Infektiöse Lungenerkrankungen bzw. Pneumonien sind die Haupttodesursache innerhalb der Infektionserkrankungen in Deutschland und daher von besonderer Relevanz.

Hintergrund

Pneumonien liegen hinsichtlich der Todesursachen in Deutschland an 10. Stelle der Statistik und machen insgesamt 2 % aller Todesfälle aus [20]. Mit dem Anstieg der Anzahl älterer und komorbider Patienten ist mit einer steigenden Häufigkeit auch der Pneumonien zu rechnen. Als Ursachen kommen eine Vielzahl von Erregern in Betracht, welche ein breites Spektrum von Bakterien, Viren, Pilzen und Parasiten einschließen. Bei Immunsuppression, insbesondere nach Organtransplantationen, besteht eine besondere Risikokonstellation [22].

Klinisch erfolgt eine Einteilung in ambulant erworbene („community-acquired pneumonia“, CAP) und nosokomialen Pneumonien, letztere in Form der im Krankenhaus erworbenen Pneumonie („hospital-acquired pneumonia“, HAP) und der beatmungsassoziierten Pneumonie („ventilator-associated pneumonia“, VAP). Weiterhin werden Pneumonien bei Immunsuppression, die Tuberkulose und die atypischen Mykobakteriosen als Gruppen benannt [6, 18]. Hiervon sind nur die beiden letzten Gruppen auch über den Erreger definiert.

Histologisch werden nach der Ausbreitung die Lobär- und die Bronchopneumonie sowie die alveoläre und interstitielle Pneumonie unterschieden [6]. Nur in einem Teil der Fälle kann der Erreger mikroskopisch sicher identifiziert werden. Weitergehende Verfahren am Gewebe wie die Immunhistochemie, In-situ-Hybridisierung, Polymerasekettenreaktions(PCR)-Verfahren und die Elektronenmikroskopie sind im Einzelfall sinnvoll bzw. erfolgversprechend [3, 14, 22]. Die mikrobiologische Erregerdiagnostik kann jedoch kaum ersetzt werden, da bei Bakterien zumeist auch eine Resistenztestung auf Antibiotika sinnvoll ist. Anzustreben ist eine Klassifikation der Pneumonien nach dem zugrunde liegenden jeweiligen Erreger sowie der histologischen Form.

Klinische Klassifikation

Ambulant erworbene Pneumonie (CAP)

Die Erkrankung tritt schwerpunktmäßig bei Personen im Rentenalter auf. Die Prognose wird insbesondere durch Komorbiditäten bestimmt. Nur in ca. 32 % der Fälle kann überhaupt ein Erreger nachgewiesen werden. Am häufigsten (30 % der Patienten) werden Pneumokokken gefunden, die klassischerweise das Bild einer Lobärpneumonie hervorrufen [17]. In ca. 10 % der Fälle werden atypische Erreger (Mykoplasmen, Legionellen, Chlamydien) nachgewiesen, die sich mit üblichen Kulturverfahren nicht detektieren lassen [18]. Respiratorische Viren werden in ca. 5–10 % aller CAP-Fälle gefunden. Andere Bakterien wie Enterobakterien und Pseudomonaden treten eher selten auf, meist bei Patienten mit Risikofaktoren. Wesentliche Kriterien zur Risikoeinschätzung sind:

  • die assoziierte Bewusstseinstrübung,

  • die Atemfrequenz (≥ 30 min),

  • der Blutdruck (unter 60 mmHg diastolisch bzw. 90 mmHg systolisch) und

  • das Alter (≥ 65 Jahre).

Hieraus kann der CRB-65-Score (je ein Punkt für die oben genannten Parameter) gebildet werden. Bei 3 bis 4 Punkten liegt eine schwergradige CAP vor.

Nosokomiale Pneumonie (HAP und VAP)

Eine HAP liegt vor, wenn sich eine Pneumonie 48 h nach der Krankenhausaufnahme entwickelt. Diese sind meist beatmungsassoziiert (VAP). Bei invasiver Beatmung mit dem Endotrachealtubus liegt die Häufigkeit einer Pneumonie bei 5,44 Episoden/1000 Beatmungstage und die Letalität bei ca. 20–30 %. Meist sind bakterielle Erreger verantwortlich. Zur klinischen Diagnose werden frühzeitige Röntgenthoraxaufnahmen innerhalb der ersten Stunde nach Verdacht, die Gewinnung geeigneter Sekrete mit Gramfärbung und semiquantitativer Kultur sowie die Abnahme von 3 × 2 Blutkulturen empfohlen [18].

Pneumonien bei Immunsuppression

Angeborene und erworbene Immundefekte gehören neben den Strukturschäden wie Bronchiektasen zu den besonderen disponierenden Faktoren. Je nach der vorliegenden Grunderkrankung finden sich hier, ebenso wie bei Zuständen nach Organtransplantationen, überwiegend opportunistische Erreger wie Aspergillen, Candida, Pneumozystis sowie das Herpes-simplex- und Zytomegalievirus [22].

Infektionen durch Viren

Influenza

Influenzaviren (Typ A und B) verursachen jährlich zwischen 3 und 5 Mio. klinisch manifeste Infektionen, von denen zwischen 250.000 und 500.000 jährlich einen letalen Verlauf nehmen [9]. Insbesondere neu auftretende Typ-A-Influenzaviren (H1N1, H2N2, H3N2 in den Jahren 1918, 1957 und 2009) führten zu pandemischen Ausbrüchen mit entsprechender Morbidität und Mortalität, sporadisch können Übertritte animaler Virustypen (z. B. H5N1, H7N7) auf den Menschen beobachtet werden [9]. Klinische Manifestationen der Influenzainfektion (Typ A) sind am häufigsten an den Atemwegen und der Lunge (Abb. 1 a, b) sowie seltener in Form einer Myokarditis oder Enzephalopathie zu beobachten [7]. Nach eigener Erfahrung gestaltet sich ein sicherer Nachweis einer Influenzainfektion aus rein pathologisch-anatomischen Gesichtspunkten eher schwierig. Von entscheidender Bedeutung sind die entsprechende Klinik und die PCR-Diagnostik. Bei Autopsiefällen finden sich nach eigenen Erfahrungen in der Hälfte der Fälle klinisch manifeste schwerwiegende Grunderkrankungen.

Abb. 1
figure 1

Virusinfektionen. a Grippetracheitis mit ulzerierender Entzündung (Hämatoxylin-Eosin-Färbung, 200:1, Autopsiematerial) b Hämorrhagische Pneumonie bei nachgewiesener Influenza Typ B (Hämatoxylin-Eosin-Färbung, 100:1, Autopsiematerial). c Zytomegalieviruspneumonie mit Eulenaugenzellen (Hämatoxylin-Eosin-Färbung, 400:1, Autopsiematerial)

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Die histopathologischen Veränderungen der Atemwege und Lungen werden letztlich von der Virulenz der Erreger im Einzelnen bestimmt. Hochvirulente Typen (z. B. H1N1 aus den Jahren 1918 bzw. 2009, H5N1) tendieren zu einem Befall von Pneumozyten und Alveolarmakrophagen mit ausgedehnter Entzündung von den größeren Atemwegen bis in die Alveolen, wohingegen niedrigvirulente Stämme (z. B. saisonale H1N1, H3N2) zunächst eher die Atemwege betreffen [7]. Das morphologische Bild kann ferner von einem diffusen Alveolarschaden [9] oder von nosokomialen bakteriellen Infektionen bestimmt werden [7].

Andere Viren

Insgesamt sind die Beschreibungen zu Virusinfektionen der Atemwege in der Literatur je nach Art der Studie, der verwendeten Untersuchungsmethode und der untersuchten geographischen Region sehr heterogen. Ferner ist das histologische Bild bei viralen Pneumonien (häufig interstitielle Pneumonie mit lymphozytären Infiltraten) variabel und oft abhängig von etwaigen Komorbiditäten [19]. Relevant sind in dieser Hinsicht das Respiratory Syncytial Virus, Rubeolavirus, Hantavirus, Coronaviren (z. B. Typen 229E, OC43, NL63, HKU1, SARS), Adeno-, Herpesviren (Herpes simplex Typ 1 und 2, Varicella-zoster-Virus), das Zytomegalie- (Abb. 1 c) und das Epstein-Barr-Virus [6, 19].

Infektionen durch Bakterien

Bakterielle Pneumonien machen den Hauptteil der pulmonalen Infektionen mit identifiziertem Erreger aus. Einige wichtige Formen werden nachfolgend näher beschrieben [3, 6].

Pneumokokken

Infektionen durch Streptococcus pneumoniae beginnen nach experimentellen Untersuchungen meist in den terminalen Atemwegen und in den Unterlappen bzw. den posterioren Segmenten der Oberlappen. Das schnell einsetzende Ödem führt zu einer rapiden Erregerausbreitung und homogenen Konsolidierung des betroffenen Lappens im Sinne einer Lobärpneumonie [6]. Bei unbehandelten Fällen zeigt die Entzündung einen typischen Verlauf. Im Stadium der Anschoppung stehen die Vasodilatation und das Ödem, in der roten Hepatisation zusätzliche Einblutungen und eine beginnende Granulozyteninfiltration sowie in der grauen Hepatisation das dichte Infiltrat im Vordergrund (Abb. 2 a). In der Lyse kommt es zu einer Rückbildung der Entzündung. Die zumeist komplette Rekonstitution wird durch das Fehlen von Erregertoxinen und Gewebenekrosen begünstigt, Abszesse entwickeln sich nur bei virulenten Stämmen und Mischinfektionen mit Anaerobieren.

Abb. 2
figure 2

Bakterielle Pneumonien. a Lobärpneumonie im Stadium der grauen Hepatisation (Hämatoxylin-Eosin Färbung, 100:1, Autopsiematerial). b Metastatische Herdpneumonie bei Staphylokokkensepsis mit Bakterienhaufen (Hämatoxylin-Eosin-Färbung, 100:1, Autopsiematerial). c Fleckförmige Pneumonie mit beginnender Abszedierung (Hämatoxylin-Eosin-Färbung, 100:1, Autopsiematerial). d Aspirationspneumonie mit Nachweis von Nekrosen und Nahrungspartikeln (Hämatoxylin-Eosin-Färbung, 100:1). e Tuberkulöse Pneumonie mit fokaler Verkäsung und Epitheloidzellreaktion (Hämatoxylin-Eosin-Färbung, 200:1, Autopsiematerial)

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Staphylokokken

Infektionen durch Staphylococcus aureus können sich als akut hämorrhagische, akut purulente oder chronisch organisierende Pneumonie manifestieren (Abb. 2 b). Die akut hämorrhagische Form ist selten und tritt meist im Zusammenhang mit der Influenza auf. Die akut eitrige Form ist die häufigste, sie läuft in Form der Bronchopneumonie ab und führt meist zu Abszessen [6]. Bei der chronisch organisierenden Form liegen meist fibrosierende Veränderungen insbesondere auch im Randbereich von Abszessen vor. Parenchymblutungen und Infarkte können dazu treten.

Klebsiellen

Bei der Pneumonie durch Klebsiella pneumoniae kommt es zumeist über eine Aspiration aus der Mundhöhle zu einer perakuten Infektion, die überwiegend die posterioren Anteile des Oberlappens oder die oberen Anteile des Unterlappens befällt [6]. Die Pneumonie ist gewöhnlich unilateral und vielfach rechtsseitig entwickelt. Makroskopisch ergibt sich häufig ein mukoider Aspekt. Es sind homogene Verfestigungen unter dem Bild einer Lobärpneumonie und fleckförmige Manifestationen mit Abszess- und Kavernenbildung bis zur Gangrän möglich. Ein Pleuraempyem tritt häufig begleitend auf.

Pseudomonaden

Die Pneumonie durch Pseudomonas aeruginosa findet sich meist in den Unterlappen oder den unteren Abschnitten der Oberlappen und manifestiert sich als schlecht begrenzter hämorrhagischer subpleuraler Knoten oder als fester gelbbrauner lobulierter Nodus [6]. Eine zentrale Koagulationsnekrose ist häufig, hierbei sind meist viele Bakterien auch in Blutgefäßen zu sehen. Der Typ der Pneumonie entspricht der fleckförmigen Bronchopneumonie mit peribronchialen Hämorrhagien und Mikroabszessen sowie gemischtzelligem Infiltrat.

Legionellen

Das typische Bild der Legionellenpneumonie besteht in einer ausgedehnten konfluierenden Bronchopneumonie mit Abszessbildung in ca. 25 % der Fälle (Abb. 2 c). Mikroskopisch finden sich ein Infiltrat aus Granulozyten, Erythrozyten, Makrophagen, Fibrin und Detritus sowie typischerweise eine Leukozytoklasie [6]. Zeichen eines akuten Alveolarschadens, Abszesse, eine organisierende Pneumonie und eine interstitielle Fibrose können auftreten.

Anaerobe Bakterien

Pneumonien durch anaerobe Bakterien entstehen zumeist im Rahmen einer Aspiration. Hierbei kommen über 200 Spezies in Betracht, gewöhnlich liegt eine polymikrobielle Infektion vor. Üblicherweise besteht eine ausgedehnte konfluierende Bronchopneumonie mit ausgeprägten Hämorrhagien und Abszessbildung. Bakterienkolonien und aspiriertes Material können teilweise im Bereich von Nekrosen gefunden werden (Abb. 2 d). Elastische Fasern sind dabei gelegentlich im Sputum nachweisbar [6].

Atypische Erreger

Pneumonien durch Mycoplasma pneumoniae sind selten tödlich verlaufend. Histologisch kommen eine chronische Inflammation mit Hyperplasie der Pneumozyten Typ II, ein diffuser Alveolarschaden, eine organisierende Pneumonie, ein Alveolarproteinose-ähnliches Bild und im Spätstadium eine interstitielle Fibrose vor [6]. Bei der Pneumonie durch Chlamydia psittaci steht eine akute Bronchiolitis mit peribronchiolärer Pneumonie im Vordergrund.

Mykobakteriosen

Die Tuberkulose wird durch Erreger des Mycobacterium(M.)-tuberculosis-Komplexes hervorgerufen. Zumeist finden sich M. tuberculosis oder seltener M. bovis , M. africanum , M. microti , M. pinnipedii oder M. caprae. Die Häufigkeit der Infektion nimmt in Deutschland kontinuierlich ab, sie kann einen inapparenten, akuten oder chronischen Verlauf nehmen [21]. Bei akuten Verläufen kommen in wechselndem Umfang tuberkulöse Pneumonien, Frühkavernen, eine miliare Streuung und Sepsis vor. Histologisch findet sich eine zumeist nekrotisierende granulomatöse Entzündung mit Epitheloidzellwall, Langerhans-Riesenzellen und lymphoplasmazellulärem Infiltrat (Abb. 2 e). In jedem Fall sollte ein färberischer Erregernachweis versucht werden [23]. Chronische Defektzustände sind durch Vernarbungen und Pleuraschwarten bis zum Bild des zerstörten Lappens oder der zerstörten Lunge charakterisiert. Extrapulmonale Manifestationen können vorkommen. Formal werden eine primäre Tuberkulose, d. h. die Erstmanifestation mit einem Primärkomplex und u. U. auch einer sofortigen Progression, und eine postprimäre Tuberkulose, d. h. Krankheitsbilder nach der Primärphase, von einander abgetrennt. Die Tuberkulose ist eine meldepflichtige Erkrankung [5].

Infektion mit anderen („atypischen“) Mykobakterien, auch als nichttuberkulöse Mykobakterien (NTM) bezeichnet, können rein morphologisch nicht von der Tuberkulose abgegrenzt werden [3]. Sie sind bei Immunsuppression häufiger.

Infektionen durch Pilze

Aspergillen

Aspergillus spp. sind ubiquitär vorkommende Schimmelpilze [13]. Die überwiegende Zahl derartiger Infektionen beim Menschen (95 %) geht von der Spezies Aspergillus fumigatus aus [10]. Die Lungenmanifestationen sind sehr heterogen. Als wichtige Krankheitsbilder sind das pulmonale Aspergillom, die allergische bronchopulmonale Aspergillose [1], die tracheobronchiale Aspergillose (Abb. 3 a), die chronisch nekrotisierende pulmonale Aspergillose und die invasive Aspergillose (Abb. 3 b) zu nennen [12, 13].

Abb. 3
figure 3

Pilzinfektionen. a Bronchiale Aspergillose mit oberflächlich liegender Pilzbesiedlung (links), gut abgrenzbarer Basalmembran und ausgeprägter entzündlicher Infiltration der Wand (Perjodsäure-Schiff-Reaktion, 200:1, Autopsiematerial). b Septische Aspergillus-Pneumonie mit typischem Pilzmyzel und Nekrose (Hämatoxylin-Eosin-Färbung, 200:1, Autopsiematerial). c Invasive Zygomykose mit letaler Arrosionsblutung (Grocott-Färbung, 400:1, Autopsiematerial). d Pneumocystis-jirovecii -Pneumonie mit schaumigem intraalveolärem Exsudat (Hämatoxylin-Eosin-Färbung, 200:1, Autopsiematerial)

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Beim pulmonalen Aspergillom oder Aspergillusmyzetom invadieren die Pilze häufig präformierte Höhlen in der Lunge, insbesondere in den Oberlappen [8]. Histopathologisch zeigt sich ein Bild septierter, im spitzen Winkel verzweigter Pilzhyphen mit einem begleitenden Konglomerat aus Nekrosen, Entzündungszellen, Fibrin und Blutbestandteilen [8, 13]. Nach Belcher u. Plummer [2] werden Aspergillome in eine einfache und eine komplexe Variante untergliedert Bei der simplen Variante entwickelt sich das Aspergillom in einer dünnwandigen Höhle mit angrenzend normalem Lungenparenchym. Der Prozess ist hierbei zirkumskript und in der Regel ohne Pleuraaffektion [2, 13]. Beim komplexen Aspergillom lässt sich eine deutlich aggressivere und diffusere Morphologie mit weitläufiger Destruktion des Lungenparenchyms und Pleuraaffektion finden. Die involvierten Höhlen sind hierbei dickwandiger [2, 13]. In der Regel liegen bei dieser Form andere Grunderkrankungen vor, insbesondere eine Tuberkulose [11]. Eine Affektion anderer Lungenlappen oder sogar eine bilaterale Lungeninfiltration können vorkommen [13]. Die Therapie von Aspergillomen wird kontrovers diskutiert, da sowohl die medikamentöse, fungizide Behandlung (systemisch und lokal intrakavitär) als auch die chirurgische Behandlung (mit bis zu 60 % postoperativer Mortalität und hoher Komplikationsrate) nur einen eingeschränkten Erfolg zeigen [13].

Candida

Die primär pulmonale Candiasis ist eher selten. Sie kann als opportunistische Infektion bei älteren, immungeschwächten bzw. unter Steroidtherapie stehenden, ferner auch unterernährten Patienten oder bei Diabetes mellitus auftreten [15]. Häufiger ist eine tracheobronchiale Affektion, seltener eine lokalisierte Pneumonie durch Candidaspezies.

Zygomykosen

Die Zygomykose, die 1885 durch Paltauf (Graz) erstbeschrieben und heute in der Regel als Mukormykose bekannt ist, hat in den vergangenen 2 Jahrzehnten eine steigende klinische Bedeutung erfahren [4, 16]. Hierbei handelt es sich um eine hochaggressive, seltene Pilzerkrankung, die besonders bei Patienten mit Immunsuppression, Diabetes mellitus und Zustand nach penetrierendem Trauma auftritt. Auslösend sind durch Inhalation oder Inokulation aufgenommene Rhizopus-, Lichtheimia- und Mucor-Mukorale-Spezies [4]. Diese ubiquitär vorkommenden, thermotoleranten mukoralen Spezies führen bei Invasivität zu Gewebenekrosen durch Angioinvasivität und Thrombose und sekundär zu z. T. lebensbedrohlichen Blutungen [4, 16]. Die Lunge ist hierbei nach der rhinozerebralen Lokalisation mit 24 % der zweithäufigste Manifestationsort, wobei andere Lokalisationen wie die Haut, der Gastrointestinaltrakt, eine disseminierte Streuung und auch ungewöhnliche Formen mit Endokarditis, Osteomyelitis, Peritonitis und renaler Affektion von Bedeutung sind. Die Mortalität der pulmonalen Zygomykose wird mit maximal 76 % beziffert. Die klinischen Symptome und radiologischen Befunde werden als unspezifisch und nicht einfach von anderen pulmonal-infektiösen Ursachen unterscheidbar beschrieben. Die Diagnostik umfasst die direkte mikroskopische Untersuchung, Pilzkultur, molekulare Methoden u. ä. sowie besonders die histopathologische Untersuchung (mit einer Sensitivität von mehr als 66 %), welche in der Leitlinie als Methode mit Nachdruck empfohlen wird [16].

Histopathologisch relevante Parameter sind breite Pilzhyphen, die nur selten Septen zeigen [16]. Die Verzweigungen der Hyphen variieren von 45–90°. Der Charakter der Inflammation wird mit in 50 % der Fälle prädominant neutrophil, in 25 % pyogranulomatös und in 20 % abwesend beschrieben. Der invasive Charakter manifestiert sich in prominenten Infarkten, einer Angioinvasion und perineuralen Invasion (Abb. 3 c).

Andere Pilze

Weitere relevante pulmonale Pilzinfektionen sind die Pneumozystispneumonie (Abb. 3 d), die Kryptokokkose, Aktinomykose und Nokardiose sowie die Histoplasmose, die Kokzidioidomykose, die Blastomykosen und die Parakokzidioidose als Vertreter importierter Mykosen [6, 15].

Praktische Diagnostik

Basis der Beurteilung von Gewebeproben bei Infektionskrankheiten bleiben konventionelle Hämatoxylin-Eosin-Schnitte vor dem Hintergrund der klinischen Verdachtsdiagnose. Bei bakteriellen Infektionen helfen die Period-Schiff-Reaktion, die modifizierte Giemsa-Färbung und die Versilberung bei der Einordnung der Erreger. Eine abgestufte Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung(FISH)-Diagnostik kann auch in schwierigen Fällen zum Erfolg führen [14]. Bei manchen Virusinfektionen stehen Antikörper für die immunhistochemische Diagnostik zur Verfügung (Herpes-simplex-, Zytomegalie-, Epstein-Barr-, Varizellen-zoster-Virus). Im Falle einer granulomatösen Form der Entzündung kommen prinzipiell insbesondere Mykobakteriosen und Pilzinfektionen in Betracht, hier sind die Grocott- und Ziehl-Neelsen-Färbung sinnvoll. Mit der Elektronenmikroskopie können Erregerstrukturen hinsichtlich der Ultrastruktur weitergehend eingeordnet werden, welches manchmal hilfreich sein kann, z. B. bei der Kapsel von Histoplasmen. Im Negativkontrast können Viren auch direkt dargestellt und eingeordnet werden [3]. Nach entsprechender Eingrenzung möglicher Erreger kann eine spezielle PCR-Diagnostik in durch das Robert-Koch-Institut benannten Referenzlaboratorien durchgeführt werden (http://www.rki.de).

Voraussetzung für die erfolgreiche Erregerdiagnostik ist natürlich die Untersuchung von Gewebe, welches auch den Erreger beinhaltet. Hierzu ist u. U. eine invasive Diagnostik mit videoassistierten Techniken erforderlich, insbesondere bei immunsupprimierten Patienten. Bei septischen Zuständen sollten zusätzlich Blutkulturen in der Mikrobiologie angelegt werden, die aber u. U. wie bei Brucellen spezielle Kulturbedingungen erfüllen müssen.

Fazit für die Praxis

  • Infektiöse Lungenerkrankungen bzw. Pneumonien sind die Haupttodesursache innerhalb der Gruppe der Infektionserkrankungen in Deutschland und daher von besonderer Relevanz.

  • Die Ausprägung der Pneumonie lässt gewisse Schlüsse auf den möglichen Erreger zu, sie kann jedoch die mikrobiologische Diagnostik nicht ersetzen.

  • Prinzipiell kann auch aus fixiertem Zell- oder Gewebematerial bei Verwendung entsprechender PCR-Verfahren eine exakte Erregerdiagnostik in Referenzlaboratorien erfolgen.