Fortbildungstag der Meteorologischen GesellschaftZweigverein Munchen, 19. Mai 2006

Ursachen und Folgen des Klimawandels

Klimawandel und Infektionskrankheiten

Prof. Dr. Thomas Löscher

Abteilung 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 disorders

TOTAL

445193181148134

75695546

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 Ursachen

SonstigeUrsachen

43

24

9

5

9

1

9

500 10 20 30 40

Prozent

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

Mensch

Vektor/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 Fälle

1990 8.675

1991 12.213

1992 18.665

1993 47.206

1994 84.321

1995 81.754

1996 60.634

1997 35.376

1998 36.780

1999 20.905

2000 11.381

2001 10.812

2002 10.224

2003 9.182

2004 5.252

2005 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 Inkubationszeit

Erreger Temperatur

Extrinsische 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)

.

.

.

.

.

..

.

.

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.

.

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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

um

0°C 2°C 4°C

Bangkok Thailand 2 53 53 53

Shanghai VR China 5 19 22 26

Kapstadt Südafrika 17 7 17 24

Rom Italien 46 16 20 24

New York USA 13 13 17 19

Athen Griechenland

107 21 25 28

Belgrad Serbien 132 11 20 20

Nairobi Kenia 1798 0 7 36

Mexiko 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