Pneumokokkeninfecties

1. Pneumokokkeninfecties

2. Geschiedenis • 1881 Microbe septicémique du salive (Pasteur) / Micrococcus pasteuri (Sternberg) • ± 1890 pneumococcus (belangrijkste verwekker van lobaire pneumonie) • 1926 Diplococcus (gram pos diplokokken) • 1974 Streptococcus pneumoniae (morfologie in kweekbodems)

4. Streptococcus pneumoniae • Belangrijke verwekker van • Acute otitis media en sinusitis • Pneumonie • Meningitis • Zeldzame (minder frekwente) verwekker van • Infectieuze endocarditis • Septische arthritis • Peritonitis • Andere infectieuze ziektebeelden (spondylodiscitis,…)

5. Invasieve pneumokokkenziekte • Veel zeldzamer dan kolonisatie • Isolatie van S pneumoniae uit een normaal steriele site (bloed, pleuravocht of cerebro-spinaal vocht) • 15 per 100.000 personen per jaar • Hogere incidentie van pneumokokkenpneumonie • 25 per 100.000 bij jonge volwassenen • 280 per 100.000 per jaar bij ouderen • Frekwenter bij pasgeborenen en kinderen tot leeftijd van 2 jaar + volwassenen > 65 j.

7. Incidentie (/100.000 kinderen) van invasieve pneumokokkeninfecties (IPD) bij kinderen in België (Bron: IPD studie 2002-2003).

8. Microbiologische kenmerken • Gram positieve kok met vermenigvuldiging in kettingen in vloeibaar milieu • Catalase negatief • Vorming van H2O2 via flavoenzyme-systeem (betere groei in aanwezigheid van een catalase-bron, zoals erythrocyten) • Pneumolysine → groen pigment door afbraak van hemoglobine (groene rand op bloed-agarplaat) (“α-hemolyse”) • Gevoeligheid aan optochine • Lyse door galzouten • Mogelijkheid van PCR identificatie (probe met rRNA sekwenties uniek voor S pneumoniae) • Typisch extern polysaccharide-kapsel met covalente binding op peptidoglycaan en celwand (C-)-polysaccharide

9. Microbiologie • Capsulaire polysacchariden + reactie met specifieke antistoffen (Quellung reactie door aglutinatie) basis voor onderverdeling in serotypes • 90 serotypes • Beperkt aantal serotypes verantwoordelijk voor grote meerderheid van invasieve pneumokokken-infecties

10. Invasive pneumococcal infections among 173 children ages 2 through 5 years (24-59 months), by serotype. Bottom bar represents proportion of total invasive infections in the cohort caused by each serotype. Top bar depicts cumulative proportion of invasive infections caused by serotypes represented by the bars to the left. Serotypes in the "other" category included 19 serotypes with three or fewer isolates. Two isolates could not be serotyped. (CDC)

13. -lactamse.g.amox-clavamoxicillincefuroxime

15. Schematic diagram of the virulence factors of S. pneumoniae Microbiol Mol Biol Rev. 2001 June; 65(2): 187–207

16. Kolonisatie • Ecologisch reservoir: kolonisatie van nasofarynx • Frekwent: minstens 5-10 % bij gezonde volwassenen / 20-40 % bij gezonde kinderen / tot 40-60 % bij kleuters in crèches • Seizoensgebonden (↑ in mid-winter) • Vanaf leeftijd van 6 maanden met langdurig persisteren (Gray. J Infect Dis 1988; 158: 948-55) • Korter persisteren van individueel serotype bij volwassenen: gemiddeld 2-4 weken (Ekdahl. Clin Infect Dis 1997; 25: 1113-7)

17. Kolonisatie • Overdracht via druppelinfectie • Verspreiding in crèches • Alle situaties met nauw contact (RVT, gevangenissen,….) • Niet beschouwd als besmettelijk, gezien frekwente kolonisatie + moeilijke, weinig frekwente progressie van kolonisatie naar invasieve ziekte (Musher. NEJM 2003; 348: 1256-66)

18. Invasieve pneumokokkenziekte • Relatie tussen incidentie en leeftijdsgroepen niet veranderd sedert invoeren van antibiotica (vanaf 1950) • Bacteriëmie bij ± 25 % van meestal pneumonie bij volwassenen • Vermoedelijke ↓ invasieve infecties na invoering van geconjugeerd vaccin (Whitney. NEJM 2003; 348: 1737-46) • Seizoensgebonden incidentie van infecties (otitis media/bacteriëmie) mogelijks door associatie met virale luchtweginfecties

19. Pathogenese • Extracellulaire infectie • Adhesie, kolonisatie en invasie • Ontsnappen aan fagocytose • Niet-capsulaire virulentiefactoren • Activatie van complement en inflammatoire cytokines

20. Adhesie, kolonisatie en invasie • Adhesie aan humane farynxmucosa-cellen • Specifieke interactie tussen bacteriële adhesines (pneumococcal surface adhesin A en choline-bindende eiwitten) en epitheliale celreceptoren (epitheliale glycoconjugaten met disaccharide GlcNAcb1-4Gal of asialo-GM glycolipide) • Hogere adhesie-capaciteit bij transparante vs opake kolonies (phase variation) • Meer productie van phosphorylcholine en choline bindend eiwit A • Betere adhesie aan farynxepitheel, terwijl opake kolonies met meer expressie van kapselpolysaccharide virulenter blijken bij intraperitoneale inoculatie

22. Adhesie, kolonisatie en invasie • Kolonisatie frekwent (zeer succesvol mechanisme) • 2 mechanismen van invasie • Per continuitatem kolonisatie van luchtwegen • Penetratie van mucosale barrières • Snelle ciliaire klaring na progressie in buis van Eustachius, sinussen en bronchi • Mogelijkheid van infectie bij gestoorde ciliaire klaring • Oedeem tgv allergie of virale infectie met obstructie van buis van Eustachius of ostium van paranasale sinus • ↓ ciliaire klaring door rechtstreekse beschadiging van trilhaar (roken of intercurrente virale infectie)

23. Adhesie, kolonisatie en invasie • Invasie door penetratie van mucosale barrières • Interactie van choline bindend eiwit A met polymere immunoglobuline receptor op oppervlakte van epitheliale/mucosale cellen • Endocytose • Transport doorheen cel • Release doorheen interne membraan • Quorum sensing: phase switch bij bereiken van kritische densiteit  switch naar virulentere vorm (opake naar transparante kolonies) • Invasie van de bloedstroom → CNS invasie door interactie met receptor voor PAF (platelet activating factor, ↑ bij inflammatie) mogelijks in plexus chorioideus)

26. Schematic diagram of the virulence factors of S. pneumoniae Microbiol Mol Biol Rev. 2001 June; 65(2): 187–207

27. Ontwijken van fagocytose • Slechte ingestie en killing door neutrofielen (PMN) en macrofagen in afwezigheid van kapsel-specifieke antistoffen (immunologisch naiëve gastheer) • Kapsel beschermt tegen fagocytose • Afwezigheid van receptoren op fagocytaire cellen om kapselpolysacchariden te herkennen • Electrochemische krachten die fagocyterende cellen afstoten • Maskeren van antistoffen tegen celwandbestanddelen en C3b, die zich onder het kapsel binden • Inactivatie van complement

28. Ontwijken van fagocytose: rol van oppervlakte-eiwitten • PspA • preventie van depositie en activatie van C3b door interferentie met complement factor B • PspC • Binding van complement factor H → blokkeren van activatie complement cascade • Interruptie van kapselproductie (via transposon mutagenese) → verlies van virulentie • Goede relatie tussen absolute hoeveelheid anti-capsulaire antistoffen en protectie tegen invasieve infectie met serotypes S pneumoniae in dierexperimentele modellen

29. Niet-capsulaire virulentiefactoren • Pneumolysine, oppervlakte-eiwitten, auto-lysine • Knock-out van één of > factoren (genetically engineered mutanten) → virulentieverlies • Immunisatie met gezuiverde virulentiefactor beschermend in dierexperimentele modellen met slechts indirecte argumenten voor bescherming bij de mens

30. Pneumolysine • Geproduceerd door alle S pneumoniae serotypes • Thiol-geactiveerd toxine • Insertie in lipid bilayer van celmembranen door interactie met cholesterol • Cytotoxisch voor fagocyten en respiratoire epitheliale cellen • Triggert inflammatie door complement-activatie + inductie TNFα en IL-1

31. Pneumolysine • Injectie van pneumolysine in long → alle histologische afwijkingen van pneumonie • Dierexperimenteel duidelijke bescherming door voorafgaandelijke immunisatie of verminderde virulentie bij infectie met stammen zonder pneumolysine-productie • Minder progressie naar bacteriëmie bij aanwezigheid van anti-pneumolysine-antistoffen

32. Pneumococcal surface protein A (PspA) • Aanwezig op oppervlakte van ± alle pneumokokkenstammen • Antifagocytair, vermoedelijk door blokkeren van depositie van complement • Zelfde bewijsvoering over virulentie als voor pneumolysine (knockout + protectief effect van immunisatie) • Goede kandidaat voor vaccin-ontwikkeling

33. Pneumococcal surface adhesin A • Universeel bij pneumokokken met beperkte antigenische variabiliteit (highly conserved) • Belangrijke rol in adhesie aan nasofarynx-mucosa (attachment) + andere mechanismen • Minder risico op otitis media door specifieke antistoffen

34. Autolysine • Rol in remodeling van bacteriële celwand • Vrijstelling van • peptidoglycaan-fragmenten uit celwand  sterkere complementactivatie • Pneumolysine  directe weefseltoxiciteit • Stammen zonder autolysine minder virulent in dierexperimentele modellen + beperkt protectief effect van anti-autolysine

35. Niet-capsulaire virulentiefactoren • Neuraminidase • Enzymatische werking op siaalzuur op mucosale membraan met expositie van GlcNAc-Gal  facilitatie van S pneumoniae adhesie • Hyaluronidase • Rol in pathogenese niet duidelijk

36. Pathogenese • Extracellulaire infectie • Adhesie, kolonisatie en invasie • Ontsnappen aan fagocytose • Niet-capsulaire virulentiefactoren • Activatie van complement en inflammatoire cytokines

37. Activatie van complement en inflammatoire cytokines • Beperkte productie van exotoxines (pneumolysine), in tegenstelling tot S pyogenes • Pathologie door inductie van inflammatoire response door celwandbestanddelen (peptidoglycaan-fragmenten) en pneumolysine bij immunologisch naiëve gastheer • Complementactivatie • Leukocytaire stimulatie via toll-like receptors • Complementactivatie via alternative pathway door teichoïnezuur en peptidoglycaan-fragmenten • Inflammatie (bv in de hersenvliezen) uitlokbaar door deze bestanddelen alleen, vergelijkbaar met klinische infectie tgv bacteriële infectie met S pneumoniae

38. Complementactivatie en inductie van inflammatoire cytokines • Peptidoglycaan (PG)-fragmenten + teichoïnezuur > kapsel-polysaccharide • 2de type van activatie met C5a-vrijstelling  PMN mobilisatie (chemo-attractie) • Interactie van PG/teichoïnezuur met CD14  stimulatie van toll-like receptor 2 • Interactie van pneumolysine met toll-like receptor 4  intra-cellulair signaal via NF-kappa B (NF-КB)  Upregulatie productie inflammatoire cytokines (IL-1, IL-6, TNF-)

39. Intensiteit van inflammatoire response bepaalt risico op multipel orgaan falen • ARDS • Acute nierinsufficiëntie • Septische shock • Leverfalen • Septische encefalopathie

40. Host defense • Anticapsulaire antistoffen essentiëel • Weinig evidentie voor rol van antistoffen tegen andere bacteriële bestanddelen • Verschijnen 5-8 dagen na begin van infectie (gecorreleerd met natuurlijk verloop van koortsvrij worden zonder antibiotica) • Faciliteren fagocytose en killing door PMN en macrofagen (opsonisatie) • Geen absolute correlatie tussen titers tegen specifieke serotypes S pneumoniae en bescherming enerzijds en afwezigheid van antistoffen en risico anderzijds • O.a bij ouderen (mogelijk probleem van aviditeit = efficiëntie van antistoffen) • Geen hoge prevalentie van anticapsulaire antistoffen (tot ± 30 % van actieve beroepsbevolking)  meeste mensen vatbaar voor invasieve pneumokokkeninfectie • Mogelijke bescherming door antistoffen tegen pneumolysine en pneumococcal surface adhesin A

41. Host defense • Milt belangrijke rol in klaring van niet-geopsoniseerde pneumokokken uit bloedstroom • Trage passage van bloed doorheen milt • Verlengde contacttijd van bloed met reticuloendotheliale cellen • Vb: risico op pneumokokken bacteriëmie of meningitis x 100 bij kinderen met sikkelcelziekte (hemoglobinopathie)

42. Verhoogde vatbaarheid voor pneumokokkeninfectie • Deficiënte antistofvorming • Primair • Congenitale agammaglobulinemie • Common variable (verworven) hypogammaglobulinemie • Selectieve IgG subklasse deficiëntie • Secundair • Multipel myeloom • Chronische lymfatische leukemie • Lymfomen • HIV infectie

43. Verhoogde vatbaarheid voor pneumokokkeninfectie • Deficiënte complement-pathway (primair of secundair) • Verminderde of afwezige productie van C1, C2, C3 of C4 • Onvoldoende PMN (in absoluut aantal) • Primair • Cyclische neutropenie • Secundair • Drug induced (chemotherapie) • Aplastische anemie

44. Verhoogde vatbaarheid voor pneumokokkeninfectie • Slechte PMN functie • Alcoholisme • Levercirrhose • Diabetes mellitus • Behandeling met glucocorticoïden • Nierinsufficiëntie • Slechte klaring van pneumokokken-bacteriëmie • Primair • Congenitale hypo- of asplenie • Secundair • Splenectomie • Sikkelcelziekte (auto-splenectomie)

45. Verhoogde vatbaarheid voor pneumokokkeninfectie • Onduidelijke oorsprong en/of multifactoriëel • Jonge kinderen en ouderen • Behandeling met glucocorticoïden • Malnutritie • Levercirrhose • Nierinsufficientie • Diabetes mellitus • Alcholisme • Vermoeidheid, expositie aan koude en stress

46. Verhoogde vatbaarheid aan pneumokokkeninfecties • Verhoogde expositie • Crèches, kinderopvangcentra • Militaire trainingskampen • Gevangenissen • Opvangcentra voor daklozen • Voorafgaandelijke respiratoire infectie • Influenza en andere virale luchtweginfecties • Inflammatoire pathologie • Roken, asthma en COPD

47. Streptococcus pneumoniae • Belangrijke verwekker van • Acute otitis media en sinusitis • Pneumonie • Meningitis • Zeldzame (minder frekwente) verwekker van • Infectieuze endocarditis • Septische arthritis • Peritonitis • Andere infectieuze ziektebeelden (spondylodiscitis,…)

48. Acute otitis media (AOM) • Verwekkers: S pneumoniae > non typable Haemophilus influenzae > Branhamella catharrhalis • Steeds dezelfde frekwentiedistributie van pathogenen in studies bij kinderen tussen 6 maanden en 4 j oud • S pneumoniae • 40-50 % van microbiologisch (via paracentese = punctie van middenoorvocht doorheen trommelvlies) gedocumenteerde gevallen • 30-40 % van alle klinische diagnoses AOM

50. Diagnostische criteria en klinische evolutie AOM • Diagnostische criteria: • meestal plots begin • Middenooreffusie met uitpuilend trommelvlies, beperkte of afwezige mobiliteit trommelvlies, otorrhee, lucht/vochtniveau achter trommelvlies • Tekenen van middenoorinflammatie (trommelvlieserytheem of otalgie) • Ernstige AOM: koorts > 38.5°C en matige tot ernstige oorpijn • Niet-ernstige ziekte: milde oorpijn en koorts < 38.5°C in laatste 24 uur • Spontane resolutie (zonder antibiotica) • In 90 % infecties door Moraxella catarrhalis • 50 % bij Haemophilus influenzae • Slechts 20 % bij pneumokokken