Nederlandse Samenvatting Dit proefschrift beschrijft de epidemiologie van antibioticaresistente bacteriën in ziekenhuizen en in het bijzonder op intensive care-afdelingen (IC s). Deze bacteriën reageren niet of onvoldoende op antibiotische therapie en vormen dus een bedreiging voor de behandeling van patiënten met infecties veroorzaakt door deze bacteriën. Patiënten die in een ziekenhuis worden opgenomen lopen het risico om drager te worden van antibioticaresistente bacteriën, een fenomeen wat kolonisatie wordt genoemd. Niet alle patiënten die gekoloniseerd raken met antibioticaresistente bacteriën krijgen ook daadwerkelijk een infectie, dit is slechts het topje van de ijsberg. Gezien dit feit is de prevalentie van kolonisatie van patiënten met deze bacteriën en de verspreiding ervan op ziekenhuisafdelingen niet direct zichtbaar en niet eenvoudig te controleren. Vele factoren dragen bij aan de ontwikkeling en verspreiding van antibioticaresistentie en de onderlinge interacties tussen deze factoren maken de kolonisatiedynamiek zeer complex. Teneinde de ontwikkeling en verspreiding van resistentie te beperken met de juiste maatregelen, is kennis van de onderliggende bacteriële genetica, bacteriële populatiedynamiek, interacties tussen bacteriën, gasheer en omgeving en kennis van de klinische epidemiologie, onmisbaar. In dit proefschrift ligt de nadruk op het beschrijven van de verschillende factoren betrokken bij de kolonisatie met antibioticaresistente bacteriën op IC s. Hiervoor hebben we gebruik gemaakt van zowel het bestuderen van de bestaande literatuur op dit gebied, als van studies naar de kolonisatiedynamiek 193
van Staphylococcus aureus en Enterobacteriaceae, met als doel om gaten in de huidige kennis te achterhalen en deze waar mogelijk aan te vullen. Uit de huidige literatuur blijkt dat de kolonisatiedynamiek op IC s vooral afhankelijk is van de complexe interacties tussen bacterie-gerelateerde en medewerker-gerelateerde eigenschappen, hoofdstuk 1. Patiënten kunnen drager worden doordat al aanwezige bacteriën veranderingen in het DNA ondergaan tijdens antibioticumgebruik (mutatie) en vervolgens wordt uitgeselecteerd. Antibioticaresistente bacteriën kunnen ook bij het starten van antibiotische therapie al in kleine hoeveelheden aanwezig zijn in het lichaam bij opname (introductie) en vervolgens verder worden uitgeselecteerd. Antibiotische selectie is in dit proefschrift gedefinieerd als endogene kolonisatie. Tevens kunnen de handen van ziekenhuismedewerkers (verpleegkundigen en artsen) tijdelijk gekoloniseerd raken op die manier van patiënt naar patiënt worden overbracht. Dit proces wordt exogene kolonisatie of kruistransmissie genoemd en is over het algemeen het gevolg van het falen van infectiepreventiemaatregelen; Figuur 1, hoofdstuk 1. Contact rates, cohorting (de mate van één op één verpleging) en de naleving van handhygiëne voorschriften zijn belangrijke factoren die in de cascade die kan leiden tot kruistransmissie (of het kunnen voorkomen). Kennis van deze factoren en van de belangrijkste kolonisatieroute (endogeen of kruistransmissie) en antibioticumgebruik is onmisbaar voor het implementeren van de juiste controlestrategieën ter preventie van verspreiding van antibiotica- resistentie. Vooral in (interventie)studies is het daarom van groot belang dat alle determinanten zorgvuldig worden gemeten voor (baselineperiode) en na het implementeren van een interventie, om het werkelijke effect van de interventie te bepalen. Tevens is de meest ideale 194
situatie dat slechts een van de determinanten wordt aangepast en het effect ervan te bepalen, terwijl alle anderen gelijk blijven of in ieder geval zorgvuldig worden gemeten, hoofdstuk 1. Om dit illustreren, hebben we een beschouwing gemaakt van de mate waarin bovengenoemde methodologische aspecten aanwezig waren in 19 studies die het effect van een interventie in het antibioticumgebruik op de kolonisatiedynamiek op IC s hebben onderzocht. Deze beschouwing laat zien dat de meerderheid van de studies slechts gedeeltelijk voldoen aan de eerdergenoemde methodologische voorwaarden voor interventiestudies. Als gevolg hiervan lijkt de validiteit van de conclusies getrokken in deze studies, beperkt (hoofdstuk 1). In hoofdstuk 2 wordt de noodzaak van isolatiemaatregelen op geleide van kweekuitslagen in de preventie van kruistransmissie besproken. Het effect van microbiologische surveillance als enige interventie (dus zonder rapportage van de kweekuitslagen en daaropvolgende isolatie) op kolonisatie met methicilline-gevoelige en methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MSSA en MRSA) werd gedurende 10 weken bestudeerd in een IC in Cook County Hospital, Chicago. Van alle met MSSA of MRSA gekoloniseerde patiënten, verwierven slechts twee patiënten kolonisatie tijdens verblijf op de IC (MSSA). In beide gevallen bleek na genotypering dat dit niet het gevolg was van kruistransmissie. Rapportage met daaropvolgende isolatie, zoals geadviseerd in vele richtlijnen, zou in deze setting onterecht tot de conclusie hebben kunnen leiden dat zij succesvol waren in het voorkomen van kruistransmissie terwijl er in werkelijkheid zonder deze maatregelen geen kruistransmissie plaatsvond. Het 195
baseren van richtlijnen op basis van de locale epidemiologie geniet waarschijnlijk de voorkeur. Aangezien er een complexe interactie bestaat tussen contact rates, cohorting en handhygiëne (hoofdstuk 1) en de kwantitatieve waarde van de individuele factoren verschillend is voor artsen en verpleegkundigen, is het moeilijk te bepalen wie de belangrijkste vector is in de overdracht van antibioticaresistente bacteriën. Verpleegkundigen hebben waarschijnlijk meer lichamelijke contacten met patiënten dan artsen en dus meer kans op tijdelijke kolonisatie van hun handen. Over het algemeen hebben zij contact met minder verschillende patiënten gedurende hun diensten (hogere cohortingsgraad) dan artsen. Daarnaast houden verpleegkundigen zich over het algemeen ook beter aan handhygiëne voorschriften. In hoofdstuk 3 hebben we bovengenoemde factoren zorgvuldig gemeten door middel van observaties van patiënten en personeel en vervolgens het risico op kruistransmissie voor zowel artsen als verpleegkundigen berekend. Hieruit bleek dat artsen, op deze IC, een 1.6 keer grotere kans hadden om bacteriën te verspreiden dan verpleegkundigen, mede door het grotere aantal patiënten waarmee artsen contact hadden en doordat zij zich minder goed hielden aan de handhygiëne voorschriften (43% vs. 59%). Uit deze observationele studie blijkt dus eens te meer de complexiteit van de interacties tussen de determinanten van kolonisatie. Overdracht van antibioticaresistentie kan via verschillende wegen plaatsvinden: de overdracht van de gehele bacterie (kruistransmissie) of slechts van de elementen die resistentiegenen bevatten (horizontale overdracht). Dit laatste gebeurt zowel tussen bacteriën behorend tot dezelfde 196
soort (intraspecies) maar ook tussen verschillende soorten (interspecies). Integronen zijn een voorbeeld van mobiele genetische elementen die resistentiegenen bevatten en van de ene bacterie naar de andere kunnen worden overgedragen. In hoofdstuk 4 hebben we de prevalentie van integronen in en de bijdrage van kruistransmissie en horizontale overdracht binnen verschillende leden van de Enterobacteriaceae met verminderde gevoeligheid voor cefalosporinen (ERSC) bepaald op twee IC s. Hiertoe werden de resultaten van surveillance, genotypering (AFLP) in combinatie met epidemilogische linkage en integronenanalyse aangewend. Tijdens de studieperiode waren 121 van de 457 patiënten gekoloniseerd met ERSC (27%) en in 34 isolaten van 31 patiënten werden integronen aangetoond. Deze konden worden onderverdeeld in negen verschillende epidemiologische clusters. Overdracht van de gehele bacterie (kruistransmissie) was verantwoordelijk voor 38% tot 73% van de gevallen van resistentieoverdracht, intraspecies overdracht voor 8% en interspecies voor 4%. Op basis van surveillance en genotypering hadden we deze setting qua ERSC gekarakteriseerd als een low-level endemisch met slechts enkele circulerende clonen, maar na het combineren met integronenanalyse bleek er sprake te zijn van meerdere mini-epidemieën. Hoewel overdracht van resistentie vooral door kruistransmissie plaatsvond, waren niet alle gevallen aantoonbaar met genotypering alleen. Een gecombineerde aanpak is dus zeker relevant voor het beschrijven van resistentie-epidemiologie. Bacteriële genotypering wordt tot op heden beschouwd als de gouden standaard voor het aantonen van verwantschap van bacteriële isolaten. Het nadeel van deze methode is echter dat het tijdrovend, arbeidsintensief en kostbaar is. Recent is er een Markov model ontwikkeld waarmee, op basis van 197
verschillen tussen lineaire processen (zoals endogene selectie) en non-lineaire processen (zoals kruistransmissie), kan worden voorspeld wat het aandeel van beide routes van kolonisatie is in een bepaalde setting zonder de noodzaak van genotypering. In hoofdstuk 5, evalueren wij de accuraatheid van een aangepast Markov model voor het schatten van het aandeel endogene selectie en kruistransmissie in kolonisatie met derdegeneratie cefalosporinen-resistente Enterobacteriaceae (CRE) op twee IC s. Op basis van opname- en ontslagdata en longitudinale surveillance werden de proporties endogene selectie en kruistransmissie eerst door het model geschat en vervolgens vergeleken met die berekend met behulp van de gouden standaard (surveillance en genotypering). De bijdrage van beide routes aan kolonisatie met CRE op deze twee IC s werd door het model accuraat gekwantificeerd, met endogene selectie als de belangrijkste route, en dus lijkt deze methode veelbelovend voor het analyseren van kolonisatiedynamiek in de ziekenhuissetting zonder de noodzaak van een kostbare en tijdrovende techniek als genotypering. Verschillende mechanismen kunnen leiden tot resistentie tegen β-lactams waaronder de productie van Extended-spectrum Bèta-lactamases, oftewel ESBLs. Dit zijn plasmide-gecodeerde enzymen die β-lactams, inclusief derdegeneratie cefalosporinen, kunnen afbreken. Binnen de Enterobacteriaceae zijn zij veelvuldig beschreven in Escherichia coli en Klebsiella pneumoniae, maar worden ook geproduceerd door andere leden van deze groep. Het aantonen van ESBLs blijkt tot op heden geen eenvoudige taak. De twee meest gebruikte methoden zijn de double disk diffusion test (DDT) en de ESBL E-test. De eerste is simpel in gebruik en goedkoop, de tweede is meer 198
tijdsintensief (m.n. de interpretatie van de resultaten) en duurder. In hoofdstuk 6 vergelijken we de accuraatheid van beide testen in het aantonen van ESBLs in 404 potentieel ESBL-producerende Enterobactriaceae-isolaten. DDT identificeerde 56% en E-test 51% van de isolaten als ESBLproducerend, met een concordantie van 69%. Er werd geen moleculaire identificatie uitgevoerd en dus blijft de werkelijke prevalentie van ESBLs in deze populatie onbekend. De interpretatie van de resultaten met E-test bleek vaak niet mogelijk, een praktisch probleem dat ontbreekt bij DDT en dus lijkt de laatste, zeker ook met het oog op de gebruikersvriendelijkheid en de kosten, de voorkeur te hebben voor het identificeren van ESBLs. Hoofdstuk 7 is een beschrijving van de prevalentie van β-lactam resistentie in Enterobactericeae in Europa. De gevoeligheid voor 15 verschillende β- lactam antibiotica werd bepaald in 5000 isolaten (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Enterobacter cloacae en Proteus mirabilis) afkomstig uit 25 Europese ziekenhuizen in 1997-1998. Uit deze analyse blijkt dat de meerderheid van de Enterobacteriaceae in Europa nog goed gevoelig zijn voor piperacilline-tazobactam (>78%) en derdegeneratie cefalosporinen (>76%), die frequent als eerste keus empirische therapie voor ziekenhuisinfecties veroorzaakt door deze groep, worden gebruikt. De productie van ESBLs werd bepaald zoals beschreven in hoofdstuk 6 en de prevalentie hiervan lag rond de 4.9%. Echter, er bestaan grote regionale verschillen binnen Europa en voornamelijk de landen in Zuid- Europa laten hogere prevalenties zien dan de landen in Noord- en West- Europa (>13% versus <9%).De gevoeligheden van Enterobacteriaceae (inclusief ESBL-producerende isolaten) voor cefepime en carbapenems lagen rond de 95% en 99%, wat deze antibiotica zeer bruikbare alternatieven maakt in de behandeling van infecties veroorzaakt door Enterobacteriaceae met een 199
verlaagde gevoeligheid voor de eerdergenoemde middelen. Hoewel deze analyse een aardig beeld geeft van de situatie in Europa, is het regionale resistentiepatroon van bovengenoemde pathogenen meest indicatief voor de keuze van de juiste therapie. In hoofdstuk 8 beschrijven we de resultaten van een studie met een tweeledig doel: ten eerste het bepalen van de kolonisatiedynamiek van derdegeneratie cefalosporine-resistente Enterobacteriaceae (CRE) op twee intensive care-afdelingen in het UMC Utrecht (baseline periode) en ten tweede het effect van een interventie in het antibioticumgebruik op het verwerven van kolonisatie met CRE (interventieperiode). Tijdens de baselineperiode bleek kolonisatie voornamelijk via endogene selectie verworven te zijn met als belangrijkste risicofactor het gebruik van amoxicilline-clavulaanzuur. De geïmplementeerde interventie had als doel de blootstelling aan β-lactam antibiotica in het algemeen en aan amoxicillineclavulaanzuur in het bijzonder, te verminderen. Alle relevante determinanten van kolonisatie werden zorgvuldig gecontroleerd en gemeten. Een heterogeen (3 maanden) en een homogeen (3 maanden) restrictiebeleid werden in een gerandomiseerd cross-over design geïmplementeerd. Tijdens het heterogene beleid was de eerste keus voor empirische therapie in week 1 ceftriaxon, in week 2 amoxicilline-clavulaanzuur en week 3 een quinolon. Na drie weken begon deze cyclus weer opnieuw. Tijdens het homogene beleid was de eerste keus een quinolon. Een stapsgewijze vermindering in het gebruik van amoxicilline-clavulaanzuur en ceftriaxon, ten koste van een toename in het quinolon-gebruik maar met gelijktijdige controle van alle relevante confounders, leidde niet tot een vermindering van het aantal verworven gevallen van kolonisatie met CRE. Echter, het toegenomen gebruik van 200
quinolonen resulteerde wel in een aanzienlijke toename in ciprofloxacineresistente CRE-isolaten. In de literatuur zijn de resultaten van studies die het effect van antibiotische cycling en rotatie designs op kolonisatiedynamiek bestuderen, tot op heden teleurstellend. Dit is mede het gevolg van methodologische tekortkomingen zoals beschreven in hoofdstuk 1 van dit proefschrift. Ondanks het feit dat bovenstaande studie ook enige beperkingen ondervindt, komen we tot de conclusie dat een voordelig effect van cycling/rotatie op kolonisatie met β- lactam resistente bacteriën ook hier niet definitief kan worden aangetoond. Dit in acht genomen, is er dus geen onomstotelijk bewijs voor het implementeren van cycling/rotatie designs als strategie in de strijd tegen antibioticaresistente pathogenen. Inmiddels is waarschijnlijk duidelijk dat de vraag met welke strategieën antibioticaresistentie te controleren zou zijn, niet eenvoudig maar ook niet onmogelijk te beantwoorden is. Om deze vraag te kunnen beantwoorden is het belangrijk dat er betrouwbare data beschikbaar komen uit goed opgezette observationele en interventiestudies. Microbiologische surveillance, genotypering, registratie van antibioticumgebruik en observatie van infectiepreventiemaatregelen zijn hierin onmisbaar. Modelering zoals beschreven in dit proefschrift zou een waardevolle toevoeging hieraan kunnen zijn. 201