Celem głównym niniejszej rozprawy doktorskiej była retrospektywna analiza epidemiologiczna i mikrobiologiczna zakażeń wywołanych przez C.

Transkrypt

1 Streszczenie Clostridium difficile, beztlenowa, przetrwalnikująca, Gram dodatnia laseczka jest jednym z głównych patogenów szpitalnych. Transmisja drobnoustroju w zakładach opieki zdrowotnej odbywa się za pośrednictwem rąk personelu medycznego, pacjentów, a także środowiska szpitalnego. Najważniejszymi czynnikami ryzyka zakażenia C. difficile (C. difficile infection- CDI) jest: antybiotykoterapia, starszy wiek pacjenta oraz hospitalizacja. Za istotne czynniki ryzyka uważa się ciężką chorobę podstawową, jak niewydolność nerek, obniżoną odporność, choroby nowotworowe oraz transplantacje narządów. Wzrost częstości CDI jak i nawrotów wiąże się z obecnością szczepów NAP1/BI/027. Celem głównym niniejszej rozprawy doktorskiej była retrospektywna analiza epidemiologiczna i mikrobiologiczna zakażeń wywołanych przez C. difficile, ze szczególnym uwzględnieniem zakażeń nawrotowych wraz z określeniem czynników ryzyka, w powiązaniu z ogólną sytuacją epidemiologiczną zakażeń CDI w Samodzielnym Publicznym Centralnym Szpitalu Klinicznym (SP CSK) w Warszawie w latach Retrospektywną analizę zakażeń C. difficile przeprowadzono w oparciu o dokumentację medyczną Zakładu Mikrobiologii oraz historie chorób pacjentów szpitala SP CSK, u których na podstawie obrazu klinicznego oraz wyniku badań mikrobiologicznych rozpoznano CDI. Rozpoznanie mikrobiologiczne dokonano w oparciu o dodatni wynik testów stosowanych do wykrywania toksyn A/B C. difficile, hodowli toksynotwórczego szczepu na podłożach selektywnych i/lub wyniku testu genetycznego (qpcr). Toksynotwórczość szczepów ustalono za pomocą testów immunoenzymatycznych do wykrywania toksyn A/B oraz testów genetycznych. PCR-rybotyp (RT) szczepówc. difficile ustalono metodą PCR rybotypowanie (PCR-ribotyping). Przeanalizowano liczbę łóżek, liczbę hospitalizacji i osobodni oraz dane dotyczące zapadalności na CDIw latach dla ośmiu klinik zachowawczych (internistycznych) i siedmiu zabiegowych (chirurgicznych) oraz Oddziału Intensywnej Terapii. Analizie poddano czynniki ryzyka zakażeń C. difficile, mające wpływ na nawroty u pacjentów leczonych w dwóch klinikach o najwyższym wskaźniku nawrotowości CDI: Klinice Gastroenterologii i Chorób Przemiany Materii i Klinice Nefrologii, Dializoterapii i Chorób Wewnętrznych. Przeanalizowano również schematy terapeutyczne stosowane u pacjentów z nawrotami CDI z dwóch powyższych klinik. Przeprowadzono analizę statystyczną w celu oceny istotności statystycznej chorób podstawowych jako 1

2 czynników ryzyka nawrotów CDI w badanej grupie chorych z nawrotami w porównaniu z grupą kontrolną chorych bez nawrotów. Udział różnych PCR-rybotypów w wywołaniu pierwszego epizodu CDI i nawrotów badano na podstawie analizy profilu genetycznego szczepów przechowywanych w muzeum. Analiza epidemiologiczna w szpitalu pod względem zapadalności na CDI wykazała następujące średnie wskaźniki zapadalności na CDI w przeliczeniu na osobodni: w roku ,08/ osobodni, w 2012 roku 20,65/ osobodni, w 2013 roku 15,64/ osobodni i w 2014 roku 16,02/ co daje średnią wartość 19,10/ osobodni. Dane te wskazują na bardzo wysoki poziom zapadalności z powodu CDI w SP CSK w Warszawie w latach Wskaźniki zapadalności były wyższe w klinikach zachowawczych w porównaniu do klinik zabiegowych. Szczególnie wysokie wartości analizowanych wskaźników stwierdzono w dwóch klinikach zachowawczych, Klinice Gastroenterologii i Chorób Przemiany Materii (III D) oraz Klinice Nefrologii, Dializoterapii i Chorób Wewnętrznych (VI D). Średnie wartości wskaźnika określającego liczbę CDI w latach wyniosły: w klinice III D - 31,2/ a w klinice VI D - 41,1/ W latach w Zakładzie Mikrobiologii zbadano 6901 próbek kału w kierunku C. difficile, pochodzących z niepowtarzalnych przypadków, pobranych od chorych z rozpoznaniem klinicznym biegunki. W okresie tym stwierdzono 2218 wszystkich przypadków CDI, wliczając nawroty zakażeń, przy czym najwięcej przypadków CDI, bo 61,9% (n=1372) miało miejsce w klinikach zachowawczych. Ogółem wykonano 310 badań z zastosowaniem metody qpcr i potwierdzono obecność szczepów epidemicznych, tj. RT 027 i bliskospokrewnionego RT 176 w 61,9% badanych próbkach. Określono PCR-rybotyp 73 toksynotwórczych szczepów C. difficile pochodzących od pacjentów hospitalizowanych w różnych klinikach szpitala. Ustalono przynależność badanych szczepów do 7 różnych rybotypów, wśród których szczepy wysokowirulentne stanowiły najwięcej, bo 91,8% (64,4% - RT 027 a 27,4% RT 176). W pracy wykazano wszystkie przypadki nawrotów CDI, które wystąpiły u chorych w okresie nie dłuższym niż 8 tygodni od początku poprzedniego epizodu zakażenia. Ogółem w latach stwierdzono 308 nawrotów CDI w SP CSK, co stanowiło 13,9% wszystkich przypadków CDI. Zdecydowanie wyższy odsetek nawrotów tj. 16,9% obserwowano w klinikach zachowawczych. Odnotowano szczególnie wysoki odsetek przypadków zakażeń nawrotowych w dwóch klinikach: Klinice Gastroenterologii i Chorób Przemiany Materii (n=61; 26,4%) oraz Klinice Nefrologii, Dializoterapii i Chorób Wewnętrznych (n=64; 27,7%), co stanowiło 54,1% wszystkich nawrotów. Poddano analizie zakażenia nawrotowe 2

3 u pacjentów hospitalizowanych w powyższych dwóch klinikach. Przeprowadzono genotypowanie 84 toksynotwórczych szczepów C. difficile wyhodowanych z próbek pochodzących od pacjentów hospitalizowanych w tych klinikach i porównano szczepy pochodzące z pierwszego epizodu CDI i nawrotów. Wykazano dominację szczepów wysokowirulentnych RT 027 (79,8%) i RT176 (15,5%) oraz ich udział w pierwszym epizodzie CDI i w nawrocie. Większość szczepów tj. 57%, pochodzących od chorych z pierwszego epizodu CDI, jak i nawrotów należało do RT 027. Ustalono najbardziej prawdopodobne miejsce nabycia CDI, zgodnie z obowiązującymi zaleceniami. Najwięcej przypadków CDI (60,8%) zakwalifikowano jako związane z zakładem opieki zdrowotnej (ZOZ) i początkiem choroby w zakładzie. Na drugim miejscu (32,5%) wyodrębniono zakażenia C. difficile, które są związane z wcześniejszą hospitalizacją w ZOZ a objawy zakażenia wystąpiły poza ZOZ, przed ponownym pobytem w szpitalu. W analizie czynników ryzyka nawrotów wzięto pod uwagę dane demograficzne chorych, antybiotykoterapię, choroby podstawowe, objawy kliniczne CDI, parametry biochemiczne i udział szczepów hiperepidemicznych. W grupie 88 pacjentów z nawrotami, 58% stanowiły kobiety a 42% - mężczyźni. Średni wiek chorych wynosił 74,6 lata. Antybiotyki/chemioterapeutyki przed pierwszym epizodem, w związku z innymi niż CDI zakażeniami, przyjmowało 78,4% pacjentów. Najczęstszymi antybiotykami podawanymi osobom z nawracającymi zakażeniami C. difficie były: ciprofloksacyna, amoksycylina z kwasem klawulanowym oraz ceftriakson. W analizie istnienia chorób podstawowych w badanej grupie chorych stwierdzono kolejno: niewydolność serca (63,6% badanych), niewydolność dróg oddechowych (52,3% badanych), niewydolność nerek (33% badanych), niewydolność wątroby, nowotwory z trwającą chemioterapią oraz przewlekłe schorzenia jelita grubego (inne niż CDI). Przeanalizowano parametry biochemiczne krwi obwodowej chorych z nawrotami CDI, tj. poziom leukocytów, kreatyniny i neutrofili. Zaobserwowano stosunkowo wysoki odsetek, wynoszący 13,5% u osób z rcdi, u których podczas nawrotów zakażenia poziom leukocytozy był równy lub przekraczał kom/цl, co wskazywało na ciężki przebieg CDI. W analizie poziomu kreatyniny wysoki poziom (powyżej 3,0 mg/dl) odnotowano w przypadku zakażeń nawrotowych u 21,8% pacjentów. Poziom neutrofili 80% we krwi obwodowej podczas pierwszego epizodu CDI odnotowano aż u 40,6% badanych osób. Natomiast w przypadkach nawrotów zakażeń CDI poziom 80% odnotowano jedynie u 26,8%. Zauważono różnice istotne statystycznie, wskazujące na znaczenie analizowanych czynników w grupie chorych z nawrotami hospitalizowanych w Klinice Nefrologii, 3

4 Dializoterapii i Chorób Wewnętrznych. Różnice te dotyczyły: niewydolności serca (p=0,000), niewydolności dróg oddechowych (p=0,000) i nowotworów leczonych chemioterapią (p=0,014). Nie potwierdzono wpływu niewydolności nerek, jako jedynego czynnika ryzyka nawrotów CDI wśród badanych pacjentów ww. kliniki. Analiza wieloczynnikowa chorób podstawowych u tych osób wykazała, że u 87,5% stwierdzono współwystępowanie innych chorób, w szczególności niewydolności serca. W badaniu lekowrażliwości szczepów C. difficile (n=185), pochodzących z pierwszego epizodu i z nawrotów CDI nie stwierdzono oporności in vitro na metronidazol, natomiast wykryto 3 izolaty C. difficile RT 027 oporne na wankomycynę (wartość MIC= 4 mg/l). Szczepy te pochodziły od pacjenta hospitalizowanego w Klinice Nefrologii Dializoterapii i Chorób Wewnętrznych, z pierwszego epizodu CDI oraz dwóch nawrotów zakażenia. Przeważająca większość szczepów C. difficile wykazywała oporność na moksyfloksacynę, co potwierdza przynależność tych szczepów do epidemicznych RT 027 i RT 176. W analizie sposobów leczenia pacjentów z grupy badanej wyróżniono 10 schematów leczenia CDI za pomocą metronidazolu i/lub wankomycyny z uwzględnieniem dawki leku, długości stosowanej terapii oraz leczenia rodzaju epizodu CDI. W przypadku leczenia pierwszego epizodu zakażenia C. difficile w obydwu klinikach najczęściej stosowano terapię metronidazolem w dawce dobowej 3 x 500 mg, w formie doustnej (p.o.), podawanym 10 dni. W obu klinikach dominowały schematy leczenia nawrotów CDI za pomocą doustnie podawanej wankomycyny, najczęściej w dawce dobowej 4 x 125 mg, w formie doustnej, powyżej 10 dni, zgodnie z obowiązującą wówczas wewnętrzną instrukcją dotyczącą standardów leczenia CDI w SP CSK. Sformułowano następujące wnioski końcowe: 1. Przeprowadzona analiza epidemiologiczna w wieloprofilowym szpitalu klinicznym, wykazała wysokie wskaźniki zapadalności zakażeń C. difficile (CDI). 2. Wysoki wskaźnik zapadalności CDI w SP CSK powoduje zwiększone ryzyko nawrotów CDI głównie w klinikach zachowawczych. 3. W pracy stwierdzono, że istnieje związek między ryzykiem nawrotów CDI w klinikach zachowawczych a wybranymi czynnikami, jak: obecność hiperwirulentnych szczepów C. difficile w środowisku szpitalnym, antybiotykoterapia, podeszły wiek, choroby podstawowe oraz czynniki środowiskowe. 4. Analiza PCR-rybotypów szczepów C. difficile występujących w szpitalu SP CSK wykazała dominację szczepów hiperepidemicznych RT 027 i RT

5 5. Na podstawie uzyskanych wyników zaleca się wprowadzenie procedur zmierzających do redukcji zakażeń wywołanych przez C. difficile w szpitalu SP CSK. 5

6 Abstract Recurrent Clostridium difficile infections in a large teaching hospital - etiology and epidemiology. Clostridium difficile, a Gram-positive spore-forming anaerobic bacillus is one of key nosocomial pathogens. Transmission of this microorganism within healthcare facilities occurs via the hands of medical personnel and patients, as well as via hospital environment. The most important risk factors for C. difficile infection (CDI) are: antibiotic therapy, older age and hospitalization. Other significant risk factors include severe underlying disease, such as renal failure, compromised immunity, neoplastic disorders, and organ transplantation. Growing incidence of CDIs and CDI recurrence has been associated with NAP1/BI/027 strains. The main aim of this doctoral dissertation was to conduct a retrospective epidemiological and microbiological analysis of C. difficile infections (CDIs), with a particular focus on recurrent infections and to establish risk factors in association with the overall epidemiological status of CDIs at the Independent Public Central Clinical Hospital (SP CSK) in Warsaw in the period The retrospective analysis of C. difficile infections was conducted based on medical files of the Microbiology Laboratory and the medical records of SP CSK patients diagnosed with CDI based on the clinical presentation and microbiological test results. Microbiological diagnoses were based on positive test results for C. difficile toxins A/B, culture of a toxin-producing strand on selective media and/or a genetic test result (qpcr). Toxin positivity was determined via immunoenzymatic assays for toxins A/B and genetic testing. The PCR-ribotype (RT) of C. difficile strains was determined via PCR-ribotyping. The analyzed parameters included the mean number of hospital beds, number of hospitalizations and patient-days, and CDI incidence data for the years for eight conservativetreatment (internal medicine) facilities, seven surgical facilities, and an Intensive Care Unit. The analysis included risk factors for C. difficile infections that affect recurrent cases in patients treated in the two hospital departments with the highest CDI recurrence rates i.e. the Department of Gastroenterology and Metabolic Diseases and the Department of Nephrology, Dialysis, and Internal Medicine. Moreover, the analysis included the treatment protocols at the two departments mentioned above for patients with recurrent CDIs. 6

7 A statistical analysis was conducted to assess the statistical significance of underlying conditions as risk factors for CDI recurrence in the study group, i.e. patients with recurrent CDIs vs. the control group, i.e. patients without recurrent CDIs. The proportions of various PCR-ribotypes causing the first and recurrent episodes of CDI were evaluated based on genetic profile analysis of strains stored in strain archives. A hospital epidemiology analysis for CDI incidence showed the following mean CDI incidence rates per 10,000 patient-days: in the year /10,000 patient-days, in /10,000 patient-days, in /10,000 patient-days, and in /10,000 patient-days, which yields the mean rate of 19.10/10,000 patient-days. This data suggest a very high CDI incidence in SP CSK in Warsaw in the period between 2011 and The CDI incidence rates in conservative-treatment departments were higher than those in surgical departments, with particularly high incidence found in two conservative-treatment departments, i.e. the Department of Gastroenterology and Metabolic Disease (III D) and the Department of Nephrology, Dialysis, and Internal Medicine (VI D). The mean CDI incidence rates in were: 31.2/10,000 in III D and 41.1/10,000 in VI D. In the period from 2011 to 2014, 6,901 fecal samples collected from individual patients clinically diagnosed with diarrhea were analyzed for C. difficile at the Microbiology Laboratory. A total of 2,218 of all CDI cases, including recurrent infections, were diagnosed in the analyzed period, with the highest proportion of CDI (61.9%; n=1,372) occurring in conservative-treatment departments. A total of 310 qpcr tests were conducted confirming the presence of epidemic strains i.e. the RT 027 strain and the closely related RT 176 strain in 61.9% of the analyzed samples. Seventy-three toxin-producing C. difficile strains derived from patients hospitalized in various hospital departments were PCR-ribotyped. The analyzed strains proved to be of 7 different ribotypes, with highly virulent strands jointly constituting the majority (91.8%, with RT 027 representing 64.4% and RT176 representing 27.4% of cases). The dissertation includes all cases of recurrent CDIs that occurred in patients within the period of no more than 8 weeks after the onset of the previous episode of infection. In general, in the years there were 308 recurrent CDIs in SP CSK, which constituted 13.9% of all CDI cases. A considerably higher recurrence rate of 16.9% was observed in conservative-treatment departments. Particularly high recurrence rates were observed in two departments: the Department of Gastroenterology and Metabolic Diseases (n=61; 26.4%) and the Department of Nephrology, Dialysis, and Internal Medicine (n=64; 27.7%), which constituted 54.1% of all CDI recurrence episodes. Recurrent infections in patients of these two clinics were from patients hospitalized in these two departments were 7

8 genotyped and the strains from the initial analyzed. Eighty-four toxin-producing strains of C. difficile cultured from samples collected CDI episode and from recurrent episodes were compared. Highly virulent strains RT 027 (79.8%) and RT 176 (15.5%) were shown to be predominant, and their proportion in the initial and recurrent CDI episodes was demonstrated. Most strains (i.e. 57%) derived from patients during both the first and recurrent CDI episodes were characterized as RT 027. The places where CDI were most likely to have been contracted were ascertained, according to the established guidelines. The highest proportion of CDI cases (60.8%) were classified as healthcare-facility-related and had the onset in the facility. The second most common type of C. difficile infections (32.5%) were associated with an earlier hospitalization at a healthcare facility, with the symptoms occurring outside of the facility prior to the subsequent hospital stay. The CDI recurrence risk factor analysis included patient characteristics, antibiotic therapy, underlying conditions, clinical manifestations of CDI, blood chemistry parameters, and the proportion of hyper-epidemic strains. In a group of 88 patients with recurrent CDIs, females constituted 58% and males 42%. Mean patient age was 74.6 years. A total of 78.4% of patients had received antibiotic/antimicrobial therapy prior to the first CDI episode, due to other infections. Patients with rcdis most commonly received the following antibiotics: ciprofloxacin, amoxicillin with clavulanic acid, and ceftriaxone. An assessment of underlying conditions in the study group revealed the following in decreasing order: heart failure (63.6% of patients), respiratory disease (52.3% of patients), renal failure (33% of patients), liver failure, neoplastic disease with ongoing chemotherapy, and chronic conditions of the large intestine (non-cdi). Blood chemistry parameters of patients with rcdis were analyzed; these were: white blood cell count, the percentage of neutrophils, and creatinine levels. The analysis revealed a relatively high proportion (13.5%) of rcdi patients with WBC 20,000 cells/mcl during episodes of CDI recurrence, which indicated a severe CDI. During the initial CDI episode as many as 40.6% of the evaluated patients had the percentage of neutrophils of 80%, whereas in the case of rcdis such a high percentage of neutrophils was observed only in 26.8% of patients. Creatinine level analysis showed high creatinine levels (of >3.0 mg/dl) in 21.8% of patients with a recurrent infection. Statistically significant differences were observed indicating the significance of the evaluated parameters in the group of patients with rcdi hospitalized in the Department of Nephrology, Dialysis, and Internal Medicine. These differences were observed in terms of heart failure (P=0.000), respiratory disease (P=0.000), and neoplastic diseases treated via chemotherapy (P=0.014). The only underlying condition patients from that department was renal failure. A multifactorial analysis of underlying whose effect 8

9 as a risk factor for CDI recurrence was not demonstrated in the evaluated conditions in these patients showed that 87.5% of them had other comorbidities, especially heart failure. Sensitivity testing of C. difficile strains (n=185) collected during the first CDI episode and recurrent CDI episodes showed no in vitro resistance to metronidazole, with three vancomycin-resistant RT027 C. difficile cultures (MIC = 4 mg/l). These strains had been collected from a patient hospitalized in the Department of Nephrology, Dialysis, and Internal Medicine during the initial CDI episode and two recurrent infections. A vast majority of C. difficile strains exhibited resistance to moxifloxacin, which confirms the character of these strains as epidemic strains RT027 and RT176. An analysis of treatment regimens in the evaluated patients discerned 10 treatment regimens of CDI with metronidazole and/or vancomycin, including dosage, treatment duration, and CDI episode type. The treatment most commonly selected in both departments in initial CDI episodes was oral metronidazole at 500 mg TID for 10 days. In recurrent CDI episodes both departments most commonly chose oral vancomycin, usually at 125 mg QID for over 10 days, according to the institutional CDI treatment guidelines at SP CSK in force at the time. The following final conclusions were drawn: 1. This epidemiological analysis conducted at a multi-specialty clinical hospital demonstrated a high incidence of CDIs. 2. The high incidence of CDIs at SP CSK results in an increased risk of CDI recurrences, mainly in non-surgical departments. 3. This study showed a correlation between the risk of rcdis in non-surgical departments and selected factors, such as: the presence of hypervirulent C. difficile strains in the hospital environment, antibiotic therapy, advanced age, underlying diseases, and environmental factors. 4. PCR-ribotyping of C. difficile strains occurring at SP CSK showed a predominance of hyperepidemic strains RT 027 and RT These findings suggest the need to introduce measures intended to reduce CDIs at SP CSK. 9

10 10