Vorlesung Trinkwasserhygiene - Wasserlabor-goettingen.de

Universitätsmedizin Göttingen
Trinkwasserhygiene unter besonderer
Berücksichtigung mikrobiologischer Aspekte
Abteilung Medizinische Mikrobiologie
Dr.med. Dipl.Chem. Dipl-Ing.(FH) Ulrich S c h m e l z
Humboldtallee 34A - 37073 Göttingen
Tel.: 0551/39-4973 oder 0175/9150334
E-Mail: Ullischmelz@aol.com
Gliederung
• Bedeutung der Trinkwasserhygiene
• Historischer Überblick
• Erreger im Trinkwasser
• Legionella pneumophila
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Bedeutung der Trinkwasserhygiene und
mikrobiologische Anforderungen an
Trinkwasser
Bedeutung der Trinkwassermikrobiologie / Anforderungen
Die Verfügbarkeit von Wasser als Trinkwasser ist in der BRD und in anderen
Industriestaaten selbstverständlich.
1,1 Mrd. Menschen:
Keine Verfügbarkeit
von Trinkwasser
Wie aber gestaltet sich die Situation weltweit?
2,4 Mrd. Menschen:
Keine Abwasserentsorgung
(Quer -
ontaminationen!)
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2,0 Mio. Kinder:
Sterben pro Jahr
an aquatischen
Erregern
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Bedeutung der Trinkwassermikrobiologie / Anforderungen
Trinkwasser ist im weitesten Sinne ein Lebensmittel, dessen Beschaffenheit
durch eine eigene Verordnung, die Trinkwasserverordnung, definiert wird.
Frei von Krankheitserregern: Mikrobiologische Parameter (Labor-Analytik)
Rein, genußtauglich: Chemische Parameter (Labor-Analytik)
Wasseraufbereitung +Verteilung: Allg. Regeln der Technik (z.B. DVGW)
Bedeutung der Trinkwassermikrobiologie / Anforderungen
Die regelmäßige „Pflichtuntersuchung“ sichert die chemische und
mikrobiologische Qualität.
Untersuchung durch akkreditierte Labore, wie in § 15, Abs.4 TrinkwV gefordert.
Die Häufigkeit der Untersuchungen und der Umfang sind abhängig vom
Entnahmevolumen (Anlage 4 TrinkwV).
Chemische Parameter:
• Technische Relevanz (z.B. Gesamthärte, Calcitlösekapazität, Sulfat, etc.)
• Toxikologische Relevanz (z.B. Blei, Arsen, Cadmium, etc.)
Mikrobiologische Parameter:
• Orientierende Einschätzung (z.B. Gesamtkeimzahl 20°C / 36°C)
• Indikatorparameter (z.B. Coliforme Bakterien, E.coli, Clostridium perfr.)
• Aquatische Parameter (z.B. Legionella sp., Pseudomonas sp.)
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Historischer Überblick
Historischer Überblick
Trinkbares Wassers hat seit Menschengedenken eine hervorgehobene
Bedeutung:
Altertum; König David 1000 v.Chr.:
• Psalm 23, Vers 1: Der Herr ist mein Hirte, mir wird nichts mangeln. Er
weidet mich auf einer grünen Aue und führet mich zu frischem Wasser.
Antike; Römisches Reich:
• Bau der „Cloaca Maxima“= Abwassersystem (Vermeidung von fäkalen
Querkontaminationen) in Rom (ca. 100 v.Chr.)
• Bau von Aquadukten als kontrollierte Trinkwasserleitungen (u.a. auch in
der Nähe des Limes bei Mainz „Eifelwasserleitung“ ca. 80n.Chr)
• Verwendung von Trinkwasserleitungen in Gebäuden (Blei)
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Historischer Überblick
Immer war das Wasser Grundstock des Lebens und wurde als „übergeordnetes
Lebensmittel“ betrachtet.
• Wasserassoziierte Erkrankungen waren deshalb historisch immer mit
Furcht und Fluch behaftet (Cholera, Typhus).
• Der Kausalzusammenhang mit Erregern und deren Übertragungsmodus
war noch bis in das 19. Jhd. unklar.
• Zeitlich und örtlich gehäufte Erkrankungsfälle (Epidemien) sind seit dem
Mittelalter bis in die Neuzeit belegt.
• 1700-1750: mehrere Cholera-Epidemien in Europa (aus Asien
eingeschleppt): England 1745: „Guide me O thou greet redeemer“: 2.
Strophe: „Open now the crystal fountain, whence the healing stream
doth flow / Let the fire and cloudy pillar, lead me all my journey
through…“
• Die Dankbarkeit nach einer überstandenen trinkwasservermittelten
Epidemie ist in der Lyrik belegt und ist heute gegenwärtig.
• 1892: Letzte große Cholera-Epidemie in Deutschland
Historischer Überblick
Beispiel: Cholera-Epidemie in Hamburg 1892.
Cholera = Infektionserkrankung durch einen toxinbildenen bakteriellen Erreger
(Vibrio cholerae).
Pathologischer Mechanismus: Nach erfolgter Infektion des Dünndarms durch
Trinken hochverunreinigten Wassers bildet der Erreger einen Giftstoff, der
Durchfälle verursacht.
Übertragungsmechanismus: Fäkal-Oral
Folge: Schwere Durchfälle, Wasserverlust, Elektrolytentgleisungen,
Herzrhythmus- und Gerinnungsstörungen, oft letal
Nachweis: Durch Kultur, biochemische Differenzierung und Erbsubstanznachweis
des Erregers.
Erstbeschreibung und Nachweis durch Keimanzucht des Erregers durch
Robert Koch im Jahre 1892. Kommaförmiges Stäbchenbakterium
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Historischer Überblick
Beispiel: Cholera-Epidemie in Hamburg 1892.
Robert Koch, 1843-1910
Studium der Medizin, Promotion in Göttingen, Nobelpreis 1905, Aufklärung von
Milzbrand, Tuberkulose, Cholera
Historischer Überblick
Beispiel: Cholera-Epidemie in Hamburg 1892.
Im Jahre 1892 wurde der Erreger vermutlich aus Russland nach Hamburg
eingeschleppt.
Erkrankungsfälle Sommer/Herbst 1892 ca. 16.956 Menschen, Todesfälle: 8.605
Robert Koch aus Berlin suchte im August 1892 auf drängen des Senats Hamburg
auf.
Statistische Auswertung der Erkrankungsfälle:
• Ca. 90 % auf dem Gebiet der freien Hansestadt (Regierung: Bürgerschaft)
• Ca. 10 % auf dem Gebiet Altonas (Regierung: Preussen).
Erklärung:
Freie Hansestadt: Trinkwasser aus Brackwasser der Elbe nach Sedimentation
Altona: Sedimentation + Sandfiltration Suffiziente Erreger-Eliminierung
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Lazarett
Historischer Überblick
Beispiel: Cholera-Epidemie in Hamburg 1892.
Massengrab
überfüllte Apotheke
Historischer Überblick
Beispiel: Cholera-Epidemie in Hamburg 1892.
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Historischer Überblick
Beispiel: Cholera-Epidemie in Hamburg 1892.
Folge: Flächendeckende Einführung der Sandfiltration auf im Gebiet der freien
Hansestadt.
Dieser Fall zeigt die letzte große trinkwasservermittelte Epidemie in Deutschland.
Er bereitet den Beginn für die flächendeckende Einführung einer kontrollierten
Trinkwasser-Aufbereitung und eines Kontroll- und Überwachungssystems.
Der Fall beschreibt damit den Beginn der modernen Wasserwissenschaft mit dem
Zweck, hygienisch einwandfreies Trinkwasser jedermann zur Verfügung zu stellen.
Robert Koch 1893:
Von Trinkwasser darf im keinem Fall mehr ein Infektionsrisiko ausgehen!
Historischer Überblick
Beispiel: Cholera-Epidemie in Hamburg 1892.
Bau der Hamburger Sandfiltration, 1892
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Erregerklassen:
• Viren
• Bakterien
• Pilze
• Parasiten
Erreger im Trinkwasser
Erreger im Trinkwasser
Deutschland: Bakterielle Erreger vornehmlich von Relevanz.
Subtropische Länder: Zusätzlich auch Viren (z.B. Hepatitis-A) und Parasiten (z.B.
Erreger der Flußblindheit = Dracunculus mediensis).
Grundsätzlich:
Die meisten Erreger sind niedrig-pathogen, es sind hohe Dosen von z.T. über 1
Mio. Keime / mL Wasser erforderlich, um eine Infektion auszulösen.
Wenige Erreger sind hoch-pathogen: z.B. Salmonella typhi oder Noroviren
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Herkunft des Trinkwassers:
• Oberflächenwasser:
Erreger im Trinkwasser
• Grundwasser (Brunnen oder Quelle)
• Offenes Oberflächenwasser (Talsperren)
• Uferfiltrat
• Tiefenwasser:
• Juveniles Wassers aus entwicklungsgeschichtlich
alten Gesteinsschichten.
Trinkwassergewinnung in Deutschland: Vornehmlich Oberflächenwasser
Oberflächenwasser = Bestandteil der belebten Umwelt; Mikroorganismen
können hier auftreten; Trinkwasser ist nie steril.
Welchen Wert aus Sicht der Hygiene hat das Auftreten bestimmter
Mikroorganismen im Oberflächenwasser ?
Erreger im Trinkwasser
Differenzierung der in Deutschland relevanten Mikroorganismen im
Trinkwasser:
• Umweltassoziierte Mikroorganismen, z.B.
• Nitrosomonas sp. / Nitrobacter sp.
• Clostridium sp.
• Coliforme Bakterien der Umwelt
• Aquatische Mikroorganismen, z.B.
• Pseudomonas sp.
• Legionella sp.
• Fäkale Mikroorganismen, z.B.
• Citrobacter
• Escherischia coli
• Coliforme Bakterien des Darmtraktes
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Legionella pneumophila
Ein oft verkanntes Bakterium mit besonderer klinischer
Relevanz
Darstellung des Erregers und dessen
Eigenschaften
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Erreger und Eigenschaften
• Bakterieller Erreger, Erstbeschreibung 1977
• Morphologie:
• Stäbchenform, ca. 1-3 µm Länge; gramnegatives Verhalten
• Lange Generationszeit; ca. 4 Stunden !
• Vgl.: Salmonella enterica: 20 Minuten
• Natürlicher Standort:
• Biofilm auf mineralischen Oberflächen in Flüssen und Seen
• Übertragungsmodus:
• Aerogen; Infektion durch Inhalation eines erregerhaltigen Aerosols
Erreger und Eigenschaften
• Keimproliferation in der Umwelt:
• Intrazellulär; Amöben (Einzeller) in Biofilmen als Wirte
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Proliferation von
Legionellen in
Acanthamöben (a)
und deren Cysten
(b) Quelle:
Dt.Ärzteblatt(2006); 106;
1294-1300
• Daher: nutritiv empfindlicher Keim; Defekt in der
Cysteinbiosynthese; Cystein muß extern zugeführt werden.
• Kein Wachstum auf Vollmedien (Casoagar, Blutagar)
• Mäßiges bis gutes Wachstum auf Spezialagar (GVPC).
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Erreger und Eigenschaften
• GVPC-Agar – Spezialagar für die kulturelle Anzucht von Legionellen
• Glycin – Vancomycin – Polymyxin B – Cycloheximid – Agar
• pH: 6,9
• Enthält zusätzlich Hefeextrakt und Aktivkohle
• Inkubationszeit im Brutschrank: 10 Tage bei 36°C
Links: GVPC-Agar mit Legionellen
in Kultur (Wachstum nachw eisbar )
Rechts: Vollblut-Agar mit
Legionellen in Kultur (kein
Wachstum nachw eisbar )
Gesamtbefund: V.a. Legionella sp.
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