Was bedeutet Herdenimmunität beim neuen Coronavirus? Jagen wir einem Traum nach?

SARS-CoV-2 ist der Name des neuartigen Coronavirus, das die COVID-19-Pandemie verursacht hat. Wenn man darüber nachdenkt, wie diese enden könnte, gehört die Herdenimmunität zu den ersten Begriffen, die einem in den Sinn kommen. Die tägliche Zahl der Fälle näherte sich 500 Tausend, und mit dem Herbst wurden die Auswirkungen der Pandemie weltweit besonders heftig spürbar. Deshalb wird in dieser Zeit begrenzter Möglichkeiten erneut über Herdenimmunität diskutiert. Am 19. Oktober erschien zu diesem Thema in der Zeitschrift JAMA Network ein Artikel, der weltweit Aufmerksamkeit erregte. Eine seiner Hauptautorinnen ist Dr. İnci Yıldırım, eine führende Wissenschaftlerin auf ihrem Gebiet (ihre Biografie finden Sie am Ende des Artikels).

Dr. İnci Yıldırım ist für ihre Arbeit zu Impfungen im Kindesalter bekannt. Derzeit setzt sie ihre Erfahrungen ein, um einen wirksamen COVID-19-Impfstoff zu entwickeln.

Was bedeutet Herdenimmunität (herd immunity)?

Herdenimmunität, auch als Gemeinschaftsimmunität oder Schutz durch die Gemeinschaft bezeichnet, bedeutet den Schutz infektionsanfälliger Menschen, wenn in einer Bevölkerung ausreichend viele Personen immun geworden sind. Die folgende Grafik hilft, Herdenimmunität besser zu verstehen:

Herdenimmunität bedeutet, dass immun gewordene Personen die Übertragungskette unterbrechen und dadurch Menschen in der Bevölkerung schützen, die dem Virus noch nicht begegnet sind. Sie beruht auf der durch Impfung erworbenen individuellen Immunität.

Der Begriff Herdenimmunität wurde vor mehr als einem Jahrhundert definiert. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts verbreitete sich seine Verwendung durch die Notwendigkeit, Ziele im Rahmen von Immunisierungs- und Impfprogrammen festzulegen, durch Diskussionen über die Ausrottung von Krankheiten und durch eindrucksvolle Analysen von Impfprogrammen. Eine Herdenimmunität ohne Impfung war jedoch bis zur gegenwärtigen COVID-19-Pandemie nicht in Betracht gezogen worden. Der Hauptgrund dafür, dass eine Herdenimmunität ohne Impfung jetzt erwogen oder befürwortet wird, sind die begrenzten und schwachen Möglichkeiten, die uns gegen das neue Coronavirus zur Verfügung stehen: Tests, Isolation und Masken.

Die Ausrottung der Pocken sowie der Rückgang von Masern und Pneumokokken-Pneumonien sind erfolgreiche Beispiele für die Auswirkungen einer durch Impfungen erreichten Herdenimmunität.

Herdenimmunität besser verstehen

Die Schwelle der Herdenimmunität wird als der Anteil der Personen in einer Bevölkerung definiert, die immun geworden sind und nicht mehr an der Übertragungskette teilnehmen können.

Liegt der Anteil der immun gewordenen Personen in einer Bevölkerung über dieser Schwelle, endet der bestehende Ausbruch und die Ausbreitung des Pathogens, also des Krankheitserregers, wird unterbrochen.

Im einfachsten Modell hängt die Schwelle der Herdenimmunität von der Basisreproduktionszahl (R₀; der durchschnittlichen Anzahl weiterer Personen, die eine infizierte Person in einer vollständig empfänglichen Bevölkerung ansteckt) ab.

Ein stark übertragbarer Erreger wie das Masernvirus hat einen hohen R₀ -Wert (12-18), und ein großer Anteil der Bevölkerung muss immun geworden sein, um die fortlaufende Ausbreitung einzudämmen. Für das schwere akute respiratorische Syndrom-Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) wird seit Beginn des Ausbruchs der R₀  -Wert auf 2 bis 3 geschätzt. Wenn wir annehmen, dass keine Immunität in der Bevölkerung besteht und alle Personen gleichermaßen empfänglich und ansteckend sind, ist zu erwarten, dass die Schwelle der Herdenimmunität für SARS-CoV-2 ohne jegliche Maßnahmen zwischen 50% und 67% liegt. 

Abbildung: Schwellen beziehungsweise Anteile der Herdenimmunität bei verschiedenen Krankheiten

Dauer des Schutzes

Bei natürlich erworbener und durch Impfungen erzeugter Immunität ist die Beständigkeit des immunologischen Gedächtnisses ein entscheidender Faktor für den Schutz auf Bevölkerungsebene und die Aufrechterhaltung der Herdenimmunität. Wie lange hält also die Immunität bei Infizierten oder Geimpften an?

Bei Masern, Windpocken und Röteln wurde sowohl durch eine Infektion als auch durch die Impfung eine lang anhaltende Immunität erreicht. Bei saisonalen Coronaviren wurde keine langfristige Immunität beobachtet oder sie hielt nur kurz an. Bei Infektionen, die eine vorübergehende Immunität erzeugen, wächst der Pool empfänglicher Personen ohne einen Impfstoff rasch wieder an, und Ausbrüche treten erneut auf. Mit einem wirksamen Impfstoff und einem Impfprogramm lässt sich die Herdenimmunität aufrechterhalten, selbst wenn dafür regelmäßige Impfungen erforderlich sind. Solange die Bevölkerung das erforderliche Niveau beibehält, kann der Ausbruch in kurzer Zeit beendet werden.

Die Rolle der Heterogenität – sozial aktive Menschen

Die nominalen, also jeweils geltenden Schwellen der Herdenimmunität setzen eine zufällige Durchmischung der Personen innerhalb einer Bevölkerung voraus. Das tägliche Leben ist jedoch komplexer: Menschen vermischen sich nicht zufällig, und manche haben mehr Kontakte als andere. Experimentell validierte Netzwerkmodelle zeigen, dass Personen mit einer höheren Zahl von Kontakten bei einem Ausbruch früher infiziert werden. Dies kann dazu beitragen, die Ausbreitung einer Infektion in der Bevölkerung zu verlangsamen, bevor die nominale Schwelle der Herdenimmunität erreicht ist. Es besteht jedoch Unsicherheit darüber, wie sich die Heterogenität der sozialen Durchmischung genau auf die Herdenimmunität gegen SARS-CoV-2 auswirkt.

Kreuzreaktionen von T-Zellen

T-Zellen sind wichtige Vermittler der Immunität (insbesondere der erworbenen Immunität). Neuere Untersuchungen legen nahe, dass eine gegen andere Coronaviren entwickelte Immunität der Bevölkerung einen relativen Schutz gegen das neue Coronavirus bieten kann. Kreuzreaktionen von T-Zellen können eine sterilisierende Immunität bewirken, anstatt die Schwere der Erkrankung zu vermindern; beispielsweise trägt der Wirt die Infektion weder in sich noch gibt er sie weiter.

Infektionsbasierte Herdenimmunität ohne Impfung als politische Strategie

Ein infektionsbasierter Ansatz der Herdenimmunität, bei dem beispielsweise empfängliche Gruppen „abgesondert“ werden, während man zulässt, dass sich Hochrisikogruppen infizieren, wurde vorgeschlagen, um die Ausbreitung von SARS-CoV-2 zu verringern. Ein Beispiel ist, junge Menschen infizieren zu lassen und dabei ältere Menschen zu schützen. Diese Strategie ist jedoch voller Risiken!

Selbst bei einer vergleichsweise niedrigen Infektionssterblichkeit führt ein neuer Erreger beispielsweise zu einer erheblichen Zahl von Todesfällen, da der größte Teil, wenn nicht die gesamte Bevölkerung, noch keine Immunität gegen ihn erworben hat. Hochrisikogruppen abzusondern ist nicht praktikabel, weil Infektionen, die sich zunächst unter Personen mit niedriger Sterblichkeit ausbreiten, auf Personen mit hoher Sterblichkeit übertragen werden können. Außerdem gibt es bislang kein Beispiel für einen Erfolg in großem Maßstab bei einer auf absichtlichen Infektionen beruhenden Herdenimmunität.

Es gibt nur seltene Beispiele für Herdenimmunität, die durch fortlaufende Infektionen erworben wurde. Das jüngste und gut dokumentierte Beispiel betrifft das Zika-Virus in Salvador in Brasilien. Als sich andere europäische Länder zu Beginn des COVID-19-Ausbruchs Ende Februar und Anfang März 2020 in Quarantäne begaben, entschied sich Schweden gegen die Empfehlung einer Quarantäne. Anfangs bezeichneten einige lokale Fachleute und Journalisten diese Entscheidung als Herdenimmunitätsstrategie: Schweden würde sein Bestes tun, um die besonders Gefährdeten zu schützen, wollte aber zugleich die Zahl der Infizierten beobachten, um eine wirkliche Herdenimmunität zu erreichen. Als Schweden Ende März das erschreckende Bild sah, gab es diese Strategie auf. Die meisten Universitäten und weiterführenden Schulen wurden geschlossen, Reisebeschränkungen eingeführt, die Arbeit von zu Hause gefördert und Verbote für Gruppen von mehr als 50 Personen gesetzlich verankert. Von einer erreichten Herdenimmunität konnte keine Rede sein: Im April 2020 wurde für Stockholm in Schweden eine Seroprävalenz, also der Anteil infizierter Personen in einer Bevölkerung, von weniger als 8% berichtet. Trotz einer viel höheren Sterblichkeit als in den Nachbarländern kam das Land der Herdenimmunität nicht einmal nahe. Dies wurde als ein äußerst erschreckendes Ergebnis festgehalten!

Die Bevölkerung der Vereinigten Staaten beträgt ungefähr 330 Millionen. Nach einer Berechnung auf Grundlage der von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) geschätzten Infektionssterblichkeit von 0,5% müssten dort etwa 198 Millionen Menschen immun werden, um eine Herdenimmunitätsschwelle von ungefähr 60% zu erreichen. Das würde einige Tausend zusätzliche Todesfälle verursachen. Wenn man eine infektionsbedingte Immunität von 2 – 3 Jahren und einen bisher infizierten Bevölkerungsanteil von 10% annimmt, ist eine infektionsbasierte Herdenimmunität zum jetzigen Zeitpunkt kein realistischer Weg zur Kontrolle des Ausbruchs. SARS-CoV-2-Impfstoffe werden helfen, die Schwelle der Herdenimmunität zu erreichen; die Wirksamkeit des Impfstoffs beziehungsweise der Impfstoffe und die Impfquote werden sich jedoch erst zeigen.

Fazit

Für das neue Coronavirus ist somit keine auf natürlichem Wege entstehende Herdenimmunität zu erwarten. Sie scheint nur durch aktive Impfung möglich zu sein. Herdenimmunität ist eine wichtige Abwehr gegen Ausbrüche und hat sich in Regionen mit ausreichenden Impfquoten als erfolgreich erwiesen. Um sie zu erreichen, reicht es jedoch nicht aus, einen wirksamen und sicheren Impfstoff gefunden zu haben. Eine weitere Voraussetzung ist, dass die Mehrheit der Bevölkerung geimpft wird.

Wer ist İnci Burçin Yıldırım?

İnci Yıldırım (MD, PhD, MSc) ist außerordentliche Professorin in den Abteilungen für Infektionskrankheiten und globale Gesundheit sowie Kinder- und Jugendmedizin der Yale School of Medicine. Außerdem ist sie medizinische Direktorin für Infektionskrankheiten bei Transplantationen im Kindesalter.

Nach ihrem Abschluss an der Medizinischen Fakultät der Hacettepe-Universität im Jahr 1999 absolvierte sie ihre Facharztausbildung in der Pädiatrie an der Yale University und ein Fellowship für Infektionskrankheiten am Boston Children's Hospital / Boston Medical Center in Boston. Sie schloss einen Master in Epidemiologie ab und ist derzeit Doktorandin an der School of Public Health der Boston University.

Sie erhielt den Maxwell Finlandiya-Preis für herausragende Forschung der Massachusetts Infectious Diseases Society und den Edward H. Kass-Preis 2015 für klinische Exzellenz während des Fellowships. Die Forschung von Dr. Yıldırım konzentriert sich auf die Epidemiologie impfpräventabler Krankheiten, Screeningstrategien für Tuberkulose, insbesondere Pneumokokkeninfektionen sowie die Kosteneffektivität.

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