Chronische Wunden und Biofilme: Warum heilen manche Wunden nicht?
Haben Sie sich schon einmal gefragt, warum manche Wunden einfach nicht heilen wollen? Chronische Wunden sind ein weltweites Gesundheitsproblem. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie trotz Behandlung nicht innerhalb eines Monats abheilen. Oft sind bakterielle Biofilme (BBFs) die Ursache dafür. Diese Biofilme sind Gemeinschaften von Bakterien, die sich in einer selbstproduzierten Schutzschicht (extrazelluläre Matrix, ECM) einnisten. Sie haften an der Wunde und behindern den Heilungsprozess. Zu den häufigsten chronischen Wunden mit Biofilmen gehören Druckgeschwüre, diabetische Fußgeschwüre, arteriovenöse Geschwüre an den Beinen und Infektionen nach Operationen. Die Kosten für die Behandlung dieser Wunden sind enorm. Allein diabetische Fußgeschwüre verursachten in den USA im Jahr 2006 Kosten von 10,9 Milliarden Dollar. Da die Zahl der Menschen mit Diabetes und anderen chronischen Erkrankungen weiter steigt, wird auch die Zahl der chronischen Wunden und der damit verbundenen Biofilme zunehmen. Daher ist es dringend notwendig, wirksame Diagnose- und Behandlungsmethoden zu entwickeln.
Was sind bakterielle Biofilme und wie entstehen sie?
Das Konzept der Biofilme wurde 1978 vom kanadischen Wissenschaftler Costerton eingeführt. Biofilme sind Ansammlungen von Bakterien, die sich in einer selbstproduzierten Schutzschicht einnisten. Diese Schicht besteht aus Proteinen, Zuckerstoffen, extrazellulärer DNA (eDNA) und Wasser. Sie schützt die Bakterien und macht sie widerstandsfähiger gegen Medikamente. Die Bildung eines Biofilms erfolgt in vier Schritten: Anheften, Vermehren, Reifen und Ablösen. Innerhalb von 24 Stunden können Bakterien einen reifen Biofilm auf einer Wunde bilden. Einmal entstanden, sind Biofilme bis zu 1000-mal widerstandsfähiger gegen Medikamente als freischwimmende Bakterien. Die eDNA im Biofilm spielt dabei eine wichtige Rolle. Sie kann Metallionen binden und die Zellmembranen der Bakterien stabilisieren, was den Biofilm weniger anfällig für Antibiotika macht.
Wie werden Biofilme in chronischen Wunden diagnostiziert?
Die Diagnose von Biofilmen in chronischen Wunden ist schwierig, da sie mikroskopisch klein sind und keine besonderen äußeren Merkmale aufweisen. Traditionelle Bakterienkulturen sind oft ungenau, da Biofilme aus komplexen Gemeinschaften von Bakterien bestehen, die nicht einfach gezüchtet werden können. Die klinische Diagnose stützt sich meist auf Symptome wie eine blasse Wundfläche, gelben Wundausfluss, abgestorbenes Gewebe und klare Gewebeflüssigkeit. Fortschrittliche Diagnosemethoden wie die Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und die konfokale Laserscanning-Mikroskopie gelten als die zuverlässigsten Methoden zur Identifizierung von Biofilmen. Diese Methoden sind jedoch sehr spezialisiert und für den routinemäßigen klinischen Einsatz nicht praktikabel. Andere neuere Diagnosemethoden wie die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) und die denaturierende Gradientengelelektrophorese (DGGE) bieten eine verbesserte Genauigkeit und Spezifität für die Erkennung von Biofilmen.
Welche Behandlungsmöglichkeiten gibt es für chronische Wunden mit Biofilmen?
Die Behandlung von chronischen Wunden mit Biofilmen erfordert einen vielschichtigen Ansatz. Dabei werden physikalische, chemische und biologische Methoden kombiniert, um die Biofilme zu zerstören und die Wundheilung zu fördern.
Debridement Das Debridement ist der erste und wichtigste Schritt zur Entfernung von Biofilmen. Beim scharfen Debridement werden abgestorbenes Gewebe, Beläge und Fremdkörper entfernt, die als Anheftungspunkte für Bakterien dienen. Schmerzlose Debridement-Techniken wie das hydrosurgical Debridement haben an Bedeutung gewonnen, da sie Biofilme effektiv entfernen und gleichzeitig den Schmerz für den Patienten minimieren. Beim hydrosurgical Debridement wird ein präzise kontrollierter Wasserstrahl verwendet, um die Wundfläche zu reinigen. Dadurch wird der Bedarf an Gaze und Kochsalzlösung reduziert und die Schmerzen verringert.
Negative Pressure Wound Therapy (NPWT) Die NPWT wird seit zwei Jahrzehnten zur Wundbehandlung eingesetzt. Diese Therapie verbessert die lokale Durchblutung, reduziert Gewebeschwellungen, fördert das Wachstum von Granulationsgewebe und verringert effektiv die Bakterienlast. Studien haben gezeigt, dass NPWT die Anzahl der Bakterien in Biofilmen deutlich reduzieren kann, insbesondere wenn sie mit antimikrobiellen Lösungen kombiniert wird. Die NPWT-Instillation, eine erweiterte Form der NPWT, verbessert die Bakterienbeseitigung, indem die Wunde mit aktiven antibakteriellen Substanzen gespült wird, was die Biofilmstrukturen weiter zerstört.
Ultraschall Die Ultraschalltherapie ist eine weitere effektive Methode zur Entfernung von Biofilmen. Hochintensiver fokussierter Ultraschall kann Biofilme zerstören, indem er Elektron-Loch-Paare und Kavitationsblasen erzeugt. Studien haben gezeigt, dass Ultraschall die bakterizide Wirkung von Antibiotika wie Gentamicin gegen Biofilmbildner wie Pseudomonas aeruginosa und Escherichia coli verstärken kann. Die Ultraschalltherapie ist besonders nützlich in der klinischen Wundversorgung, da sie nicht-invasiv ist und tief in das Wundgewebe eindringen kann.
Antibiotika Die Behandlung von chronischen Wunden mit Biofilmen mit Antibiotika ist umstritten, da Biofilme sehr widerstandsfähig gegen herkömmliche Antibiotika sind. Systemische Antibiotika werden in der Regel nur bei Wunden mit Anzeichen einer Infektion wie Rötung, Schwellung, Hitze und Schmerzen eingesetzt. Biofilmbildende Bakterien können jedoch bis zu 1500-mal widerstandsfähiger gegen Antibiotika sein als freischwimmende Bakterien. Daher werden Antibiotika oft in Kombination mit anderen Substanzen wie Acetylcystein verwendet, das extrazelluläre Zuckerstoffe abbaut und die Penetration von Antibiotika verbessert. Fluorchinolone sind besonders wirksam gegen Biofilme, während Makrolide die stärkste Durchdringungswirkung auf die extrazelluläre Matrix der Bakterien haben.
Silberhaltige Verbände Silberhaltige Verbände gelten als Breitband-Antimikrobika und sind oft die erste Wahl zur Behandlung von Wunden mit Biofilmen. Silberionen in Konzentrationen von 5 bis 10 µg/ml können 90 % der Bakterien in einem Biofilm innerhalb von 24 Stunden und 100 % innerhalb von 48 Stunden abtöten. Silberionen hemmen das Bakterienwachstum, indem sie mit den Wirtszellen um Sauerstoff und Nährstoffe konkurrieren, die Produktion von Stoffwechselgiften reduzieren und lokale entzündungshemmende Effekte fördern.
Honig Honig wird seit Jahrhunderten als natürliches Wundheilmittel verwendet. Sein hoher osmotischer Druck, niedriger pH-Wert und bakterizide Bestandteile wie Wasserstoffperoxid und Acetaldehyd machen ihn wirksam gegen Biofilme. Honig kann die Bakterienadhäsion reduzieren, die Biofilmbildung hemmen und bestehende Biofilme zerstören. Klinische Leitlinien empfehlen die Verwendung verschiedener Arten und Konzentrationen von Honig je nach Bakterienart und Wundstadium.
Traditionelle Chinesische Medizin (TCM) Die TCM hat eine lange Geschichte in der Behandlung von chronischen Wunden und bietet einzigartige Vorteile bei der Vorbeugung und Behandlung von Biofilminfektionen. Pflanzenextrakte wie Pfingstrosenrinde und Ingwer haben gezeigt, dass sie die Biofilmbildung bei Candida albicans und Pseudomonas aeruginosa hemmen können. Andrographolid, eine in der TCM vorkommende Substanz, kann die Bakterienaggregation stören und Biofilmstrukturen zerstören.
Maden-Debridement-Therapie Die Maden-Debridement-Therapie beinhaltet die Verwendung von sterilen medizinischen Maden, um abgestorbenes Gewebe und Bakterien aus Wunden zu entfernen. Maden scheiden Enzyme wie Kollagenase und Trypsin aus, die abgestorbenes Gewebe und Biofilme abbauen. Diese Therapie ist besonders effektiv bei tiefen Wunden und Infektionen mit anaeroben Bakterien.
Metallionen und Phagentherapie Metallionen wie Gallium haben Potenzial gezeigt, Biofilmbildende Bakterien zu hemmen und abzutöten. Die Phagentherapie, bei der Bakteriophagen verwendet werden, um spezifische Bakterien zu zerstören, hat ebenfalls Wirksamkeit bei der Beseitigung von Biofilmen gezeigt. Phagen sind hochspezifisch, selbstreplizierend und anpassungsfähig, was sie zu einer vielversprechenden Option für die Biofilmbehandlung macht.
Lactoferrin und Abbau von extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) Lactoferrin, ein eisenbindendes Glykoprotein, das in Milch vorkommt, hat eine starke antimikrobielle Aktivität und kann Biofilme zerstören, indem es extrazelluläre Zuckerstoffe abbaut. EPS-abbauende Enzyme wie Glucanase und Dispersin B sind ebenfalls effektiv beim Abbau von Biofilmmatrizen, was Bakterien anfälliger für Antibiotika macht.
Quorum Sensing (QS)-Hemmung Quorum Sensing ist ein bakterielles Kommunikationssystem, das die Biofilmbildung und Virulenz reguliert. Hemmer des Quorum Sensing können die Bakterienadhäsion und die Biofilmentwicklung verhindern. Zum Beispiel haben Autoinduktor-Hemmer gezeigt, dass sie Biofilme von Methicillin-resistentem Staphylococcus aureus (MRSA) auflösen und ihre Empfindlichkeit gegenüber Antibiotika erhöhen können.
Hyperbare Sauerstofftherapie (HBOT) Die HBOT beinhaltet die Verwendung von 100 % Sauerstoff bei einem Druck, der höher ist als der atmosphärische Druck, um die Wundheilung zu fördern. HBOT erhöht den Gewebestoffwechsel, reduziert Ödeme und fördert die Neubildung von Blutgefäßen, was die Reparatur von Epithelgewebe beschleunigt. Studien haben gezeigt, dass HBOT Wundinfektionen effektiv kontrollieren und die Heilungsergebnisse verbessern kann.
Zusammenfassung Die Behandlung von chronischen Wunden mit Biofilmen erfordert einen umfassenden Ansatz, der fortschrittliche Diagnosetechniken mit einer Vielzahl von Behandlungsmethoden kombiniert. Obwohl bereits bedeutende Fortschritte im Verständnis und in der Behandlung von Biofilmen gemacht wurden, sind weitere Forschungen notwendig, um diese Ansätze zu optimieren und in die klinische Praxis umzusetzen. Zukünftige Studien sollten sich auf die Entwicklung neuer Diagnosewerkzeuge, die Erforschung der Synergie von kombinierten Therapien und die Durchführung groß angelegter klinischer Studien konzentrieren, um Best Practices für das Biofilmmanagement zu etablieren. Durch die Integration dieser Strategien in die routinemäßige Wundversorgung können Kliniker die Ergebnisse für Patienten mit chronischen Wunden verbessern und die globale Belastung durch Biofilminfektionen verringern.
For educational purposes only. doi.org/10.1097/CM9.0000000000000523