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Infections sur matériel étranger

Infections sur matériel étranger. J.M. Besnier, Service de Maladies Infectieuses, Tours. Incidences. Infections sur prothèse valvulaire cardiaque 1 à 3% (12 mois post-opératoire) 3 à 5,7% (60 mois post-opératoire) Infections sur sonde de pacemaker 0,8 à 4,9%

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Infections sur matériel étranger

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Presentation Transcript

  1. Infections sur matériel étranger J.M. Besnier, Service de Maladies Infectieuses, Tours

  2. Incidences • Infections sur prothèse valvulaire cardiaque • 1 à 3% (12 mois post-opératoire) • 3 à 5,7% (60 mois post-opératoire) • Infections sur sonde de pacemaker • 0,8 à 4,9% • Infection sur prothèse artérielle • Aorto-fémorale : 0,5 à 3% • Fémoro-fémorale ou poplitée : 2 à 5% • Prothèse ostéo-articulaire • Hanche : < 1% • Genou : 2,9%

  3. Infections sur prothèses ostéo-articulaires

  4. Microbiologie des endocardites Microorganisme (%) Valve Valve En France native prothétique 1991 1999 < 60 j > 1 an Streptococcus sp 30-45 1 30-33 58 58 S. viridans 27 17 S. bovis I 23 25 S. aureus 25 - 30 20-24 15-20 18 23 SCN 3 - 5 30-35 10-12 5 6 Enterococcus 14 - 17 5 - 8 8 - 12 - - Champignons 2 5 - 10 1 - - Cultures négatives et HACEK 5 3 - 7 3 - 8 - -

  5. Microbiologie des infections sur prothèse vasculaire Prothèses Aortoiliaques Aortofémorales S. aureus 5 24 S. epidermidis 6 27 Autres cocci 10 13 Anaérobies 17 - Entérobactéries 55 39 Cultures négatives 6 5

  6. Microbiologie des infections sur prothèse ostéo-articulaire Berbari Steckelberg Tsukayama (n=462) (n=1023) (n=106) 1969-1991 1969-1991 1980-1991 S. aureus 101 (22%) 240 (23) 33 (31) SCN 86 (19) 254 (25) 56 (53) Streptocoques 42 (9) 79 (8) 14 (13) Bacilles Gram - 38 (8) 114 (11) 21 (20) Anaérobies 29 (6) 62 (6) 12 (11) Culture - 38 (8) 83 (8) 3 (3) Autres 21 (5) 54 (5) 11 (10) Polymicrobien 88 (19) 147 (14) 27 (25)*

  7. Infections sur cathéter centralEpidémiologie • 20 à 70% des bactériémies nosocomiales • 1 à 9,6 bactériémies liées aux cathéters/1000 jrs-cathéter • Mortalité attribuable 12 à 25% • Microorganismes en cause • SCN 27% • S. aureus 26% • Champignons 17% • KES 16%

  8. Infections sur matériel étranger • Physiopathologie • Mode de contamination • Facteurs de l’hôte • Facteurs bactériens : protéines de surface • Facteurs liés au matériau • Diagnostic • Prise en charge thérapeutique • Prévention

  9. Physiopathologie : mode de contamination • Per-opératoire • Post-opératoire précoce (cicatrice) • Post-opératoire tardif (hématogène) • Réservoir de la bactérie en cause ? • Exogène • Endogène : relation entre colonisation / portage nasal et • Bactériémie (NEJM, Von Eiff, 2001) • Infection après chirurgie cardio-thoracique (JID, Kluytmans, 1995) • Infection après chirurgie orthopédique (ICHE, Kalmeijer, 2001) • Infection de pacemaker (Circulation, Da Costa, 1998)

  10. Physiopathologie : facteurs de l’hôte • Absence de réponse humorale efficace et spécifique • Altération de l’activité phagocytaire • Diminution de l’activité opsonisante • Dégranulation des PMN • Diminution de l’activité bactéricide (germes catalase +, production d’ion superoxyde) • Diminution de production de cytokines (TNF) • Malgré l’afflux de PMN (bactérie/PMN = 1/100 à 1/50 000) • Effet protecteur de l’administration locale de PMN • Diminution de production d’IFN-γ ?

  11. Modèle cagePathogénie de l’infection sur matériel % killing • Mesure de l’activité bactéricide des PNN • 1 à 2 semaines après implantation 80 70 60 50 40 30 20 10 0 heure incubation 0 1 2 S. aureus/PNN cage E. faecalis/PNN cage S. aureus/PNN péritoine E. faecalis/PNN péritoine

  12. Physiopathologie : facteurs de l’hôte • Modèle infection sur cathéter sous-cutané • S. epidermidis RP62A • Traitement IFN sous-cutané x 3/sem • Compte cfu après 2 semaines (Boelens, JID, 2000; 181:1167-71)

  13. Physiopathologie : facteurs de l’hôte Cytokines Production de TNF, IL10 et IFN-γ par cellules mononucléées, en réponse à S. aureus Control Patient TNF 6598 pg 12 885 IL-10 235 pg 1036 IFN-γ 3,2 IU < 0,08 (Honstettre, JCM, 2003; 41:5344-6)

  14. De l’adhérence au biofilm • UN des aspects de la physiopathologie des infections sur prothèse • Intérêt pour le diagnostic des infections ? • Sonication, trypsinisation ... • Intérêt pour le traitement des infections • Intérêt pour la prévention des infections ? • matériau, • concentrations sub-inhibitrices d’antibiotiques, • Inhibition de l’adhérence

  15. De l’adhérence au biofilm(Marshall, ASM News 1992 ; 58 : 202-207)

  16. Le biofilm(Gristina, Science 1987 ; 237 : 1588-1595) «Proteinaceous adhesins (fimbriae in Gram-negative bacteria), polysaccharides polymers, and surfaceandmilieusubstances interact and intermix to form an aggregate of bacteria, elemental substances, glycoproteins, and polysaccharides in a biofilm» …or «a microbially derived sessile community characterized by cells that are attached to a substratum or interface or to each other, are embedded in a matrix of extracellular polymeric substances that they have produced, and exhibit an altered phenotype with respect to growth rate and gene transcription » (Donlan et Costerton, Clin Microbiol Rev, 2002)

  17. De l’adhérence au biofilm(Gristina, Science 1987 ; 237 : 1588-1595) • Charge électrique • Forces Van der Waals • Hydrophobicité • Protéines de surface • Protéines de l’hôte (récepteurs) • Cellules ? (plaquettes, hématies ...)

  18. Rôle de l’hydrophobicité 0,5 0,4 0,3 Hydrophobe Absorbance (590 nm) 0,2 Hydrophile 0,1 0 0 1 2 3 4 Temps (heures)

  19. Adhésines bactériennes Protéine liant la fibronectine Clumping factor Protéine liant le collagène Protéine liant la thrombospondine Autres protéines ? Protéines de l’hôte Fibronectine Fibrinogène Collagène Thrombospondine Laminine, vitronectine ... Attachement et adhésionS. aureus

  20. Adhésines bactériennes Adhésine capsulaire PS/A (Muller, 1993) Protéine 220 kDa (Timmerman, 1991) Autolysine (atlE) Hémagglutinine ou lectine (Rupp, 1992, 1995) Protéines de l’hôte ? Vitronectine Hématie Attachement et adhésionStaphylocoques à coagulase négative (1)

  21. Acide lipoteichoïque ? Protéine liant la fibronectine ? Protéine liant le fibrinogène ? 119 kDa Peu homologie avec CF de S. aureus Ubiquitaire Activité fonctionnelle hétérogène Plaquettes ? Fibronectine Fibrinogène Attachement et adhésionStaphylocoques à coagulase négative (2)

  22. Autolysine de S. epidermidis • gène atlE • Protéine 1335 AA • 148 kDa • Protéine de surface

  23. Rôle Majeur Fibrinogène (Strepto, S. aureus >> SCN) Fibronectine (S. aureus >> S. epi) Laminine (Strepto, S. aureus, SCN) Albumine, sérum Rôle secondaire Plaquettes Thrombospondine D-Mannosamine Rôle des protéines de l’hôte

  24. De l’adhérence au biofilm(Gristina, Science 1987 ; 237 : 1588-1595) • Slime (ou glycocalyx ou exopolysaccharide) • Adhésine inter-cellulaire (PIA)* • Souches Hc (85% PIA +) • Souches saprophytes (6%) * : Ziebuhr, Infect Immun 1997

  25. PIA (Fey, 1999; Dietrich,1999) Slime Ag polysaccharidique(Mack, 1996) Protéine 140 kDa (Hussain, 1997) Exopolysaccharide (glucose, ph. glycérol, N-acétyl-glucosamine, ala, ac uronique, ...) Variation phénotypique Variation de phase Adhésion des bactéries entre elles Aggrégation et colonisation (1)

  26. PIA (Polysaccharide Intercellular Adhesin) Polymère b-1,6-N-acetyl glucosamine Responsable de l’autoaggrégation des bactéries et de l’hémagglutination Sous la dépendance d’un opéron icaABCD Relation PIA et biofilm 87% SE biofilm + PIA + 88% SE biofilm - PIA - Aggrégation et colonisation (2)

  27. Modèle infection cathéter à S. epidermidis(1) Colonisation cathéter Hémocultures positives S. epidermidis O-47 : biofilm + S. epidermidis O-47 mut1 : AtlE - S. epidermidis O-47 mut2 : PIA - (JID 2001; 183: 1038-42)

  28. Modèle infection cathéter à S. epidermidis(2) SE O-47 SE AtlE - SE PIA - Rein 7/8* 1,49x103** 4/8 2,34x102 3/8 0 Foie 7/8 2,7x104 3/8 0 3/8 0 Cœur 5/8 1,6x102 3/8 0 3/8 0 Poumon 7/8 1,4x104 4/8 5,1x103 4/8 8,4x103 * : N rats intectés/total - **: médiane cfu/g (JID 2001; 183: 1038-42)

  29. CNA • Clumping factor ? • FnBP • Protéine A • Coagulase • Hémolysines • Toxines • Clumping factor ? Facteurs de virulence chez S. aureus agr - + AdhésinesFacteurs d’invasion/dissémination Phase exponentielle Phase stationnaire + + sar

  30. Pathogénie des infections sur matériel P h. e x p o n. agrA,C,D,B Octapeptide (Signal de densité cellulaire peptide auto-induit AIP) ARNIII Toxine d Exoprotéines P h. s t a t i o n. • Souches S. aureusagr- plus productrices de biofilm que agr+* • Souches agr+ (avantage infections aiguës) vs agr- (avantage infections chron) • Octapeptide de S. epidermidis inhibiteur du système agr de S. aureus (avantage sélectif au niveau cutané ?)** * : Vuong et al. JID 2000 ; ** : Otto et al. Infect Immun 2001

  31. Facteurs de pathogénicité (exoprotéines) Facteurs de pathogénicité (exoprotéines) Facteurs de pathogénicité (système agr, 3) 3. Fonctionnalité du système agr : gène hld exoprotéines 35 30 protéines de surface 25 20 souchen°1 + [bactérie] x 10^7 ufc souche n°2 15 - 10 Régulation par le système agr 5 0 0 2 4 6 8 10 Temps en heure agr +: expression de la delta-hémolysine après 8h agr -: pas d’expression Þ Système agr fonctionnel

  32. Autre mécanisme de quorum-sensing • RAP : RNA III-activating Peptide • Protéine TRAP (Giacometti, AAC 2003, 47 : 1979)

  33. S. epidermidis PIA et formation de biofilm Opéron ica Souches ica + 85% souches d’hémocultures vs 6% souches cutanées* 77% souches d’hémocultures vs 37% souches cutanées** 81% souches infection prothèses vs 17% souches saprophytes*** S. aureus Opéron ica chez toutes les souches Facteurs de virulence Protéine liaison au collagène Liaison à la sialoprotéine Toxines aetg Leukocidine de Panton-Valentine Pathogénie des infections sur matériel * : Ziebuhr et al. Inf Immun 1997 ** : Barbier-Frebourg et al. J Clin Microbiol 2000 *** : Galdbart et al. JID 2000

  34. Gènes détectés Écosystème d’origine Opéron ica fbe atlE Infection de prothèse (écosystème A) 6 (54%)* 11 (100%) 11 (100%) Saprophyte chirurgien (écosystème B) 2 (8%) 25 (100%) 25 (100%) Saprophyte malade (écosystème C) 7 (23%) 30 (100%) 30 (100%) Facteurs de pathogénicité (biofilm, 1) 1. Prévalence des gènes impliqués dans la formation du biofilm 1400 pb 989 pb 526 pb 814 pb icaC icaB icaA * : p=0.036

  35. Facteurs de virulence de S. epidermidisInfection sur prothèse Souches pts Souches porteurs p (n=54 souches/14 pts) (n=23 souches/8 sujets) cna 0 0 fnbA 0 0 Sialoprotéine 1 5 fbe 54 23 ica opéron 44 (81,5%) 4 (17,4%) < 0.01 Biofilm 34 (63%) 2 (8,6%) < 0.05 Galdbart et al. JID 2000

  36. Résultats : Diversité génétique des isolats

  37. Résultats : Lien génétique entre les isolats Ecosystème Groupe RAPD* d’origine I II III IV Infection de prothèse (n=11) 9(82%) 0 2 0 Saprophyte chirurgiens (n=25) 18(72%) 4 3 0 Saprophytes Malades (n=30) 9 16(53%) 2 3 * : p = 0,0012

  38. Propriétés du biofilm • Diminution de vitesse de pénétration des AB (Ciprofloxacine et biofilm de P. aeruginosa, AAC 1994) • Moindre sensibilité aux antibiotiques •  diffusion grosses molécules (AB, enzymes, complément) •  diffusion glucose et O2 (AAC, Anderl, 2003) (K pneumoniae) • Expression de gènes de résistance (Trampuz, Clin Orthop 2003; 414:69-98)

  39. Minimum bactericidal concentration (MBC) of Staphylococcus epidermidis B3972 Phases of bacterial growth (µg/ml) Antibiotic Logarithmic Stationnary Fold increase Vancomycin 4 50 12.5 Daptomycin 2 12.5 6 Teicoplanin 4 12.5 3 Ciprofloxacin 0.5 100 200 Rifampicin 0.06 0.15 2.5 Netilmicin 8 400 50 (Widmer et al. JID, 1990)

  40. Cure rate of tissue-cage infections with Staphylococcus epidermidis B3972 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Daptomycin 5 17 Daptomycin 5 + 75 Netilmicin 20 Teicoplanin 6,6 0 Vancomycin 15 17 Vancomycin 15 + 25 Netilmicin 20 0 Ciprofloxacin 10 Ciprofloxacin 10 + 100 Rifampin 7,5 75 Rifampin 7,5 100 Rifampin 25 (Widmer et al. JID, 1990)

  41. Killing of glass-adherent E. ColiATCC 25922 CFU / slide (mean ± SE) Drug Controls After treatment % killing Log killing Cotrimoxazole 153 ± 19 576 ± 129 0 0 Aztreonam 241 ± 17 14 ± 7 94.3 1.25 Fleroxacin 338 ± 10 39 ± 20 88.4 0.93 Ciprofloxacin 531 ± 56 0 ± 0 > 99.9 > 3 (Widmer et al. AAC, 1991)

  42. Cathéters Implants orthopédiques Silicone +++ Polychlorure de vinyle, polyuréthane, ++ polytétrafluoroéthylène Métal + Titane – Polymethylméthacrylate + Hydroxyapatite ++ Physiopathologie : facteurs liés au matériau

  43. activité bactéricide PMN prolifération LB et LT activité ostéoclastique activité ostéoblastique production superoxyde IL2, IL6 (Monocytes) IL1, IL6, TNF (ostéoblastes) Ostéocalcine, collagène I (ostéoblastes) Physiopathologie : facteurs liés au matériau Résorption osseuse péri-prothétique Susceptibilité à l’infection

  44. Diagnostic microbiologique des infections sur matériel • Difficile • Faussement négatif • Traitement antibiotique antérieur • Inoculum faible • Milieux inadaptés ou germes fastidieux • Faussement positif : • Contamination : après prélèvement ou si prélèvement inapproprié • Difficultés d’interprétation (SCN)

  45. Negative cultures • Does it exclude the diagnosis of infection ? DISCUSSION • Antibiotics should have been stopped (2 weeks) • Sample • Aspiration of the joint • Peri-operative samples • Other criteria : histology, molecular technique ?

  46. Positive culture(s) • Is it always an infection ? • Is the isolated bacteria the causative bacteria ? DISCUSSION • Sample • Sinus tract aspiration • Aspiration of the joint • Peri-operative samples • Number of positive samples • Species

  47. Negative culturesJoint fluid aspiration • Spangehl et al. 1999 • Negative predictive value 98% and sensitivity 85% • 3 of 21 pts with a true infection had negative culture of joint fluid aspiration • Repeat aspiration or revision arthroplasty, according to other symptoms • ESR (30 mm/h) + CRP (10 mg/l) + negative joint fluid aspiration : NPV 100% !!!

  48. Negative culturesPer-operative samples • Antibiotics < 2 weeks ? • Are there non culturable bacteria ? • Are bacteria not dislodged from prosthesis ? • Are other techniques necessary ? • Sonication • Molecular techniques

  49. Evaluation of sonication and molecular technique (1) • 120 patients for total hip revision surgery • Standard culture vs culture of sonicate samples from prosthesis vs 16SrRNA gene amplification vs histology N samples N positive % positive samples samples Standard culture 120 5 4 Culture of sonicate 120 25 22 16SrRNA PCR 118 85 72 Score PMN > 1/HPF 81 59 73 Tunney et al. 1999

  50. Evaluation of sonication and molecular technique (2) • All the 25 positive cultures were PCR positive • S. aureus (1) • CNS (14) • P. acnes (15) • 60 patients with negative cultures were PCR positive • Contaminating bacterial DNA excluded since the lower limit of detection was 104 cfu/ml Tunney et al. 1999

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