Infektionskrankheiten 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, 80802 München Homepage: www.tropinst.med.uni-muenchen.de LMU

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

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 445 193 181 148 134 75 69 55 46 1,490 30 13 12 10 9 5 4 3 100 * World Health Report 2004

Die wichtigsten Todesursachen 2002* Weltbevölkerung 2002 Todesfälle 2002 (0,92%) 6 224 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% * World Health Report 2004

The Big Five Pneumonia AIDS Diarrhea Tb Malaria

Epidemiology of Important Infectious Diseases WHO estimates for 2002 (in millions)* Deaths Cases Infected Respiratory infections HIV/AIDS Diarrheal diseases Tuberculosis Malaria 4.0 2.8 1.8 1.6 1.3 >1000 3.5 1000 70-80 300-500 - 36 1.700 - 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

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

epidemiologische Faktoren (Klima-abhängig) Krankheitsgruppe Beispiele epidemiologische 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 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 Indirekt übertragene Zoonosen Gelbfieber, FSME Lyme-Borreliose, West-Nil-Fieber Vektorverbreitung, Entwicklung der Erreger im Vektor, Verbreitung des zoonotischen Reservoirs, Mensch -Tier Kontakt

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

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

Malaria - Zyklus (Schema) Sexuelle Vermehrung und Sporogonie Gamogonie Exoerythrozytäre (intra- hepatische) Schizogonie Erythrozytäre Schizogonie Sporozoiten Hypnozoiten Gametozyten Trophozoiten Schizonten Merozoiten Oozyste Ookinet Zygote Löscher T: Malaria, In: Innere Medizin (Hrsg.: Zöllner N, Springer 1996)

Malaria: Vektor Übertragung von Plasmodien durch weibliche Anophelesmücken (ca. 400 verschiedene Spezies, davon ca. 80 als Vektoren bedeutsam) 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 * extrinsische Inkubationszeit

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

300-500 Millionen Erkrankungsfälle pro Jahr (> 60% M. tropica) Malaria in 2006 300-500 Millionen Erkrankungsfälle pro Jahr (> 60% M. tropica) 1-2 Millionen Todesfälle (bes. Kinder im subsaharischen Afrika) > 12.000 nach Europa importierte Fälle pro Jahr

Geograpische Verbreitung der Malaria 1900 - 2002: 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

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

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

Distribution of malaria cases by years in Turkey , 1925-2003 seit 1972 nur P. vivax  Arbeitsmigration und A.sacharovi-Zunahme   A.sacharovi-Resistenz  GAP-Projekt* * GAP: South-eastern Anatolia Irrigation Project

Malaria tertiana in der Türkei (gemeldete Fälle) Jahr Fälle 1990 8.675 1991 12.213 1992 18.665 1993 47.206 1994 84.321 1995 81.754 1996 60.634 1997 35.376 1998 36.780 1999 20.905 2000 11.381 2001 10.812 2002 10.224 2003 9.182 2004 5.252 2005 2.036 Malaria tertiana in der Türkei (gemeldete Fälle) 15 Mill. Einwohner in Endemiegebieten (2005)

Meldezahlen autochthoner Malariafälle in Länder der WHO Europa Region (meist P. vivax) 1990 1995 1996 1998 2000 2002 2005 Armenien 149 542 56 8 3 Aserbaidschan 24 27 13.135 5.175 1.526 505 242 Georgien 14 244 473 154 Kasachstan 1 4 7 Kirgisistan 5 2.712 226 Russland 10 63 42 139 40 Tadchikistan* 175 404 16.561 19.531 19.064 6.160 2.308 Turkmenistan 115 18 15 Usbekistan 46 11 64 * in Tadschikistan ca. 25% P. falciparum

WHO-Schätzung: 300.000- 400.000 Fälle pro Jahr

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

Satelittenbilder Mosambik 1. März 2000 22. August 1999

2000 Flutkatastrophe & Malaria in Mosambik (Gesamtbevölkerung ca 2000 Flutkatastrophe & Malaria in Mosambik (Gesamtbevölkerung ca. 18 Mill.) 1998 1999 2000 2001 2002 gemeldete Malariafälle(in Mio.) 1,9 2,3 3,3 3,2 gemeldete Malaria- Todesfälle 896 1189 1371 4700 1910 Zahl der wöchentlich diagnostizierten Malaria- Patienten im Gesundheits- zentrum Chókwè, Gaza Province, Mosambik (Hashizume et al. Public Health 2006)

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

Zusammenhang zwischen Umgebungstemperatur und extrinsischer Inkubationszeit Plasmodium falciparum im Blutausstrich Erreger Temperatur Extrinsische Inkubationszeit Plasmodium vivax 18°C 30°C 28 Tage 7 Tage Plasmodium falciparum >55 Tage 8 Tage Ebert et al., 2005

Zunahme der weltweiten Malariaprävalenz Zunächst erfolgreiche Eradikationskampagne 1955-1969 (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: 750-1100 Mio. Fälle/Jahr (Bevölkerungswachstum in Endemiegeb.) 200-400 Mio./Jahr zusätzlich durch Erwärmung um 1,6°C Erhöhung der Todesfälle von 1,3 auf 3-4 Mio./Jahr

Potential transmission of P.falciparum malaria using a modified MIASMA Baseline climate conditions (1961-1990) Potential transmission of P.falciparum malaria using a modified MIASMA model for an ‚unmitigated emissions‘ scenario The Hadley Centre, 2005 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

> 50 Mill. Erkrankungen/Jahr > 25.000 Todesfälle/Jahr LMU Ludwig ––––– Maximilians – Universität –– Abt. für Infektions- München –––– und Tropenmedizin

Dengue-Virus (DEN) Flavivirus (YF, JE, TBE u.a., 40-60 nm) Einzelstrang RNA-Virus (10-11 kB) 4 versch. Serotypen (DEN 1-4) akute fieberhafte KH Muskel/Gelenkschmerzen Blutungen (DHF), Schock Vektor: Aedes-Moskitos Reife Dengue-2 Viruspartikel in Gewebekultur (5. Tag; Elmi, x123.000) LMU Ludwig ––––– Maximilians – Universität –– Abt. für Infektions- München –––– und Tropenmedizin

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 Hauptvektor: Ae. aegypti Zunehmend: Ae. albopictus regional: Ae. polynesiensis Aedes aegypti LMU Ludwig ––––– Maximilians – Universität –– Abt. für Infektions- München –––– und Tropenmedizin

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

Wochen in denen mt>1 bei Temperaturerhöhung um Wochen im Jahr, in denen urbane Ae.aegypti-Populationen die kritische Vektordichte (mt >1) erreichen könnten (Jetten et al. AJTMH 1997) ORT LAND Höhe über NN Wochen in denen mt>1 bei Temperaturerhöhung um 0°C 2°C 4°C Bangkok Thailand 2 53 Shanghai VR China 5 19 22 26 Kapstadt Südafrika 17 7 24 Rom Italien 46 16 20 New York USA 13 Athen Griechenland 107 21 25 28 Belgrad Serbien 132 11 Nairobi Kenia 1798 36 Mexiko City Mexiko 2485 6

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

Ausbreitung von Aedes albopictus in Italien seit dem ersten Fund, Sept 1991 (Veneto) 2000: Ausbreitung in 30 Provinzen in 9 Regionen Romi R, Ann Ist Super Sanita. 2001

Chikungunya + Aedes albopictus Seit 1/2005 gehäufte fieberhafte KH auf den Komoren (V.a. Dengue) ProMed 5.4.05: Alphavirus (CHIK) nachgewiesen (USA) 19.5.05: Fälle auf Mauritius und Reunion 3.2.06: Seychellen Seit Januar 06: allein auf Reunion >250.000 Fälle, 215 Todesfälle gemeldet Importe nach Europa (F, D, CH, B, I, GB, NL)

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 !)

Aktueller Stand: ca. 400.00 Erkrankungen in 7 Ländern Reunion: > 250.000 Indien: > 150.000

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

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

bis zum 23. September bis zum 28. 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 15-87 J.) 4 Todesfälle (Alter 68-87 J.) New York City (25 Fälle), Westchester (8), Nassau (4)

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) gemeldete Fallzahlen: Fälle Todesf. Staaten 1999/2000: 83 9 3 2001: 149 18 10 2002: 4.156 284 42 2003: 9.862 264 45 2004: 2.539 100 45 2005: 3.001 119 44

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

Verbreitung von Culex pipiens in Europa

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)

Beispiel weiterer Infektionskrankheiten mit mögl Beispiel weiterer Infektionskrankheiten mit mögl. Begünstigung durch Klimawandel Erkrankung Vektor, Vehikel Klimawandel Schistosomiasis (Bilharziose) Zwischenwirts-Schnecken Ausbreitung in subtropische Gewässer (z.B. Südeuropa) Leishmaniosen Schmetterlings-mücken Ausbreitung in gemässigte Zonen (z.B. Mitteleuropa) Lyme-Borreliose, FSME Ixodes-Zecken Nord-Verschiebung der Endemiegebiete (kühlere Geb.) Zeckenbissfieber-Rickettsiosen versch. Zecken (Rhipicephalus u.a.) Hantavirus (HPS) Urin von Wüsten-nagern (Aerosol) Explosionsartige Vermehrung nach ausgedehnten Regenfällen Cholera Wasser, Nahrung epidem. Ausbrüche nach Überschwemmungen

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

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

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