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Picornaviren – von harmlos bis heftig

Das Präfix »pico« in ihrem Namen verrät es schon: Die Picornaviren gehören zu den kleinsten Viren, sind aber dennoch sehr erfolgreich als Krankheitserreger. Zur Familie gehören berüchtigte Vertreter der Enteroviren, beispielsweise das Poliovirus und das Coxsackievirus, sowie die als harmlos geltenden Rhinoviren. Picornaviren sind sowohl für banale Erkältungen als auch für schwerwiegende Infektionen des Zentralen Nervensystems verantwortlich.
Edith Schettler
06.04.2021  16:00 Uhr

Die Virionen haben nur einen Durchmesser von 22 bis 30 Nanometern (nm), im Vergleich misst das Influenzavirus 120 nm an seiner dicksten Stelle. Das größte bisher bekannte Virus, das Megavirus chilensis, hat gar einen Durchmesser von 440 nm und ist damit so groß wie ein kleines Bakterium.

Die kompakte Struktur der Picornaviren erklärt sich daraus, dass sie nur aus einem RNA-Kern und dem Kapsid bestehen. Dessen Proteine sind gegenüber Detergenzien und alkoholischen Desinfektionsmitteln wesentlich widerstandsfähiger als die Lipide einer Virushülle. Auch gegenüber Säuren sind viele Picornaviren stabil, sie überstehen deshalb mit Ausnahme der Rhinoviren die Magenpassage problemlos. Letztere verbreiten sich über Tröpfchen- und Schmierinfektionen direkt auf die Nasenschleimhaut. Lediglich Trockenheit und Temperaturen über 50 °C inaktivieren die Viren.

Folgen mangelnder Hygiene

Zwei Vertreter der Picornaviren nutzten den geschwächten Gesundheitszustand der Bevölkerung im Nachkriegsdeutschland und führten zu regelmäßigen Krankheitsausbrüchen nach 1945: das Hepatitis A- und das Poliovirus. Unhygienische Zustände förderten die Ausbreitung des Hepatitis A-Virus über Kontakt- und Schmierinfektionen. Waren nach dem Zweiten Weltkrieg in Deutschland 80 bis 90 Prozent der Kinder und Jugendlichen infiziert, trägt heutzutage die Bevölkerung kaum noch Antikörper. Ein Impfstoff auf der Basis von inaktivierten Viren ist seit 1996 zugelassen (Havrix®, Vaqta®). 

Die Hepatitis A verläuft vor allem bei Kindern meist mild und heilt stets vollständig aus. Der wahre Schrecken der Nachkriegszeit, die Poliomyelitis oder Spinale Kinderlähmung, hinterlässt hingegen schlimme Schäden und endet in zehn Prozent der Fälle tödlich. Die Übertragung erfolgt ausschließlich zwischen Menschen fäkal-oral oder über das Rachensekret. Die Krankheit erhielt ihren Namen, weil scheinbar nur Kinder, meist im Alter von drei bis acht Jahren, betroffen waren. Erwachsene erkrankten nur sehr selten. Es existieren drei Serotypen des Virus. Typ 1, »Brunhilde«, ist als einziger heute noch aktiv, die Typen 2, »Lansing«, und 3, »Leon«, gelten als ausgerottet. Eine überstandene Infektion hinterlässt keine Immunität gegen alle drei, sondern nur gegen den auslösenden Serotyp des Virus.

Spätfolgen noch nach Jahrzehnten

Nach oraler Aufnahme vermehrt sich das Virus zunächst im Rachen und im Darm und befällt die lokalen Lymphknoten. Von hier aus wandert es innerhalb der Lymph- und Blutgefäße in die alpha-Motoneurone des Rückenmarks, die die Skelettmuskulatur steuern. Das Immunsystem erkennt die Infektion des Nervengewebes und schüttet Abwehrzellen aus. Die Entzündung, die die Immunreaktion begleitet, führt zur Zerstörung der Nervenzellen. So entsteht das klinische Bild schlaffer Lähmungen, vor allem der unteren Extremitäten. Doch auch die Atemmuskulatur kann betroffen sein, ebenso wie andere quergestreifte Muskeln. Innerhalb der Nervenbahnen können die Virionen bis in das Gehirn wandern und dort eine Enzephalitis auslösen. Sie schädigen vor allem die Neuronen des IX. und des X. Hirnnerven, was sich in Sprech-, Schluck- und Atemstörungen äußert. Hautatrophien, Lähmungen und Deformationen der Extremitäten bleiben nach Abklingen der Erkrankung bestehen. Noch nach Jahrzehnten treten Spätfolgen in Form von Muskelschmerzen und -schwund auf. In etwa 95 Prozent der Fälle verläuft die Poliomyelitis jedoch symptomlos, was die hohe Rate immuner Erwachsener erklärt.

Mit der Entwicklung eines gut wirksamen und leicht zu applizierenden oralen Lebendimpfstoffes im Jahr 1962 gelang es, die Erkrankung stark zurückzudrängen. Heute erfolgt die Impfung aus Gründen der Sicherheit überwiegend mit inaktivierten Viren, meist in Kombinationsimpfstoffen wie Tetravac®, Infanrix IPV + Hib®, Pentavac® oder Infanrix hexa®. Ziel der WHO ist eine weltweite Eradikation des Virus. Sie ist ihrem Ziel schon sehr nahe, denn lediglich aus Afghanistan und Pakistan werden noch vereinzelt Infektionen mit dem Wildvirus gemeldet.

Sommer-Spezialisten

Ebenfalls zur Gattung der Enteroviren gehören die Coxsackieviren. Sie treten in 30 Serotypen auf, die die Virologen jeweils der Gruppe A oder B zuordnen. Sie werden auf fäkal-oralem Weg von Mensch zu Mensch weitergegeben und vermehren sich auf der Rachenschleimhaut und in der Darmwand. Als Eintrittspforte in die Zellen benutzen sie, wie die meisten Enteroviren, den sogenannten Coxsackie-Adenovirus-Rezeptor (CAR) in der Zellmembran. Ist die Anzahl der Virionen hoch genug, wandern sie mit dem Blut in andere Organe. Dieses als Virämie bezeichnete Stadium bemerken die Patienten als Krankheitsbeginn mit Fieber und Schüttelfrost.

Gelegentlich leiden sie auch unter Schnupfen, Pharyngitis, Erbrechen und Übelkeit. Wegen ihres saisonalen Auftretens ist die Infektion als Sommergrippe bekannt. Nach etwa einer Woche klingt diese harmlose Erkrankung ab.

Überwiegend bei Kleinkindern lösen Coxsackieviren die hoch infektiöse Hand-Fuß-Mund-Krankheit aus. Auch hier führt eine Virämie zu Fieber und Kopfschmerzen. Typisch sind ulzerierende Vesikel auf der Mundschleimhaut und an den Lippen sowie an Handrücken, Handflächen und Füßen. Üblicherweise verschwinden die Symptome von selbst nach etwa einer Woche.

Doch nicht jede Infektion mit dem Coxsackievirus verläuft so glimpflich. Der Serotyp Coxsackie B steht im Verdacht, bei Kindern Autoimmunprozesse im Pankreas zu fördern und so einen Typ-1-Diabetes auszulösen. Besonders für Neugeborene und junge Säuglinge ist eine generalisierte Coxsackie-Infektion gefährlich. Sie kann auftreten, wenn die Mutter während der Schwangerschaft mit dem Virus infiziert war. Das klinische Bild entspricht einer bakteriellen Sepsis mit Symptomen in fast allen Organen: Myokarditis, Hepatitis, Meningitis, Pneumonie und Gerinnungsstörungen.

Auch bei älteren Kindern und jungen Erwachsenen sind Coxsackie-Viren eine häufige Ursache einer Meningitis oder Enzephalitis. Diese Erkrankungen treten ebenfalls vorwiegend im Sommer auf. Immunkompetente Patienten überstehen sie zumeist gut und ohne Folgeschäden. Begleitet eine Myokarditis oder Perikarditis einen Atemwegsinfekt im Sommer, sind ebenfalls meist Coxsackieviren der Auslöser. Bevorzugt erkranken männliche Jugendliche und junge Erwachsene. Auch für sie ist die Prognose meist gut.

Viele sommerliche Exantheme bei Kindern, die Zahorsky-Krankheit (Herpangina, eine ulzerierende Entzündung von Gaumen und Rachen) und die akute hämorrhagische Konjunktivitis sind unangenehme, aber in der Regel harmlose Coxsackie-Infektionen.

Die Erkrankungen hinterlassen eine typspezifische Immunität, deshalb erkranken ältere Erwachsene deutlich seltener. Die Behandlung erfolgt, wenn erforderlich, symptomatisch mit nicht steroidalen Antiphlogistika. In schweren Fällen kommen Gammaglobuline zum Einsatz. Die systemische Gabe von Glucocorticoiden ist kontraindiziert. Einen Impfstoff gibt es noch nicht, antivirale Arzneistoffe sind in der Testung.

Aktiv im Winter

Auch die Rhinoviren gehören zu den Enteroviren, allerdings unterscheiden sie sich in einigen wesentlichen Eigenschaften von den anderen Vertretern der Gattung. Neben der fehlenden Säurestabilität ist vor allem das Temperaturoptimum für ihre Vermehrung ein anderes. Sie werden bereits bei 33 bis 35 °C aktiv, tolerieren aber auch die Körperkerntemperatur von 37 °C. Infektionen treten deshalb bevorzugt in der kalten Jahreszeit auf, Infektionsort ist die kühlere Nasenschleimhaut. Sie gelangen über Tröpfchen direkt dorthin, vermehren sich und rufen die entsprechenden Erkältungssymptome hervor. Mitunter verläuft die Infektion schwerer, mit Beteiligung des Mittelohres und der Nebenhöhlen. In solchen Fällen kann eine bakterielle Superinfektion hinzukommen.

Forscher diskutieren eine Beteiligung der Rhinoviren an Erkrankungen der unteren Atemwege wie Pneumonie, Asthma und COPD. Ihrer Ansicht nach verändern die Viren das Mikrobiom nachhaltig und lösen lokale Entzündungsreaktionen aus. Möglicherweise nehmen die Viren auch direkten Einfluss auf die Freisetzung proinflammatorischer Zytokine. Welche der rund 160 Serotypen genau dafür verantwortlich sind, ist noch nicht geklärt.

Nach einer Infektion entsteht zwar eine Immunität, diese ist jedoch typspezifisch und hält nicht lange an. Deshalb kann eine Erkrankung mehrmals pro Saison und jedes Jahr wieder auftreten. An speziellen antiviralen Wirkstoffen, die die Vermehrung der Rhinoviren hemmen, ihr Kapsid binden oder Wirtszellrezeptoren blockieren, forschen derzeit mehrere Einrichtungen. Neue multivalente Impfstoffe befinden sich in der Testphase. 

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