Diagnostic accuracy of pulmonary host inflammatory mediators in the exclusion of ventilator-acquired pneumonia

Background: Excessive use of empirical antibiotics is common in critically ill patients. Rapid biomarker-based exclusion of infection may improve antibiotic stewardship in ventilator-acquired pneumonia (VAP). However, successful validation of the usefulness of potential markers in this setting is exceptionally rare.

Objectives: We sought to validate the capacity for specific host inflammatory mediators to exclude pneumonia in patients with suspected VAP. 

Methods: A prospective, multicentre, validation study of patients with suspected VAP was conducted in 12 intensive care units. VAP was confirmed following bronchoscopy by culture of a potential pathogen in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) at >10⁴ colony forming units per millilitre (cfu/mL). Interleukin-1 beta (IL-1β), IL-8, matrix metalloproteinase-8 (MMP-8), MMP-9 and human neutrophil elastase (HNE) were quantified in BALF. Diagnostic utility was determined for biomarkers individually and in combination. 

Results: Paired BALF culture and biomarker results were available for 150 patients. 53 patients (35%) had VAP and 97 (65%) patients formed the non-VAP group. All biomarkers were significantly higher in the VAP group (p<0.001). The area under the receiver operator characteristic curve for IL-1β was 0.81; IL-8, 0.74; MMP-8, 0.76; MMP-9, 0.79 and HNE, 0.78. A combination of IL-1β and IL-8, at the optimal cut-point, excluded VAP with a sensitivity of 100%, a specificity of 44.3% and a post-test probability of 0% (95% CI 0% to 9.2%). 

Conclusions: Low BALF IL-1β in combination with IL-8 confidently excludes VAP and could form a rapid biomarker-based rule-out test, with the potential to improve antibiotic stewardship.

Effectiveness of a biomarker-based exclusion of ventilator-acquired pneumonia to reduce antibiotic use: protocol for a randomised controlled trial (VAPrapid-2):Study protocol for a randomised controlled trial

Background Ventilator-acquired pneumonia (VAP) is a common reason for antimicrobial therapy in the intensive care unit (ICU). Biomarker-based diagnostics could improve antimicrobial stewardship through rapid exclusion of VAP. Bronchoalveloar lavage (BAL) fluid biomarkers have previously been shown to allow the exclusion of VAP with high confidence. Methods/Design This is a prospective, multi-centre, randomised, controlled trial to determine whether a rapid biomarker-based exclusion of VAP results in fewer antibiotics and improved antimicrobial management. Patients with clinically suspected VAP undergo BAL, and VAP is confirmed by growth of a potential pathogen at > 104 colony-forming units per millilitre (CFU/ml). Patients are randomised 1:1, to either a ‘biomarker-guided recommendation on antibiotics’ in which BAL fluid is tested for IL-1β and IL-8 in addition to routine microbiology testing, or to ‘routine use of antibiotics’ in which BAL undergoes routine microbiology testing only. Clinical teams are blinded to intervention until 6 hours after randomisation, when biomarker results are reported to the clinician. The primary outcome is a change in the frequency distribution of antibiotic-free days (AFD) in the 7 days following BAL. Secondary outcome measures include antibiotic use at 14 and 28 days; ventilator-free days; 28-day mortality and ICU mortality; sequential organ failure assessment (SOFA) at days 3, 7 and 14; duration of stay in critical care and the hospital; antibiotic-associated infections; and antibiotic-resistant pathogen cultures up to hospital discharge, death or 56 days. A healthcare-resource-utilisation analysis will be calculated from the duration of critical care and hospital stay. In addition, safety data will be collected with respect to performing BAL. A sample size of 210 will be required to detect a clinically significant shift in the distribution of AFD towards more patients having fewer antibiotics and therefore more AFD. Discussion This trial will test whether a rapid biomarker-based exclusion of VAP results in rapid discontinuation of antibiotics and therefore improves antibiotic management in patients with suspected VAP.

Low-pathogenicity Mycoplasma spp. alter human monocyte and macrophage function and are highly prevalent among patients with ventilator-acquired pneumonia

Background
Ventilator-acquired pneumonia (VAP) remains a significant problem within intensive care units (ICUs). There is a growing recognition of the impact of critical-illness-induced immunoparesis on the pathogenesis of VAP, but the mechanisms remain incompletely understood. We hypothesised that, because of limitations in their routine detection, Mycoplasmataceae are more prevalent among patients with VAP than previously recognised, and that these organisms potentially impair immune cell function.
Methods and setting
159 patients were recruited from 12 UK ICUs. All patients had suspected VAP and underwent bronchoscopy and bronchoalveolar lavage (BAL). VAP was defined as growth of organisms at >104 colony forming units per ml of BAL fluid on conventional culture. Samples were tested for Mycoplasmataceae (Mycoplasma and Ureaplasma spp.) by PCR, and positive samples underwent sequencing for speciation. 36 healthy donors underwent BAL for comparison. Additionally, healthy donor monocytes and macrophages were exposed to Mycoplasma salivarium and their ability to respond to lipopolysaccharide and undertake phagocytosis was assessed.

Results
Mycoplasmataceaewerefoundin49%(95%CI 33% to 65%) of patients with VAP, compared with 14% (95% CI 9% to 25%) of patients without VAP. Patients with sterile BAL fluid had a similar prevalence to healthy donor BAL fluid (10% (95% CI 4% to 20%) vs 8% (95% CI 2% to 22%)). The most common organism identified was M. salivarium. Blood monocytes from healthy volunteers incubated with M. salivarium displayed an impaired TNF-α response to lipopolysaccharide ( p=0.0003), as did monocyte-derived macrophages (MDMs) (p=0.024). MDM exposed to M. salivarium demonstrated impaired phagocytosis ( p=0.005).

Discussion and conclusions
This study demonstrates a high prevalence of Mycoplasmataceae among patients with VAP, with a markedly lower prevalence among patients with suspected VAP in whom subsequent cultures refuted the diagnosis. The most common organism found, M. salivarium, is able to alter the functions of key immune cells. Mycoplasmataceae may contribute to VAP pathogenesis.

Procalcitonin is useful in identifying bacteraemia among children with pneumonia

Empirical antibiotic use is prescribed in managing children with pneumonia worldwide. We assessed the usefulness of procalcitonin (PCT) and interferon-alpha (IFN-alpha) in differentiating viral from bacterial pneumonia. Among 159 hospitalized children, pneumonia was diagnosed based on clinical complaints plus pulmonary infiltrate. Aetiology was investigated for 9 viruses and 4 atypical and 3 typical bacteria. PCT and IFN-alpha were measured in the serum sample collected on admission. Eight patients had bacteraemic infections, 38 had non-bacteraemic typical infections, and 19 patients had atypical bacterial infections. Viral and unknown aetiology was established in 57 (36%) and 34 (21%) cases, respectively. Three patients with bacterial infection without collected blood culture were excluded. IFN-alpha (IU/ml) was detectable in 20 (13%) cases. The difference among median PCT values of the bacteraemic (4.22; 1.56-7.56), non-bacteraemic typical bacterial (1.47; 0.24-4.07), atypical bacterial (0.18; 0.06-1.03) and only viral (0.65; 0.11-2.22) subgroups was significant (p = 0.02). PCT was >= 2 ng/ml in 52 (33%) cases. The presence of IFN-alpha was associated with PCT <2 ng/ml (90% vs. 64%, p = 0.02). The negative predictive value (95% confidence interval) of PCT >= 2 ng/ml was 95% (89-100%), 89% (78-100%), 93% (85-100%) for differentiation of bacteraemic from viral, atypical bacterial and non-bacteraemic typical bacterial infection, respectively, and 58% (49-68%) for differentiation between bacterial and viral infection. PCT may be useful in identifying bacteraemia among children hospitalized with community-acquired pneumonia. IFN-alpha was uncommonly detected.

Incidência de infecção por Legionella pneumophila em pacientes que internaram no HCPA com pneumonia adquirida na comunidade

Introdução: O diagnóstico microbiológico da infecção por Legionella é complexo, pois a bactéria não é visualizada à coloração de Gram no escarro, e sua cultura não é realizada na maioria dos laboratórios clínicos. A imunofluorescência direta nas secreções respiratórias tem baixa sensibilidade, em torno de 40% e a técnica da “PCR” não é ainda recomendada para o diagnóstico clínico (CDC, 1997). A detecção de anticorpos no soro é a técnica mais utilizada, e o critério definitivo é a soroconversão para no mínimo 1:128, cuja sensibilidade é de 70 a 80% (Edelstein, 1993). Como critérios diagnósticos de possível pneumonia por Legionella, eram utilizados: título único de anticorpos a L pneumophila positivo na diluição 1:256, em paciente com quadro clínico compatível (CDC, 1990) e o achado de antígeno a Legionella na urina (WHO, 1990). Nos últimos anos, porém, com o uso crescente do teste de antigenúria, foram detectados casos de pneumonia por Legionella, que não eram diagnosticados por cultura ou sorologia, tornando-o método diagnóstico de certeza para o diagnóstico de pneumonia por Legionella (CDC, 1997). Por sua fácil execução, resultado imediato, e alta sensibilidade - de 86% a 98% (Kashuba & Ballow, 1986; Harrison & Doshi, 2001), tem sido recomendado para o diagnóstico das PAC que necessitam internação hospitalar (Mulazimoglu & Yu, 2001; Gupta et al., 2001; Marrie, 2001), especialmente em UTI (ATS, 2001). Vários estudos documentaram baixo valor preditivo positivo do título único positivo de 1:256, tornando-o sem valor para o diagnóstico da pneumonia por Legionella, exceto, talvez, em surtos (Plouffe et al., 1995). Outros detectaram alta prevalência de anticorpos positivos na diluição 1:256 na população, em pessoas normais (Wilkinson et al., 1983; Nichol et al., 1991). A partir de 1996, o CDC de Atlanta recomendou que não seja mais utilizado o critério de caso provável de infecção por Legionella pneumophila por título único de fase convalescente ≥1:256, por falta de especificidade(CDC, 1997). A pneumonia por Legionella é raramente diagnosticada, e sua incidência é subestimada. Em estudos de PAC, a incidência da pneumonia por Legionella nos EUA, Europa, Israel e Austrália, foi estimada entre 1% a 16% (Muder & Yu, 2000). Nos EUA, foi estimado que cerca de 8 000 a 23 000 casos de PAC por Legionella ocorrem anualmente, em pacientes que requerem hospitalização (Marston et al., 1994 e 1977). No Brasil, a incidência de PAC causadas por Legionella em pacientes hospitalizados é tema de investigação pertinente, ainda não relatado na literatura. Objetivo: detectar a incidência de pneumonias causadas por Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6, em pacientes que internaram no Hospital de Clínicas de Porto Alegre por PAC, por um ano. Material e Métodos: o delineamento escolhido foi um estudo de coorte (de incidência), constituída por casos consecutivos de pneumonia adquirida na comunidade que internaram no HCPA de 19 de julho de 2000 a 18 de julho de 2001. Para a identificação dos casos, foram examinados diariamente o registro computadorizado das internações hospitalares, exceto as internações da pediatria e da obstetrícia, sendo selecionados todos os pacientes internados com o diagnóstico de pneumonia e de insuficiência respiratória aguda. Foram excluídos aqueles com menos de 18 anos ou mais de 80 anos; os procedentes de instituições, HIV-positivos, gestantes, pacientes restritos ao leito; e portadores de doença estrutural pulmonar ou traqueostomias. Foram excluídos os pacientes que tivessem tido alta hospitalar nos últimos 15 dias, e aqueles já incluídos no decorrer do estudo. Os pacientes selecionados foram examinados por um pesquisador, e incluídos para estudo se apresentassem infiltrado ao RX de tórax compatível com pneumonia, associado a pelo menos um dos sintomas respiratórios maiores (temperatura axilar > 37,8ºC, tosse ou escarro; ou dois sintomas menores (pleurisia, dispnéia, alteração do estado mental, sinais de consolidação à ausculta pulmonar, mais de 12 000 leucócitos/mm3). O estudo foi previamente aprovado pela Comissão de Ética em Pesquisa do HCPA. Os pacientes eram entrevistados por um pesquisador, dando seu consentimento por escrito, e então seus dados clínicos e laboratoriais eram registrados em protocolo individual. Não houve interferência do pesquisador, durante a internação, exceto pela coleta de urina e de sangue para exame laboratoriais específicos da pesquisa. Os pacientes eram agendados, no ambulatório de pesquisa, num prazo de 4 a 12 semanas após sua inclusão no estudo, quando realizavam nova coleta de sangue, RX de tórax de controle, e outros exames que se fizessem necessários para esclarecimento diagnóstico.Todos os pacientes foram acompanhados por 1 ano, após sua inclusão no estudo.Foram utilizadas a técnica de imunofluorescência indireta para detecção de anticorpos das classes IgG, IgM e IgA a Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6 no soro, em duas amostras, colhidas, respectivamente, na 1ª semana de internação e depois de 4 a 12 semanas; e a técnica imunológica por teste ELISA para a detecção do antígeno de Legionella pneumophila sorogrupo 1 na urina, colhida na primeira semana de internação. As urinas eram armazenadas, imediatamente após sua coleta, em freezer a –70ºC, e depois descongeladas e processadas em grupos de cerca de 20 amostras. A imunofluorescência foi feita no laboratório de doenças Infecciosas da Universidade de Louisville (KY, EUA), em amostras de soro da fase aguda e convalescente, a partir da diluição 1:8; e a detecção do antígeno de Legionella pneumophila sorogrupo 1, nas amostras de urina, foi realizada no laboratório de pesquisa do HCPA, pelos investigadores, utilizando um kit comercial de teste ELISA fabricado por Binax (Binax Legionella Urinary Enzyme Assay, Raritan, EUA). As urinas positivas eram recongeladas novamente, para serem enviadas para confirmação no mesmo laboratório americano, ao fim do estudo. Foram adotados como critérios definitivos de infecção por Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6, a soroconversão (elevação de 4 vezes no título de anticorpos séricos entre o soro da fase aguda e da fase convalescente para no mínimo 1:128); ou o achado de antígeno de L pneumophila sorogrupo 1 na urina não concentrada, numa razão superior a 3, conforme instruções do fabricante e da literatura.Os pacientes foram classificados, de acordo com suas características clínicas, em 1º) portadores de doenças crônicas (doenças pulmonares, cardíacas, diabete mellitus, hepatopatias e insuficiência renal); 2º) portadores de doenças subjacentes com imunossupressão; 3º) pacientes hígidos ou com outras doenças que não determinassem insuficiência orgânica. Imunossupressão foi definida como esplenectomia, ser portador de neoplasia hematológica, portador de doença auto-imune, ou de transplante; ou uso de medicação imunossupressora nas 4 semanas anteriores ao diagnóstico (Yu et al., 2002b); ou uso de prednisolona 10 mg/dia ou equivalente nos últimos 3 meses (Lim et al., 2001). As características clínicas e laboratoriais dos pacientes que evoluíram ao óbito por pneumonia foram comparados àquelas dos pacientes que obtiveram cura. Para a análise das variáveis categóricas, utilizou-se o teste qui-quadrado de Pearson ou teste exato de Fisher. Para as variáveis numéricas contínuas, utilizou-se o teste “t“ de Student. Um valor de p< 0,05 foi considerado como resultado estatisticamente significativo (programas SPSS, versão 10). Foi calculada a freqüência de mortes por pneumonia na população estudada, adotando-se a alta hospitalar como critério de cura. Foi calculada a incidência cumulativa para pneumonia por Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6, em um hospital geral, no período de 1 ano. Resultados: durante um ano de estudo foram examinados 645 registros de internação, nos quais constavam, como motivo de baixa hospitalar, o diagnóstico de pneumonia ou de insuficiência respiratória aguda; a maioria desses diagnósticos iniciais não foram confirmados. Desses 645 pacientes, foram incluídos no estudo 82 pacientes, nos quais os critérios clínicos ou radiológicos de pneumonia foram confirmados pelos pesquisadores. Durante o acompanhamento desses pacientes, porém, foram excluídos 23 pacientes por apresentarem outras patologias que mimetizavam pneumonia: DPOC agudizado (5), insuficiência cardíaca (3), tuberculose pulmonar (2), colagenose (1), fibrose pulmonar idiopática (1), edema pulmonar em paciente com cirrose (1), somente infecçâo respiratória em paciente com sequelas pulmonares (4); ou por apresentarem critérios de exclusão: bronquiectasias (4), HIV positivo (1), pneumatocele prévia (1). Ao final, foram estudados 59 pacientes com pneumonia adquirida na comunidade, sendo 20 do sexo feminino e 39 do sexo masculino, com idade entre 24 e 80 anos (média de 57,6 anos e desvio padrão de ±10,6). Tivemos 36 pacientes com doenças subjacentes classificadas como “doenças crônicas”, dos quais 18 pacientes apresentavam mais de uma co-morbidade, por ordem de prevalência: doenças pulmonares, cardíacas, diabete mellitus, hepatopatias e insuficiência renal; neoplasias ocorreram em 9 pacientes, sendo sólidas em 7 pacientes e hematológicas em 2. Dos 59 pacientes, 61% eram tabagistas e 16,9%, alcoolistas. Do total, 10 pacientes apresentavam imunossupressão. Dos demais 13 pacientes, somente um era previamente hígido, enquanto os outros apresentavam tabagismo, sinusite, anemia, HAS, gota, ou arterite de Takayasu. A apresentação radiológica inicial foi broncopneumonia em 59,3% dos casos; pneumonia alveolar ocorreu em 23,7% dos casos, enquanto ambos padrões ocorreram em 15,2% dos pacientes. Pneumonia intersticial ocorreu em somente um caso, enquanto broncopneumonia obstrutiva ocorreu em 5 pacientes (8,5%). Derrame pleural ocorreu em 22% dos casos, e em 21 pacientes (35%) houve comprometimento de mais de um lobo ao RX de tórax. Foram usados beta-lactâmicos para o tratamento da maioria dos pacientes (72,9%9). A segunda classe de antibióticos mais usados foi a das fluoroquinolonas respiratórias, que foram receitadas para 23 pacientes (39,0%), e em 3º lugar, os macrolídeos, usados por 11 pacientes (18,6%). Apenas 16 pacientes não usaram beta-lactâmicos, em sua maioria recebendo quinolonas ou macrolídeos. Dos 43 pacientes que usaram beta-lactâmicos, 25 não usaram nem macrolídeos, nem quinolonas. Em 13 pacientes as fluoroquinolonas respiratórias foram as únicas drogas usadas para o tratamento da pneumonia. Do total, 8 pacientes foram a óbito por pneumonia; em outros 3 pacientes, o óbito foi atribuído a neoplasia em estágio avançado. Dos 48 pacientes que obtiveram cura, 33 (68,7%) estavam vivos após 12 meses. Os resultados da comparação realizada evidenciaram tendência a maior mortalidade no sexo masculino e em pacientes com imunossupressão, porém essa associação não alcançou significância estatística. Os pacientes que usaram somente beta-lactâmicos não apresentaram maior mortalidade do que os pacientes que usaram beta-lactâmicos associados a outras classes de antibióticos ou somente outras classes de antibióticos. Examinando-se os pacientes que utiizaram macrolídeos ou quinolonas em seu regime de tratamento, isoladamente ou combinados a outros antibióticos, observou-se que também não houve diferença dos outros pacientes, quanto à mortalidade. Os pacientes com padrão radiológico de pneumonia alveolar tiveram maior mortalidade, e essa diferença apresentou uma significância limítrofe (p= 0,05). Nossa mortalidade (11,9%) foi similar à de Fang et al. (1990), em estudo clássico de 1991 (13,7%); foi também similar à média de mortalidade das PAC internadas não em UTI (12%), relatada pela ATS, no seu último consenso para o tratamento empírico das PAC (ATS, 2001). Foram detectados 3 pacientes com pneumonia por Legionella pneumophila sorogrupo 1 na população estudada: 2 foram diagnosticados por soroconversão e por antigenúria positiva, e o 3º foi diagnosticado somente pelo critério de antigenúria positiva, tendo sorologia negativa, como alguns autores (McWhinney et al., 2000). Dois pacientes com PAC por Legionella não responderam ao tratamento inicial com beta-lactâmicos, obtendo cura com levofloxacina; o 3º paciente foi tratado somente com betalactâmicos, obtendo cura. Conclusões: A incidência anual de PAC por Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6, no HCPA, foi de 5,1%, que representa a incidência anual de PAC por Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6 em um hospital geral universitário. Comentários e Perspectivas: Há necessidade de se empregar métodos diagnósticos específicos para o diagnóstico das pneumonias por Legionella em nosso meio, como a cultura, a sorologia com detecção de todas as classes de anticorpos, e a detecção do antígeno urinário, pois somente com o uso simultâneo de técnicas complementares pode-se detectar a incidência real de pneumonias causadas tanto por Legionella pneumophila, como por outras espécies. A detecção do antígeno de Legionella na urina é o teste diagnóstico de maior rendimento, sendo recomendado seu uso em todas as PAC que necessitarem internação hospitalar (Mulazimoglu & Yu, 2001; Gupta et al., 2001); em todos os pacientes com PAC que apresentarem fatores de risco potenciais para legionelose (Marrie, 2001); e para o diagnóstico etiológico das pneumonias graves (ATS, 2001). Seu uso é indicado, com unanimidade na literatura, para a pesquisa de legionelose nosocomial e de surtos de legionelose na comunidade.