The biofilm paradigm as the elucidation of otitis media with effusion

Ann-Sophie De Paepe Edward Lambert
De rol van biofilm in middenoorontsteking met effusie1. InleidingHet is bekend dat middenoorontstekingen vaak voorkomen bij kinderen. Middenoorontsteking met effusie (otitis media met effusie, OME) is een bijzondere vorm van middenoorontsteking die gekarakteriseerd wordt door een ophoping van vloeistof achter een gesloten trommelvlies, maar die niet gepaard gaat met koorts en pijn. OME is één van de meest voorkomende redenen voor huisartsbezoeken, gebruik van antibiotica en chirurgie tijdens de eerste kinderjaren.

The biofilm paradigm as the elucidation of otitis media with effusion

De rol van biofilm in middenoorontsteking met effusie

1. Inleiding

Het is bekend dat middenoorontstekingen vaak voorkomen bij kinderen. Middenoorontsteking met effusie (otitis media met effusie, OME) is een bijzondere vorm van middenoorontsteking die gekarakteriseerd wordt door een ophoping van vloeistof achter een gesloten trommelvlies, maar die niet gepaard gaat met koorts en pijn. OME is één van de meest voorkomende redenen voor huisartsbezoeken, gebruik van antibiotica en chirurgie tijdens de eerste kinderjaren. Tot nu toe is het exacte ontstaansmechanisme van OME nog niet volledig opgehelderd en bijgevolg zijn mogelijks interessante therapieën nog niet gekend. In deze scriptie werd onderzoek verricht naar het ontstaansmechanisme van OME, meer bepaald rond de hypothese dat een complex georganiseerde structuur van bacteriën (biofilm, zie verder) in het middenoorvocht hierin een rol zouden spelen en dat de neusamandel een mogelijk reservoir is voor bacteriën in het middenoor.

 

2. Hoofdartikel

2.1 Definitie, voorkomen en symptomen

Middenoorontsteking met effusie (OME) is een ontsteking van de middenoorholte waarbij vochtopstapeling ontstaat achter een intact trommelvlies. OME is niet geassocieerd met tekenen van acute infectie (geen pijn, geen koorts). Daardoor lijkt deze aandoening op het eerste zicht onschuldig, maar het voornaamste probleem is dat deze vochtopstapeling gepaard kan gaan met een belangrijk gehoorverlies. Langdurige aanwezigheid van OME kan dan ook een belangrijke impact hebben op de taal- en spraakontwikkeling, maar ook op de schoolprestaties en het gedrag van kinderen. OME is dan ook één van de meest voorkomende oorzaken voor huisartsbezoeken, het gebruik van antibiotica en doorverwijzing voor chirurgie. Meer dan 80% van de kinderen maakt minstens 1 episode van OME door vóór de leeftijd van 4 jaar. Wanneer het middenoorvocht gedurende meer dan 3 maand aanwezig is, spreekt men van chronische OME. Zelden komt het ook voor bij volwassenen, in bijzonder na een bovenste luchtweginfectie, na snelle luchtdrukveranderingen (bv: duiken of vliegen) of bijvoorbeeld in associatie met een gezwel ter hoogte van de neus-keelholte.

 

 

 

 

2.2 Oorzaak

Er zijn verschillende elementen nodig om een ontsteking van het middenoor te veroorzaken. De hypothese is dat bacteriën vanuit de neuskeelholte  via de buis van Eustachius naar het middenoor migreren en daarbij de verdedigingsmechanismen van het middenoor doorstaan. Dit impliceert dus dat zowel een verminderde beschermende functie van de buis van Eustachius als van het immuunsysteem aan de basis liggen van het ontstaan van middenoorontsteking. Bij kinderen is de buis van Eustachius korter, verloopt deze meer horizontaal, is ze nauwer en slapper dan bij volwassenen. Ook is bij jonge kinderen het verworven immuunsysteem nog niet helemaal ontwikkeld. Deze kenmerken verklaren deels waarom kinderen vaker last hebben van middenoorontstekingen dan volwassenen. Naast deze elementen zijn er heel wat risicofactoren voor het ontstaan van OME zoals het verblijven in dagopvang, het hebben van broertjes of zusjes, fopspeengebruik, blootstelling aan passief roken en mogelijks ook allergie en reflux. Borstvoeding daarentegen heeft een beschermend effect op het ontstaan van OME.

 

2.3 Behandeling

De duur van de effusie, de één- of tweezijdigheid van het probleem, de aanwezigheid van symptomen en andere ziekten bepalen de behandelingskeuze. Wanneer OME niet gecompliceerd is, is de eerste keuze therapie ‘waakzaam afwachten’ gedurende de eerste 3 maanden. Er is geen bewezen effect van enige medicatie op de genezing van OME. Wanneer de effusie in beide oren langer dan 3 maanden blijft bestaan, wordt chirurgie aangeraden. De standaardbenadering bestaat uit het plaatsen van buisjes (diabolo’s) doorheen het trommelvlies, met als doel het middenoor te verluchten. Soms wordt eveneens de neusamandel verwijderd omdat deze mogelijks de buis van Eustachius kunnen blokkeren of een reservoir zou kunnen vormen voor bacteriën die middenoorontsteking kunnen veroorzaken.

 

2.4 Bacteriologie en biofilm

Acute middenoorontstekingen zijn vaak bacteriële infecties, typisch veroorzaakt door minstens één van drie typisch voorkomende bacteriën (Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae en Moraxella catarrhalis). Hoewel deze bacteriën gevoelig zijn aan de meeste antibiotica, heeft een antibiotica-behandeling bij OME doorgaans geen effect. Men vermoedt dat dit zou kunnen komen doordat deze bacteriën in biofilmstructuren kunnen leven en zich in OME in dergelijke vorm zouden kunnen organiseren. Biofilms kunnen gezien worden als hechte samenlevingen van bacteriën, die het voor vele bacteriële soorten mogelijk maakt te overleven in een vijandig milieu. Het bestaan van biofilms is aangetoond in tandplak, urineweginfecties, prostaatontsteking en infecties van prothesemateriaal. Biofilms zijn evenwel reeds aangetoond op neusamandelen. De hypothese dat het fragmenteren van biofilms thv de neusamandel, met vervolgens migreren van deze fragmenten naar het middenoor, waar ze zich herorganiseren in biofilmstructuur en daar een antibiotica-resistente ontsteking veroorzaken, was dan ook het uitgangspunt van deze scriptie .

 

2.5 Studieresultaten

Deze scripte richtte zich op het onderzoeken van het ontstaansmechanisme van OME. De hypothese hiervoor was dat bacteriën biofilms kunnen vormen op de neusamandel en van hieruit kunnen migreren, doorheen de buis van Eustachius, naar het middenoor. Daar zouden ze dan opnieuw biofilmstructuren kunnen vormen die bestand zijn tegen antibiotica en op die manier de middenoorontsteking chronisch maken. Om dit aan te tonen werden bij 34 patiënten met OME, bij wie de neusamandel en het middenoorvocht chirurgisch verwijderd werden, gezocht naar het voorkomen van biofilm op dit klinisch materiaal en het voorkomen van dezelfde bacteriële stammen en soorten in neusamandel en middenoorvocht. Hierbij was het mogelijk aan te tonen dat bij 63% van de patiënten dezelfde bacteriële stammen aanwezig waren in zowel de neusamandel als het middenoorvocht. Dit bevestigde de hypothese dat de neusamandel dienst kan doen als reservoir voor bacteriën die middenoorontstekingen kunnen veroorzaken. Ten slotte kon ook visueel bewijs van de aanwezigheid van biofilm in middenoorvocht geleverd worden door middel van confocale microscopie. Hierbij werden grote clusters biofilmbacteriën aangetroffen (zie afbeeldingen).

 

3. Slot

Uit de resultaten van onze scriptie is gebleken dat biofilms aanwezig zijn in het middenoorvocht van kinderen met OME, waaruit men kan concluderen dat biofilms mogelijks een cruciale rol spelen in het ontstaan en onderhouden van deze aandoening. Daarnaast toont deze scriptie aan dat de neusamandel dienst kan doen als een reservoir voor bacteriën die middenooronsteking kunnen veroorzaken. Deze vondsten kunnen van groot belang zijn in verder onderzoek naar het onstaan van de aandoening en eventuele nieuwe behandelingen.

 

Bibliografie
  1. Dhooge I, Desloovere C, Boudewyns A, Van Kempen M, Dachy JP. Management of otitis media with effusion in children 2005 [cited Suppl 1]. 3-13; quiz 4-5]. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16363264.

  2. I W. Otitis media with effusion in children. Clinical evidence. 2011;01:502.

  3. Daniel M, Imtiaz-Umer S, Fergie N, Birchall JP, Bayston R. Bacterial involvement in otitis media with effusion. International journal of pediatric otorhinolaryngology. 2012;76(10):1416-22.

  4. Berkman ND, Wallace IF, Steiner MJ, Harrison M, Greenblatt AM, Lohr KN, et al. Otitis Media With Effusion: Comparative Effectiveness of Treatments. AHRQ Comparative Effectiveness Reviews. Rockville (MD)2013.

  5. Bluestone CD, Stephenson JS, Martin LM. Ten-year review of otitis media pathogens. The Pediatric infectious disease journal. 1992;11(8 Suppl):S7-11.

  6. Kiris M, Muderris T, Kara T, Bercin S, Cankaya H, Sevil E. Prevalence and risk factors of otitis media with effusion in school children in Eastern Anatolia. International journal of pediatric otorhinolaryngology. 2012;76(7):1030-5.

  7. Graham MJ SG, Bull PD. Pediatric ENT. Springer2008. 508 p.

  8. Hoa M, Syamal M, Schaeffer MA, Sachdeva L, Berk R, Coticchia J. Biofilms and chronic otitis media: an initial exploration into the role of biofilms in the pathogenesis of chronic otitis media. American journal of otolaryngology. 2010;31(4):241-5.

  9. Hoa M, Tomovic S, Nistico L, Hall-Stoodley L, Stoodley P, Sachdeva L, et al. Identification of adenoid biofilms with middle ear pathogens in otitis-prone children utilizing SEM and FISH. International journal of pediatric otorhinolaryngology. 2009;73(9):1242-8.

  10. Dhooge I, V an Damme D, V aneechoutte M, Claeys G, V erschraegen G, V an Cauwenberge P . Role of nasopharyngeal bacterial flora in the evaluation of recurrent middle ear infections in children. Clinical microbiology and infection : the official publication of the European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases. 1999;5(9):530-4.

  11. De Sutter A DI, V an Ree JW . Keel-neus-oor-aandoeningen2009.

  12. Hoffman HJ, Daly KA, Bainbridge KE, Casselbrant ML, Homoe P, Kvestad E, et al. Panel 1: Epidemiology, natural history, and risk factors. Otolaryngology--head and neck surgery : official journal of American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery. 2013;148(4 Suppl):E1-e25.

  13. Rovers MM, Numans ME, Langenbach E, Grobbee DE, Verheij TJ, Schilder AG. Is pacifier use a risk factor for acute otitis media? A dynamic cohort study. Family practice. 2008;25(4):233-6.

  14. Hurst DS. The role of allergy in otitis media with effusion. Otolaryngologic clinics of North America. 2011;44(3):637-54, viii-ix.

  15. Nistico L, Kreft R, Gieseke A, Coticchia JM, Burrows A, Khampang P, et al. Adenoid reservoir for pathogenic biofilm bacteria. Journal of clinical microbiology. 2011;49(4):1411-20.

  16. Yilmaz MD, Aktepe O, Cetinkol Y, Altuntas A. Does Helicobacter pylori have role in development of otitis media with effusion? International journal of pediatric otorhinolaryngology. 2005;69(6):745-9.

  17. Mutlu C, Odabasi AO, Metin K, Basak S, Erpek G. Sensorineural hearing loss associated with otitis media with effusion in children. International journal of pediatric otorhinolaryngology. 1998;46(3):179- 84.

  1. Jung TT, Alper CM, Hellstrom SO, Hunter LL, Casselbrant ML, Groth A, et al. Panel 8: Complications and sequelae. Otolaryngology--head and neck surgery : official journal of American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery. 2013;148(4 Suppl):E122-43.

  2. Houghton DJ, White PS, Browning GG. Predictors of outcome in children with otitis media with effusion. Clinical otolaryngology and allied sciences. 1998;23(1):48-50.

  3. Saito T, Iwaki E, Kohno Y, Ohtsubo T, Noda I, Mori S, et al. Prevention of persistent ear drum perforation after long-term ventilation tube treatment for otitis media with effusion in children. International journal of pediatric otorhinolaryngology. 1996;38(1):31-9.

  4. Saylam G, Tatar EC, Tatar I, Ozdek A, Korkmaz H. Association of adenoid surface biofilm formation and chronic otitis media with effusion. Archives of otolaryngology--head & neck surgery. 2010;136(6):550-5.

  5. Emaneini M, Gharibpour F, Khoramrooz SS, Mirsalehian A, Jabalameli F, Darban-Sarokhalil D, et al. Genetic similarity between adenoid tissue and middle ear fluid isolates of Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae and Moraxella catarrhalis from Iranian children with otitis media with effusion. International journal of pediatric otorhinolaryngology. 2013;77(11):1841-5.

  6. Hall-Stoodley L, Hu FZ, Gieseke A, Nistico L, Nguyen D, Hayes J, et al. Direct detection of bacterial biofilms on the middle-ear mucosa of children with chronic otitis media. JAMA : the journal of the American Medical Association. 2006;296(2):202-11.

  7. De Baere T, Hollants J, Waeytens A, Huyghe J, Cuvelier C, Verhelst R, et al. Otitis media microbes: culture, PCR, and confocal laser scanning microscopy. B-Ent. 2009;5(2):65-72.

  8. Thornton RB, Rigby PJ, Wiertsema SP, Filion P, Langlands J, Coates HL, et al. Multi-species bacterial biofilm and intracellular infection in otitis media. BMC pediatrics. 2011;11:94.

  9. Tatar EC, Tatar I, Ocal B, Korkmaz H, Saylam G, Ozdek A, et al. Prevalence of biofilms and their response to medical treatment in chronic rhinosinusitis without polyps. Otolaryngology--head and neck surgery : official journal of American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery. 2012;146(4):669-75.

  10. Proceedings and abstracts of the COST ( European Cooperation in Science and Technology) Exploratory Workshop on Biofilms. Berlin, Germany. June 2011. Virulence. 2011;2(5):475-89.

  11. Vlamakis H. The world of biofilms. Virulence. 2011;2(5):431-4.

  12. Murphy TF, Kirkham C. Biofilm formation by nontypeable Haemophilus influenzae: strain variability, outer membrane antigen expression and role of pili. BMC microbiology. 2002;2:7.

  13. Cennamo P, Caputo P, Giorgio A, Moretti A, Pasquino N. Biofilms on tuff stones at historical sites: identification and removal by nonthermal effects of radiofrequencies. Microbial ecology. 2013;66(3):659-68.

  14. Costerton W, Veeh R, Shirtliff M, Pasmore M, Post C, Ehrlich G. The application of biofilm science to the study and control of chronic bacterial infections. The Journal of clinical investigation. 2003;112(10):1466-77.

  15. Stoodley P, Sauer K, Davies DG, Costerton JW. Biofilms as complex differentiated communities. Annual review of microbiology. 2002;56:187-209.

  16. Wieser A, Schneider L, Jung JT, Schubert S. MALDI-TOF MS in microbiological diagnostics- identification of microorganisms and beyond (mini review). Appl Microbiol Biot. 2012;93(3):965-74.

  17. L. D. Molecular Detection of Human Bacterial Pathogen. Boca Raton: Taylor & Francis group; 2011.

  18. Kubista M, Andrade JM, Bengtsson M, Forootan A, Jonak J, Lind K, et al. The real-time polymerase chain reaction. Molecular aspects of medicine. 2006;27(2-3):95-125.

  1. Deschaght P , V an Simaey L, Decat E, V an Mechelen E, Brisse S, V aneechoutte M. Rapid genotyping of Achromobacter xylosoxidans, Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa and Stenotrophomonas maltophilia isolates using melting curve analysis of RAPD-generated DNA fragments (McRAPD). Res Microbiol. 2011;162(4):386-92.

  2. Winke M. An introduction to molecular biotechnology: Weinheim, Germany: John Wiley & Sons Ltd; 2006.

  3. Amann R, Fuchs BM. Single-cell identification in microbial communities by improved fluorescence in situ hybridization techniques. Nature reviews Microbiology. 2008;6(5):339-48.

  4. Haroon MF, Skennerton CT, Steen JA, Lachner N, Hugenholtz P, Tyson GW. In-solution fluorescence in situ hybridization and fluorescence-activated cell sorting for single cell and population genome recovery. Methods in enzymology. 2013;531:3-19.

  5. S P . Confocal Laser Scanning Microscopy1999.

  6. Daniel M, Chessman R, Al-Zahid S, Richards B, Rahman C, Ashraf W, et al. Biofilm eradication with biodegradable modified-release antibiotic pellets: a potential treatment for glue ear. Archives of otolaryngology--head & neck surgery. 2012;138(10):942-9. 

 

Universiteit of Hogeschool
Geneeskunde
Publicatiejaar
2014
Share this on: