Van urineweginfectie tot dodelijke sepsis: hoe het leven van een patiënt ook in de handen van een microbioloog ligt
Een 84-jarige patiënt met Parkinson werd opgenomen wegens koorts, rillingen en ademhalingsklachten. Rekening houdend met de neurologische ziekte Parkinson werden al vlug de diagnoses longontsteking en urineweginfectie gesteld. Omdat deze infecties gepaard gingen met koorts, was er een vermoeden van sepsis waarvoor bloedkweekflessen werden verzameld. Hoe verwerken microbiologen deze flessen ter bestrijding van sepsis?
Parkinson als risico voor urineweginfecties en sepsis
Parkinson is een neurologische aandoening en gaat gepaard met een verhoogd risico op infecties. Eén van deze infecties is een urineweginfectie ten gevolge van verminderde mobiliteit en dus zelfhygiëne of urineretentie. Een urineretentie is het onvermogen om de blaas te ledigen en wordt bij mensen met Parkinson veroorzaakt doordat het brein geen signalen ontvangt voor een blaaslediging. Het gevolg is een overvolle blaas die een broeihaard voor bacteriën vormt. In sommige gevallen voelen mensen met zenuwschade geen ongemak waardoor de urineretentie kan evolueren naar een urineweginfectie. Wanneer deze infectie onbehandeld blijft kan een bacteriemie ontstaan en evolueren naar een sepsis.
Bacteriemie vs. sepsis
Een bacteriemie is een bloedbaaninfectie. Zoals de naam het al doet zeggen, is de bloedbaan geïnfecteerd met bacteriën. Om deze indringers te elimineren schiet het immuunsysteem in gang. Wat er dan gebeurt is een hevige immuunreactie, de systemische inflammatoire respons, waarbij onder andere koorts optreedt. Dit in combinatie met een infectie duidt op sepsis. Wordt sepsis niet tijdig aangepakt, evolueert het snel naar een ernstige sepsis die getypeerd wordt door een lage bloeddruk. Een aanhoudende lage bloeddruk veroorzaakt onvoldoende zuurstoftoevoer naar de hersenen en organen. Dit veroorzaakt op zijn beurt orgaanfalen en -dysfunctie, wat bekend staat als septische shock. Zo’n shock is levensgevaarlijk en kan leiden tot sterfte bij een laattijdige behandeling. Het is dus van levensbelang om tijdig bloedbaaninfecties op te sporen. Hoe gebeurt dit?
De weg van een bloedstaal in het labo microbiologie
De diagnostiek van een bacteriemie is de verantwoordelijkheid van het labo microbiologie. Na afname van de bloedkweekflessen worden ze dus naar microbiologie opgestuurd. Daar worden de flessen in een broedstoof bij 35°C gedurende 5 dagen geplaatst. Wanneer micro-organismen aanwezig zijn in een steriel lichaamsvocht zoals bloed, verbruiken ze nutriënten in de bouillon in de flessen. Als metabolisch product komt CO2 vrij dat colorimetrisch wordt gemeten. De lades en cellen in de broedstoof lichten dan groen waarna de flessen ontladen kunnen worden voor isolatie, identificatie en antibioticagevoeligheidsbepaling.
Voor elke bloedkweekfles die positief is gevlagd voor micro-organismen wordt een bloedplaat geënt. Een bloedplaat is een vaste aselectieve nutriëntenmedium voorzien van 5% schapenbloed. Dit laat toe om alle micro-organismen uit klinische stalen op te groeien en te differentiëren op basis van hemolytische oftewel bloed afbrekende eigenschappen. Daarna wordt een bloeduitstrijkje gemaakt en gekleurd. Het doel hiervan is grampositieve (paars) en -negatieve (rood/roos) kiemen van mekaar te onderscheiden op basis van het verschil in celwandsamenstelling. Verder wordt de morfologie bestudeerd: ketens van bollen duiden op een streptokok, staafjes op bacillen. In functie van het resultaat worden andere voedingsbodems ingezet voor verdere differentiatie.
Microscopisch beeld van grampositieve streptokokken (links) en gramnegatieve bacillen (rechts).
Zo wordt bij de waarneming van gramnegatieve bacillen een MacConkey plaat ingezet. Deze plaat is voorzien van stoffen die enkel de groei van gramnegatieven toelaat en vervolgens van mekaar differentieert op basis van lactosefermentatie. Lactose fermenterende kiemen kleuren dan roos terwijl niet-lactose fermenterende kiemen kleurloos blijven. Alle nutriëntenbodems worden in een broedstoof bij geschikte omgevingscondities geplaatst. Binnen 24 uur is groei meestal waarneembaar en kan overgegaan worden naar de identiteitsbepaling.
Niet-lactose fermenterende kiemen op MacConkey agar.
Om de identiteit te achterhalen wordt hoogenergetische straling gebruikt waarbij biomoleculen zoals eiwitten ioniseren tot geladen molecuuldeeltjes. Deze worden vervolgens gescheiden op basis van hun massa-lading verhouding. Het resultaat is een eiwitspectrum van een bepaald micro-organisme waarvan de identiteit achterhaald wordt door te vergelijken met gekende referentiespectra uit de databank.
Vervolgens wordt een specifieke testkaart gekozen voor de bepaling van antibioticagevoeligheid. Zo’n kaart bestaat uit 64 transparante meetcellen die gevuld zijn met antibiotica. Wanneer dit kaartje in een bacteriële suspensie wordt geplaatst, zullen bacteriën al dan niet groeien wat zich uit in troebelheid. Deze troebelheid wordt om de 15 minuten gemeten en vergeleken met de antibioticumvrije controlecel waarna bepaald wordt wat de minimale concentratie is die de bacteriële groei inhibeert. Het resultaat is een lijst van de geteste antibiotica met de bijhorende gevoeligheidscategorieën (sensitief, intermediair sensitief en resistent) en minimale inhibitorische concentraties.
De levensreddende ontknoping
Elk resultaat in de routine van bloedkweken brengt de arts en microbioloog dichter bij de ontrafeling van de ziekteverwekker én dus een geschikte behandeling. Zo laat de groei op de bloedplaat zien dat de gekweekte kiem niet in staat is om bloed af te breken: er is geen verkleuring van het medium rondom de kolonies. De opgeklaarde zonde rondom het antibioticumschijfje chloramfenicol duidt op de afwezigheid van gisten in de bloedkweek. Ook het microscopisch onderzoek van het gekleurde bloeduitstrijkje laat geen gisten zien, enkel gramnegatieve staafvormige kiemen. Een sepsis met gisten wordt dus uitgesloten. Op de MacConkey plaat, die bestreken werd in functie van het microscopisch resultaat, zijn roze kolonies te zien. De kiem doet dus aan lactose fermentatie.
Links gamma-hemolytische oftewel niet-bloed afbrekende kiemen op de bloedplaat, centraal microscopisch beeld van gramnegatieve bacillen, rechts roze kolonies op MacConkey plaat.
De identificatie die vanuit beide voedingsbodem is gebeurd, geeft aan dat Escherichia coli verantwoordelijk was voor de sepsis. Deze bacterie werd eveneens teruggevonden in de urinestaal van de patiënt. Dit maakte duidelijk dat de bacteriemie met E. coli het gevolg was van een gevorderde urineweginfectie. De antibioticagevoeligheidsbepaling heeft aangetoond dat E. coli het meest gevoelig is aan ciprofloxacine. Bijgevolg werd de eerste algemene antibioticatherapie, opgestart na de bloedkweekverzameling, teruggeschroefd tot ciprofloxacine gedurende 7 dagen. De patiënt toonde een gunstige evolutie en mocht naar huis.
Bibliografie
Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2002). Molecular Biology Of The Cell (4de editie). Garland Science, New York. BD. (2013). INSTRUCTIONS FOR USE – READY-TO-USE PLATED MEDIA BD Enterococcosel Agar. BioMérieux. (z.d.). ETEST® . BioMérieux. Geraadpleegd op 2 april, https://www.biomerieuxusa.com/clinical/etest BioMérieux. (2008). VITEK 2™ Instrument User Manual. BioMérieux. (2010). BacT/Alert 3D User Manual. Bläckberg, A., Svedevall, S., Lundberg, K., Nilson, B., Kahn, F., & Rasmussen, M. (2022). Time to Blood Culture Positivity: An Independent Predictor of Mortality in Streptococcus Pyogenes Bacteremia. Open Forum Infectious Diseases, 9(6). https://doi.org/10.1093/ofid/ofac163 Brown, B. D., & Hood Watson, K. L. (2023, 7 augustus). Cellulitis. StatPearls - NCBI Bookshelf. Geraadpleegd op 30 maart 2024, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK549770/ Bush, L. M. (2022). Host defense mechanisms against infection. MSD Manual Professional Edition. Geraadpleegd op 20 januari 2024. https://www.msdmanuals.com/professional/infectious-diseases/biology-ofinfectious-disease/host-defense-mechanisms-against-infection Carroll, K.C., Butel, J. S., Morse, S. A., & Mietzner, T. (2016). Jawetz, Melnick, & Adelberg’s Medical Microbiology (27ste editie). McGraw-Hill Education, New York. Christaki, E., & Giamarellos-Bourboulis, E. J. (2014). The complex pathogenesis of bacteremia: From antimicrobial clearance mechanisms to the genetic background of the host. In Virulence (Vol. 5, Issue 1, pp. 57 – 65). Taylor and Francis Inc. https://doi.org/10.4161/viru.26514 Cižman, M., & Srovin, T. P. (n.d.). Antibiotic consumption and resistance of gram-negative pathogens (collateral damage). GMS Infectious Diseases, 6, 1-9. 10.3205/id000040 Creative Proteomics. (z.d.). Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization. Creative Proteomics. Geraadpleegd op 16 maart 2023, https://www.creative-proteomics.com/support/matrix-assisted-laser-desor…ionization.htm Creative Proteomics. (2024). MALDI-TOF Mass Spectrometry. Creative Proteomics. Geraadpleegd op 16 maart 2023, https://www.creative-proteomics.com/technology/maldi-tof-mass-spectrome… De Deyn, D. (2020). Standard Operating Procedure Aerospray gram series 2. Klinisch Laboratorium AZ Jan Portaels Vilvoorde. De Deyn, D. (2020). Standard Operating Procedure VITEK® 2 Compact. Klinisch Laboratorium AZ Jan Portaels Vilvoorde. De Deyn, D. (2022). Standard Operating Procedure ATCC stammen gebruik bij QC van gevoeligheidsbepalingen, isolatiebodems, identificatiebodems en -testen. Klinisch Laboratorium AZ Jan Portaels Vilvoorde. Delves, P. J. (2024). Complement System. MSD Manual Professional Version. Geraadpleegd op 24 februari 2024, https://www.msdmanuals.com/professional/immunology-allergic-disorders/b…system/complement-system di Martino, P. (2018). Bacterial adherence: much more than a bond. AIMS Microbiology, 4(3), 563–566. https://doi.org/10.3934/microbiol.2018.3.563 Dicker, K. T., Gurski, L. A., Pradhan-Bhatt, S., Witt, R. L., Farach-Carson, M. C., & Jia, X. (2014). Hyaluronan: A simple polysaccharide with diverse biological functions. In Acta Biomaterialia (Vol. 10, Issue 4, pp. 1558 –1570). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.12.019 Duysburgh E. Surveillance bloedstroom infecties in Belgische ziekenhuizen - Protocol 2019. Brussel, België: Sciensano; 2019. Ellis, S., & Ong, E. (2014). Disseminated Infections: A Clinical Overview. In Molecular Medical Microbiology (pp. 637–653). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-397169-2.00036-6 Hogg, E., Frank, S., Oft, J., Benway, B., Rashid, M. H., & Lahiri, S. (2022). Urinary Tract Infection in Parkinson’s Disease. In Journal of Parkinson’s Disease (Vol. 12, Issue 3, pp. 743–757). IOS Press BV. https://doi.org/10.3233/JPD-213103 Hudzicki, J. (2009). Kirby-Bauer Disk Diffusion Susceptibility Test Protocol. American Society for Microbiology. Hymes, J. P., & Klaenhammer, T. R. (2016). Stuck in the middle: Fibronectin-binding proteins in gram-positive bacteria. In Frontiers in Microbiology (Vol. 7, Issue SEP). Frontiers Media S.A. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01504 Janeway, C. A., Travers, P. Jr, Walport, M. & Shlomchik, M. J. (2001). Immunobiology The Immune System in Health and Disease (5de editie). Garland Science, New York. Kany, S., Vollrath, J. T., & Relja, B. (2019). Cytokines in inflammatory disease. In International Journal of Molecular Sciences (Vol. 20, Issue 23). MDPI AG. https://doi.org/10.3390/ijms20236008 Lammert, J. M. (2007). Techniques in Microbiology (1ste editie). Pearson Education. Laupland, K. B., & Church, D. L. (2014). Population-based epidemiology and microbiology of community-onset bloodstream infections. Clinical Microbiology Reviews, 27(4), 647–664. https://doi.org/10.1128/CMR.00002-14 M. Vercruyce, L. Vaes, N. Shodu, K. Mertens. Surveillance of Bloodstream Infections in Belgian Hospitals: Report 2023 (Catry B., Ed). Brussels, Belgium: Sciensano; 2023 84p. Mayo Clinic Staff. (2022, 6 mei). Cellulitis. Mayo Clinic. Geraadpleegd op 30 maart 2024, https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/cellulitis/symptoms-caus… McArthur, J. D., Cook, S. M., Venturini, C. & Walker, M. J. (2012). The role of streptokinase as a virulence determinant of streptococcus pyogenes - potential for therapeutic targeting. Current Drug Targets, 13 (3), 297- 307. 10.2174/138945012799424589 Melander, R. J., Zurawski, D. v., & Melander, C. (2018). Narrow-spectrum antibacterial agents. In MedChemComm (Vol. 9, Issue 1, pp. 12–21). Royal Society of Chemistry. https://doi.org/10.1039/c7md00528h NHS. (2024, 4 maart). Cellulitis. NHS. Geraadpleegd op 30 maart 2024, https://www.nhs.uk/conditions/cellulitis/ Nijs, Y. (2021, 1 maart). Wat is het verschil tussen een bypass en een mini bypass? Obesity Centre brussels. Geraadpleegd op 31 maart 2024, https://obesitas-behandeling.be/bypass-minibypassverschil/#:~:text=Gastric%20banding%20of%20een%20maagring,de%20rest%20van%20de%20maag O Cróinín, T., & Backert, S. (2012). Host epithelial cell invasion by Campylobacter jejuni: trigger or zipper mechanism? In Frontiers in cellular and infection microbiology (Vol. 2, p. 25). https://doi.org/10.3389/fcimb.2012.00025 Paharik, A. E., Schreiber, H. L., Spaulding, C. N., Dodson, K. W., & Hultgren, S. J. (2017). Narrowing the spectrum: The new frontier of precision antimicrobials. In Genome Medicine (Vol. 9, Issue 1). BioMed Central Ltd. https://doi.org/10.1186/s13073-017-0504-3 Patel, G., Hawley, R., & Scheinfeld, N. (2011). BACTEREMIA, SEPSIS, SEPTIC SHOCK, AND TOXIC SHOCK SYNDROME. In Emergency Dermatology (pp. 98–108). Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/cbo9780511778339.011 Ramachandran, G. (2014). Gram-positive and gram-negative bacterial toxins in sepsis: A brief review. In Virulence (Vol. 5, Issue 1, pp. 213–218). Taylor and Francis Inc. https://doi.org/10.4161/viru.27024 Remel. (2010). Technical Manual of Microbiological Media Salmonella Shigella (SS) agar. Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu. (z.d.). Campylobacter-infecties richtlijn. Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu. Geraadpleegd op 5 april 2024, https://lci.rivm.nl/richtlijnen/campylobacterinfecties Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu. (2022, juli). Richtlijnen Salmonellose. Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu. Geraadpleegd op 31 maart 2024, https://lci.rivm.nl/richtlijnen/salmonellose Santella, B., Folliero, V., Pirofalo, G. M., Serretiello, E., Zannella, C., Moccia, G., Santoro, E., Sanna, G., Motta, O., Caro, F. de, Pagliano, P., Capunzo, M., Galdiero, M., Boccia, G., & Franci, G. (2020). Sepsis—A retrospective cohort study of bloodstream infections. Antibiotics, 9(12), 1–11. https://doi.org/10.3390/antibiotics9120851 Sciensano (z.d). Antimicrobial resistance (AMR). Sciensano. Geraadpleegd op 27 januari 2024, https://www.sciensano.be/en/health-topics/antimicrobial-resistance-amr Sciensano (z.d.). Bloedstroominfecties. Sciensano. Geraadpleegd op 20 januari 2023, https://www.sciensano.be/nl/gezondheidsonderwerpen/bloedstroominfecties…bloedstroominfectieSciensano. (z.d.). Campylobacter. Sciensano. Geraadpleegd op 5 april 2024, https://www.sciensano.be/nl/gezondheidsonderwerpen/campylobacter#transm… Sciensano. (z.d.). Salmonellose. Sciensano. Geraadpleegd op 31 maart 2024, Salmonellose | sciensano.be Seifert, H. (2009). The Clinical importance of microbiological findings in the diagnosis and management of bloodstream infections. Clinical Infectious Diseases, 48(SUPPL. 4). https://doi.org/10.1086/598188 Sharma, S., Bhatnagar, R., & Gaur, D. (2020). Complement Evasion Strategies of Human Pathogenic Bacteria. In Indian Journal of Microbiology (Vol. 60, Issue 3, pp. 283–296). Springer. https://doi.org/10.1007/s12088-020- 00872-9 Sheehan, J. R., Sadlier, C., & O’Brien, B. (2022). Bacterial endotoxins and exotoxins in intensive care medicine. In BJA Education (Vol. 22, Issue 6, pp. 224–230). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.bjae.2022.01.003 Smith, D. A., & Nehring, S. M. (2023, 17 juli). Bacteremia. StatPearls – NCBI Bookshelf. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK441979/ Siddiqui, Z., Siddiqui, Z. A., Husain, F., & Siddiqui, M. (2017). A case of a chronic salmonella infection following Roux-en-Y gastric bypass surgery, treated successfully by a laparoscopic cholecystectomy. BMJ Case Reports, 2017. https://doi.org/10.1136/bcr-2017-219395 Thorpe, T. C., Wilson, M. L., Turner, J. E., Diguiseppi, J. L., Willert, M., Mirrett, S., & Barth Reller, L. (1990). BacT/Alert: an Automated Colorimetric Microbial Detection System. In JOURNAL OF CLINICAL MICROBIOLOGY (Vol. 28, Issue 7). https://journals.asm.org/journal/jcm Tripathi, N., & Sapra, A. (2023, August 14). Gram staining. StatPearls - NCBI Bookshelf. Geraadpleegd op 30 maart 2024, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK562156/ van Engelen, T. S. R., Wiersinga, W. J., & van der Poll, T. (2018). Pathogenesis of sepsis. In Handbook of Sepsis (pp. 31–43). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-73506-1_3 van kasteren, m.e.e., stobbering, e.e., janknegt, r., wijnands, w.j.a., & van der mee, j.w.m. (1999). Optimaliseren van het antibioticabeleid in Nederland. IV. SWAB-richtlijnen voor antimicrobiële therapie in het ziekenhuis bij volwassenen met sepsis. Nederlands Tijdschrift voor Geneeskunde, 12, 611-617. Viscoli, C. (2016). Bloodstream Infections: The peak of the iceberg. In Virulence (Vol. 7, Issue 3, pp. 248–251). Taylor and Francis Inc. https://doi.org/10.1080/21505594.2016.1152440 Wilson, M., McNab, R., & Henderson, B. (2002). Bacterial disease mechanisms an introduction to cellular microbiology (1ste editie). Cambridge University Press. Yale Medicine. (z.d.). Urinary Retention. Yale Medicine. Geraadpleegd op 7 april 2024, https://www.yalemedicine.org/conditions/urinary-retention Zhang, J. M., & An, J. (2007). Cytokines, inflammation, and pain. In International Anesthesiology Clinics (Vol. 45, Issue 2, pp. 27–37). https://doi.org/10.1097/AIA.0b013e318034194e
