Διαχρονική εξέλιξη αντοχής στην κολιμυκίνη πολυανθεκτικών στελεχών klebsiella pneumoniae που απομονώθηκαν από το αίμα ασθενών

Abstract

Bacteremia caused by carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae (CP-Kp) is associated with increased mortality and often, colistin is the only available antibiotic against these infections. In the present study, we i) tested last-resort antibiotics against CP-Kp blood isolates from patients who were hospitalized in Laiko hospital, a 500-bed tertiary care hospital in Athens, Greece, between 2002 and 2016, ii) investigated the trends of antimicrobial resistance to colistin over time as well as its temporal association of colistin use during the study period. In total, 313 blood isolates were tested positive for carbapenemase production with multiplex PCR during the study period. Of them, 197 (62.9%) were resistant to meropenem (MIC >8 mg/L), 79 (25.2%) exhibited meropenem MICs of 4-8 mg/L and 37 (11.8%) displayed MICs in the susceptible range (MIC ≤2 mg/L). Resistance frequencies to colistin, fosfomycin and tigecycline were 35.1% (110/313), 30.0% (94/313) and 5.4% (17/313), respectively. Polymyxin B displayed the same susceptibility pattern as colistin, with the MICs of the two antibiotics differing by one or two dilutions without difference in interpretation. Among 313 isolates containing carbapenemase-encoding gene(s), blaKPC was detected in 198 isolates (63.3%), blaVIM in 89 (28.4%), blaNDM-1 in 17 (5.4%) and blaOXA-48 in 4 (1.3%). Five isolates carried more than one carbapenemase gene (three carried blaKPC + blaVIM, one carried blaKPC + blaNDM-1 and one carried blaVIM + blaΝDM-1). Then, we studied the trends of antimicrobial resistance to colistin in our hospital during 2002-2016 using the linear regression analysis. The analysis revealed a statistically significant increasing trend in colistin resistance over time from 0% in 2002 to 26.9% in 2016 [R2= 0.5, p< 0.01; point estimate of coefficient, 2.97, 95% confidence interval (CI) 1.20–4.75; standard error of the slope coefficient, 0.82]. Similarly, an increasing trend in the use of colistin over time was observed (R2= 0.54, p< 0.01; point estimate of coefficient, 0.66, 95% CI 0.49–0.82; standard error of the slope coefficient, 0.08), from 0.2 DDDs/100 patient-days in the first trimester of 2002 to 7.10 DDDs/100 patient-days in the second trimester of 2016. Last, in order to examine the potential correlation between colistin use and resistance we used time series analysis. The overall incidence rate of colistin-resistant K. pneumoniae was 0.37 isolates per 10.000 patient-days and the average quarterly colistin use was 5.14 DDDs/100 patient-days. After constructing the individual time series for colistin resistance and use, we built a linear transfer function model which enabled us to quantify the dynamic relationship between colistin use and resistance. Specifically, a temporal association between colistin use and resistance was observed; an increase in colistin use by 1 DDD/100 patient-days led to a 0.05 increase in the incidence rate of colistin resistance. The time lag between the effect of colistin use on subsequent variations in colistin resistance was 3 months. Colistin use and prior levels of colistin resistance could explain 69% of colistin resistance; in the remaining 31%, other factors might have played a role. In conclusion, the findings of the present study have important implications in implementing strategies to contain colistin resistance in our hospital.

Η βακτηριαιμία από Klebsiella pneumoniae που παράγει καρβαπενεμάσες (CP-Kp) σχετίζεται με υψηλά ποσοστά θνητότητας και συχνά, η κολιμυκίνη αποτελεί το μοναδικό αντιβιοτικό που διατηρεί δραστικότητα έναντι αυτών των παθογόνων μικροοργανισμών. Στην παρούσα μελέτη i) ελέγξαμε τη δραστικότητα αντιβιοτικών «τελευταίας γραμμής» έναντι CP-Kp στελεχών που απομονώθηκαν από το αίμα ασθενών που νοσηλεύτηκαν στο Λαϊκό νοσοκομείο την περίοδο 2002-2016 και ii) διερευνήσαμε την εξέλιξη της αντοχής στην κολιμυκίνη την ίδια χρονική περίοδο, καθώς και την ύπαρξη δυναμικής συσχέτισης μεταξύ της αντοχής στην κολιμυκίνη και της χρήσης του αντιβιοτικού. Συνολικά, 313 στελέχη βρέθηκαν θετικά για την παραγωγή τουλάχιστον μίας καρβαπενεμάσης με τη μέθοδο της πολυπλεκτικής PCR κατά την χρονική περίοδο της μελέτης μας και ονομάστηκαν CP-Kp (carbapenemase-producing K. pneumoniae). Από τα 313 CP-Kp στελέχη, τα 197 (62,9%) ήταν ανθεκτικά στη μεροπενέμη (ΕΑΠ >8 mg/L), τα 79 (25,2%) είχαν ΕΑΠ στη μεροπενέμη που κυμαινόταν στο εύρος 4–8 mg/L και τα 37 (11,8%) ήταν ευαίσθητα (ΕΑΠ ≤2 mg/L). Όσον αφορά τα υπόλοιπα αντιβιοτικά που ελέγχθηκαν, 35,1% (110/313) ήταν ανθεκτικά στην κολιμυκίνη, 30% (94/313) στη φωσφομυκίνη και 5,4% (17/313) στην τιγκεκυκλίνη. Η πολυμυξίνη Β παρουσίασε το ίδιο προφίλ ευαισθησίας με την κολιμυκίνη και οι τιμές ΕΑΠ διέφεραν κατά μία ή δύο αραιώσεις, χωρίς διαφορά στην κατηγοριοποίηση των αποτελεσμάτων ως ευαίσθητα ή ανθεκτικά. Από τα 313 στελέχη που περιείχαν γονίδια που κωδικοποιούσαν καρβαπενεμάσες, 198 (63,3%) ήταν KPC, 89 (28,4%) ήταν VIM, 17 (5,4%) ήταν NDM-1 και 4 (1,3%) ήταν OXA-48. Πέντε στελέχη έφεραν περισσότερα από ένα γονίδια αντοχής (3 στελέχη είχαν KPC και VIM, 1 KPC και NDM-1 και 1 VIM και NDM-1). Στη συνέχεια, μελετήσαμε την τάση της αντοχής της κολιμυκίνης στο νοσοκομείο μας κατά τη χρονική περίοδο 2002-2016 εφαρμόζοντας την στατιστική ανάλυση γραμμικής παλινδρόμησης (linear regression analysis). Βρήκαμε ότι η αντοχή στην κολιμυκίνη παρουσίασε στατιστικώς σημαντική αυξητική τάση στον χρόνο, από 0% το 2002 σε 26,9% το 2016 [R2 = 0,5, p< 0,01; point estimate of coefficient, 2,97, 95% confidence interval (CI) 1,20–4,75; standard error of the slope coefficient, 0,82]. Επιπλέον, παρατηρήθηκε αυξητική τάση στον χρόνο στην χρήση της κολιμυκίνης, από 0,2 DDDs/100 ασθενο-ημέρες το πρώτο τρίμηνο του 2002 σε 7,10 DDDs/100 ασθενο-ημέρες το δεύτερο τρίμηνο του 2016 (R2 = 0,54, p< 0,01; point estimate of coefficient, 0,66, 95% CI 0,49–0,82; standard error of the slope coefficient, 0,08). Τέλος, για να διερευνήσουμε την πιθανή συσχέτιση μεταξύ της αντοχής στην κολιμυκίνη και χρήσης του αντιβιοτικού στο νοσοκομείο μας εφαρμόσαμε την στατιστική μέθοδος ανάλυσης χρονοσειρών (time series analysis). Η συνολική επίπτωση της ανθεκτικής στην κολιμυκίνη K. pneumoniae υπολογίστηκε ότι ήταν 0,37 στελέχη ανά 10.000 ασθενο-ημέρες και η μέση χρήση κολιμυκίνης ανά τρίμηνο ήταν 5,14 DDDs/100 ασθενο-ημέρες. Αφού δημιουργήσαμε τις επιμέρους χρονοσειρές της αντοχής και της χρήσης της κολιμυκίνης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των Box και Jenkins, στη συνέχεια κατασκευάσαμε το μοντέλο γραμμικής συνάρτησης μεταφοράς (linear transfer function model) το οποίο μας έδωσε τη δυνατότητα να ποσοτικοποιήσουμε τη δυναμική συσχέτιση μεταξύ χρήσης κολιμυκίνης και αντοχής στο φάρμακο. Το μοντέλο ανέδειξε την ύπαρξη αυτής της δυναμικής συσχέτισης και συγκεκριμένα, ότι η αύξηση της χρήσης κολιμυκίνης κατά 1 DDD/100 ασθενο-ημέρες οδηγεί σε +0.05 αύξηση της επίπτωσης αντοχής στην κολιμυκίνη. Μάλιστα, η επίδραση της κολιμυκίνης στην αύξηση της αντοχής εμφανίζεται μετά από διάστημα 3 μηνών. Σύμφωνα με το μοντέλο, η χρήση κολιμυκίνης και η προηγούμενη αντοχή στην κολιμυκίνη μπορούν να εξηγήσουν το 69% της αντοχής στην κολιμυκίνη. Άλλοι παράγοντες συμβάλλουν στην ανάπτυξη του υπόλοιπου 31% της αντοχής. Συνοψίζοντας, τα ευρήματά μας μπορούν και πρέπει να αποτελέσουν το σημείο εκκίνησης για την εφαρμογή αυστηρών μέτρων με σκοπό την ελάττωση της αντοχής στην κολιμυκίνη στο νοσοκομείο μας.