Wyzwania w diagnostyce wrażliwości bakterii na antybiotyki w zapaleniu płuc

Czy wyzwania w leczeniu infekcji dolnych dróg oddechowych są odpowiednio adresowane?

Infekcje dolnych dróg oddechowych stanowią znaczące zagrożenie dla zdrowia publicznego, będąc szóstą najczęstszą przyczyną zgonów w krajach o wysokich dochodach według Światowej Organizacji Zdrowia. Pneumonia pozostaje wiodącą przyczyną hospitalizacji i śmierci z powodu chorób zakaźnych w Stanach Zjednoczonych, przy czym Streptococcus pneumoniae jest najczęstszym czynnikiem etiologicznym pozaszpitalnego zapalenia płuc o etiologii bakteryjnej (CABP). Pomimo obserwowanego spadku śmiertelności z powodu zapalenia płuc, śmiertelność przypisywana pneumokokowemu CABP nie uległa zmianie w ciągu ostatnich dwóch dekad, co więcej, odnotowano wzrost liczby hospitalizacji i występowanie cięższych postaci CABP.

Pozaszpitalne zapalenie płuc jest często leczone empirycznie, a Towarzystwo Chorób Zakaźnych Ameryki (IDSA) zaleca monoterapię β-laktamami, makrolidami, doksycykliną lub chinolonami oddechowymi u pacjentów ambulatoryjnych bez ciężkiego przebiegu, podczas gdy terapia skojarzona jest rekomendowana dla pacjentów z chorobami współistniejącymi. Dodatkowo, gdy stosuje się terapię dożylną, różne wytyczne leczenia i programy zarządzania antybiotykami zalecają przejście na antybiotyki doustne, gdy pacjenci wykazują poprawę kliniczną, mają odpowiednie przyjmowanie pokarmów doustnie i wchłanianie jelitowe oraz są stabilni hemodynamicznie. W Stanach Zjednoczonych najczęściej stosowanymi doustnymi β-laktamami w tym kontekście są amoksycylina, amoksycylina z kwasem klawulanowym, cefdinir, cefuroksym i cefpodoksym.

Jak wiarygodne są obecne metody oceny wrażliwości?

Jednak nawet gdy S. pneumoniae zostanie wyizolowany z próbek klinicznych i jest dostępny do badania wrażliwości na leki przeciwdrobnoustrojowe (AST), wyniki wrażliwości na zalecane doustne cefalosporyny rzadko są dostępne, aby kierować terapią. Wynika to z ograniczonej liczby leków ocenianych w powszechnych zautomatyzowanych systemach AST (tj. Vitek 2, MicroScan i Phoenix). Ponadto metody dyfuzji krążkowej do określania wrażliwości S. pneumoniae na środki β-laktamowe nie są wiarygodne, a wymagane są metody ilościowe (MIC), takie jak dyfuzja gradientowa lub mikrorozcieńczenie w bulionie.

Dokument Instytutu Standardów Klinicznych i Laboratoryjnych (CLSI) M100Ed34 stwierdza, że wrażliwość na doustną penicylinę (MIC ≤0,06 mg/L) może być stosowana jako test zastępczy do określenia wrażliwości S. pneumoniae na kilka doustnych i pozajelitowych środków β-laktamowych, w tym doustne cefalosporyny. Jednak epidemiologia i serotypy S. pneumoniae powodujące CABP i inwazyjną chorobę pneumokokową stale ewoluują, dlatego stosowanie testów zastępczych powinno być ponownie ocenione przy użyciu współczesnych izolatów. Dodatkowo, niedawne badanie wykazało, że od 16,1% do 48,7% klinicznych szczepów S. pneumoniae powodujących CABP w dziewięciu regionach spisowych Stanów Zjednoczonych było niewrażliwych na doustną penicylinę (MIC ≥0,12 mg/L).

W takich przypadkach wrażliwość S. pneumoniae na doustne i pozajelitowe środki β-laktamowe nie może być przewidziana dla izolatów niewrażliwych na penicylinę (MIC ≥0,12 mg/L), a CLSI nie dostarcza wytycznych dotyczących alternatywnych testów zastępczych. W przedstawionym badaniu dokonano ponownej oceny wykorzystania wyników MIC penicyliny i punktów granicznych do przewidywania wrażliwości na doustne cefalosporyny (tj. cefpodoksym) przy użyciu współczesnej, wieloośrodkowej i ogólnokrajowej kolekcji S. pneumoniae pozyskanej od pacjentów w ośrodkach w Stanach Zjednoczonych (2019-2021) zgodnie z wytycznymi CLSI. Oceniono również wyniki MIC i punkty graniczne dla ceftriaksonu, aby zrozumieć, czy mogą one być stosowane jako surogat do określania wrażliwości na doustne cefalosporyny.

Jak interpretować wyniki testów wrażliwości?

W badaniu przeanalizowano łącznie 1035 izolatów S. pneumoniae z 31 ośrodków medycznych zlokalizowanych w dziewięciu regionach spisowych Stanów Zjednoczonych, zebranych w latach 2019-2021 w ramach Programu Nadzoru Przeciwdrobnoustrojowego SENTRY. Izolaty zostały przetestowane metodami mikrorozcieńczeń w bulionie CLSI i zinterpretowane zgodnie z aktualnymi wytycznymi CLSI, M100Ed34 (2024). Badanie MIC metodą mikrorozcieńczeń w bulionie dla penicyliny, cefpodoksymu i ceftriaksonu przeprowadzono zgodnie z metodologią CLSI M07Ed13 (2024). Partie pożywki CAMHB (Cation-adjusted Mueller-Hinton broth) otrzymywano co roku od Becton-Dickinson (BBL; Franklin Lakes, New Jersey). Do badania wrażliwości używano świeżo przygotowanego CAMHB. Środki przeciwdrobnoustrojowe uzyskano ze źródeł komercyjnych, w tym Patheon (Bend, Oregon), Sigma-Aldrich (St. Louis, Missouri), Toku-E (Bellingham, Washington) i United States Pharmacopeia (Rockville, Maryland). Wyniki kontroli jakości (QC) i interpretacje punktów granicznych wykorzystywały CLSI M100ED34 (2024).

Izolaty pochodziły od pacjentów z CABP (n = 933), zakażeniami krwi (n = 72) lub szpitalnym zapaleniem płuc (n = 33), a dodatkowe informacje związane z tą kolekcją można znaleźć w poprzednio opublikowanych pracach. Analiza danych dotyczących surogacji została przeprowadzona zgodnie z wytycznymi porównawczymi zawartymi w dokumencie CLSI M52Ed1 (2015), a wykresy rozrzutu zostały wygenerowane dla penicyliny wobec cefpodoksymu, penicyliny wobec ceftriaksonu i ceftriaksonu wobec cefpodoksymu. Wskaźniki błędów i zgodności kategorycznej zostały obliczone przy użyciu aktualnych wytycznych i punktów granicznych CLSI zgodnie z M100Ed34 (2024).

W szczególności błąd bardzo poważny (fałszywie wrażliwy) został zdefiniowany jako liczba wyników wrażliwych uzyskanych przez surogat, ale opornych w przypadku testowanego środka, i obliczony na podstawie tej liczby podzielonej przez liczbę wyników opornych uzyskanych przez środek zastępczy. Błąd poważny został zdefiniowany jako liczba wyników opornych wygenerowanych przez środek zastępczy, ale wrażliwych w przypadku testowanego środka, i obliczony na podstawie tej liczby podzielonej przez liczbę wyników wrażliwych uzyskanych przez środek zastępczy. Błąd drobny został zdefiniowany jako wyniki pośrednie uzyskane przez środek zastępczy i wrażliwe lub oporne przez testowany środek lub odwrotnie, i obliczony na podstawie tej liczby podzielonej przez całkowitą liczbę testowanych izolatów (tj. 1035). Wskaźnik zgodności kategorycznej obliczono na podstawie liczby wyników o tych samych interpretacjach kategorycznych podzielonej przez całkowitą liczbę wyników. Podjęto próbę ustalenia hipotetycznych punktów granicznych dla ceftriaksonu jako możliwego markera zastępczego do przewidywania wrażliwości na cefpodoksym na podstawie generowania możliwie najniższych wskaźników błędów. Za akceptowalne uznano wskaźnik zgodności kategorycznej ≥90,0% oraz wskaźniki błędów bardzo poważnych, poważnych i drobnych odpowiednio ≤3%, ≤3% i ≤10%.

Jakie wyniki predykcyjne uzyskujemy przy zastosowaniu różnych punktów granicznych?

Wyniki badania wykazały, że przy zastosowaniu punktów granicznych CLSI M100Ed34 (2024) dla doustnej penicyliny do przewidywania wrażliwości na cefpodoksym, zaobserwowano 21,6% błędów drobnych, brak błędów poważnych lub bardzo poważnych oraz zgodność kategoryczną wynoszącą 78,4%. Zastosowanie punktów granicznych CLSI dla pozajelitowej penicyliny do przewidywania wrażliwości na cefpodoksym wygenerowało 9,7% błędów drobnych, brak błędów poważnych, ale podwyższone błędy bardzo poważne, przy zgodności kategorycznej wynoszącej 76,8%.

Wykorzystanie doustnej penicyliny do przewidywania wrażliwości na ceftriakson wygenerowało 27,1% błędów drobnych, 13,7% błędów poważnych, brak błędów bardzo poważnych i zgodność kategoryczną wynoszącą tylko 64,3%. Zgodność kategoryczna 98,1% i wskaźniki błędów 0,0%-1,9% uzyskano przy zastosowaniu punktu granicznego dla pozajelitowej penicyliny do przewidywania wrażliwości na ceftriakson.

Jak interpretować zalecenia dotyczące surogacji w badaniach AST?

Przedstawione dane potwierdzają, że punkty graniczne dla doustnej penicyliny dla S. pneumoniae nadal nie mogą zapewnić pełnej funkcji zastępczej do określania wrażliwości na cefpodoksym (błąd drobny 21,6%) i ceftriakson (błąd drobny 27,1% i błąd poważny 13,7%) ze względu na podwyższone wskaźniki błędów. Jednakże zalecenie dotyczące jednokierunkowej surogacji (tj. izolaty wrażliwe na doustną penicylinę mogą być uznane za wrażliwe na inne β-laktamy) pozostaje ważne dla dwóch ocenianych tu środków, cefpodoksymu i ceftriaksonu, biorąc pod uwagę brak występowania błędów bardzo poważnych.

Jednak zastosowanie jednokierunkowej surogacji z punktem granicznym wrażliwości dla doustnej penicyliny do określenia wrażliwości na cefpodoksym lub ceftriakson jest ograniczone ze względu na dużą liczbę izolatów, które są niewrażliwe na doustną penicylinę (36,3% w tym badaniu). W przypadkach niewrażliwości na doustną penicylinę, podejście surogacyjne nie jest wykonalne, a wyniki wrażliwości na doustne i pozajelitowe β-laktamy wymagają indywidualnych ilościowych testów MIC dla każdego środka. Ponadto punkt graniczny wrażliwości dla pozajelitowej penicyliny nie może być stosowany do przewidywania wrażliwości na cefpodoksym ze względu na liczbę błędów bardzo poważnych (fałszywie wrażliwych). Natomiast punkty graniczne dla pozajelitowej penicyliny były predyktywne dla wrażliwości na ceftriakson z akceptowalnymi wskaźnikami błędów (0%-1,9%) i podwyższoną zgodnością kategoryczną (98,1%). Jednak penicylina i ceftriakson są zwykle dostępne do AST w wielu zautomatyzowanych systemach, co nie jest przypadkiem dla kilku doustnych cefalosporyn, podkreślając potrzebę ulepszonych testów zastępczych w tym przypadku.

Jakie wyzwania stoją przed laboratoriami mikrobiologicznymi?

Obecna duża liczba S. pneumoniae niewrażliwych na doustną penicylinę minimalizuje wykorzystanie penicyliny jako testu zastępczego, a te niewrażliwe izolaty wymagają specyficznego AST do określenia wrażliwości na doustne i pozajelitowe cefalosporyny. Ten scenariusz stanowi wyzwanie dla rutynowych laboratoriów mikrobiologii klinicznej ze względu na brak doustnych cefalosporyn w zautomatyzowanych systemach. Pomimo tych wyzwań AST, wytyczne kliniczne zalecają amoksycylinę lub doksycyklinę jako opcje empirycznego leczenia CABP u pacjentów ambulatoryjnych bez chorób współistniejących oraz amoksycylinę z kwasem klawulanowym lub wybrane doustne cefalosporyny w połączeniu z makrolidem i doksycykliną u pacjentów z chorobami współistniejącymi. Uzasadnieniem tych najnowszych zaleceń IDSA jest to, że te kombinacje powinny skutecznie zwalczać S. pneumoniae oporne na makrolidy i doksycyklinę, ponieważ oporność na β-laktamy jest mniej powszechna. Jednak podczas gdy oporność in vitro na amoksycylinę z kwasem klawulanowym i ceftriakson jest mniej powszechna, 23,3% izolatów włączonych do tego badania było niewrażliwych na cefpodoksym według aktualnych punktów granicznych CLSI M100Ed34 (2024). Co więcej, wcześniejsze badanie wykazało, że niewrażliwość na cefpodoksym wynosiła 46,7% i 38,1%, gdy izolaty były również niewrażliwe odpowiednio na makrolidy lub doksycyklinę. Dane te wskazują na potrzebę ponownej oceny doustnych cefalosporyn do empirycznego leczenia CABP, a także potencjalnej aktualizacji wytycznych dotyczących AST zastępczego.

Ceftriakson z punktami granicznymi (≤0,25 mg/L dla wrażliwych; 0,5 mg/L dla pośrednich; ≥1 mg/L dla opornych) niższymi niż obecne punkty graniczne CLSI M100Ed34 (2024) wykazał akceptowalne wyniki przy zastosowaniu do przewidywania wrażliwości na cefpodoksym u S. pneumoniae z akceptowalną zgodnością kategoryczną (92,5%) i niskimi wskaźnikami błędów (0,0%-7,5%). Podobne wyniki zostały zgłoszone przez Murphy’ego i wsp. przy zastosowaniu punktów granicznych dla cefotaksymu w zapaleniu opon mózgowych (≤0,5 mg/L dla wrażliwych; 1 mg/L dla pośrednich; ≥2 mg/L dla opornych) jako markera zastępczego dla wrażliwości na cefdinir w badaniu jednoośrodkowym. Korelacja kategoryzacji wrażliwości między doustnymi a dożylnymi cefalosporynami przy zastosowaniu niższych punktów granicznych dla tych ostatnich jest prawdopodobnie wyjaśniona przez różne właściwości farmakokinetyczne. Na przykład maksymalne stężenie wolnego leku dożylnego ceftriaksonu jest sześciokrotnie wyższe niż doustnego cefpodoksymu. Podobnie, ceftriakson ma okres półtrwania dwukrotnie dłuższy niż cefpodoksym. Ponieważ zarówno ceftriakson, jak i cefpodoksym mają ten sam cel farmakodynamiczny (>40% czasu powyżej MIC), ceftriakson prawdopodobnie ma wyższe osiągnięcie celu niż cefpodoksym.

Ważne jest podkreślenie, że analiza porównawcza MIC przedstawiona tutaj zakłada, że punkty graniczne opublikowane przez CLSI M100Ed34 (2024) pozostają odpowiednie i mogą dokładnie różnicować między izolatami wrażliwymi a opornymi. Jednak punkty graniczne dla starszych środków, w tym ocenianych tutaj, zostały ustalone głównie na podstawie rozkładów MIC, zbiorczych danych klinicznych i ograniczonej analizy farmakokinetycznej/farmakodynamicznej. Dodatkowo dane z randomizowanych badań klinicznych oceniających zastosowanie doustnych cefalosporyn w leczeniu CABP są ograniczone, a niektóre badania raportujące korzystne dane związane z wczesnym przejściem z terapii pozajelitowej na doustną zostały opublikowane w latach 90. XX wieku. Badania te przeprowadzono, gdy niewrażliwość pneumokoków na doustną penicylinę była o około 50% niższa niż obecne wskaźniki oporności (odpowiednio 23,6% i 36,3%) i podkreślają znaczenie rozważenia bardziej aktywnych środków do terapii empirycznej, takich jak omadacyklina i lefamulin, które mają inny mechanizm działania (inhibitor syntezy białka) i silną aktywność in vitro przeciwko izolatom S. pneumoniae (>99% wrażliwych przy zastosowaniu kryteriów interpretacyjnych FDA).

Czy zmiany w metodach AST zmieniają nasze podejście kliniczne?

Badanie to potwierdza zastosowanie obecnego punktu granicznego wrażliwości dla doustnej penicyliny (≤0,06 mg/L) jako jednokierunkowego testu zastępczego AST do przewidywania wrażliwości na cefpodoksym i ceftriakson wobec współczesnej kolekcji izolatów klinicznych S. pneumoniae z wielu ośrodków w USA, zgodnie z dokumentem CLSI M100Ed34 (2024). Jednak izolaty niewrażliwe na doustną penicylinę nie mogą być uznane za wrażliwe na cefpodoksym. Ponadto punkty graniczne dla pozajelitowej penicyliny nie mogą przewidywać wrażliwości na cefpodoksym, ale mogą być stosowane jako pełny marker zastępczy do wnioskowania o wrażliwości na ceftriakson.

Ceftriakson nie powinien być stosowany jako substytut cefpodoksymu ze względu na podwyższoną liczbę błędów bardzo poważnych (fałszywie wrażliwych). Jednak punkty graniczne dla ceftriaksonu niższe niż obecne punkty kliniczne mogłyby być specjalnie stosowane do kategoryzacji wrażliwości na cefpodoksym i zasługują na dalszą ocenę w większych zbiorach danych. Podobna analiza surogacji powinna być przeprowadzona dla innych powszechnie stosowanych doustnych cefalosporyn (np. cefdinir i cefuroksym) w USA do leczenia CABP, aby zapewnić dalsze wskazówki dla laboratoriów mikrobiologii klinicznej.

Podsumowanie

Badanie koncentruje się na ocenie skuteczności testów zastępczych w określaniu wrażliwości Streptococcus pneumoniae na antybiotyki w kontekście pozaszpitalnego zapalenia płuc. Analiza 1035 izolatów z lat 2019-2021 wykazała, że obecny punkt graniczny wrażliwości dla doustnej penicyliny może być stosowany jako jednokierunkowy test zastępczy dla cefpodoksymu i ceftriaksonu. Jednak wysoki odsetek szczepów niewrażliwych na penicylinę (36,3%) znacząco ogranicza użyteczność tego podejścia. Badanie ujawniło także, że punkty graniczne dla pozajelitowej penicyliny skutecznie przewidują wrażliwość na ceftriakson, ale nie na cefpodoksym. Wyniki wskazują na potrzebę rewizji obecnych wytycznych AST i rozważenia alternatywnych opcji terapeutycznych, szczególnie w kontekście rosnącej oporności bakteryjnej.