TRIMESTRALE SCIENTIFICO
Anno II - n. 3, Settembre 2008
Non solo Pseudomonas aeruginosa Guest Editor Giovanni Taccetti Centro Regionale Toscano Fibrosi Cistica Azienda Ospedaliera - Universitaria Meyer - Firenze
IL PROBLEMA La microbiologia della fibrosi cistica ha sempre sottolineato l’importanza dell’infezione da P. aeruginosa. È infatti ben diffusa la concezione che questa infezione determini in larga misura la progressione del danno polmonare. La prevenzione della prima infezione attraverso strategie che riducano il contagio e la prevenzione dell’infezione cronica da P. aeruginosa con il trattamento eradicante precoce fanno parte della routine assistenziale della fibrosi cistica. Oltre all’infezione da P. aeruginosa altre, come quella da Burkholderia cepacia complex, possono avere conseguenze devastanti sull’andamento della malattia. Anche nel caso di B. cepacia complex, in particolare di alcuni genomovars, sono state stabilite strategie di prevenzione e trattamenti terapeutici aggressivi. La batteriologia delle vie aeree nella fibrosi cistica è complessa e altre infezioni possono rappresentare una problematica di difficile gestione clinica. Per esempio, le infezioni da micobatteri (tubercolari e non), le infezioni da altri Gram negativi, le infezioni da aspergillo e da S. aureus meticillino-resistente possono complicare notevolmente il quadro clinico. È possibile che l’infettivologia delle vie aeree del paziente con fibrosi cistica si arricchisca in futuro per il sorprendente miglioramento delle tecniche di identificazione, soprattutto delle tecniche non colturali. Il panorama microbiologico potrebbe probabilmente complicarsi aprendo nuovi scenari sia per quanto riguarda la prevenzione che per quanto riguarda nuove possibili terapie. In questo numero prenderemo in esame nuovi aspetti della batteriologia delle vie aeree nella fibrosi cistica e verranno discusse in maniera più dettagliata le recenti segnalazioni sulla presenza e la potenziale importanza di patogeni respiratori emergenti.
Pubblicazione con l’egida della Sinergie S.r.l. Giovanni Taccetti Centro Regionale Toscano Fibrosi Cistica Azienda Ospedaliero - Universitaria Meyer - Firenze
Anno II, N. 3 - Settembre 2008 Periodico trimestrale a carattere scientifico Registrazione Tribunale di Milano n. 341 del 28/05/2007
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Mauro Rissa
3 Introduzione 4 Un ruolo per gli anaerobi? 8 Non solo B. cepacia 8 Il vaso di Pandoraea 10 Non solo Micobatteri atipici 10 Schede bibliografiche
FC Strumenti ed evidenze è una rivista monografica, trimestrale, dedicata al mondo della fibrosi cistica. Essa si prefigge di trattare argomenti solitamente “meno battuti” dal mondo medico e di offrire, quindi, un contributo originale a chi si occupa della cura dei pazienti o dell’organizzazione dell’assistenza. FC Strumenti ed evidenze si propone quindi come strumento per la ricerca clinica e per la valutazione dei sistemi assistenziali della fibrosi cistica. La rivista contiene articoli elaborati internamente dalla redazione con il contributo di esperti del settore, a livello nazionale ed internazionale. Ogni numero viene curato da un Guest editor che ne garantisce la validità scientifica e la completezza. L’editore sarà lieto di accogliere proposte ed eventuali contributi per la redazione di numeri monografici che verranno valutati dalla redazione. Sono anche accettati contributi di esperti che vogliano proporsi come Guest editor di una monografia. Le proposte possono essere inviate a sinergie.milano@virgilio.it Finito di stampare nel mese di Settembre 2008
Anno II - n. 3, 2008
Introduzione Le infezioni polmonari batteriche sono una delle caratteristiche proprie della FC e rappresentano la principale causa di morbilità e mortalità. Le caratteristiche di tali infezioni sono: • presenza cronica dei germi a livello delle vie aeree con ricorrenti episodi di esacerbazione • localizzazione esclusiva del germe a livello delle vie aeree (bronchi e bronchioli), di solito senza episodi di batteriemia clinicamente rilevanti • numero di patogeni limitato • flora patogena che si modifica con il progredire dell’età • sviluppo di resistenza agli antibiotici e chemioterapici impiegati • possibilità di infezioni crociate fra pazienti. I germi che di solito vengono isolati da pazienti FC sono S. aureus e i Gram negativi non fermentanti (P. aeruginosa, B. cepacia complex, S. maltophilia e A. xylosoxidans). Fra essi P. aeruginosa è il germe che viene isolato più frequentemente. P. aeruginosa non rappresenta però l’unico patogeno. Accanto ai germi “classici” vengono oggi segnalati da un lato i patogeni “emergenti” (ad esempio il genere Pandorea, i Micobatteri non tubercolari e altri), dall’altro i germi
anaerobi, il cui esatto ruolo nella fibrosi cistica deve essere ancora stabilito. Recentemente le tecniche di identificazione “non tradizionali”, con metodiche molecolari, sembrano aprire nuove prospettive. Ciò potrebbe essere di utilità sia nell’identificazione di patogeni non comuni, sia in quei casi in cui la risposta clinica al trattamento non sia soddisfacente. Probabilmente in futuro il clinico dovrà familiarizzare sempre più con i risultati derivanti da tecniche di coltura e identificazione “non tradizionali”, che potrebbero avere un risvolto oltre che nell'identificazione di nuovi patogeni anche nella conseguente scelta del trattamento antibiotico. Acquisire nuove conoscenze nel settore della microbiologia FC, sempre più una sub-specialità a parte, rappresenta una scelta per continuare a migliorare la qualità delle cure nel paziente fibrocistico. Giovanni Taccetti Vanessa Boni Centro Regionale Toscano Fibrosi Cistica Azienda Ospedaliero - Universitaria Meyer Firenze
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Un ruolo per
I batteri normalmente presenti nelle secrezioni delle vie aeree di pazienti con fibrosi cistica sono isolati in condizioni di aerobiosi. H. influenzae, S. aureus, P. aeruginosa, Burkholderia cepacia complex sono spesso isolati in una sequenza cronologica che caratterizza il decorso della malattia. L’epidemiologia di questi germi è ben nota e molto è conosciuto sulla loro trasmissibilità e sulla loro associazione con fasi di aggravamento. Se da una parte è chiaro che va fatto ogni sforzo per limitare la trasmissione di B. cepacia complex e P. aeruginosa utilizzando in quest’ultimo caso sia il trattamento eradicante precoce che la terapia cronica di mantenimento, dall’altro è meno chiaro il tipo di strategia da utilizzare nei confronti di S. aureus. Permangono quindi aree di incertezza anche in ambiti classici delle infezioni aeree nella fibrosi cistica. Nel tentativo di spiegare la patogenicità di P. aeruginosa, numerosi studi sperimentali hanno tentato di riprodurre condizioni ambientali teoricamente più vicine a quelle esistenti nelle vie aeree inferiori, dove predomina un muco particolarmente denso e dove si verifica una situazione di anaerobiosi. Questa situazione potrebbe favorire modificazioni fenotipiche in P. aeruginosa, stimolando la produzione di alginato e la persistenza del germe.
4
li
n erobi?
Gradiente di O2
Pseudomonas
Alginato e colonie mucoidi ENaC
Cl
H2O
Na
CFTR
Sodio potassio ATPasi
Canale del potassio
Scambiatore Na-K-2Cl
Il modello proposto da Worlitzsch nel 2002 dà importanza ai meccanismi che favoriscono la creazione di un gradiente di ossigeno nello strato di muco che si sovrappone all’epitelio respiratorio. Da una parte la densità del muco diminuisce la diffusione dell’ossigeno, dall’altra il metabolismo della cellula dell’epitelio respiratorio, principalmente per l’aumentata attività dell’enzima sodio-potassioATPasi abbassa ulteriormente la tensione di ossigeno. Tutto ciò contribuisce alla creazione di un ambiente a ridotta concentrazione di ossigeno nello strato di muco che ricopre la superficie apicale delle cellule epiteliali. Un simile meccanismo, oltre a favorire lo sviluppo di caratteristiche fenotipiche adattative in P. aeruginosa, potrebbe favorire lo sviluppo di una flora anaerobia.
Un modello di questo genere è stato proposto da Worlitzsch nel 2002 e viene riportato nella Figura 1. Esso si basa sulla considerazione sperimentale della ridotta penetrazione dell'ossigeno nello strato di muco presente a livello delle vie aeree e sull’elevato consumo di ossigeno da parte della cellula dell’epite-
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lio respiratorio. Infatti, è sperimentalmente dimostrata nella cellula CF un’aumentata attività dell’enzima sodio-potassio-ATPasi la cui attività determina un elevato consumo di ossigeno. Oltre a questo, la stessa crescita del germe potrebbe determinare la riduzione delle concentrazioni di ossigeno (Kim et al. 2005). Un insieme di fattori, quindi, potrebbe contribuire alla diminuzione della tensione di ossigeno, fino a costituire, negli strati più profondi e vicini all'epitelio, un microambiente favorevole allo sviluppo di flora anaerobica. La presenza di anaerobi, tuttavia, non è comunemente rilevata dalle tecniche di prelievo e di coltura normalmente adottate nei laboratori di microbiologia per la fibrosi cistica e secondo alcuni autori il ruolo degli anaerobi potrebbe essere conseguentemente sottovalutato. Alcuni studi hanno riportato la presenza di anaerobi e le tecniche di biologia molecolare oggi disponibili hanno documentato la presenza di una ricca flora polimicrobica nelle basse vie aeree del paziente fibrocistico, ivi compresi numerosi tipi anaerobi. Si tratta, in genere, di specie già riscontrate nelle infezioni delle basse vie aeree di altri tipi di malati, negli ascessi polmonari o negli empiemi. In questi casi, per quanto lontani dalla fibrosi cistica, il ruolo patogeno degli anaerobi è ben documentato. L’idea è anche sostenuta, ex iuvantibus, dall’attività terapeutica di antibiotici fortemente attivi nei confronti degli anaerobi, come, per esempio cefoxitina o cefotetan.
La coltura del liquido di lavaggio broncoalveolare (BAL) in condizioni di anaerobiosi rappresenta un metodo importante per dimostrare la presenza di germi anaerobi. Un recente studio collaborativo di Tunney et al., apparso su Am J Resp Crit Care Med. nel 2008 merita di essere esaminato nel dettaglio perché rappresenta probabilmente la migliore documentazione disponibile sul ruolo degli anaerobi nell’infezione polimicrobica delle basse vie aeree del paziente con fibrosi cistica. Lo studio è stato condotto su pazienti afferenti al
Centro Adulti FC di Belfast e pazienti pediatrici afferenti al Centro Pediatrico FC dell’università del North Carolina. Lo studio include come gruppo di controllo volontari sani, trattati con salina ipertonica per stimolare l’espettorazione. Lo sputo dei pazienti adulti, ottenuto dopo induzione con somministrazione di soluzione salina ipertonica al 5%, e il BAL di pazienti pediatrici sono stati posti in condizioni di anaerobiosi stretta. Tutti i pazienti erano in condizioni cliniche ritenute stabili, quindi la flora isolata è rappresentativa di uno stato di cronicità. Batteri anaerobi, in alta carica, sono stati isolati in 42 dei 66 campioni di sputo raccolti da 50 pazienti. Gli anaerobi più spesso isolati appartenevano ai generi Prevotella, Veillonella, Propionibacterium e Actinomyces. I risultati sono riportati nella Tab. 1. P. aeruginosa è stata identificata con tecniche molecolari. La Figura 2 riporta il confronto fra conta di colonie di P. aeruginosa e di anaerobi nelle colture da pazienti adulti. Anaerobi sono stati isolati in 27/39 campioni di pazienti positivi per P. aeruginosa. In 21/27 campioni gli anaerobi erano prevalenti come numero di colonie. Nel caso degli adulti questo studio non ha rilevato differenze in base alla gravità clinica (definita in base ai valori di FEV1 in percentuale del predetto) o al tipo di trattamento ricevuto dai pazienti (es. azitromicina, tobramicina per aerosol). I campioni di BAL di 10 bambini con fibrosi cistica erano sterili in due casi. E’ stata osservata la presenza di anaerobi in tutti i casi con colture classiche positive ma conta batterica inferiore rispetto ai pazienti adulti. I germi aerobi più frequentemente isolati erano Stafilococco e Stenotrophomonas maltophilia, Achromobacter xylosoxidans, Streptococcus spp. e Rothia spp. Gli anaerobi più frequentemente isolati erano Prevotella, Veillonella, Propionibacterium e Atopobium. Anche in questo caso sono stati rilevati germi anaerobi nel 50% dei campioni, con una conta significativamente inferiore rispetto all’adulto. Gli anaerobi più frequenti isolati sono stati Actinomyces e Streptococcus. Prevotella è stata isolata solo in due casi.
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(Da Tunney et al, 2008)
20 9 8 7 2 2 2 2 2 1 1 2 19 1 78
Prevotella Actinomyces Veillonella Propionibacterium Peptostreptococcus Bulleidia Bifidobacterium Gemella Lactobacillus Fusobacterium Clostridium Staphylococcus Streptococcus Rothia Total
11 8 7 7 2 2 1 2 2 1 1 2 13 1
Pseudomonas B. cepacea complex Rothia Streptococcus Staphylococcus Micrococcus Nessieria Bacillus Escherichia Stenotrophomonas
51 4 30 27 23 4 4 3 3 2
28 4 17 19 20 3 4 3 2 1
151
Nota: Esempi di specie isolate: Staphylococcus (aerobi: aureus, hominis, epidermidis; anaerobi: saccharolyticus); Streptococcus (aerobi: salivarius, mitis, oralis; anaerobi: thermophilus, sanguinis, parasanguinis); Rothia (dentocariosa); Prevotella (salivae, corporis, melaninogenica, disiens); Actinomyces (odontolyticus); Veillonella (atypica, dispar).
1.00E+08 P. aeruginosa
Anaerobi
Numero di colonie (CFU/g di sputo)
1.00E+07
1.00E+06
1.00E+05
1.00E+04
1.00E+03 1A
1B
3A
4A
4B
7A
7B
8A
8B 10A 10B 15A 15B 16A 16B 18A 19A 21A 22A 23A 24A 27A 28A 31A 33A 42A 44A
Paziente e numero di campione
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grado di ridurre l’efficacia clinica delle beta-lattamine anche nei confronti di quei germi classicamente sensibili come P. aeruginosa o S. aureus. Ciò potrebbe giustificare la superiorità clinica di associazioni come piperacillina e tazobactam (un inibitore delle beta-lattamasi) anche in quei casi in cui P. aeruginosa si dimostrasse sensibile in vitro alla sola piperacillina. La Tabella 2 riporta lo spettro di sensibilità agli antibiotici riscontrato nello studio di Tunney et al. E’ interessante osservare come gli anaerobi Gram positivi isolati nelle vie aeree di pazienti con fibrosi cistica, come pure il 50% dei ceppi di Prevotella, siano in genere resistenti al metronidazolo. Una buona attività è stata riscontrata nel meropenem, beta-lattamico dotato di discreta attività nei confronti di molti anaerobi.
Le strategie antibiotiche nella fibrosi cistica potrebbero venire profondamente modificate se fosse dimostrato un qualche ruolo degli anaerobi nella patogenesi del danno polmonare. Basti pensare che gli antibiotici ritenuti di maggiore importanza nella strategia anti-P. aeruginosa, come ad esempio gli aminoglicosidi, oltre a non essere attivi nei confronti di germi anaerobi, perdono la loro attività in assenza di ossigeno nei confronti dei patogeni classici. La presenza di anaerobi potrebbe inoltre essere responsabile di una patogenicità indiretta. Questo fenomeno è attribuibile alla forte produzione di beta-lattamasi da parte di alcuni germi anaerobi. Questi enzimi sarebbero in
(da Tunney et al., 2008)
Tutti (39) Prevotella (14) Veillonella (5) Propionibacterium (5) Actinomyces (8) Altri (7)
0.25 16 0.094 24 0.25 1 0.064 0.125 0.125 1.5 0.125 1.5
67 64 60 80 62.5 71
0.25 > 256 0.19 > 256 1 0.125 0.19 0.032 2 0.19 0.19 > 256
79 64 100 100 87.5 71
0.064 0.047 0.094 0.064 0.032 0.047
0.5 0.094 0.19 0.25 1 0.125
100 100 100 100 100 100
8 0.094 0.75 > 256 8 6
> 256 > 256 1 > 256 64 > 256
53 54 80 20 62.5 43
0.38 0.125 > 256 0.094 0.038 0.25
> 256 2 > 256 0.5 6 0.5
87 93 20 100 100 100
Definizioni MIC50: concentrazione minima di antibiotico necessaria per inibire la crescita del 50% dei ceppi. MIC90: concentrazione minima di antibiotico necessaria per inibire la crescita del 90% dei ceppi. *Percentuale di ceppi sensibili secondo i breakpoints del NCCLS per batteri anaerobi.
Alcuni pazienti non rispondono alle terapie malgrado trattamenti aggressivi suggeriti sulla base dei test di chemiosensibilità. In realtà l’isolamento di patogeni emergenti viene saltuariamente riportato in letteratura e spesso sono necessarie tecniche di identificazione disponibili solo in laboratori di riferimento. Anche se spesso si tratta di segnalazioni occasionali, vale la pena riprendere le recenti segnalazioni che riguardano il ruolo di alcuni batteri di recente identificazione, dalla tassonomia ancora incerta. Queste osservazioni sottolineano da un lato l’importanza della stretta collaborazione fra Centro fibrosi cistica e laboratorio di microbiologia e dell’altro l’importanza dei centri di riferimento di livello nazionale o internazionale per l’identificazione di particolari specie batteriche.
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Non solo B. cep ci Burkholderia pseudomallei provoca melioidosi, affezione che colpisce la popolazione rurale dell'Asia sud-orientale. La malattia può manifestarsi come infezione localizzata o setticemia fulminante. La forma localizzata interessa spesso il polmone, ma può coinvolgere anche la cute, i tessuti molli e lo scheletro. Nella forma disseminata, si possono manifestare ascessi epatici e splenici, e le recidive sono frequenti nelle forme gravi. Un noto fattore di rischio
è il diabete.Sono stati descritti casi di melioidosi con isolamento di B. pseudomallei in pazienti con fibrosi cistica che avevano contratto l’infezione in zone endemiche. Barth et al. (2007) hanno recentemente riportato un caso di infezione da B. pseudomallei e discusso i casi descritti in pazienti con fibrosi cistica riportati in letteratura, uno dei quali anche in Italia (Visca et al., 2001).
Il v so di P ndor e Pandoraea apista ha ricevuto il nome dal vaso di Pandora e dal greco apistos, sleale, ingannevole. Si tratta di un germe Gram negativo isolato e identificato per la prima volta alla fine degli anni ‘90. Esso fu inizialmente considerato un patogeno nosocomiale, dato che veniva spesso isolato da pazienti sottoposti a ventilazione. Negli anni successivi, è stato isolato con sempre maggior frequenza da pazienti con fibrosi cistica. In questi casi esso veniva spesso confuso con i generi Ralstonia e Burkholderia, strettamente vicini dal punto di vista filogenetico e fenotipico a Pandoraea spp. Nel 2003 Jorgensenet al., hanno sottolineato la patogenicità di P. apista, suggerendo che potesse trattarsi di una possibile infezione emergente in fibrosi cistica. Essi descrissero una serie di sei pazienti che avevano sviluppato un’infezione cronica. In quattro di essi la funzione respiratoria sembrava ridursi significativamente. Cinque pazienti avevano frequentato lo stesso campo invernale. Pur su un limitato numero di pazienti è stata osservata la cronicizzazione dell’infezione e l’elevata trasmissibilità, fattori che sottolineano la necessità di isolamento e segregazione dei pazienti. La prima paziente in cui è stata individuata Pandoraea, una ragazza di 21 anni, era infettata da
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P. aeruginosa già da due anni. Gli autori dello studio hanno anche caratterizzato la risposta anticorpale nei confronti di Pandoraea e hanno dimostrato l’innalzamento dei titoli. Il germe è stato isolato in colture mensili consecutive. E’ stato iniziato un trattamento sia di Pseudomonas che di Pandoraea in base ai dati di sensibilità in vitro. Contemporaneamente, per una diagnosi di ABPA, è stato eseguito un trattamento con basse dosi di prednisone. La seconda paziente non ha mostrato alcuna tendenza alla stabilizzazione malgrado trattamenti aggressivi e la somministrazione di terapia immunosoppressiva con prednisone e ciclosporina, un farmaco in uso all’epoca nei casi di rapida progressione del danno polmonare. La paziente è stata successivamente sottoposta a trapianto polmonare. Nel terzo caso, in cui era presente una contemporanea infezione da M. abscessus, un trattamento antibiotico continuo di 100 giorni ha permesso di eradicare Pandoraea, con conseguente diminuzione dei livelli anticorpali. Rimandiamo alla lettura dell’articolo per la descrizione degli altri casi. L’andamento della funzione respiratoria, prima e dopo l’isolamento di P. apista nei sei pazienti è riportato nella Figura 3.
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60 60
50 50
60
40
50
prednison cyclosporin
30
20 20
10 10
0 0
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80 Onset of chronic P. apista last isolate of P. apista
80
80
70 70
70
60 60
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50 50
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40 40
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30
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20 20
20
10 10
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0 0
0
Onset of chronic B. multivorans
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01 -0 517 93 -1 19 05 3 -0 622 9 4 -1 210 94 -0 726 95 -0 196 13 -0 801 96 -0 317 97 -0 905 97 -0 422 98 -1 010 98 -0 501 99 -0 513 93 -0 630 00 -1 200 18 -0 703 0 1 -0 202
70
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Onset of chronic P. apista
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun
Jan Feb
1994
1996
1995 17 -1 19 05 3 -0 622 9 4 -1 21 0 94 -0 72 6 95 -0 196 13 -0 801 96 -0 317 97 -0 905 9 7 -0 422 98 -1 010 98 -0 501 99 -0 513 93 -0 630 0 0 -1 200 18 -0 70 3 01 -0 202
30
2
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40 Onset of chronic P. apista
5-
30 100
01 -0
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-0 20
90 Onset of chronic P. apista
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01 -0 517 93 -1 19 05 3 -0 622 94 -1 210 94 -0 726 95 -0 196 13 -0 801 96 -0 317 97 -0 905 97 -0 422 98 -1 010 98 -0 501 99 -0 513 93 -0 630 00 -1 200 18 -0 703 01 -0 202
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01 -0 517 93 -1 19 05 3 -0 622 94 -1 210 94 -0 726 95 -0 196 13 -0 801 96 -0 317 97 -0 905 97 -0 422 98 -1 010 98 -0 501 99 -0 513 93 -0 630 00 -1 200 18 -0 703 01 -0 202 100
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(Da Jørgensen et al., 2003)
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