Biofilmer och frammandekroppsinfektioner

Biofilmer och
främmandekroppsinfektioner
Åsa Melhus
IMV/Sektionen för klinisk bakteriologi
[email protected]
Kochs postulat
• Bakterien ska regelbundet kunna påvisas
från sjuka patienter
• Bakterien ska kunna isoleras i renkultur (en
enda art) och odlas i flera generationer
• Bakterien ska därefter kunna inokuleras på
lämpligt försöksdjur och hos detta orsaka
samma sjukdom
• Bakterien ska kunna påvisas och isoleras
hos försöksdjuret
Hela vårt sätt att se på bakterier
kan vara en artefakt
- Fritt levande (planktoniskt)
- Renkulturer (Koch)
Problem
• Industriella vattensystem
• Oljeledningar
• Dentala plack
Biofilmer - det dominerande växtsättet i
alla naturliga ekosystem (>99,9%)
Definition
• Ett mikrobiellt samhälle
• Irreversibelt fastsatt till en
yta/varandra/någon form av underlag
• Inbäddat i en egenproducerad matrix av
extracellulära substanser
• Uppvisar en förändrad fenotyp (tillväxt,
gentranskription)
Bakterier kan i vår kropp befinna sig i
planktonisk och biofilmsform samtidigt
(lokal infektion + sepsis)
Säker markör för biofilmsformen saknas
Vid rutinodling av bakterier på labbet,
försvinner den typiska biofilmsfenotypen
snabbt
Klinisk definition
• Bakterierna adhererar till någon yta/substrat
• Lever i klustrar eller mikrokolonier
omgivna av extracellulärt matrix
• Är lokaliserade till en viss plats
• Är svåra eller omöjliga att eradikera med
antibiotika trots full känslighet i planktonisk
form
Infektionsproblem relaterade till
biofilmer
• Främmande kroppar
• Stenar
• Kroniska infektioner (prostatit, kronisk
bronkit, kronisk sinuit, mediaotit med
effusion m.fl.)
• Miljöbakterier hos nedsatta patienter
(Pseudomonas, Legionella spp.)
Biofilmproduktion i provrör
• Beror på:
•
•
•
•
pH
CO2
Tillgång på näring
Typ av material
• Förmågan att bilda biofilm i provrör är starkt
korrelerat till förmågan att orsaka kliniska
infektioner hos KNS
Biofilmer
• Förändras över tid och rum
• Kan bestå av en eller flera olika arter
• Bildas lättast i strömmande vätskor - ju
högre strömningshastighet ju högre
hållfastbarhet (hög viskoelasticitet)
• Septiska embolier
Växt av P.aeruginosa i
strömmande vätska
Fyra stadier
•
•
•
•
Initiering
Utmognad
Underhåll
Spridning (planktonisk fas)
Initiering - det kritiska steget
• Grampositiva bakterier är generellt
bättre på att adherera än gramnegativa
• Studie med 2345 endokarditfall:
• 56% streptokocker, enterokocker
• 25% stafylokocker (varav 19% S.aureus)
• Resterande gramnegativer och svamp
Alfahemolytiska
streptokocker/viridansstreptokocker
• Tillhör normalfloran i mun och svalg
• Ger upphov till:
•
•
•
•
Karies
Bukabscesser
Subakut endokardit
Hjärnabscesser
Experimentell endokardit (kanin)
• Ca 30 min för bakterier att lokalisera
kärlskada
• Förökning inom timmar
• Mikrokolonier < 24 tim (ej möjligt för
neutrofiler att igenkänna)
• < 2 dagar majoriteten av bakteriecellerna
vilande
Hjärtklaffsproteser
• 0,5-4% endokardit
• Tidiga infektioner: KNS
• Sena (efter 12 mån): streptokocker,
KNS, enterokocker, S.aureus
Risker med biofilmer med svamp
• Jästsvampar är större än bakterier vegetationerna är därmed också större
• Högre risk för septiska embolier
• Checka kapillärbäddar (fingrar,
ögonbottnar)
Hälsovårdsrelaterade infektioner
(USA)
• 2 miljoner/år - > 100 000 dödsfall
• 70% är associerade med
medicinteknisk utrustning som ligger
inne i kroppen
• 2/3 orsakas av stafylokocker (S.aureus,
S.epidermidis)
Främmande kroppar inom
vården
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Mekaniska hjärtklaffar
Pacemakrar
Kärlgrafter
Ventrikelshuntar
Ledproteser
Stag, spikar, skruvar
Hoffmanninstrument
CVK, PAC, artärnålar, venflon
KAD, nefrostomi-/suprapubiskatetrar
”Knapp på magen”
Främmande kroppar inom
vården forts.
•
•
•
•
•
•
•
EDA-katetrar
Dialys-/CAPD-katetrar
Insulin-/cytostatikapumpar
Linser
Tandimplantat
Suturer, staples
Kvarglömda instrument, torkar
CVK
• Störst risk för infektion av alla främmande
kroppar (3-5%)
• Biofilmer finns alltid på CVK - alla katetrar kläds
med bl.a. proteiner. Kolonisering och
biofilmsbildning kan ske inom 3 dagar
• < 10 dagar - mer biofilm på utsidan
• Längre men < 30 dagar - mer biofilm på insidan
• Odlingsfynd: KNS, S.aureus, P.aeruginosa,
K.pneumoniae, E.faecalis, C.albicans
• Undvik att dra blod från CVK vid blododling
Stafylokocker
Stafylokocker
• Grampositiva kocker, kan vara kapslade
• Fakultativa anaerober, de flesta är katalaspositiva
• Tillväxer vid 18-40C, de flesta även i 10%
natriumklorid
• 33 species, 17 kliniskt relevanta
• S.aureus är den mest virulenta (koagulaspositiv)
Koagulasnegativa stafylokocker
• Den grupp bakterier som dominerar floran på
huden, i hudens körtlar och på slemhinnor hos
däggdjur
• Många stammar kan kolonisera samma person i
flera år
• Mest bakterier (104-106 cfu/cm2) finns i regioner
med mycket talgkörtlar och svettkörtlar samt runt
kroppsöppningar
• Utsatta områden där huden fjällar (atopiskt eksem,
80% koloniserade med S.aureus)
Specialiserade kolonisatörer
• S.capitis: >90% av det som växer på skalpen efter
puberteten (fett och talg)
• S.epidermidis: Ansiktet (torrare), thorax, armar
och ben
• S.auricularis: Yttre hörselgången (vax)
• S.aureus: Näsan (varierar med ålder, 10-40%
bland vuxna, mer hos vårdpersonal)
• S.saprophyticus: perineum - staging area?,
ureasproduktion
Stafylokocker har vanligtvis ett gott förhållande
till sin värd, men om hudkostymen skadas
genom:
-större trauma
-nålstick
-implantation av främmande kroppar
kan dessa bakterier genom att få tillträde till
hudens olika vävnader plötsligt bli patogena
Extracellulärt material
Slem/glycocalyx
• Produceras av de flesta stafylokocker
• Kopiösa mängder från många S.epidermidis
och en del S.capitis stammar
• Modifierad teikonsyra?
• Formation av biofilmer via quorum sensing
Skillnader mellan KNS-infektioner
på sta’n och på sjukhus
Samhällsförvärvad
• Ofta relativt känsliga
stammar
• Mer subakut
Sjukhusförvärvad
• Ofta multiresistanta
stammar
• Stammarna har ökad
förmåga att adherera
till plastmaterial, olika
typer av proteiner
• Mer akut
Läkningstider
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Klitoris
Öra
Ögonbryn
Längst ut på penis
Yttre blygdläpp
Läpp
Navel
Bröstvårta
Pung
Tunga
2-6 V
6-8 V
6-8 V
3-9 mån
2-4 mån
6-8 V
Upp till 9 mån
2-4 mån
2-3 mån
3-6 V
Oral piercing
• Blödningar
• Inandning av metalldelar
• Oral cellulit
• Säkra andningsvägar
• Ab i.v.
• Dränera abscesser
Näspiercing
• Näsborrar, nässeptum
• Hål genom brosk medför ofta blödningar,
infektioner, nekros, deformitet
• Dränage upp i hjärnan
• Kolonisering av S.aureus
Riskpatienter
• Diabetiker
• Patienter med immunsuppression
• Patienter med klaffel, korrigerade
medfödda hjärtfel
Biofilmassocierade infektioner
• Dröjer ofta länge innan man får tydliga
symtom
• Biofilmer:
• Påverkar T-lymfocyter och
monocyter
• Påverkar B-lymfocyter, Ig
produktion, koagulation
• Påverkar opsonisering och fagocytos
Cystisk fibros - patienter med
biofilmssjuka
•
•
•
•
Staphylococcus aureus
Haemophilus influenzae
Pseudomonas aeruginosa (80%)
Burkholderia cepacia
• Behandla så tidigt som möjligt
P.aeruginosa
-
G- stav, miljöbakterie (spridd i sjukhusmiljön)
Ringa näringskrav - kan växa var som helst
Obligat aerob, oxidas +, pigmenterad, söt doft
Kapsel, LPS, ett flertal enzymer som bryter ner
vävnader, exotoxin
- Naturligt resistent mot ett flertal Ab, utvecklar lätt
resistens
- Den mest studerade biofilmsbildaren
- Icke mukoida - mukoida kolonier
Biofilm med P.aeruginosa schematiskt
Utsöndring av enzymer m.m.
Yttre, ”inaktiv kapsel”
Inre ”aktiv kärna”
Biofilmer är resistenta mot antibiotika, desinfektionsmedel, bakteriofager, amöbor
Test av quorom sensing hos
P.aeruginosa
Njursten
• Ca 15-20% av alla njurstenar tillkommer i
samband med urinvägsinfektioner
• Krävs basisk miljö för att mineralerna ska
utfällas (urea blir ammoniak med
ureasproducerande bakterier: Proteus,
Providencia, Klebsiella, Pseudomonas)
• För att bli infektionsfri måste stenen
avlägsnas
Vad göra när man inte
mekaniskt kan ta bort biofilmen?
• Försöka förhindra biofilmsbildningen
(antibiotika, desinfektionsmedel, silver,
jobba med olika material/ytor)
• Använda sig av en substans som hämmar
kommunikationen mellan bakterieceller
• Ibland livslång antibiotikabehandling
Biofilmer och
antibiotikaresistens
•
•
•
•
Kan inte penetrera in
Långsam tillväxt
Biofilmens struktur skyddar
Högre frekvens plasmidöverföring, gör
att en del bakterier naturligt kan plocka
upp DNA från omgivningen och lättare
bli resistenta
Antibiotika och biofilmer
• Funkar inte:
• Vancocin, aminoglykosider
• Funkar sådär:
• Betalaktamer
• Funkar:
• Rifampicin, kinoloner, klindamycin,
makrolider
Före och 1 tim efter
klorbehandling
Hydrofila - hydrifoba ytor
Biofilm med bakterier och
jästsvamp