Herdenimmunität

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Ausbreitung ansteckender Krankheiten in Bevölkerungen mit unterschiedlicher Impfrate.

Unter Herdenimmunität (vom engl. herd immunity, auch Herdimmunität) werden unterschiedliche Konzepte und Kenngrößen zur kollektiven immunologischen Wirkung von Infektionen und Impfungen verstanden:

Definitionen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Herdenimmunität kann verstanden werden als:[1][2][3]

  • der Anteil einer Population, (der „Herde“), der gegenüber bestimmten übertragbaren Infektionskrankheiten immun ist
  • eine Kenngröße für den Anteil Immunisierter in einer Population, deren Überschreiten zu einer Abnahme neuer Infektionen in dieser Population führt
  • eine Verteilung von Immunität (pattern of immunity), die eine Population vor neuen Infektionen schützt
  • der Widerstand (resistance) einer Gruppe gegenüber dem Angriff durch eine Krankheit
  • das Phänomen, dass nicht jede Person in einer Population immunisiert werden muss, um eine Krankheit auszurotten

Außerdem wird der Begriff Herdenimmunität auf unterschiedliche Weise mit dem Begriff „Herdeneffekt“ (von engl. herd effect) in Zusammenhang gebracht:

  • Herdeneffekt ist der indirekte Schutz, der dem nicht immunisierten Anteil in der Population gewährt wird, soweit die durch Infektion oder Impfung Geschützten die Infektkette unterbrechen (engl. auch „community protection“ genannt)[3]
  • Herdenimmunität ist synonym zum Herdeneffekt[4]

Der Begriff Herdenimmunität wird also in unterschiedlicher Bedeutung verwendet. Dabei würde ein Verständnis der immunologischen Phänomene bei umfassender Durchimpfung von Populationen helfen, das Design von Impf-Kampagnen zu verbessern, sodass übertragbare Infektionskrankheiten nicht nur theoretisch, sondern auch in der Realität besser kontrolliert, begrenzt oder ausgerottet werden können.[2] Nachstehend wird der Definition von Herdenimmunität als direktem und Herdeneffekt als indirektem Schutz[2]gefolgt.

Einflussgrößen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Phänomen der Herdenimmunität ist komplex. Die einfache („krude“) Schwellen-Theorie, also das Basis-Modell zur Wechselwirkung von Transmission und Immunitätsschwelle, ist „naiv“, denn sie basiert auf etlichen Annahmen, die in der Realität nicht gegeben sind, und auf Faktoren, die bisher nicht ausreichend verstanden oder quantifizierbar oder noch unbekannt sind.[1][3][5][6]

Zu den Größen mit Einfluss auf die tatsächlich erzielte Wirksamkeit (efficiency) von Impfungen gehören:

  • Immunität der Mutter mit ihrer Auswirkung auf die Leih-Immunität von Neugeborenen und die Immunogenität der Impfungen von Neugeborenen
  • Alter vor allem bei der ersten Impfung
  • Alter mit Auswirkung auf Art und Häufigkeit des Kontakts zu Keimträgern
  • Jahreszeit mit Auswirkung auf Art und Häufigkeit des Kontakts zu Keimträgern und Vermehrungsfähigkeit von Keimen
  • Dauer der Infektiosität
  • Dauer und Ausmaß der Immunität
  • Homogenität der Population oder von Sub-Populationen hinsichtlich Art und Häufigkeit des Kontakts und der Infektweitergabe zwischen Infizierten und nicht Immunisierten
  • Homogenität der Population oder von Sub-Populationen hinsichtlich Einstellung zu und regelkonformen Durchführung von Impfungen
  • Verteilung der Impfstoffe (zufällig oder gezielt, homogene oder inhomogen)
  • Kontakt von Sub-Populationen zur übrigen Population (abgeschottet oder durchlässig)
  • Verteilung der Immunität in Sub-Populationen und der Population
  • individuell beeinträchtigte Immunkompetenz (beispielsweise durch Immundefekte oder Impfversagen)
  • kollektives Impfversagen in Sub-Populationen (beispielsweise durch hygienische Verhältnisse, Ernährungszustand, ethnisch-genetische Unterschiede)
  • Art der durch Impfung bewirkten Immunität (zum Beispiel humoral oder zellulär, mukosal oder systemisch, oral oder enteral, gegen den Erreger oder gegen Toxine)

Der zur Berücksichtigung dieser Einflussgrößen in das mathematische Modell eingeführte Effizienzfaktor E beruht seinerseits auf Annahmen dazu, wie sich vorgenannte Einflussgrößen im Einzelnen und in gegenseitiger Wechselwirkung quantitativ auswirken.

In der Regel führt Faktor E zu einer Erhöhung der in der Realität notwendigen Durchimpfungsrate im Vergleich zu den idealistischen Annahmen des mathematischen Modells. Sofern allerdings Sub-Populationen bekannt sind, die ein besonders hohes Infektrisiko haben, kann deren gezielte Durchimpfung die insgesamt nötige Impfquote (overall vaccine coverage) absenken, also zu einer durchschnittlich höheren tatsächlichen Wirksamkeit der Impfkampagne führen.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Herdeneffekt wirkt ähnlich wie eine Brandschneise bei einem Feuer, indem die Infektionskette eines Krankheitserregers mittels Impfungen unterbrochen oder mindestens verlangsamt wird. In der Folge kann sich die Krankheit nicht mehr epidemisch ausbreiten, insofern die Krankheitserreger nur zwischen Menschen übertragen werden (Anthroponose). Gegen Krankheitserreger, die außerhalb ihres Wirts überleben, beispielsweise dem in der Erde vorkommenden Bakterium Clostridium tetani als Auslöser von Tetanus oder dem von Zecken übertragenen FSME-Virus, kann eine Herdenimmunität nicht erreicht werden. Schutz bietet hier nur die individuelle Prophylaxe.[6]

Über einem bestimmten Schwellenwert der Immunität in einer Bevölkerung bricht die Population des Krankheitserregers mangels Vermehrung zusammen und die Krankheit kann in dieser Bevölkerung nicht mehr zirkulieren. Dieser Schwellenwert ist im Wesentlichen abhängig von der Basisreproduktionszahl des jeweiligen Krankheitserregers. Falls der Krankheitserreger Rückzugsräume in anderen Populationen hat, kann er nicht mehr von diesen Rückzugsräumen aus Populationen mit ausreichender Herdenimmunität infizieren.

Für den Herdeneffekt nötiger Mindestanteil Immunisierter
bei einer Auswahl von durch Impfung verhinderbaren Krankheiten
(mathematisches Modell für ideale Bedingungen)
[7]
Krankheit Übertragungsweg R0 Mindestanteil Immunisierter
Masern Tröpfcheninfektion 12–18 83–94 %
Mumps Tröpfcheninfektion 4–7 75–86 %
Polio fäkal-orale Infektion 5–7 80–86 %
Röteln Tröpfcheninfektion 5–7 80–85 %
Pocken Tröpfcheninfektion 6–7 83–85 %
Die Basisreproduktionszahl R0 gibt an, wie viele weitere Personen eine infizierte Person ansteckt,
falls die sie umgebende Population oder Subpopulation weder durch Impfung noch durch frühere Infektion geschützt ist.

Das Basis-Modell[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die unter idealen Umständen für einen Herdeneffekt mindestens notwendige Herdenimmunität (engl. herd immunity threshold, HIT) wird wie folgt aus der Basisreproduktionszahl berechnet:[8]

Die in der Tabelle aufgeführte mindestens notwendige Herdenimmunität (HIT) ist nicht identisch mit der mindestens notwendigen Durchimpfungsrate:

Effizienzfaktor E[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Abweichend vom Basis-Modell hängt das tatsächlich erreichbare Ausmaß von Herdenimmunität und Herdeneffekt von vorgenannten Einflussgrößen ab. Daher sind in der Realität meist höhere Durchimpfungsraten für einen Herdeneffekt als unter idealen Bedingungen erforderlich. Um dies zu berücksichtigen wird die Gleichung um die Größe E, den Faktor der Wirksamkeit ( für Effizienz) erweitert:

Somit ist die mindestens notwendige Durchimpfungsrate meist höher als die in der Tabelle aufgeführte mindestens notwendige Herdenimmunität (HIT).[1] Sowohl eine Zunahme in der Durchimpfungsrate als auch eine Zunahme in der Wirksamkeit der Impfung erleichtern das Erreichen eines Herdeneffekts. Der günstige Fall, dass die im Durchschnitt (für eine Gesamtpopulation) nötige mindestens notwendige Durchimpfungsrate kleiner ist als die in der Tabelle (für die Gesamtpopulation) aufgeführte mindestens notwendige Herdenimmunität, tritt selten ein, beispielsweise bei gezielter Impfung von Sub-Populationen mit besonders hohem Risiko der Infektion und/oder Transmission. Herdenimmunität ist kein statisches Phänomen. So sind beispielsweise bei Impfungen mit Abnahme (engl. „waning“) der Immunität im Lauf der Zeit Auffrischungsimpfungen erforderlich, um einen Herdeneffekt aufrechtzuerhalten.[1][9]

Schutz besonderer Personengruppen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Personen, die nicht wirksam geimpft werden können[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Besondere Bedeutung besitzt die Herdenimmunität für Personen, die nicht mit ausreichender Wirksamkeit geimpft werden können, beispielsweise Personen mit Immunsuppression (Erkrankung des Immunsystems wie HIV-Infektion, Lymphom, Knochenmarkkrebs oder Leukämie; Chemotherapie oder Strahlentherapie; Einnahme von Immunsuppressiva nach Organtransplantation).[10][11][12][13] Daneben können Kontraindikationen zu einer mangelnden Immunität beitragen.[10][10][13][14] Die fehlenden Immunität in diesen Personengruppen kann teilweise auch zu schwereren Krankheitsverläufen führen, die durch einen Herdeneffekt vermieden werden können.[10][13][14]

Personen, die noch nicht geimpft werden können[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beispielsweise können bei Neugeborenen Nebenwirkungen (vor allem von Impfstoffen mit lebenden Erregern) oder eine Unwirksamkeit durch passive Immunität von den Antikörpern der Mutter Gründe gegen die Verabreichung einzelner Impfstoffe sein.[7][10][15][16] Schwangere, die noch nicht vor Röteln durch Infektion oder Impfung geschützt sind, werden nicht mit dem derzeit üblichen Kombinations-Impfstoffen gegen Röteln geimpft, weil diese lebende Erreger enthalten, deren Unbedenklichkeit für die Ungeborenen nicht gesichert ist. Dem Schutz solcher Schwangeren und ihrer Ungeborenen dient die Herdenimmunität ihrer Kontaktpersonen.

Schutz anderer Altersgruppen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hohe Durchimpfungsraten in einer Altersgruppe können auch Personen in anderen Altersgruppen vor Erkrankung an diesem Krankheitserreger schützen,[4] beispielsweise ungeimpfte Säuglinge und Kleinkinder[4][13][17][18][19] oder ältere Menschen.[4][20]

Sexuell übertragbare Krankheiten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hochrisikoverhalten beim Geschlechtsverkehr führt zu einer hohen Übertragungsrate (engl. transmission) der betreffenden Erreger, was die Eradikation von Geschlechtskrankheiten erschwert.[21][21][22] Bei Geschlechtskrankheiten kann sich der Herdeneffekt von einem Geschlecht auf das andere Geschlecht erstrecken,[21][23][22][24][22]

Eradikation[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kuh mit Rinderpest (1982). Der letzte bekannte Fall war in Kenya 2001. Die Krankheit wurde 2011 als ausgerottet deklariert.[25]

Im günstigsten Fall kann eine Krankheit so durch ausreichend hohe Impfraten in einer Bevölkerung sogar ausgerottet (Eradikation) werden, d. h. der Krankheitserreger kommt endemisch nicht mehr vor. Die Eradikation von Infektionskrankheiten ist ein Ziel der Gesundheitspolitik.[4] Bei den Pocken konnte genau dies durch ein konsequentes, weltweites Impf- und Bekämpfungsprogramm erreicht werden, so dass 1980 die Welt von der WHO für pockenfrei erklärt werden konnte.[26] Gleiches wurde global inzwischen für Polio nahezu erreicht – inzwischen gelten nur noch wenige Länder als endemisch für Polioviren (Nigeria, Indien, Pakistan, Afghanistan).[27] Bei nachlassenden Impfbemühungen in den Nachbarländern kommt es jedoch immer wieder zu Ausbrüchen der Poliomyelitis durch Re-Importe, zuletzt 2006 in Namibia.[28] Die globale Eliminierung der Masern, ebenfalls von der WHO als Ziel vorgegeben, konnte jedoch bislang nur auf den Kontinenten Amerika und Australien sowie in Skandinavien erreicht werden, da im Rest der Welt die Durchimpfungsraten zu gering sind. In der Folge brechen immer wieder lokale Masernepidemien aus, auch beispielsweise in Deutschland die regional begrenzten Masernepidemien in Hessen, Bayern, Baden-Württemberg und Nordrhein-Westfalen inklusive schwerer Komplikationen und Todesfälle in den Jahren 2005/2006.[29]

Negative epidemiologische Effekte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Regel erlauben es hohe Durchimpfungsraten, eine Herdenimmunität und einen Herdeneffekt zu bewirken. Auf diese Weise sind weltweit große Populationen vor gefährlichen übertragbaren Infektionskrankheiten geschützt worden. Allerdings gilt auch für Impfstoffe die Erkenntnis des Pharmakologen Gustav Kuschinsky: „Ein Arzneimittel, von dem behauptet wird, daß es keine Nebenwirkungen habe, steht im dringenden Verdacht, auch keine Hauptwirkung zu besitzen.“[30] Nebenwirkungen von Impfungen sollen gemäß WHO gezielt erfasst und systematisch klassifiziert werden.[31] Zusätzlich zu individuellen Nebenwirkungen bei manchen Geimpften (beispielsweise Schmerzen an der Einstichstelle, Allergie gegen Bestandteile des Impfstoffes) sind auch Nebenwirkungen epidemiologischer Art bekannt. Das Robert-Koch-Institut bezeichnet sie als „unerwünschte negative Effekte einer Impfstrategie auf Bevölkerungsebene“ und hat ihre Aufklärung zu einer seiner Aufgaben erklärt.[32] Zu den negativen epidemiologischen Effekten von Impfungen auf Bevölkerungsebene gehören beispielsweise:[32][3]

  • Änderungen vorherrschender Serotypen (Serotypen-Replacement). Die Folge kann beispielsweise sein, dass die Wirksamkeit bisheriger Impfstoffe abnimmt.
  • Altersverschiebungen der Krankheitslast. Dadurch kann beispielsweise die Wahrscheinlichkeit und/oder Schwere von Komplikationen der Infektionskrankheit zunehmen.
  • Rückmutation attenuierter Lebendimpfstoffe. Sie kann zur Bildung humanpathogener Erreger in der geimpften Person und zur Infektion von Dritten durch diese Erreger führen.
  • Änderungen vorherrschender Erreger-Species. Die häufiger gewordene Erreger-Art kann beispielsweise zusätzlich zum Menschen auch andere Lebewesen („hosts“) als Reservoire haben und sich insoweit der Eradikation entziehen.

Serotypen-Replacement[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch Impfungen kann es zu einer Änderung der relativen und/oder absoluten Häufigkeit der Serotypen des Krankheitserregers kommen (engl. vaccine-induced pathogen strain replacement).[33] Soweit die Zunahme Serotypen betrifft, die nicht vom Impfstoff erfasst werden, kann der Effekt der Impfung geringer sein als aufgrund der Vakzine-Effektivität gegen die im Impfstoff enthaltenen Serotypen zu erwarten war.[34] Ein Serotypen-Replacement erfordert den Austausch oder eine Erweiterung der Antigene im Impfstoff. Ein bedeutendes Beispiel hierfür ist der Pneumokokkenimpfstoff.[34][35]

Altersverschiebungen der Krankheitslast[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch den Herdeneffekt kann es zur Häufung von Personen in Sub-Populationen kommen, die selbst weder durch Infektion noch Impfung gegen die Erreger übertragbarer Infektionskrankheiten immun sind. Falls in diese Gruppe beispielsweise durch Reisen in Endemiegebiete oder Immigration aus solchen Gebieten Keimüberträger gelangen und der Herdeneffekt für diese Gruppe unzureichend ist, riskieren sie eine Erkrankung, die bisher als Kinderkrankheit üblich war.[1][36] Solche Altersverschiebungen sind beispielsweise für Masern dokumentiert. In höherem Alter werden Masern schwerer erkannt, sodass beispielsweise Masernpneumonien verspätet angemessen behandelt werden. Außerdem treten Masern bei Neugeborenen in der Zeit bis zur ersten Impfung (empfohlen zwischen dem vollendeten 11. und 14. Lebensmonat) etwas häufiger dann auf, wenn ihre Mütter gegen diese Erreger geimpft wurden, als wenn die Mütter die Masern als Infektion durchgemacht hatten, weil die über die Plazenta bewirkte Leihimmunität nach Impfung schneller abklingt als nach Infektion.[37] Bei Mumps verläuft der Großteil der Infektionen bei Kindern ohne oder mit nur geringen Symptomen. In den letzten Jahren sind aber in Deutschland wie auch in vielen anderen europäischen Ländern vermehrt Mumps-Ausbrüche unter Jugendlichen und jungen Erwachsenen aufgetreten. In diesem höheren Alter wird die Symptomatik deutlicher, bei männlichen Erkrankten umfasst sie das Risiko der Sterilität durch Mumps-Orchitis.[38][36] Auch bei Röteln kommt es mit zunehmendem Lebensalter der erkrankten Person häufiger zu Komplikationen.[39] Auch Windpocken und Hepatitis A treten dank regelkonformer Impfungen seltener im Kindesalter auf. Lässt der Herdeneffekt aber nach, werden nicht Geimpfte oft erst in höherem Alter infiziert. Dann kommt es durchschnittlich zu häufigeren mit ernsthafteren Komplikationen als bei Kindern.[36] Nach der Impfung gegen Keuchhusten treten zwar über die Plazenta Antikörper auf die Neugeborenen über. Die Pertussis-Antikörper allerdings schützen einerseits die Neugeborenen in den beiden ersten Monaten vor dann lebensgefährlichen Erkrankung und behindern andererseits (anders als gelegentlich Leihantikörper gegen Röten) nicht den Aufbau eigener Antikörper als Reaktion auf die regelkonform ab dem Ende des zweiten Monats beginnenden Neugeborenen-Impfungen.[40][41]

Rück-Mutation attenuierter Lebendimpfstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das wichtigste Beispiel für diese Art von negativen Effekten von Bevölkerungsimpfungen ist die Rückmutation des Erregers im oralen Polio-Impfstoff (OPV) in eine wieder humanpathogene Variante, die dem Wild-Virus ähnelt und Erkrankungen Dritter durch dieses Virus (engl. circulating vaccine-derived poliovirus, cVDPV) hervorrufen kann. Die WHO empfiehlt daher, die „Schluckimpfung“ mit OPV schrittweise überlappend auf den inaktivierten Polioimpfstoff (IPV) umzustellen.

Zunahme anderer Erreger-Species[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch die DTP-Impfungen wird mittlerweile die Mehrzahl der gemeldeten Diphtheriefälle in Westeuropa durch Corynebakterium ulcerans verursacht (Hautdiphtherie) und nicht mehr durch den bisher klassischen Diphtherie-Erreger C. diphtheriae (Rachendiphtherie).[42][43] C. ulcerans ist in der Lage, das Diphtherie-Toxin zu bilden und damit die systemischen Symptome der Erkrankung auszulösen. Zwar wirkt der übliche Diphtherieimpfstoff auch gegen C. ulcerans.[44] Aber C. ulcerans hat anders als C. diphtheriae sein Reservoir in Tieren (auch Haustieren), was seine Eradikation erschwert.

Probleme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine Gefahr für die Herdenimmunität stellt insbesondere die Impfmüdigkeit dar. Impfkampagnen, die die notwendige Herdenimmunität nicht erreichen, können unter Umständen die Häufigkeit von Krankheitskomplikationen bei Nicht-Geimpften erhöhen. Wird ein zu geringer Anteil der Bevölkerung geimpft, senkt dies „nur“ die Wahrscheinlichkeit einer Ansteckung bei den Nicht-Geimpften, statt eine Infektion über die Herdenimmunität zu verhindern. Dies bedeutet, dass die Ansteckung, falls sie dann stattfindet, oft nicht mehr im Kindesalter erfolgt, was bei einigen Krankheiten, wie etwa Mumps, Röteln, Polio, Windpocken, gefährlicher ist. Beispielsweise wurde in Griechenland in den frühen 1990er Jahren von einer Zunahme der Fälle von Rötelnembryofetopathie berichtet, nachdem in den gesamten 1980er Jahren die Durchimpfungsrate unter 50 % lag.[45] Aus diesem Grund sollte jede Impfkampagne nicht nur einen Teilschutz der Bevölkerung anstreben, sondern auch die Herdenimmunität sicherstellen. Auch ist es wichtig, dass die Verantwortlichen, welche Impfkampagnen planen, mathematische und epidemiologische Modelle der Medizin verstehen.[46] Aufklärung über den Herdeneffekt kann die Impfmüdigkeit senken.[47] Bei Polio wird die Eradikation durch politisch bedingte Unruhen und Misstrauen gegenüber der modernen Medizin verzögert.[1][48] Eine Impfpflicht könnte die Eradikation beschleunigen.[49][50][51][52]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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  8. Gregg N. Milligan, Alan D. T. Barrett: Vaccinology. Wiley 2015, ISBN 978-1-118-63628-2. S. 313.
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