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Fortbildungstag der Meteorologischen GesellschaftZweigverein Munchen, 19. Mai 2006 Ursachen und Folgen des Klimawandels
Klimawandel und Infektionskrankheiten
Prof. Dr. Thomas LöscherAbteilung für Infektions- und Tropenmedizin (AITM)
Klinikum der Universität München (LMU)Leopoldstrasse 5, 80802 München
Homepage: www.tropinst.med.uni-muenchen.de LMU
Klimawandel und Auswirkungen auf die Gesundheit:
• Hitzewellen, Zunahme von Ozonbelastung & Luftverschmutzung
• Überschwemmungen, Wasserverschmutzung
• Dürren, Wassermangel, Unter/Mangelernährung
• Begünstigung von Infektionskrankheiten
Burden of Disease
by DAYLs, 2002*(Disability adjusted life years)
Diseases DALYs
(mill.)
%
Infectious & parasitic NeuropsychiatricInjuries, violence, warCardiovascularPerinatal/maternalMalignanciesVision/hearing disordersChronic respiratoryDigestive disordersTOTAL
44519318114813475695546
1,490
3013121095543
100
* World Health Report 2004
Die wichtigsten Todesursachen 2002*
* World Health Report 2004
Weltbevölkerung 2002 Todesfälle 2002 (0,92%)
6 224 Mio.57 Mio. 100%
Herz-KreislauferkrankungenInfektionskrankheitenMalignome Unfälle, Gewalt, Krieg, Suizid chron. Atemwegserkrankungenperinatale/Schwangerschaft-KH Gastrointestinale Krankheiten Neuropsychiatrische KHDiabetes
16,7 Mio.14,9 Mio.
7,1 Mio.5,2 Mio.3,7 Mio.3,0 Mio.2,0 Mio.1,1 Mio.1,0 Mio.
29%26%12%
9%6%5%3%2%2%
Todesursachen in Industrieländern und in Entwicklungsländern, 2000
Infektions-krankheiten
Herz/Kreislauf-erkrankungen
Tumoren
Erkrankungen der Atemwege
Peri / neonatale Ursachen
Maternale UrsachenSonstigeUrsachen
43
24
9
5
9
1
9
500 10 20 30 40Prozent
ENTWICKLUNGSLÄNDER(inklusive die am wenigsten entwickelten Länder)
50
1
46
21
8
1
< 1
24
01020304050
Prozent
INDUSTRIELÄNDER(inklusive Schwellenländer)
(WHO, World Health Report 2001) Ludwig Maximilians Universität München
Abteilung fürInfektions- und Tropenmedizin
The Big Five• Pneumonia• AIDS• Diarrhea• Tb• Malaria
Epidemiology of Important Infectious Diseases
WHO estimates for 2002 (in millions)*Deaths Cases Infected
Respiratory infectionsHIV/AIDSDiarrheal diseasesTuberculosisMalaria
4.02.81.81.61.3
>1000 3.5
100070-80
300-500
-36-
1.700-
- Total 11.5 (77% of all infectious causes)
Total deaths in 2002Due to infectious diseases
approx. 57 million approx. 15 million (26%)
* World Health Report 2004
Übertragungszyklen von Infektionskrankheiten
Anthroponosen:
Direkte Übertragung
Mensch
Mensch
Zoonosen:Tier
Mensch
Tier
Indirekte Übertragung
Mensch
MenschVektor/Vehikel
Tier
Mensch
Tier
Vektor/Vehikel
Vektor/Vehikel Vektor/Vehikel
Krankheitsgruppe Beispiele epidemiologische Faktoren (Klima-abhängig)
Direkt übertragbare Anthroponosen
HIV, Influenza, Polio, Tb, Syphilis
sozioökonomische Faktoren, Verhalten, Migration, Hygiene u.a.
Direkt übertragbare Zoonosen
Tollwut, SARS, Hantaviren, Lassa- fieber, Brucellose
Verbreitung des zoonotischen Reservoirs, Mensch -Tier Kontakt
Indirekt übertragene Zoonosen
Gelbfieber, FSME Lyme-Borreliose, West-Nil-Fieber
Vektorverbreitung, Entwicklung der Erreger im Vektor, Verbreitung des zoonotischen Reservoirs, Mensch -Tier Kontakt
Indirekt übertragene Anthroponosen
durch Vektoren: Malaria, Dengue-fieber, Filariosen
Vektorverbreitung, Entwicklung der Erreger im Vektor
andere Vehikel: Cholera, Ruhr, Bilharziose
Wasser/Nahrungs-Hygiene, Flut/Naturkatastrophen, Verbreitung von Zwischenwirten
Obligate und fakultative Tropenkrankheiten (Beispiele)
Tropenspezifisch (obligat) - aufgrund klimatischer und öko-
logischer Bedingungen auf tropische (und subtropische) Regionen begrenzt
• Malaria tropica• Gelbfieber• Denguefieber• Bilharziose• Filariosen• Schlafkrankheit
Tropentypisch (fakultativ) - aufgrund sozioökonomischer
Bedingungen heute bevorzugt in Entwicklungsländern des Südens verbreitet
• AIDS• Tuberkulose • Hepatitis B• Cholera• Typhus• Lepra
Malariaerreger und -erkrankungen des Menschen
ERREGER ERKRANKUNG
Plasmodium falciparum Malaria tropica
Plasmodium vivaxPlasmodium ovale
Malaria tertiana
Plasmodium malariae Malaria quartana
Singh et al., Lancet 2004: 58% of Cases diagnosed as P. malariae in Malaysian Borneo are Plasmodium knowlesi, by SS rRNA PCR
Malaria - Zyklus (Schema)
Sexuelle Vermehrungund Sporogonie
Gamogonie
Exoerythrozytäre (intra- hepatische) Schizogonie
Erythrozytäre Schizogonie
Sporozoiten
Hypnozoiten
Gametozyten
Trophozoiten
Schizonten
Merozoiten
Oozyste
Ookinet Zygote
Sporozoiten
Löscher T: Malaria, In: Innere Medizin (Hrsg.: Zöllner N, Springer 1996)
Malaria: Vektor
• Mücken sind nicht nur Vektor (Überträger) sondern auch Wirt: sexuelle Vermehrung (dauert mind. 1 Woche) *
• Keine Entwicklung unter 16°C (P. falciparum: 21°C) und über 33°C sowie über 2000m NN
• Anopheliden benötigen ruhiges, sauberes Wasser zum Brüten + ausreichende Luftfeuchtigkeit
Übertragung von Plasmodien durch weibliche Anophelesmücken(ca. 400 verschiedene Spezies, davon ca. 80 als Vektoren bedeutsam)
* extrinsische Inkubationszeit
Geographic Distribution of Malaria in the Midnineteenth Century(malarious areas dotted)
from: Wernsdorfer WH, The Importance of Malaria in the World, In: Malaria (Ed.: JP Kreier) Academic Press 1980
• 300-500 Millionen Erkrankungsfälle pro Jahr (> 60% M. tropica)• 1-2 Millionen Todesfälle (bes. Kinder im subsaharischen Afrika)• > 12.000 nach Europa importierte Fälle pro Jahr
Malaria in 2006
Geograpische Verbreitung der Malaria
• 1900 - 2002: Rückgang der Fläche der Risikogebiete von 53% auf 27% der Landfläche
• Rückgang/Ausrottung in gemässigten & subtropischen Zonen durch:– Änderung landwirtschftl. Praktiken (Trockenlegung von Feuchtgebieten)– Trennung von Mensch & Nutztieren (z.B. A. atroparvus: zoophiler Vektor)– Mückenbekämpfung (Brutplatzsanierung, DDT)– bessere Gesundheitsversorgung, Fallfindung + Behandlung– instabile Übertragung (saisonal), weniger kompetente Vektoren
Beginn der Anti-Malaria-Kampagnen in Italien 1920 • Entwässerung (Drainage) und
Trockenlegung von Sümpfen & Feuchtgebieten
• Aufklärung & Moskitoschutz
• Moskitobekämpfung – Larvenvernichtung– Ab 1947 DDT-Einsatz
• Aktive Fallsuche + Therapie– Chinin– ab 1948 Chloroquin
• Eradikation 1962
Current Distribution of some Medically Important Anopheles Mosquitoes in Europe
A. maculipennis A. atroparvus
A. sacharovi A. plumbeus
Distribution of malaria cases by years in Turkey , 1925-2003
seit 1972 nur P. vivax
A.sacharovi-Resistenz
Arbeitsmigration undA.sacharovi-Zunahme
GAP-Projekt*
* GAP: South-eastern Anatolia Irrigation Project
Malaria tertiana in der Türkei(gemeldete Fälle)
Jahr Fälle1990 8.6751991 12.2131992 18.6651993 47.2061994 84.3211995 81.7541996 60.6341997 35.3761998 36.7801999 20.9052000 11.3812001 10.8122002 10.2242003 9.1822004 5.2522005 2.036
15 Mill. Einwohner in Endemiegebieten (2005)
Meldezahlen autochthoner Malariafälle in Länder der WHO Europa Region (meist P. vivax)
1990 1995 1996 1998 2000 2002 2005
Armenien 0 0 149 542 56 8 3
Aserbaidschan 24 27 13.135 5.175 1.526 505 242
Georgien 0 0 0 14 244 473 154
Kasachstan 0 1 1 4 7 0 0
Kirgisistan 0 0 1 5 7 2.712 226
Russland 7 0 10 63 42 139 40
Tadchikistan* 175 404 16.561 19.531 19.064 6.160 2.308
Turkmenistan 0 5 3 115 18 15 1
Usbekistan 3 0 0 0 46 11 64
* in Tadschikistan ca. 25% P. falciparum
WHO-Schätzung: 300.000- 400.000 Fälle pro Jahr
Ursachen für die Wiederzunahme der Malaria
Krisen (politisch, miltärisch und/oder ökonomisch) – Exponierte Populationen, Migration – Nachlassende/fehlende Kontrollmaßnahmen– Fehlende epidemiologische Überwachung – Begünstigung des Vektors (man-made breeding sites)
Ökologische Einflüsse (z.B. Wasserprojekte) Resistenzentwicklung (Erreger, Vektor) Klimatische Einflüsse
kurzfristige Änderungen (Niederschlag, Temperatur)? Globale Erwärmung
Satelittenbilder Mosambik
1. März 2000 22. August 1999
2000 Flutkatastrophe & Malaria in Mosambik(Gesamtbevölkerung ca. 18 Mill.)
1998 1999 2000 2001 2002
gemeldete Malariafälle(in Mio.)
1,9 2,3 3,3 3,2 1,9
gemeldete Malaria- Todesfälle
896 1189 1371 4700 1910
Zahl der wöchentlich diagnostizierten Malaria- Patienten im Gesundheits- zentrum Chókwè, Gaza Province, Mosambik (Hashizume et al. Public Health 2006)
Effekte von Temperaturerhöhung auf Vektor (Moskito), Erreger und
ÜbertragungStechmücke Erreger (im
Moskito)Übertragung erhöht durch
verkürzte Entwicklungszeit von Larve und Puppe,verkürzter gonotrophischer Zyklus -> häufigere Eiablage,höhere Stechfrequenz
schnellere Replikation, verkürzte extrinsische Inkubationszeit
Übertragung verringert durch
Verkürzte Lebensdauer verlangsamte Replikation bei sehr hohen Temperaturen (>33°C)
Sporozoiten von P. falciparumAnopheles gambiae complex
Zusammenhang zwischen
Umgebungstemperatur und extrinsischer InkubationszeitErreger Temperat
urExtrinsische Inkubationszeit
Plasmodium vivax 18°C30°C
28 Tage7 Tage
Plasmodium falciparum
18°C30°C
>55 Tage 8 Tage
Ebert et al., 2005
Plasmodium falciparum im Blutausstrich
Zunahme der weltweiten Malariaprävalenz• Zunächst erfolgreiche Eradikationskampagne 1955-1969 (WHO)
– z.B. Indien, Sri Lanka, Lateinamerika, Südostasien
• Wiederzunahme in den meisten Verbreitungsgebieten– Nachlassen der Bekämpfung (Armut, politische Instabilität)– Resistenzentwicklung bei Vektor (DDT u.a.) und Erregern– Bevölkerungswachstum
• derzeit ca. 3 Mio. Menschen ‚at risk‘ (48% der Weltbevölkerung)– Prävalenz ca. 350 Mio. klinische Fälle pro Jahr (2005)– Prognosen für 2050:
• 750-1100 Mio. Fälle/Jahr (Bevölkerungswachstum in Endemiegeb.)
• 200-400 Mio./Jahr zusätzlich durch Erwärmung um 1,6°C• Erhöhung der Todesfälle von 1,3 auf 3-4 Mio./Jahr
Potential transmission of P.falciparum malariausing a modified MIASMA model for an ‚unmitigated emissions‘ scenario The Hadley Centre, 2005
Baseline climate conditions (1961-1990)
Climate scenario for the 2050s
Changes in potential transmission using geographic distribution of 18 mosquito species capable of transmitting malaria, and their response to temperature & humidity
.
.
endemische Länder (autoch- thone Fälle in den letzten 5 J.) epidem. Ausbrüche seit 1997(Auswahl)
.
.
.
.
.
..
.
.
..
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Dengue-Fieber 2005Dengue-Fieber 2005
.
Hawaii2001
Osterinseln2002 Rio
2001
Texas1999
Queensland2001
> 50 Mill. Erkrankungen/Jahr> 50 Mill. Erkrankungen/Jahr> 25.000 Todesfälle/Jahr> 25.000 Todesfälle/Jahr LMULudwig –––––
Maximilians – Universität –– Abt. für Infektions- München –––– und Tropenmedizin
Dengue-Virus (DEN)■ Flavivirus (YF, JE, TBE
u.a., 40-60 nm)
■ Einzelstrang RNA-Virus (10-11 kB)
■ 4 versch. Serotypen (DEN 1-4)
■ akute fieberhafte KH■ Muskel/Gelenkschmerzen■ Blutungen (DHF), Schock
■ Vektor: Aedes-Moskitos
LMULudwig –––––Maximilians – Universität –– Abt. für Infektions- München –––– und Tropenmedizin
Reife Dengue-2 Viruspartikel in Gewebekultur (5. Tag; Elmi, x123.000)
Hauptvektor: Ae. aegyptiZunehmend: Ae. albopictus regional: Ae. polynesiensis
• tagaktiv, bevorzugt Schatten• sticht bes. morgens und am
späteren Nachmittag• anthropophil, brütet bevorzugt
peridomestisch • Eiablage & Larvenentwick-
lung bes. in kleinen, sauberen Wasseransammlungen – z. B. Regenpfützen, Planzen,
Wasserbehälter, Altreifen
Aedes aegypti LMULudwig –––––
Maximilians – Universität –– Abt. für Infektions- München –––– und Tropenmedizin
Potenzielles Infestationsgebiet von Aedes aegypti(ohne die Auswirkungen von Klimaveränderungen)
Wochen im Jahr, in denen urbane Ae.aegypti-Populationen die kritische Vektordichte (mt >1) erreichen könnten (Jetten et al. AJTMH 1997)
ORT LAND Höhe über NN
Wochen in denen mt>1 bei Temperaturerhöhung
um0°C 2°C 4°C
Bangkok Thailand 2 53 53 53Shanghai VR China 5 19 22 26Kapstadt Südafrika 17 7 17 24Rom Italien 46 16 20 24New York USA 13 13 17 19Athen Griechenlan
d107 21 25 28
Belgrad Serbien 132 11 20 20Nairobi Kenia 1798 0 7 36Mexiko City
Mexiko 2485 0 6 26
Aedes albopictus (Asian Tiger Mosquito)
Glücksbambus
Export der asiatischen Tigermoskitos aus Indonesien über Altreifen und Pflanzen
Ausbreitung von Aedes albopictus in Italien seit dem ersten Fund, Sept 1991 (Veneto)
Romi R, Ann Ist Super Sanita. 2001
2000: Ausbreitung in 30 Provinzen in 9 Regionen
Chikungunya +Aedes albopictus
• Seit 1/2005 gehäufte fieberhafte KH auf den Komoren (V.a. Dengue)
• ProMed 5.4.05: Alphavirus (CHIK) nachgewiesen (USA)
• 19.5.05: Fälle auf Mauritius und Reunion
• 3.2.06: Seychellen
• Seit Januar 06: allein auf Reunion >250.000 Fälle, 215 Todesfälle gemeldet
• Importe nach Europa(F, D, CH, B, I, GB, NL)
ChikungunyaBantu: „sich zusammenkrümmen“
• Alphavirus (ss RNA virus, Tansania 1952 ), Reservoir: Affen
• Vektor: Aedes albopictus und Ae. aegypti (u.a. Moskitos)
• Inkubation 2-4 (max. 12) Tage, hohes Fieber, Schüttelfrost, schwere Arthralgien + Myalgien, Exanthem (<50%)
• In 10-30% über Wochen-Monate persist. Arthralgien
• Komplikationen: Blutungen, Hirn- u. Herzmuskelentzündungen, Nierenversagen, diaplazentare Übertragung
• Diagnose: PCR, Serologie, Virusanzucht (Zellkultur)
• Therapie: symptomatisch, NSAIDs (z.B. Diclofenac)
• Prophylaxe: Mückenschutz (Aedes: tagaktiv !)
Aktueller Stand: ca. 400.00 Erkrankungen in 7 Ländern
Reunion:> 250.000
Indien:> 150.000
Chikungunya-Virus Risko der autochthonen Verbreitung in Europe ?
• Pros:– Importe durch virämische Reisende in Europa– Vektoren kommen in einigen Gebieten Europas vor– Klimaänderung, globale Erwärmung ?
• Cons: – Niedrige Vektordichte – Vektor Kompetenz ?– Klima / Jahreszeit: extrinsische Inkubation ?– kein Tiereservoir (Asien ?)
ECDC, Stockholm 2006
New York, August 1999
Meldung von 2 Enzephalitis-Fällen in Queens (New York City Depart. Health)
Identifikation eines Clusters von 6 Fällen in Queens
serologisch V.a. St.Louis Enzephalitis (Arbovirose)- Mückenbekämpfung (Insektizide)
Juli/August: vermehrtes Vogelsterben in New York - bes. Krähen- im Bronx Zoo: 1 Kormoran, 2 Flamingos, 1 Pfau
bis zum 23. September– Untersuchung der Vogelhirne im CDC (PCR, Sequenzierung)
– Isolierung eines Virus mit ca. 98% Homologie zum West Nil Virus (WN, Arbovirus)
– Nachweis von WN-like Virus bei Enzephalitis-Patienten
bis zum 28. September– 17 bestätigte und 20 wahrscheinliche WN-like Enzephalitis-Fälle
beim Menschen (Alter 15-87 J.)
– 4 Todesfälle (Alter 68-87 J.)
– New York City (25 Fälle), Westchester (8), Nassau (4)
gemeldete Fallzahlen: Fälle Todesf. Staaten
1999/2000: 83 9 3 2001: 149 18 10 2002: 4.156 284 42 2003: 9.862 264 45 2004: 2.539 100 45 2005: 3.001 119 44
West Nile Virus Ausbreitung USA
• August 1999: erste Fälle in NewYork
• Import wahrscheinlich durch infizierte Vögel
• Lokale Transmission durch Culex-Moskitos
• Verbreitung durch Vögel (> 110 Arten)
West Nile Fieber
• WNV erstmals isoliert in Uganda (1937)
• Endemisch in Afrika, naher Osten (z.B. Israel), mittlerer Osten, West- und Zentralasien
• Epidemien, z.B. in Rumänien (1996), Tschechien (1997), Russland (1999 und 2005)
• Epizootien bei Pferden, z.B. in Italien (1998) und Frankreich (2000)
Culex pipiens
Verbreitung von Culex pipiens in Europa
West Nile Virus • Ausbreitung nach Kanada und Mexiko
• Importfälle in Frankreich, Holland, Deutschland und Tschechien (ex USA) und Dänemark (ex Kanada),
• Übertragungen durch Transfusion, Transplantation, Nadelstichverletzungen, diaplazentar und Stillen – PCR-Testung von Blutspenden in den USA
– in Europa 4-wöchiger Spendenausschluss nach USA-Reisen (in D: Juni-November)
Beispiel weiterer Infektionskrankheiten mit mögl. Begünstigung durch
KlimawandelErkrankung Vektor,
VehikelKlimawandel
Schistosomiasis (Bilharziose)
Zwischenwirts-Schnecken
Ausbreitung in subtropische Gewässer (z.B. Südeuropa)
Leishmaniosen Schmetterlings-mücken
Ausbreitung in gemässigte Zonen (z.B. Mitteleuropa)
Lyme-Borreliose, FSME
Ixodes-Zecken Nord-Verschiebung der Endemiegebiete (kühlere Geb.)
Zeckenbissfieber-Rickettsiosen
versch. Zecken (Rhipicephalus u.a.)
Ausbreitung in gemässigte Zonen (z.B. Mitteleuropa)
Hantavirus (HPS) Urin von Wüsten-nagern (Aerosol)
Explosionsartige Vermehrung nach ausgedehnten Regenfällen
Cholera Wasser, Nahrung
epidem. Ausbrüche nach Überschwemmungen
Estimated Mortality (000s) attributable to Climate Change in the Year 2000, by Cause and Subregion (Ezatti et al. WHO 2004)
Pathways through which climate change may affect health
Adapted from Patz et al. 2000
Zusammenfassung
• Einfluss der globalen Erwärmung - am ehesten auf Vektor-übertragene Infektionen- z.T. auch auf Wasser & Nahrungs-übertragene Infektionen und Zoonosen (Tierreservoire)
• Veränderungen der Epidemiologie sind besonders in und am Rande bisheriger Verbreitungsgebiete zu erwarten– Ausdehnung der Endemiegebiete, Verlängerung der Übertragungssaison,
Ausdehnung in höher gelegene Gebiete, Begünstigung epidemischer Ausbrüche
• Die Industrieländern sind ….– zwar die Hauptverursacher des menschlichen Anteils am Klimawandel– aber nicht die Hauptträger der gesundheitlichen Folgen
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