im Körper auslösen können. Mikroorganismen (und alle Zellen) haben Antigene auf ihrer Oberfläche oder in ihrem Inneren. Jede Art von Mikroorganismus hat eigene, einzigartige Antigene. Daher bedeutet das Auffinden eines dieser Antigene, dass spezifische Mikroorganismen vorhanden sind. Antigentests weisen das Vorhandensein eines Mikroorganismus direkt nach, wodurch Ärzte eine Infektion schnell diagnostizieren können und nicht auf die Bildung von Antikörpern im Körper der infizierten Person als Reaktion auf diesen Mikroorganismus warten müssen. Das heißt, dass diese Tests bei Personen angewendet werden, deren Immunsystem nicht viele Antikörper bilden kann, wie zum Beispiel Menschen nach einer Knochenmarktransplantation oder mit AIDS.
Bei Antigentests wird eine Probe bei einer Person entnommen und mit einem Testantikörper des vermuteten Mikroorganismus vermischt. Sind Antigene dieses Mikroorganismus in der Probe enthalten, binden sie an den Testantikörper. Unterschiedliche Methoden können zur Erkennung der Antigen-Antikörper-Kombination verwendet werden. Ungeachtet dessen, welche Methode Anwendung findet, bedeutet das Vorhandensein des Antigens, dass der Mikroorganismus vorliegt und vermutlich eine Infektion auslöst.
Tests, die Erbmaterial in Mikroorganismen feststellen
Tests, die Erbmaterial von Mikroorganismen feststellen, werden wie folgt bezeichnet:
Tests auf Nukleinsäurebasis
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. Dieses genetische Material besteht aus Nukleinsäuren: Desoxyribonukleinsäure (DNS) und/oder Ribonukleinsäure (RNS). Ein Teil der DNA und RNA in jedem Organismus ist für diesen Organismus einzigartig. Daher bedeutet das Auffinden Teile dieser DNA oder RNA, dass spezifische Mikroorganismen vorhanden sind.
Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist ein Beispiel für diese Form von Test. Die PCR-Methode ist dazu bestimmt, eine Vielzahl an Genkopien zwecks einer einfacheren Erkennung des Mikroorganismus zu bilden.
Jeder genetische Test ist nur für einen bestimmten Mikroorganismus spezifisch. Das bedeutet, ein genetischer Test für Hepatitis C kann nur dieses und kein anderes Virus entdecken. Darum werden diese Tests nur durchgeführt, wenn Ärzte eine bestimmte Krankheit bereits vermuten.
Die meisten Tests auf Nukleinsäurebasis sind konzipiert, um das Vorhandensein eines Mikroorganismus zu identifizieren (qualitative Testung genannt). Für einige Infektionen wie HIV und Hepatitis C kann durch Tests auch die Menge des vorhandenen Erbguts des Mikroorganismus gemessen (sogenannte quantitative Testung) und dadurch ermittelt werden, wie schwer die Infektion ist. Quantitative Tests können auch dazu benutzt werden, um zu beobachten, wie gut eine Behandlung wirkt.
Tests auf Nukleinsäurebasis können manchmal 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 möglicherweise vorhandenen Resistenzgene überprüfen. Außerdem sind diese Tests sehr teuer, nicht in großem Umfang erhältlich und nur für wenige Mikroorganismen verfügbar.
Weitere Tests zur Erkennung von Mikroorganismen
Tests, die weitere bestimmte Merkmale feststellen, werden manchmal bezeichnet als
Nicht-Nukleinsäure-basierte Identifikationsmethoden
Diese Tests heißen so, da sie nicht auf der Erkennung des Erbmaterials der Mikroorganismen, dass in Nukleinsäuren (DNA und RNA) enthalten ist, basieren.
Beispielsweise kann bei diesen Tests Folgendes identifiziert werden:
Substanzen, in denen die Mikroorganismen wachsen können oder am besten in Kulturen wachsen
Von Mikroorganismen gebildete Enzyme (die die Zellinfektion oder eine schnellere Ausbreitung der Mikroorganismen ermöglichen)
Weitere Substanzen eines Mikroorganismus (z. B. Proteine oder Fettsäuren), anhand derer dieser erkannt werden kann