Free Press

Abstract

De frequentie van, de risicofactoren voor, en het resultaat van polyclonale gram-negatieve bacteriëmie zijn nog onbekend. Wij onderzochten deze in een prospectieve cohortstudie van patiënten bij wie een bloedkweek ⩾1 species van gramnegatieve aërobe staaf opleverde. Voor elke patiënt werd pulsed field gel electroforese (PFGE) uitgevoerd op 4 kolonies van elk morfologisch type. Episoden van bacteriëmie werden als polyklonaal beschouwd indien veroorzaakt door >1 PFGE type van dezelfde soort. Tien (6,5%) van 153 onderzochte patiënten hadden polyklonale bacteriëmie. Bacteriëmie veroorzaakt door niet-fermenterende staven was de enige significante risicofactor voor polyklonale bacteriëmie. Complicaties kwamen in alle patiëntengroepen even vaak voor. Patiënten met polyklonale bacteriëmie kregen echter een uitgebreidere antibioticatherapie dan patiënten met monoklonale bacteriëmie. Bijna 20% van de episodes van bacteriëmie veroorzaakt door niet-fermenterende staven waren polyklonaal, maar het blijft onduidelijk waarom niet-fermenterende staven vaker polyklonale bacteriëmie veroorzaakten dan andere gramnegatieve staven.

Gramnegatieve bacteriëmie is een ernstige infectie met een geschatte ruwe mortaliteit van 20%-50% . Daarom zijn risicofactoren voor de ontwikkeling van sepsis, de natuurlijke geschiedenis van de ziekte , en vooral de therapie uitgebreid bestudeerd. Moderne moleculaire instrumenten zijn zelden gebruikt om sepsis te bestuderen. In sommige van de latere studies zijn episoden van bacteriëmie ten gevolge van >1 genotype van dezelfde soort beschreven. Arbeit et al. gebruikten de term “polyclonale bacteriëmie” om deze episoden van bacteriëmie te beschrijven.

Een eerdere retrospectieve studie toonde aan dat patiënten die polyclonale gram-negatieve bacteriëmie hadden, vaker ernstige onderliggende aandoeningen hadden dan patiënten die monoklonale bacteriëmie hadden. Bovendien overleden meer patiënten met polyclonale bacteriëmie aan bacteriëmie. De retrospectieve studie opzet kan echter gevoelig zijn geweest voor aanzienlijke bias. Daarom voerden wij een prospectieve cohortstudie uit om de frequentie van polyclonale bacteriëmie te schatten en om risicofactoren voor en het resultaat van polyclonale bacteriëmie te onderzoeken.

Patiënten en Methoden

Patiënten. Het Universitätsklinikum Benjamin Franklin is een 1300-bed tertiair-zorgziekenhuis met ∼34.000 opnames per jaar. Alle patiënten werden in de studie opgenomen bij wie ⩾1 species van aëroob groeiende gram-negatieve staaf werd geïsoleerd uit ⩾1 bloedkweek afgenomen in de periode augustus 1996-juli 1997.

Een onderzoeker, die blind was voor de typeringsresultaten, abstraheerde de volgende gegevens uit het medisch dossier van elke patiënt: leeftijd, geslacht, ziekenhuisdienst waar ze werden behandeld, onderliggende ziekten, ernst van de onderliggende ziekte zoals beoordeeld door de McCabe en Jackson criteria (snel fataal, verwacht te sterven binnen 12 maanden; uiteindelijk fataal, verwacht te leven >12 maanden maar te sterven binnen 4 jaar; niet-fataal, verwacht te leven >4 jaar) , Karnofsky score , acute fysiologie en chronische gezondheidsevaluatie (APACHE II) score , bron van bacteriëmie, complicaties, therapie, en uitkomst.

Omdat de oorspronkelijke studie die de APACHE II score beschreef geen kinderen omvatte, werd de score alleen berekend voor mensen van >16 jaar. Er werden gegevens verzameld over mogelijke risicofactoren voor bacteriëmie, waaronder de volgende: uitvoering van operatieve ingrepen; noodzaak van hemodialyse; aanwezigheid van vreemde lichamen en/of plaatsing van intravasculaire of urinekatheters; en noodzaak van mechanische beademing gedurende ⩾24 u. Een lichaamslocatie werd beschouwd als de bron van bacteriëmie indien dezelfde bacteriesoort werd geïsoleerd van die locatie en van de bloedkweek of indien een lokale infectie werd gediagnosticeerd door middel van radiologie, sonografie, of tijdens chirurgische ingrepen. De sepsiscriteria die werden gedefinieerd door de consensusconferentie van het American College of Chest Physicians en de Society of Critical Care Medicine werden gebruikt om de systemische reacties van de patiënten op bacteriëmie te evalueren. Medische dossiers werden nagekeken om te bepalen of de patiënt één van de volgende complicaties ontwikkelde: septische shock, ademnoodsyndroom voor volwassenen, nierfalen, gedissemineerde intravasculaire stolling, meervoudig orgaanfalen, of overlijden ten gevolge van bacteremie. De duur van de antimicrobiële therapie werd gedefinieerd als de periode vanaf de eerste dag van de antimicrobiële therapie tot de laatste dag van de therapie. Voor elke patiënt werd het totale aantal dagen antibiotische therapie berekend door de duur van de therapie voor alle antimicrobiële middelen die de patiënt kreeg, bij elkaar op te tellen; profylactische antimicrobiële therapie werd niet in de berekening opgenomen.

Organismen. Het microbiologisch laboratorium (van het Universitätsklinikum Benjamin Franklin) gebruikte bouillonbloedkweken om bloedmonsters te verwerken (Septicheck; Becton Dickinson). Uit bloedkweken waarin gramnegatieve staven waren gekweekt, werden 4 kolonies van elk morfologisch type verder verwerkt. De API 20E en API 20NE systemen (bioMérieux) werden gebruikt om de isolaten tot op soortniveau te identificeren. De isolaten werden bevroren bewaard bij -70°C in glycerinebouillon.

Moleculaire typering. De pulsed field gel electrophoresis (PFGE) methode beschreven door Pfaller et al. werd gebruikt om de isolaten te typeren. Nadat elk isolaat ten minste tweemaal op bloedagar was gepasseerd, werden de kolonies in trypticase-sojabouillon geënt en de culturen werden een nacht geïncubeerd. De bacteriën werden ingebed in agarose, en het chromosomale DNA werd vergist met het juiste restrictie-enzym: XbaI voor Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, en Xanthomonas maltophilia; SpeI voor Enterobacter-soorten, Klebsiella-soorten, Proteus-soorten, Serratia marcescens, en andere Enterobacteriaceae; SmaI voor Haemophilus influenzae; en AscI voor Acinetobacter-soorten. De fragmenten werden gescheiden door PFGE, en de gels werden gekleurd met ethidiumbromide. Als alle hoofd- en nevenbanden exact overeenkwamen, werden de isolaten als identiek geclassificeerd. Als ten minste 90% maar <100% van de banden overeenkwam (d.w.z. 1-3 banden verschilden), werden de isolaten als vergelijkbaar beschouwd. Als <90% van de banden overeenkwam (d.w.z. >3 banden verschilden), werden de isolaten als verschillende stammen beschouwd. Een bacteriëmie werd als polyklonaal gedefinieerd als ⩾2 verschillende stammen van dezelfde gramnegatieve soort in één bloedkweek werden geïdentificeerd.

Susceptibiliteitstests. De antimicrobiële gevoeligheid werd getest door middel van microbroth verdunning volgens de breekpuntmethode. Met behulp van microtiterplaten en door ons bereide media (IsoSensitest bouillon; Unipath), testten wij de gevoeligheid van isolaten voor de volgende antimicrobiële agentia: ampicilline, ampicilline-sulbactam, piperacilline, mezlocilline, cefotiam, cefotaxime, ceftriaxone, cefaclor, ceftazidime, imipenem, meropenem, trimethoprim-sulfamethoxazol, gentamicine, tobramycine, ofloxacine, ciprofloxacine, tetracycline, amikacine, en fosfomycine. De antibioticaresistentieprofielen van de stammen met verschillende PFGE-types, verkregen van dezelfde patiënt, werden vergeleken. Voor elke 2 PFGE types was een verschil in de interpretatiecategorie (vatbaar vs. resistent) voor ⩾1 antibioticum vereist om de antibioticaprofielen als verschillend te beschouwen.

Statistische analyse. Als in het medisch dossier van een patiënt gegevens ontbraken voor >40% van de categorieën of als we niet in staat waren de bloedkweekisolaten te typeren, werd de patiënt van de analyse uitgesloten. We gebruikten de χ2 test of de Fisher’s exact test om verschillen tussen categorische variabelen te evalueren en de Mann-Whitney U test, om verschillen tussen continue variabelen te evalueren (SPSS). We stelden α op 0,05, en we voerden 2-tailed tests uit.

Resultaten

Tijdens de studieperiode hadden 169 patiënten een episode van gramnegatieve bacteriëmie. Zestien patiënten werden uitgesloten van verdere analyse, 9 patiënten omdat gegevens ontbraken voor >40% van de categorieën, en 7 patiënten omdat we niet in staat waren de bloedkweekisolaten te typeren. De patiënten met ontbrekende gegevens werden overgebracht naar andere ziekenhuizen kort nadat een bloedmonster voor kweek was afgenomen; daarom ontbraken de meeste gegevens in de medische dossiers. Geëxcludeerde patiënten verschilden niet van geïncludeerde patiënten wat betreft leeftijd, geslacht, ziekenhuisdienst waar ze werden behandeld, of de microbiële soort die de episode van bacteriëmie veroorzaakte.

Van de 153 patiënten die in de analyse werden opgenomen, hadden 47 patiënten polymicrobiële bacteriëmie. De episoden van polymicrobiële bacteriëmie werden bij 27 patiënten veroorzaakt door combinaties van gramnegatieve staven en grampositieve cocci (coagulase-negatieve stafylokokken, enterokokken of Staphylococcus aureus). Sommige patiënten hadden polymicrobiële bacteriëmie veroorzaakt door combinaties van gramnegatieve staven en schimmels (2 patiënten), gramnegatieve staven en verschillende anaerobe organismen (6 patiënten), of gramnegatieve en grampositieve staven (3 patiënten). Negen patiënten hadden een polymicrobiële bacteriëmie als gevolg van 2 verschillende gramnegatieve soorten. Daarom waren 162 subgekweekte isolaten van gramnegatieve staven beschikbaar voor typering. Escherichia coli, Klebsiella species, en Enterobacter species waren de meest frequent geïsoleerde gramnegatieve species (tabel 1). Tien episoden van bacteriëmie (6,5%) waren polyklonaal, dat wil zeggen dat de episoden werden veroorzaakt door 2 PFGE-types van dezelfde soort. Vijf van de patiënten die polyclonale bacteriëmie hadden, hadden ook polymicrobiële bacteriëmie. Episoden van polyclonale bacteriëmie werden significant vaker veroorzaakt door niet-gistende staven dan door monoklonale of polymicrobiële bacteriëmie.

Patiënten met polyklonale bacteriëmie werden vergeleken met patiënten met monoklonale bacteriëmie en met patiënten met polymicrobiële bacteriëmie. De 5 patiënten die zowel polymicrobiële als polyklonale bacteriëmie hadden, werden van de analyse uitgesloten om vertekening door verkeerde classificatie te voorkomen. De patiënten met polyklonale bacteriëmie hadden dezelfde verdeling qua leeftijd, geslacht en aantal onderliggende ziekten als de patiënten met monoklonale bacteriëmie en die met polymicrobiële bacteriëmie (tabel 2). De ernst en prognose van de onderliggende ziekten waren vergelijkbaar in alle patiëntengroepen.

Voor alle patiëntengroepen geldt dat meer dan de helft van de episoden van bacteriëmie in het ziekenhuis werd opgelopen, en ∼10 werden opgelopen tijdens behandeling op een intensive care afdeling. De gemiddelde duur van het verblijf in het ziekenhuis vóór de ontwikkeling van de bacteriëmie was langer voor patiënten met polyklonale bacteriëmie (17 dagen) dan voor patiënten met monoklonale bacteriëmie (11 dagen) en voor patiënten met polymicrobiële bacteriëmie (9 dagen); dit verschil was echter niet significant. In alle patiëntengroepen was het aandeel van patiënten die mechanisch werden beademd of bij wie een centraal veneus of urinekatheter werd geplaatst, vergelijkbaar. De urinewegen waren de meest frequente bron van bacteriëmie bij patiënten met monoklonale of polyklonale bacteriëmie. Onder patiënten die polymicrobiële bacteriëmie hadden, waren intra-abdominale processen (bv. diverticulitis) de meest frequente bron van bacteriëmie.

Nagenoeg alle patiënten waren symptomatisch tijdens hun episode van bacteriëmie en voldeden aan de criteria voor sepsis (tabel 3). De frequentie van complicaties tijdens de episode van bacteriëmie was laag in alle groepen van patiënten, en slechts 10 van de patiënten die monoklonale bacteriëmie hadden en 12 van de patiënten die polymicrobiële bacteriëmie hadden overleden binnen 7 dagen na de eerste positieve bloedkweek. Geen van de patiënten die polyclonale bacteriëmie hadden, overleed aan bacteriëmie.

Patiënten met polyclonale bacteriëmie bleven na de episode langer in het ziekenhuis dan patiënten met monoklonale of polymicrobiële bacteriëmie (gemiddeld 48 dagen versus 27 dagen en 48 dagen versus 30 dagen, respectievelijk); deze associatie bereikte echter geen statistische significantie. Patiënten met polyklonale bacteriëmie kregen meer antibiotica en werden langer behandeld dan patiënten met monoklonale bacteriëmie. Het totaal aantal dagen antibioticumkuur was significant hoger bij patiënten met polyklonale bacteriëmie dan bij patiënten met monoklonale bacteriëmie (P = .02). De antibiotische behandeling verschilde niet significant tussen patiënten die polyklonale bacteriëmie hadden en patiënten die polymicrobiële bacteriëmie hadden.

Vier van de 10 paren isolaten die verschillende PFGE-patronen hadden, hadden ook verschillende antimicrobiële gevoeligheidspatronen. De patronen verschilden in de gevoeligheid voor 1-5 antibiotica. In al deze gevallen had het microbiologisch laboratorium de gevoeligheid van de meer resistente stam gerapporteerd. Alle patiënten kregen dus een aangepaste therapie.

Discussie

Frequentie. Voor zover wij weten, is de frequentie van polyklonale gramnegatieve bacteriëmie niet eerder onderzocht. Verschillende onderzoekers hebben echter wel episodes van polymicrobiële bacteriëmie geëvalueerd. Zo is bekend dat het aandeel polymicrobiële bacteriëmie varieert van 6% tot 21%. De resultaten van deze studies zijn echter moeilijk te vergelijken omdat de onderzoekers verschillende definities van polymicrobiële bacteriëmie hebben gebruikt. In het algemeen hebben de meeste studies episoden van polymicrobiële bacteriëmie gedefinieerd als episoden waarbij >1 species werden geïsoleerd uit hetzelfde bloedmonster. Bij gebruik van deze definitie had een iets groter deel (31% ) van onze populatie van patiënten bij wie ⩾1 gramnegatieve soort uit bloedkweek werd geïsoleerd, polymicrobiële bacteriëmie.

Bij 9 (19%) van de 47 patiënten werd de polymicrobiële bacteriëmie veroorzaakt door 2 verschillende gramnegatieve staven. Andere onderzoekers vonden een vergelijkbaar percentage bacteriëmie veroorzaakt door ⩾2 gramnegatieve staven bij 9%-28% van de patiënten met polymicrobiële bacteriëmie. In onze studiepopulatie waren episoden van gramnegatieve polyclonale bacteriëmie even frequent als episoden van bacteriëmie te wijten aan 2 soorten gramnegatieve staven (6,5% vs 5,8%, respectievelijk).

Risicofactoren. Slechts enkele gevallen van polyclonale bacteriëmie zijn gemeld. Er was dus geen informatie beschikbaar over risicofactoren voor polyclonale bacteriëmie. In onze studiepopulatie was het organisme dat de bacteriëmie veroorzaakte de enige significante risicofactor geassocieerd met polyclonale bacteriëmie.

Uitkomst. Geen van de door ons bestudeerde patiënten met polyclonale bacteriëmie overleed aan de episode van bacteriëmie. Dit was niet significant verschillend van het lage sterftecijfer onder patiënten die monoklonale bacteriëmie hadden en onder degenen die polymicrobiële bacteriëmie hadden. Uit andere studies is gebleken dat patiënten met episodes van polymicrobiële bacteriëmie een hoger sterftecijfer hadden dan patiënten met episodes van monomicrobiële bacteriëmie. Het aantal patiënten met gedocumenteerde polyklonale bacteriëmie kan nog te laag zijn om conclusies te trekken over het sterftecijfer geassocieerd met polyklonale bacteriëmie.

Patiënten met polyklonale bacteriëmie verbleven na hun episode van bacteriëmie langer in het ziekenhuis en kregen een uitgebreidere antibiotische therapie dan patiënten met monoklonale bacteriëmie. Onze kleine groep patiënten liet ons echter niet toe te analyseren of de langere ziekenhuisopname en de uitgebreidere therapie het gevolg waren van polyklonale bacteriëmie of van de onderliggende ziekte van de patiënten.

Microbiologie. Het was opvallend dat bijna een kwart van alle episodes van bacteriëmie door niet-fermenterende staven polyklonaal waren. We hebben de virulentiefactoren van de veroorzakende organismen niet onderzocht, maar het lijkt mogelijk dat sommige organismen (bv. niet-fermenterende staven) speciale kenmerken hebben die de ontwikkeling van polyclonale bacteriëmie bevorderen.

Bijna de helft van de episodes van polyclonale bacteriëmie werden veroorzaakt door bacteriestammen met verschillende antimicrobiële gevoeligheidsprofielen. In andere rapporten van polyclonale infecties hadden gepaarde isolaten van de helft van de patiënten ook verschillende antimicrobiële gevoeligheidspatronen. De laboratoriumpraktijk om isolaten met verschillende morfologische types van dezelfde bloedkweek te identificeren en te testen heeft dus duidelijk nut. Indien microbiologen slechts één vatbare stam testen die is geïsoleerd uit een patiënt met een episode van polyklonale bacteriëmie, kan de daaropvolgende therapie selecteren op de resistente stam. Dit zou verkeerdelijk kunnen worden geïnterpreteerd als de ontwikkeling van resistentie tijdens antibiotische therapie, hoewel de novo verwerving van resistentie een zeldzaam incident is, dat voorkomt in <10% van de recidieven.

Concluderend kan worden gesteld dat polyclonale bacteriëmie met betrekking tot het resultaat meer lijkt op polymicrobiële bacteriëmie dan op monoklonale bacteriëmie. Daarom moeten in verdere studies naar de uitkomst van bacteriëmie, patiënten die polyklonale bacteriëmie hebben misschien apart worden geanalyseerd.

Acknowledgements

Wij danken Dagmar Löffler voor haar uitstekende technische hulp bij de genotypering.

Figures and Tables