Archiv fiir klinische u. experimentelle Dermatologie 232, 350--358 (1968)

Zur Okologie yon Staphylococcus aureus auf der menschlichen Hautoberfliiche

I I I . S t a p h y l o c o c c u s a u r e u s n a c h k i i n s t l i c h e r V e r i m p f u n g

a u f die n o r m a l e H a u t o b e r f l a c h e d e r U n t e r a r m b e u g e s e i t e

u n d a n d e r e r K ( i r p e r r e g i o n e n

EVA M~LLw~

Dermatologische Klinik und Poliklinik der Universit~t Mfinchen (Direktor: Profi Dr. Dr. A. MARC~IO~I~Ir

Eingegangen am 28. M~rz 1968

Ecology o/ Staphylococcus aureus on the H u m a n Sk in Sur/ace. I I I . Staphylococcus aureus, Artificially Inoculated upon the Normal Skin Sur]ace

o/the Forearm and other Regions o/the Body Summary. 1. After inoculating the normal skin of the/orearm with Staphylo-

coccus aureus there is under permeable covering first a very pronounced reduction in the bacterial counts. Then the reduction is continuing more slowly. 1--3 days after- wards the inoculated microbes are no more viable, at the most in a very low count. Under impermeable covering after a latent period of at least 12 hours about 50~ of the exposed persons showed a steadily continuing increase of Staphylococcus aureus, while the remaining group shows a slowly continuing reduction. The reasons for this divergent reactions are unknown.

2. Comparative experiments on regions with anatomically and functionally di]/erent conditions [vola manus, flexor aspect of the forearm, bend of the elbow, arm-pit, posterior aspect of the back (interscapular region)] show that the pH of the skin surface is not the only decisive factor for the elimination or multiplication of Staphylococcus aureus.

Zusammen/assung. 1. Bei kfinstlieher Einsaat kleiner Keimzahlen yon Staphylo- coccus aureus auf die normale Unterarmhaut resultiert unter permeabler Abdeckung zunEchst ein starker ausgeprEgter Abfall der Keimzahlen. Dann schreitet die Ver- minderung langsamer kontinuierlich fort, so dab nach 1--3 Tagen der Testkeim nicht mehr oder allenfalls in sehr geringer Zahl nachweisbar ist. Unter Uhrglas- abdeckung kommt es etwa bei 50~ der Probanden nach einer mindestens halb- t~gigen Latenz zur fortschreitenden Vermehrung des Testkeimes, bei den restlichen Probanden erfolgt langsame Elimination des Testkeims. Die Griinde fiir dieses unterschiedliche Verhalten sind nicht bekannt.

2. Vergleichende Untersuchungen an K6rperregionen mit anatomisch und funktio- nell unterschiedlicher Hautbescha//enheit (HandinnenflEche, Unterarmbeugeseite, Ellenbeuge, Achselh6hle, hintere SchweiBrinne) zeigen, dab die Wasserstoffionen- konzentration der Hautoberfliiche nicht den allein ausschlaggebenden Faktor fiir die Elimination bzw. Vermehrungsfiihigkeit des Staphylococcus aureus darstellt.

Zur Okologie yon Staphylococcus aureus. I I I 351

Naeh der in der II . Mitteilung beschriebenen Methodik wurde zu- n~ehst untersueht das zahlenm/~gige Verhalten yon kiinstlieh auf die ttautoberfl/iehe aufgeimpftem Staphylococcus aureus 1

1. an der Unterarmbeugeseite, a)bei permeabler Bedeekung, b) in feuehter Kammer,

2. an untersehiedliehen KSrperregionen.

Ergebnisse

1. Verhalten an der Unterarmbeugeseite

a) Permeable Bedeckung (Unterarmbeugeseite, Bedeckung mit ge- w51btem Drahtgitter, feingewebtem Leinen und rahmenfSrmiger Pflasterfixierung). Unter diesen Bedingungen wurden die Keimzahlen yon Staphyloceocus aureus bei fiber 50 Personen gepr/ift. Die Ergebnisse sind als Wiedergewinnungsquotient ~ (= Endkeimzahl: Einsaatdosis) angegeben und, _in Dezimalklassen zusammengefal~t, _in Tab. 1 wieder- gegeben. Durchsehnittlieh konnten 5 rain naeh Appl_ikation auf die

Tabelle 1. Wiedergewinnung /i~r St. aureus yon normaler Haut der Unterarmbeuge- seite bei permeabler Bedeclcung. Wq. --Endlceimzahl : Einsaatdosis. HShe des Ino-

culums zwi~'chen 200 und 500 Keimen ]e Versuchs/eld yon ca. 2 cm 2

Wq. Zeit nach Einsaat

5 min 2 Std 5 Std 24 Std 48 Std 48 Std

0,101--1,0 27 17 9 5 1

0,011 0,100 1 1 10 5 1

0,001--0,010 14 7 4

0,000 (d. h. Testkeim nicht mehr nach- weisbar) 5 7 9

Zahl Vp. total 27 18 10 34 20 14

Wq.-Mittelwerte 0,49 0,38 0,38 0,052 0,015 0,003

Haut noeh 50~ der Testkeime nachgewiesen werden, naeh 2 und 5 Std um 400/0, naeh 24 Std 50/0, nach 48 Std um 1~ und naeh 72 Std weniger als 1~ VSllig fehlende Nachweisbarkeit des Testkeims bestand nach 24 Std bei 5 yon 35 Vp., nach 48 Std bei 7 von 20 und naeh 72 Std bei 9 yon 14 Vp. ; bei den restlichen 5 der 14 Vp. konnten naeh 72 Std jeweils nur mehr einzelne Kolonien angezfichtet werden.

1 Im folgenden a]s St. aureus abgekiirz~. 2 Im folgenden als Wq. abgekfirzt.

352 E. Mi)LLER :

Bei ki~nstlicher Einsaat von St. aureus au/ die normale Unterarmhaut in einer den Bedingungen der An]lugkeime angengiherten Gr6fienordnung ist der Testkeim unter weitgehend physiologischen Belassung~'bedingungen nach 1 - - 3 Tagen nicht mehr oder nu t noch in 5uflerst geringer Zahl nach- weisbar.

b) Feuchte Kammer (Unterarmbeugesei te , Uhrg la sabdeekung mi t Plas t ikpf las ter ) . Un te r diesen Bedingungen, d . i . bei wei tgehend ver- h inder te r Verduns tung der Persph 'a t io insensibilis, wurden die Ke im- zahlen yon St. aureus bei ann~thernd 70 Vp. verfolgt . Die Ergebnisse s ind als Wq. angegeben und, in Dezimalklassen zusammengefaBt , in Tab. 2 wiedergegeben. Trotz der ve rh inder ten Aus t rocknung is t bei

Tabelle 2. Wiedergewinnungswerte /~r St. aureus yon normaler Haut der Unterarm- beugeseite bei /euchter Kammer (Uhrglasbedeckung). Wq. = Endkeimzahl : Einsaat- dosis. HShe des Inoculums zwischen 200 und 500 Keimen ]e Versuchs/eld von ca. 2 cm 2

Wq. Zeit nach Einsaat

5 rain 2 Std 5 Std 12 Std 18Std 24Std 48Std 72Std

1000,01 - - 10 000,0 1

100,01-- 1000,0 3 2 5

10,01 - - 100,0 6 3 2

1 ,01 - - 10,0 11 1 1

0,101--1,0 37 15 13 5 2 12 1

0,010--0,100 1 3 3

0,000 (d. h. Test- keim nicht mehr nachweisbar) 2 i 22 5 9

Zahl Vp. total 37 15 14 7 6 57 11 19

Wq.-Mittelwerte 0,55 0,59 0,41 0,39 0,12

a Sinngem~i3 berechnet lediglich fiir diejenigen Testkeim iiberhaupt noch n~chweisbar war.

29,8~ 235,8~ 605,5 ~ 0,0 0,0 0,0

(22/57 (5/11 (9/19 Vp.) Vp.) Vp.)

Probanden, bei denen der

einem Teil der P robanden der Tes tke im nicht mehr nachweisbar . Dies war der Fa l l nach 12 S td bei 2 yon 7 Vp., nach 18 S td bei 1 yon 6 Vp., nach 24 S td bei 22 von 57 Vp., nach 48 S td bei 5 yon 11 Vp. und nach 72 S td bei 9 yon 19 un te r such ten Personen. Diese P r o b a n d e n sind AngehSrige des einen yon 2 Kollelctiven, in welche sieh alas un te r sueh te Personengut bezfiglich der Sp~itabimp]ungen (24--72 Std) aufspa l te t . U m dies exak te r zu demonst r ie ren , s ind in Tab. 3 die Einze lwer te der-

Zur Okologie yon Staphylococcus aureus. I I I 353

Tabelle 3. St. aureus au/ normaler Hautober/liiche (Uhrglasverband). Wq.-Werte der- ]enigen Probanden, bei deneu fleichzeitig unter identischen Bedingungen mehrere Versuchs]elder /fir unterschiedliche Belassungszelt beimp[t worden waren, so daft sich

individuell der Verlau/ der Endkeimzahlen ver]olgen lgfit

W.-Quotient (= Endkeimzahl : Ausgangskeimzahl)

5 rain 5 Std 12 Std 18 Std 24 Std 48 Std 72 Std

nach der Einsaat

Vp. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3O 31 32 33 34 35

0,59 0.33 0,52 0,22 0,72 0,42 0,83 1,06 0,60 0,51 0,74 0,88 0,63 0,71 0,59 0,83 0,37 0,53 0,89 0,16 0,02 0,52 0,28 0,28 0,16

0,33 0,77 0,20 0,62 0,31 0,49

0,16 0,00 0,00 0,63 0,22 0,76 0,96

0,08 0,00 0,02 0,28 0,09 0,26

26,50 0,05 2,23 1,80

292,00 0,00 0,00 0,00 0,18

0,03 0,19 O,O0 4,70

21,60 0,00 8,15 2,53 0,00 0,00 0,00

410,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,19 0,0O 0,00

21,00 42,00 37,80 113,40 0,06 0,00 8,15 4,90 4,03 9,10 0,00 0,00

0,00 0,00

940,00 740,00 25,30 172,00 15,80 6,70 35,70 727,00

7,00 6,30 30,00 292,00

jenigen Vp. aufgeffihrt, bei denen unter identischen Bedingungen gleichzeitig 3 oder 4 Versuchsfelder ffir unterschiedliche Belassungs- dauer angelegt worden waren, so dab individuell der zeitliehe Verlauf der Keimzahlkurve zumindest ffir 3 oder 4 Interval le fiberbliekt werden kalm.

354 E.M~LLER:

Dem ersterwgihnten Kollel~tiv, bei dem es nach 1--3 Tagen zur v511igen oder weitgehenden Eliminierung des Testkeims kommt, geh5ren die Probanden Nr. 9, 13--21, 24, 27--29 an.

Beim zweiten Kollektiv weisen die 24 Std-Werte gegeniiber den kiirzeren Belassungszeiten eine Vermehrung auf, die sich w~hrend des 2. und 3. Tages meist noch welter fortsetzt. In Einzelf~llen hiervon quantitativ geringfiigig abweichendes Verhalten erkli~rt sich aus der Schwankungsbreite der Methodik. Durchachnittlich betrhgt der Wq. ]iir das zweite KollJctiv nach 24 Std 29,8, naeh 48 Std 235,8 und nach 72 Std 605,5 (siehe viertletzte Zeile der Tab. 2).

Von den Einzelf~llen mit besonders starker Vermehrung ]iel3 sich anamnestisch bei einem eine gewisse ]Jberbe~nspruchung der I taut dutch sehr h~ufige, 1 Std und l~nger ausgedehnte heil3e B~der bei Nei- gung zu Intertrigo ohne seborrhoischen Haut typus eruieren. Eine Wiederholungsuntersuchung bei diesem und einem anderen Probanden naeh 6 Monaten ergab erneut auffallend hohe Endkeimzahlen. Da jedoch auch gegens~tzliches Verhalten beobaehtet wurde, ist mit der Wahl der Bezeichnung Kollektiv nicht die stSndige Zugeh6rigkeit eines bestimmten Individuums zu einer der beiden Gruppen, sondern lediglich die gleich- bleibende Reaktionsweise w~hrend der Versuchsdauer beabsichtigt.

Der Vergleich der individuellen 5 Std- mit den 5 min-Werten bei 13 Probanden (Nr. 1--3, 5--13, 15 der Tab. 3) zeigt, dab die 5 Std-Werte mit Ausnahme von zwei F~llen stets niedriger sind. In dieser Zeit schrei- tet der Keim~bfall also offenbar welter fort. Dies grit auch fiir die 12 Std- Werte, yon denen lediglieh eine der sieben Bestimmungen gegeniiber dem 5 rain- und 5 Std-Wert gering erhSht war (Nr. 7). Hierbei kSnnte es sieh selbstverstiindlieh um eine einsetzende Vermehrung handeln, mit etwa gleieher Wahrseheinliehkeit jedoeh auch um eine im Bereich der Fehler- breite gelegene Schwankung.

Aus methodisehen Grfinden (Besehri~nkung auf eine Unterarmbeuge- seite) konnten je Proband nicht mehr als drei oder vier Versuehsfelder angelegt werden. In Anlehnung an die aus dem Sehrifttum bekannten Angaben fiber die binnen Minuten bis wenigen Stunden einsetzende weif- gehende AbtStung des St. aureus wurden zun/~ehst ,,B15cke" fiir die kurzen (5 rain, 2 Std, 5 Std, 12 Std), sparer fiir die langen Belassungs- zeiten (24, 48, 72 Std) angelegt, w/~hrend der Zwisehenbereich nicht aus- reichend in individuellen B15cken erfaBt ist. Info]gedessen kann mit den eigenen Versuchsergebnissen zwar nieht bewiesen werden, zu welchem Zeitpunkt die Vermehrung einsetzt; zwanglos 1/iBt sieh jedoch aus den niedrigen 5 Std- und 12 Std-Werten einerseits und dem rasehen An- steigen yon 24- zu 72 Std-Werten andererseits sehlul~folgern, dal~ die Vermehrung erst im Laufe des 2. Italbtages nach Verimpfung einsetzt.

Zur 0kologie yon Staphylococcus aureus. III 355

Der morphologisch&linische Aspekt der 24- bis 72 Std-Versuehsfelder lieg mit Vorbehalt gew~sse Efiekschlfisse auf die jeweiligen Endkeim- zahlen zu. Etwa im Bereich yon 50000--100000 ermittelten Keimen yon Sr. aureus auf 2 cm ~ I-Iautoberfl~che zeigten sich mehr oder minder zahl- reiche, kleine, fiaehe, unscharf begrenzte rStliche Fleckchen oder KnSt- chen, manchmal mit sichtbarer Vesikel- oder Pustelbildung vergesell- sehaftet. Stark exsudative, fast fl/ichenhaft erosive Erscheinungen wur- den z .B. bei Endkeimzahlen yon 64000 bzw. 175000 je Versuehsfeld beobachtet. Es muB jedoch betont werden, dab gleich hohe Endkeim- zahlen aueh im makroskopisch vSllig normalen Versuchsfeldern vorlagen. Demzufolge besteht Jm Bereieh der unter diesen Versuehsbedingungen zustande gekommenen Endkeimzah]en noch keine absolute Korrelation zwischen Keimzahl und klinisehen Ver~nderungen.

2. Verhalten an unterschiedlichen K6rperregionen

Anfangs zusammen mit SCItADE (1927/28), sp/~ter tefls unter Mit- arbeit yon HAUSKNECHT, SCHMIDT und KIEFE~ (1938/39), hat MA~- c~ION~I (1928, 1929, 1938/39) in ausgedehnten Untersuehungen die region/~re unterschiedliehe H-Ionenkonzentration der tIautoberfi/iche bestimmt.

Auf Grund der hSheren Keimzahlen der Standortflora in den alkalisch reagierenden Beugen und Faltenregionen einerseits und der empiriseh bekannten erhShten Neigung dieser Regionen zu bakteriellen und pilz- bedingten Erkrankungen andererseits gelangte er zum Begriff des schiitzenden ,,Siiuremantels". Unter Verwendung yon Bet. prodigiosum als Testkeim stellten M x ~ c ~ I O ~ i , SC~MIDT U. K~EF~ (1938) das Ver- halten auf der Unterarminnenseite (Reaktion im Sauren) dem der Aeh- selhShle (Reaktion im sehwach Sauren his Alkalisehen) gegentiber. Es ergab sich, dal~ vom Unterarm sehon 20 rain naeh Auftragen der Pro- digiosuskeime ein Wachstum des Testkeims auf Agarplatten durch Uberimpfung nicht me]ar zu erzielen war, w~hrend dies in der Aehsel- hShle erst nach knapp 3 Std der Fall war.

Bei Keimzah]bestimmungen yon Bakterien in eiweifihaltigen Sub- straten kann der ptI methodisch yon Einflul~ sein. Alkalisehe Wasch- mittel 15sen Bakterien yon milchimpr~gniertem Gewebe rascher heraus als neutrale (EY]~ u. SCHAELING, 1956), aufeinanderfolgendes Alkali- sieren und Si~uern der tlautoberfl/~che an derselben Stelle ist mit ent- sprechend weehselnden Keimzahlen gekoppelt (A~NoLD, 1942).

In den eigenen Versuehen wurde das Verhalten der Keimzahlen yon St. aureus am Unterarm (Beugeseite), der Handinnenfl~che, der Ellen- beuge, der Axilla und dem interscapul/~ren Anteil der hinteren Schweil~- rinne untersucht.

356 E. M~Z~R:

Bemerkungen zu Material mud Methodik

a) Infolge anatomiseh und funktionell unterschiedlicher Eigensehaften unter- scheiden sich diese RegionGn in der Zusammensetzung des Ober]ldichen]ilms, dem 1e~zten Endes die entscheidende Rolle ffir BakterienSkologie und -abwehr zu- kommen dfirfte. Die region~r untersehiedliehe Menge des TalgdrfisGnsekrets (E~A~CUEL, 1936; H~nR~A~ U. PnOSE, 1951) geht mit Ausnahme der Axilla der Menge des Sekrets der merokrinen Drfisen parallel (ttEnn~rA~r PI~OS]~ U. SVLZ- BEI~G~n, 1952). So stehen der talgdrfiserrreichen, hinteren SchwGiBrinnG gegenfiber die talgdriisenarme Unterarmbeugeseite und die ebenfalls talgarme, nur mit epi- dermogenen Lipoiden ausgestattete, daffir um so reiehlicher mit ekkrinem Schweil]- drfisensekret versehene Hohlhand. Die mit apokrinen Drfisen ausgestattete Axilla weight yon den iibrigen Regionen aueh durGh ihren meist a]kaliseheren ]oH (6--8) ab (MARcmomwi, 1928; A~E~Z, 1952; BT.ANK 1939).

b) Die Befestigung der kontaminationsvGrhindernden Bedeckung gestaltete sich teilweise schwierig und ffihrte bei MiBerfolg sehr oft zum Ausfall einzelner VGrsuehsfeldGr. An der ttandinnenfl~che bew~hrte sigh am besten das Tragen ,con Zwirn- bzw. Plastikhandschuhen fiber dem Drahtgitter- bzw. Uhrglasverband. In der Axflla wurden die tIaare jewGils mit steriler Schere gekfirzt und das Versuchs- feld in den thorakalen Anteil zwischen vorderer und hinterer AchselfMte gelegt. In der hinteren Sehweil~rinne haftete Pilaster oft sGhlecht; jedoch wurde auf die MSglichkeit, dureh vorheriges Abreiben der umgebenden Haut mit J~ther oder Benzin ein verbessertes Haften zu erzielen, verzichtet wegen der Gefahr, im Ver- suchsfeld selbst Vergnderungen des tIautoberflgchenfllms hervorzurufen, und so muBte anstatt dessen Gin entsprechender groBer Ausfall an vGrwGrtbaren Ergebnissen dieser Versuchsregion in Kauf genommen und dann durch vermehrte Zahl yon Probanden ausgegliehen werden.

Aus den in Tab.4 zusammengeste l l ten Ergebnissen ist ersiehtlieh, dag - - im einheit l ich/euchten Milieu des Uhrglasverbandes - - der Test- keim naeh 24 Std an der IIandinnenfl/~che u n d der h in te ren Sehweigrinne

Tabelle 4. Wiedergewinnungswerte liar St. aureus von K6rperregionen mit unter- schiedlichem Hautoberfliichenmilieu bei Uhrglasbedeckung

wq. Testort ttandinnen- hintere Achsel- Unterarm Ellen- fl~che Schweil3rinne hShle (Beugeseite) beuge

(interscapul.)

1000,1-- 10000,0

100,1 -- 1000,0

10,1--100,0 1

1,1--10,0 1

0,11--1,0

0,000 (d. h. Test- keim nicht mehr nachwGisbar) 15

2

2 4 4

4 6 7

4 2 8

23 25 16

2

10

5

18

Zahl. Vp. total 17 33 37 37 36

Zur Okologie von Staphylococcus aureus. I I I 357

am wenigsten h/iufig zur Vermehrung gelangt war, w/~hrend Unte ra rm-

beugeseite u n d Ellenbeuge offenbar ein gfinstigeres Medium darstellen. Die besondere Stellung der Handinnenf l s und Finger ist einheitl ieh aus allen frfiheren Un te r suehungen an diesen I t a u t p a r t i e n be ka nn t (u. a. SC~MANN u. LANDAU, 1919; A~NOLD, 1930; HILL U. ~u 1933; BUtCTENSttAW, 1938 - - St reptokokken; LIsGu~-owA, 1958), ohne dab - - auBer dem SchweiBsekret - - schlfissige Erk ls hierfiir ge- sucht bzw. gegeben wurden.

U n t e r luftdurehl/~ssiger Bedeekung wurden an allen oben erwghnten Kegionen nach 24 Std Keimzahlen un te rha lb der Einsaatdosis gefunden. An U n t e r a r m u n d Ellenbeuge scheint die E l imina t ion des St. aureus etwas langsamer vor sich zn gehen als an den anderen Regionen.

Die Disl~ussion der Ergebnisse erfolgt naeh AbschluB der experimen- tel len Mit te i lungen im Zusammenhang .

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Priv.-Doz. Dr. EvA MitLLER Dermatologische Klinik und Poliklinik der Universi t~t 8700 Wfirzburg, Josef Schneider-Str. 2