Legionellen im Trinkwasser – Vorkommen, Verbreitung und gesundheitliche Auswirkungen

Ons Michel¹
Zusammenfassung Seit Legionellen entdeckt und erforscht wurden, stellen sie eine dauerhafte Infektionsquelle dar. Die Übertragung auf den Menschen gelingt über aerolisierte Wassertröpfchen, welche über Inhalation zur Infektion führen. Obwohl sie natürlicher Weise in Süßgewässern vorkommen, erreichten sie, durch den Transport über Einzeller, die häuslichen Trinkwasseranlagen. Angesichts ihrer bevorzugten Lebensräumen und -bedingungen können sie sich in entsprechenden Wasserversorgungssystemen vermehren. Da Menschen auf den täglichen Gebrauch von Wassersystemen angewiesen sind, besteht daher stets ein Infektionsrisiko. In der Klinik äußert sich eine Infektion meist über zwei Krankheitsbilder; eine klassische Pneumonie oder einer nicht-respiratorische Form, dem Pontiac-Fieber. Wird eine Pneumonie diagnostiziert, die von Legionellen verursacht wurde, so gilt eine Meldepflicht. Jedoch kann die Identifizierung des Erregers der Pneumonie nur durch Labordiagnostik erfolgen, weshalb die Dunkelziffer der, durch Legionellen erkrankten, Patienten nur geschätzt werden kann. Dabei beläuft es sich auf 15.000 - 20.000 Fälle im Jahr. Um die Gefahr, die von Legionellen ausgeht, zu minimieren, liegen Gesetze und Verordnungen für die ordnungsgemäße Haltung und Wartung von Trinkwasserinstallationen vor. Es besteht der Zusammenhang mit der COVID-19-Pandemie in Hinsichten der steigenden Mortalität und der Morbidität. Oftmals tritt eine Legionellose als Ko-Infektion bei Corona-infizierten Patienten auf.

Einführung Legionellen sind pathogene Bakterien, die bei einer Infektion zu ernsten Erkrankungen führen könnten. Legionellen gehören zu der Familie der Legionellaceae und sind gramnegative Umweltbakterien. Ihre Fortbewegung wird durch polare bzw. subpolare Flagellen gewährleistet. Während die Spezies der Legionella pneumophila (L. pneumophila) epidemiologisch von größter Bedeutung ist, existieren 61 weitere pathogene Legionella Spezies.¹ Zu den Besonderheiten der Legionellen gehören neben ihrer Säuretoleranz auch ihre Fähigkeit in einem breiten Temperaturbereich von 20° bis 50°C zu überleben und zu wachsen. Außerdem sind Fälle von Warmwasserinstallationen mit einer Temperatur von über 66°C bekannt, die von Legionellen ebenfalls besiedelt werden konnten.² Das Vorkommen der Mikroorganismen (MO) ist in Süßwasser (See und Flüsse) weit verbreitet. Dort bilden sie eine Symbiose mit verschiedenen Einzellern (Amöben). Diese sichern den Transport von Legionellen über das Trinkwassernetz und die darauffolgende Vermehrung in technischen Wassersystemen, dazu gehören Trinkwasseranlagen, Warmwassersysteme, Schwimmbäder, Rückkühleinrichtungen – generell: Sanitärsysteme.¹

Optimale Bedingungen für Legionellen Bakterien sind in ihrer Fortpflanzung und ihrem Überleben stark von ihrer Umwelt abhängig. Legionellen als solche weisen optimale Vermehrungsbedingungen bei Temperaturen meist zwischen 20 und 50°C auf, wobei die Spezies der Legionella pneumophila die Fähigkeit besitzt auch Temperaturen über 50°C zu überstehen –  sie konnte aus Heißwassersystemen mit bis zu 66°C isoliert werden.³ Den Zusammenhang zwischen entsprechendem Temperaturbereich und der steigenden Legionellen-Kontaminationen belegen Daten, die von der Fachzeitschrift GWF veröffentlicht wurden.² Daraus lässt sich ableiten, dass das Vorkommen, die Verarbeitung und das Infektionsrisiko bei Wassersystemen mit entsprechender Temperatur ein stark erhöhtes Risiko für Legionellen-Kontaminationen aufzeigen. Vor allem Warmwassersysteme in häuslichen Umgebungen (Mehrfamilienhäuser, Hotels, Krankenhäuser, Bäder und öffentliche Einrichtungen/ Gebäude) konnten als häufige Infektionsquellen nachgewiesen werden. Zu betonen ist zudem ihre Widerstandsfähigkeit gegen Desinfektionsmittel, wodurch sich die Bekämpfung und das Ergreifen genereller Maßnahmen als eine Herausforderung darstellt.⁴

Eine weitere Problematik entsteht durch andere in Wassersystemen lebende Mikroorganismen, welche die Vermehrung von Legionellen ermöglichen und unterstützen.³ Legionellen leben als Wasserbakterien meist nicht frei im Wasser, sondern befinden sich in Biofilmen. Die Bildung der schleimigen, dünnen Schichten von Mikroorganismen, die auf der Wasseroberfläche schwimmen, so genannte Biofilme, werden innerhalb von Wasseranlagen durch viele Faktoren begünstigt. Dazu  gehören der erhöhte Nährstoffgehalt des Wassers und der Materialien, aus denen das System besteht, des Weiteren Kesselstein, Korrosionen, erhöhte Temperaturen und geringer Durchfluss bis hin zur Stagnation (z.B. in Wasserspeicher [-Tanks]). Sobald Biofilme auf der Wasseroberfläche gebildet wurden, sind sie äußert hartnäckig und schwer zu beseitigen.³

Übertragung, Infektion, Klinik Wie bereits erwähnt, bevorzugen Legionellen zum Wachsen ein Wassersystem mit optimaler Temperatur, weshalb sie vor allem in diesen Wasserinstallationen vermehrtes Vorkommen zeigen. Darunter fallen demnach Wasserversorgungs-Systeme, Warmwasser-Sanitäranlagen, Kühlanlagen/Klimaanlagen, Schwimmbäder und Rückkühlwerke.³ Diese Systeme bieten entsprechende Temperaturen zur Förderung der pathogenen Bakterien. Lokalisieren lässt sich der Übertragungsweg über die produzierten Aerosole in die Atemwege des Menschen. ^1,3 Das legionellenhaltige Wasseraerosol, welches in Form von feinstem schwebendem Gas auftritt, ist der einzige Übertragungsweg. Somit kann die Übertragung des Erregers über raumlufttechnische Anlagen erfolgen, aber auch über Luftfeuchtigkeit in Duschen, Bädern und Whirlpools. Ist eine Inhalation von Wasserdämpfen oder der Luftfeuchtigkeit (Klimaanlagen) gegeben, können die Pathogene über die Atemwege in den menschlichen Körper gelangen.⁵ Dabei gilt generell, dass jede Legionellen-Spezies bei immunkompromittierten Menschen Infektionen verursacht.¹ Insbesondere scheinen 82% der Infektionen auf L. pneumophila auf die Serogruppe ¹ zurückzugehen. Zusätzlich zeigen Studien und Wasseruntersuchungen in Haus-Installationen, dass L. pneumophila die am häufigsten auftretende Legionellen-Spezies ist.⁴ Zu der Gruppe mit erhöhtem Infektionsrisiko gehören sowohl ältere Menschen, als auch Immunsystem geschwächte und/oder vorerkrankte Menschen. Zudem weisen Männer ein erhöhtes Erkrankungsrisiko auf (2-3 mal häufiger als Frauen).¹

In der Klinik zeigt sich der Infekt, der von Legionellen ausgelöst wird, u.a. in Form von:

• einer klassischen Pneumonie,
• respiratorischem Infekt (Pontiac-Fieber)
• Erkrankungen in der extrapulmonalen Region (außerhalb der Lunge) - zu den Symptomen gehören Arthritis, Wundinfektionen und Endokarditis  
• bei einem leichten Krankheitsverlauf: typischen Erkältungssymptomen wie Fieber, Husten, Kopfschmerzen und manchmal Diarrhöe.

Eine Infektion sollte in jedem Fall ernst genommen werden, da sie sehr schnell fortschreiten kann und innerhalb von Stunden mit einem Multiorganversagen enden kann.^{1, 5}
Und obwohl die Infektion durch Legionellen seit 2001 meldepflichtig ist, repräsentieren die gemeldeten Fallzahlen nur einen Bruchteil der tatsächlichen Erkrankungen. Der Grund dafür ist, dass meist keine mikrobiologische Diagnostik und Identifizierung der Pathogenen der Pneumonie-Erkrankten stattfindet. Somit kann nicht festgestellt werden, welche Mikroorganismen die Pneumonie verursacht haben können.⁴ Die Mortalitätsrate der Legionärskrankheit ohne multimorbiden Hintergrund beträgt 12%. Im Vergleich zu den letzten 20 Jahren erhöhte sich die Morbiditätsrate um 800%.⁶ Das Robert-Koch-Institut (RKI) schätzte die tatsächliche Fallzahl der Patienten, die an einer Legionellen-bedingten Pneumonie erkrankten, pro Jahr zwischen 6.000 – 10.000.⁵ Außerdem verzeichnete das RKI⁷ die Verdopplung der Inzidenz in den letzten 5 Jahren. Hochrechnungen der CAPNETZ – Pneumonie-Studie ergaben das Doppelte, dabei liegt der geschätzte Wert bei 15.000 – 20.000 Fällen pro Jahr. Dabei sind es „nur“ ca. 500 gemeldete Fälle, die als Spitze des Eisbergs angesehen werden.⁴

Gefahr durch Trinkwasseranlagen und generelle Problematiken Besonders die hohe Widerstandsfähigkeit der Legionellen-Spezies ermöglicht es ihnen von Menschen eingerichtete wasserführende Installationen als neue Biotope zu besiedeln. Auch Trockenphasen, schädliche Umwelteinflüsse wie Desinfektionsmittel und auch nährstoffarmes Wasser kann ihre Vermehrung nicht eindämmen.¹ Aus diesem Grunde ist es wichtig, den Kontext zwischen Wasserversorgungsanlagen in Gebäuden und einer Legionellen-bedingten Infektion zu verstehen. Zusätzlich lässt sich ein Zusammenhang zwischen einer Legionellen-kontaminierten Trinkwasser-installationen und dem Infektionsrisiko der Nutzer erkennen.^2,8 Die Zusammenhänge sind im Bereich der Wasserinstallationssystemen in Großgebäuden bedeutsam, da in 65-77% der entnommenen Proben Legionellen nachgewiesen wurden.⁵ Je nach Einrichtung (Krankenhäuser, Altenheime) können daraus schwerwiegende Folgen resultieren. Sollte es zum Beispiel in Krankenhäusern zu einer Wasserkontamination durch Legionellen kommen, ist ein erhöhtes Expositions- und Infektionsrisiko zu erwarten. Deswegen empfiehlt es sich dringend die Wassersysteme regelmäßig auf Keimfreiheit zu überprüfen.⁴ Diese Empfehlung gilt für alle Großgebäude und primär für medizinische Institutionen, dazu gehören Krankenhäuser, Kliniken, Pflegeheime und Praxen. Exemplarisch zu letzterem wurden mehrfache Kontaminationen in Zahnärztlichen Behandlungseinrichtungen entdeckt.⁵ Dennoch reichen viele Maßnahmen selbst zum aktuellen technischem Stand nicht aus, um eine Legionellenkontamination zu verhindern oder zu bekämpfen. In 20 – 40% der häuslichen Trinkwassersysteme kommt es zu einer Kontamination (Legionella-Konzentration >100 KBE/100 ml). Epidemiologisch von Bedeutung sind Rückkühlwerke und ähnliche Anlagen.¹ Für die Bevölkerung sind Trinkwasseranlagen von Relevanz, sowohl hinsichtlich ihrer dauerhaften Gefahr zur Inhalation als auch (Mikro-)Aspiration – beides ermöglicht den Übertragungsweg der Legionellen und führt letztlich zu Infektionsausbrüchen. Daher ist es notwendig, Kontaminationen in Anlagen zur Trinkwasserversorgung rechtzeitig zu erkennen und Maßnahmen zur Behebung zu ergreifen, und eine erneute Ausbreitung zu vermeiden.⁸ 

Wichtige gesetzliche Reglungen Der wichtigste Grundsatz zu der landesweiten Wasserversorgung und -qualität lautet:

„Wasser für den menschlichen Gebrauch muss frei von Krankheitserregern, genusstauglich und rein sein. Dieses Erfordernis gilt als erfüllt, wenn bei der Wassergewinnung, der Wasseraufbereitung und der Verteilung die allgemein anerkannten Regeln der Technik eingehalten werden und das Wasser für den menschlichen Gebrauch den Anforderungen der §§ 5 bis 7 entspricht.“ ⁹

Die wichtigsten Regelungen der Trinkwasserkommission für Hausinstallationen fassen sich wie folgt zusammen:

• DIN 1988: Technische Regeln für Trinkwasserinstallationen
• VDI-Richtlinie 6023: Hygienebewusste Planung, Ausführung, Betrieb und Instandhaltung von Trinkwassererwärmungsanlagen
• DVGW-Arbeitsblatt W551: Trinkwassererwärmungs- und Trinkwasserleitungsanlagen; Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums; Planung, Errichtung, Betrieb und Sanierung von Trinkwasserinstallationen
• DVGW-Arbeitsblatt W553: Bemessung von Zirkulationssystemen in zentralen Trinkwassererwärmungssystemen⁹

Die Untersuchungen der Wasserproben müssen mittels Membranfiltration durchgeführt werden. Zudem gibt es hinsichtlich der Untersuchungshäufigkeit unterschiedliche Bestimmungen, gerichtet an die Zahl der Personen, die in Kontakt mit dem Wasser stehen (Krankenhäuser, Hotels, Firmen) und der potentiellen Kontaminationsgefahr (z.B. Voruntersuchungen, längere Stagnationsphase).⁹ Für die Trinkwasseranlagen in öffentlichen Gebäuden sind die Anforderungen in der TrinkwV verfasst. Sowohl die TrinkwV als auch das Infektionsschutzgesetz legen den Maßstab ihres Handelns bei der Prävention und Qualitätssicherung fest, ehe es zu einem Infektionsfall kommt. Das gelingt in Form von regelmäßigen Stichproben und der Analyse des Trinkwassers.⁸ Auch die WHO veröffentlichte ein Trinkwassersicherheitskonzept, welches auf der Beurteilung und Bewertung der Gefährdung und des Risikos für das Wassersystem und dessen Nutzer beruht. Ziel des Trinkwassersicherheitskonzepts ist die Eindämmung der potentiellen Gefahr.⁸  Der vorsätzliche oder fahrlässige Verstoß gegen die Verordnungen und Gesetze bei der Wasserbereitstellung für die Öffentlichkeit (Schulen, Kindergärten, Krankenhäuser o.ä.) bezüglich der Legionellenprüfung und/oder anderen Reglungen der TrinkwV gilt als Straftat, die mit teurem Bußgeld bis hin zur Freiheitsstrafe belangt wird.⁵ Im Allgemeinen gilt eine durch Legionellen-verursachte Verunreinigung von Trinkwassersystemen als vermeidbar, weswegen es für die Verantwortlichen unter die Sorgfaltspflicht fällt, das Infektionsrisiko durch Pathogene auf ein Minimum zu begrenzen – das Prinzip der technischen Regelwerke.⁸

Zusammenhang zur COVID-19-Pandemie Die Symptome bei Legionella-Infekten ähneln den des Corona-Virus. Sowohl die Bakterien L. pneuomophila als auch die Viren SARS-CoV-2 lösen Lungenentzündungen aus und enden zum Teil tödlich. In der Klinik wurden oft bakterielle Ko-Infektionen durch L. pneumophila bei Corona-Erkrankten festgestellt, die zu steigender Letalität führten.¹⁰ Studien die in China und Japan durchgeführt wurden, zeigen das 20% der mit Covid-19 infizierten Patienten auch mit Legionellenbakterien infiziert waren. Wird eine Legionellen-bedingte Pneumonie nicht rechtzeitig mit Antibiotika behandelt, kommt es zum schweren Atemversagen.⁶ Da Legionellen im Biofilm überleben können, löst das Durchspülen eines Covid-19-geschlossenen Gebäudes das Legionellen-Problem nicht. Der Biofilm wird in Rohrwänden, Ventilen und Armaturen festgestellt und bildet sich durch die verminderte Nutzung großer Anlagen aus. Die vorübergehende Schließung bzw. begrenzte Auslastungen von Großgebäuden aufgrund von der COVID-Pandemie führte zur Wasserstagnation in Sanitärsystemen. Somit entsteht der optimale Nährboden für Legionellen.⁶ Werden die Gebäude ohne gründliche Überprüfung wieder geöffnet, führt das zu vermehrten Ausbrüchen in Gesundheitszentren und Hotels. ^6,11

Die Gefahr einer Epidemie von Legionärskrankheiten ist neben Wasserstagnationen multifaktoriell bedingt. Grundlegend sind:

• Wasserstagnationen
• die spezifische Periode der Wasserstagnation
• der Belegungsgrad und  
• das Nutzungsmuster in einem Gebäude ⁶

Fazit Die Vermehrung von Legionellen findet in einem Temperaturbereich von 20°-50° statt. Die Legionellenkonzentration muss in den entsprechenden Anlagen regelmäßig überprüft werden, insbesondere in Trinkwasseranlagen die in ständiger Nutzung von immungeschwächten Menschen (in Krankenhäusern, Praxen, Pflege- und Wohnheimen) stehen. Die Ärzteschaft hat die Pflicht, bei Patienten mit entsprechender Symptomatik, labordiagnostische Untersuchungen durchzuführen, um die Pathogene exakt zu bestimmen. Durch diese Untersuchungen können die Fallzahlen realistisch geschätzt und eingeordnet werden. Die durch Legionellen ausgelösten Gefährdungen können dadurch vermieden werden. Eine rechtzeitige Gefahrenschätzung verhindert eine Unterschätzung der von Legionellen ausgehenden Gefahren und ermöglicht eine zeitnahe Behandlung von Epidemien. Zur Vermeidung weiterer Erkrankungen wird die Ergreifung von Präventivmaßnahmen empfohlen. Dies kann durch die Entnahme von Wasserproben aus dem jeweiligen Umfeld der Patienten erzielt werden. Zuletzt wird dazu geraten in Krankenhäusern, sowie in anderen medizinischen Institutionen, aufgrund der hohen Anfälligkeit der Patienten, entsprechend höhere Qualitätsanforderungen einzuführen.

¹Ons Michel, Fakultät für Biologie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg 
ons.michel{at}stud-mail.uni-wuerzburg.de (2021)