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Fortbildungstag der Meteorologischen Gesellschaft Zweigverein Munchen, 19. Mai 2006 Ursachen und Folgen des Klimawandels Klimawandel und Infektionskrankheiten.

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1 Fortbildungstag der Meteorologischen Gesellschaft Zweigverein 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, München Homepage: L M U

2 Klimawandel und Auswirkungen auf die Gesundheit: Hitzewellen, Zunahme von Ozonbelastung & Luftverschmutzung Überschwemmungen, Wasserverschmutzung Dürren, Wassermangel, Unter/Mangelernährung Begünstigung von Infektionskrankheiten

3 Burden of Disease by DAYLs, 2002* (Disability adjusted life years) Diseases DALYs (mill.) % Infectious & parasitic Neuropsychiatric Injuries, violence, war Cardiovascular Perinatal/maternal Malignancies Vision/hearing disorders Chronic respiratory Digestive disorders TOTAL , * World Health Report 2004

4 Die wichtigsten Todesursachen 2002* * World Health Report 2004 Weltbevölkerung 2002 Todesfälle 2002 (0,92%) Mio. 57 Mio.100% Herz-Kreislauferkrankungen Infektionskrankheiten Malignome Unfälle, Gewalt, Krieg, Suizid chron. Atemwegserkrankungen perinatale/Schwangerschaft-KH Gastrointestinale Krankheiten Neuropsychiatrische KH Diabetes 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%

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6 The Big Five Pneumonia AIDS Diarrhea Tb Malaria

7 Epidemiology of Important Infectious Diseases WHO estimates for 2002 (in millions)* DeathsCasesInfected Respiratory infections HIV/AIDS Diarrheal diseases Tuberculosis Malaria > Total 11.5 (77% of all infectious causes) Total deaths in 2002 Due to infectious diseases approx. 57 million approx. 15 million (26%) * World Health Report 2004

8 Übertragungszyklen von Infektionskrankheiten Anthroponosen: Direkte Übertragung Mensch Zoonosen: Tier Mensch Tier Indirekte Übertragung Mensch Vektor/Vehikel Tier Mensch Tier Vektor/Vehikel

9 KrankheitsgruppeBeispieleepidemiologische 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

10 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

11 Malariaerreger und -erkrankungen des Menschen Singh et al., Lancet 2004: 58% of Cases diagnosed as P. malariae in Malaysian Borneo are Plasmodium knowlesi, by SS rRNA PCR

12 Malaria - Zyklus (Schema) Sexuelle Vermehrung und 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)

13 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

14 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

15 Millionen Erkrankungsfälle pro Jahr (> 60% M. tropica) 1-2 Millionen Todesfälle (bes. Kinder im subsaharischen Afrika) > nach Europa importierte Fälle pro Jahr Malaria in 2006

16 Geograpische Verbreitung der Malaria : 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

17 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

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19 Current Distribution of some Medically Important Anopheles Mosquitoes in Europe A. maculipennisA. atroparvus A. sacharovi A. plumbeus

20 Distribution of malaria cases by years in Turkey, seit 1972 nur P. vivax A.sacharovi-Resistenz Arbeitsmigration und A.sacharovi-Zunahme GAP-Projekt* * GAP: South-eastern Anatolia Irrigation Project

21 Malaria tertiana in der Türkei (gemeldete Fälle) JahrFälle Mill. Einwohner in Endemiegebieten (2005)

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23 Meldezahlen autochthoner Malariafälle in Länder der WHO Europa Region (meist P. vivax) Armenien Aserbaidschan Georgien Kasachstan Kirgisistan Russland Tadchikistan* Turkmenistan Usbekistan * in Tadschikistan ca. 25% P. falciparum

24 WHO-Schätzung: Fälle pro Jahr

25 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

26 Satelittenbilder Mosambik 1. März August 1999

27 2000 Flutkatastrophe & Malaria in Mosambik (Gesamtbevölkerung ca. 18 Mill.) gemeldete Malariafälle (in Mio.) 1,92,33,33,21,9 gemeldete Malaria- Todesfälle Zahl der wöchentlich diagnostizierten Malaria- Patienten im Gesundheits- zentrum Chókwè, Gaza Province, Mosambik (Hashizume et al. Public Health 2006)

28 Effekte von Temperaturerhöhung auf Vektor (Moskito), Erreger und Übertragung StechmückeErreger (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 Lebensdauerverlangsamte Replikation bei sehr hohen Temperaturen (>33°C) Sporozoiten von P. falciparum Anopheles gambiae complex

29 Zusammenhang zwischen Umgebungstemperatur und extrinsischer Inkubationszeit ErregerTemperaturExtrinsische Inkubationszeit Plasmodium vivax18°C 30°C 28 Tage 7 Tage Plasmodium falciparum18°C 30°C >55 Tage 8 Tage Ebert et al., 2005 Plasmodium falciparum im Blutausstrich

30 Zunahme der weltweiten Malariaprävalenz Zunächst erfolgreiche Eradikationskampagne (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: Mio. Fälle/Jahr (Bevölkerungswachstum in Endemiegeb.) Mio./Jahr zusätzlich durch Erwärmung um 1,6°C Erhöhung der Todesfälle von 1,3 auf 3-4 Mio./Jahr

31 Potential transmission of P.falciparum malaria using a modified MIASMA model for an unmitigated emissions scenario The Hadley Centre, 2005 Baseline climate conditions ( ) 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

32 > 50 Mill. Erkrankungen/Jahr > Todesfälle/Jahr L M U Ludwig ––––– Maximilians – Universität –– Abt. für Infektions- München –––– und Tropenmedizin

33 Dengue-Virus (DEN) Flavivirus (YF, JE, TBE u.a., nm) Einzelstrang RNA-Virus (10-11 kB) 4 versch. Serotypen (DEN 1-4) akute fieberhafte KH Muskel/Gelenkschmerzen Blutungen (DHF), Schock Vektor: Aedes-Moskitos L M U Ludwig ––––– Maximilians – Universität –– Abt. für Infektions- München –––– und Tropenmedizin Reife Dengue-2 Viruspartikel in Gewebekultur (5. Tag; Elmi, x )

34 Hauptvektor: Ae. aegypti Zunehmend: 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 L M U Ludwig ––––– Maximilians – Universität –– Abt. für Infektions- München –––– und Tropenmedizin

35 Potenzielles Infestationsgebiet von Aedes aegypti (ohne die Auswirkungen von Klimaveränderungen)

36 Wochen im Jahr, in denen urbane Ae.aegypti- Populationen die kritische Vektordichte (m t >1) erreichen könnten (Jetten et al. AJTMH 1997) ORTLANDHöhe über NN Wochen in denen m t >1 bei Temperaturerhöhung um 0°C2°C4°C BangkokThailand253 ShanghaiVR China KapstadtSüdafrika RomItalien New YorkUSA AthenGriechenland BelgradSerbien NairobiKenia Mexiko CityMexiko

37 Aedes albopictus (Asian Tiger Mosquito) Glücksbambus Export der asiatischen Tigermoskitos aus Indonesien über Altreifen und Pflanzen

38 Ausbreitung von Aedes albopictus in Italien seit dem ersten Fund, Sept 1991 (Veneto) Romi R, Ann Ist Super Sanita : Ausbreitung in 30 Provinzen in 9 Regionen

39 Chikungunya + Aedes albopictus Seit 1/2005 gehäufte fieberhafte KH auf den Komoren (V.a. Dengue) ProMed : Alphavirus (CHIK) nachgewiesen (USA) : Fälle auf Mauritius und Reunion : Seychellen Seit Januar 06: allein auf Reunion > Fälle, 215 Todesfälle gemeldet Importe nach Europa (F, D, CH, B, I, GB, NL)

40 Chikungunya Bantu: 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 !)

41 Aktueller Stand: ca Erkrankungen in 7 Ländern Reunion: > Indien: >

42 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

43 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

44 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 J.) –4 Todesfälle (Alter J.) –New York City (25 Fälle), Westchester (8), Nassau (4)

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48 gemeldete Fallzahlen: Fälle Todesf. Staaten 1999/2000: : : : : : 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)

49 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

50 Verbreitung von Culex pipiens in Europa

51 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)

52 Beispiel weiterer Infektionskrankheiten mit mögl. Begünstigung durch Klimawandel ErkrankungVektor, VehikelKlimawandel Schistosomiasis (Bilharziose) Zwischenwirts- Schnecken Ausbreitung in subtropische Gewässer (z.B. Südeuropa) LeishmaniosenSchmetterlings- mücken Ausbreitung in gemässigte Zonen (z.B. Mitteleuropa) Lyme-Borreliose, FSME Ixodes-ZeckenNord-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 CholeraWasser, Nahrungepidem. Ausbrüche nach Überschwemmungen

53 Estimated Mortality (000s) attributable to Climate Change in the Year 2000, by Cause and Subregion (Ezatti et al. WHO 2004)

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55 Pathways through which climate change may affect health Adapted from Patz et al. 2000

56 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


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