Ортопедическая имплантат-ассоциированная инфекция: ведущие возбудители, локальная резистентность и рекомендации по антибактериальной терапии

Surgical site infections remain a major complication of arthroplasty, spinal stabilization or other orthopedic surgeries. The pathogenesis of these complications is related to use orthopedic implants. This retrospective study investigated the microbiological etiology of implant-associated infection after orthopedic surgery over a 3-year period (2010-2012). The antibiotic resistance profiles of 1350 clinical microbial isolates were determined. The biofilm forming capacity of 394 staphylococcal strains was tested. Statistical analysis was performed using Z-criterion. From a results of the microbiological culture, Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis were isolated in 49,9% of cases, followed by: Enterococcus faecalis - 6,4%, Pseudomonas aeruginosa - 5,9%, Acinetobacter spp - 5,1% and members of the family Enterobacteriaceae - 4.1%. MRSA amounted to 23,9% and MRSE - 56,6% (pИнфекция области хирургического вмешательства до настоящего времени остается одним из наиболее серьезных осложнений эндопротезирования суставов, спондилосинтеза и других ортопедических операций. В патогенезе данного осложнения большую роль играет установка имплантата. Настоящее ретроспективное исследование основано на изучении этиологии имплантат-ассоциированной инфекции после ортопедических операций за 3-летний период (2010-2012). Проанализирован профиль антибиотикорезистентности у 1350 клинических штаммов бактерий. Выполнена оценка способности формировать микробные биопленки у 394 штаммов Staphylococcus spp. Статистический анализ данных выполнен с использованием Z-критерия стандартного нормального распределения для оценки разности между долями. Установлено, что в видовом спектре возбудителей имплантат-ассоциированной инфекции ведущие позиции занимают S. aureus и S. epidermidis (49,9%), далее следуют Enterococcus faecalis (6,4%), Pseudomonas aeruginosa (5,9%), Acinetobacter spp. (5,1%) и представители семейства энтеробактерий (4,1%). Установлено, что штаммы S. epidermidis по сравнению с S. aureus характеризуются более высокой резистентностью к метициллину (56,6% vs. 23,9%;

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-КЛИНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФЕНОТИПИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ШТАММОВ S.EPIDERMIDIS И ИХ РОЛЬ В ВОЗНИКНОВЕНИИ И РАЗВИТИИ ИМПЛАНТАТ-АССОЦИИРОВАННОЙ ИНФЕКЦИИ ПОСЛЕ ОРТОПЕДИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

S. epidermidis is one of the most common cause of implant-associated infections. Infections due to S. epidermidis rarely develops into life-threatening, however, its prevalence and the difficulties in treating constitute a serious financial burden to the health care system. This study is based on the investigation of phenotypic features (ability to biofilm formation and resistance to antibiotics) of S. epidermidis strains isolated from patients with deep surgical site infection after implantation of orthopaedic devices, and on the investigation of the dynamics of clinical and morphological changes during the development of implant-associated infection due to S. epidermidis based on in vivo experimental models. Multidrug-resistance was found in 23% MSSE isolates and 97,3% - MRSE. Vancomycin, linezolid and fosfomycin were the most active in relation to these pathogens. About 40% of the tested isolates were strong biofilm-producing strains. 43,2% of MRSE strains and only 21,4% of MSSE isolates demonstrated strong biofilm production. The proposed experimental model shows that intra-operative infection of implant by multidrug-resistant clinical MRSE strain led to the development of osteomyelitis in rats for 4 weeks after surgery, in spite of the revision operation and installation of antimicrobial cement spacer in the area of bone defect. Thus, S. epidermidis is a clinically significant aetiological factor with high risk of development of infections after major orthopaedic surgery.S. epidermidis является самой распространенной причиной имплантат-ассоциированных инфекций и занимает второе место после золотистого стафилококка в структуре ведущих возбудителей инфекционных осложнений после ортопедических операций. Инфекции, обусловленные S. epidermidis, редко перерастают в опасные для жизни, тем не менее, их широкая распространенность и трудности в лечении представляют собой серьезную финансовую нагрузку для системы здравоохранения. Настоящее исследование основано на изучении фенотипических особенностей, таких как способность к формированию микробных биопленок и антибиотикорезистентность штаммов S. epidermidis, выделенных от пациентов с глубокой инфекцией области хирургического вмешательства (ГИОХВ) после установки ортопедических имплантатов в зависимости от наличия у них остеомиелита; а также на изучении динамики клинико-морфологических изменений при развитии имплантат-ассоциированной инфекции, обусловленной S. epidermidis, в разработанной in vivo экспериментальной модели. Установлено, что полирезистетность характерна для более чем 23% MSSE изолятов и 97,3% - MRSE. Наибольшая активность в отношении данных возбудителей установлена у ванкомицина, линезолида и фосфомицина. Около 40% тестируемых изолятов обладают выраженной способностью к формированию биопленок. Имеются также штаммоспецифические факторы вирулентности S. epidermidis: выраженной способностью к формированию биопленок обладали 43,2% штаммов MRSE и только 21,4% вошедших в исследование штаммов MSSE. На разработанной экспериментальной модели было показано, что интраоперационное инфицирование имплантата полирезистентным клиническим штаммом MRSE привело к развитию остеомиелита у крыс в течение 4 недель после операции, несмотря на проведение санации гнойного очага и установку антимикробного цементного спейсера в область дефекта костной ткани. Таким образом, S.epidermidis представляет собой клинически значимый этиологический фактор с высоким потенциалом и значительной вероятностью возникновения инфекций после крупных ортопедических операций

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ФОСФОМИЦИНА ДЛЯ ИМПРЕГНАЦИИ ОСТЕОЗАМЕЩАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЛЕЧЕНИИ ХРОНИЧЕСКОГО ОСТЕОМИЕЛИТА

Aim – to evaluate in the experimental study in vitro the duration of antimicrobial activity of fosfomycin-impregnated bone cement and to study the dynamics of radiological and morphological changes depending on the local antibiotic therapy in two-stage treatment of chronic osteomyelitis in rabbits.Materials and methods. Duration of antimicrobial activity of bone cement (depuy cmw1 gentamicin) with fosfomycin in vitro was studied in comparison to cements with vancomycin and controls without additional antibiotics. Presence of the lysis zone of bacterial cultures was evaluated (Staphylococcus aureus ATCC6538 and ATCC33591, Klebsiella pneumoniae ATCC33495 and Escherichia coli ATCC25922) after application of 10 μl of the solution, collected from the cement samples after incubation for 24 hours. For the in vivo experiment, Chinchilla rabbits (n = 20) with local osteomyelitis of the tibia underwent two-stage treatment where substitution of the bone defect at stage I was performed with PMMA and stage II – with the bioresorbable material based on hydroxyapatite and triclacium phosphate (ReproBone). In an experience group (n = 10) before setting osteoreplacement materials with fosfomycin (group FOSFO), and by control (n = 10) – vancomycin (group VANCO). X-ray imaging was performed on the 1st and 21st day after installation of the cement spacer, and 45th day after substitution of the spacer with the bioresorbable material. Microbiological analysis of the samples was performed intraoperatively and on the 7th, 14th day after each stage. Histological study was conducted in both groups on the 14th, 21th day after stage I and 45th day after stage II of the treatment.Results. Maximal duration of antimicrobial activity in vitro was observed in samples of PMMA with fosfomycin whereas minimal – in control samples of gentamicin-based bone cement. Relief of the infection was attained in all animals while application of fosfomycin resulted in a more rapid elimination of the bacteria. Reaction of the adjacent tissue to the implanted material and results of X-ray imaging in both groups did not differ significantly. Long duration of the broad-spectrum antimicrobial activity of the bone cement with fosfomycin with the comparable perifocal reaction in vivo necessitates further study of the use of this antibiotic in bioresorbable materials for the treatment of osteomyelitis in clinical practice.Цель – оценить в эксперименте in vitro длительность антимикробной активности образцов импрегнированного фосфомицином костного цемента и изучить динамику рентгенологической и морфологической картины в зависимости от локальной антибактериальной терапии при двухэтапном лечении хронического остеомиелита у кроликов.Материал и методы. Изучали in vitro длительность антимикробной активности образцов импрегнированного фосфомицином костного цемента (depuy cmw1 gentamicin) в сравнении с импрегнацией ванкомицином и контрольными образцами без внесения дополнительного антибиотика. Оценивали наличие зоны лизиса бактериальной культуры (Staphylococcus aureus ATCC6538 и ATCC33591, Klebsiella pneumoniae ATCC33495 и Escherichia coli ATCC25922) в области нанесения 10 мкл инкубационного раствора после инкубации образца в течение 24 час. В эксперименте in vivo 20 кроликам породы Шиншилла c локальным очагом остеомиелита большеберцовой кости проводили двухэтапное лечение. На первом этапе костный дефект замещали костным цементом на основе полиметилметакрилата (ПММА), на втором этапе – биорезорбируемым материалом на основе гидроксиапатита и трикальцийфосфата (ReproBone). В опытной группе (n = 10) перед установкой остеозамещающие материалы импрегнировали фосфомицином (группа ФОСФО), а в контрольной группе (n = 10) – ванкомицином (группа ВАНКО). Рентгенологические исследования выполняли в первые и 21-е сутки после установки цементного спейсера, на 45-е сутки после удаления цементного спейсера и укладки биорезорбируемого материала. Бактериологические исследования выполняли интраоперационно, на 7-е и 14-е сутки после каждого этапа. Морфологические исследования выполняли в обеих группах на 14-е и 21-е сутки после первого этапа и на 45-е сутки после второго этапа лечения.Результаты. Максимальная продолжительность антимикробной активности in vitro установлена при использовании ПММА с фосфомицином, минимальная – для контрольных образцов из официнального гентамицин-содержащего цемента. В эксперименте in vivo у всех животных было достигнуто купирование инфекционного процесса, однако применение фосфомицина приводило к более быстрой эрадикации возбудителя. Реакции тканей, окружающих имплантированный материал, в обеих группах экспериментальных животных различались незначительно, рентгенологическая картина была схожей. Большая длительность антимикробного действия образцов костного цемента с фосфомицином в отношении широкого спектра возбудителей при сопоставимых перифокальных реакциях в эксперименте in vivo делает перспективным дальнейшее изучение данного антибиотика в составе остеозамещающих материалов при лечении остеомиелита в клинической практике

Неблагоприятные тенденции в этиологии ортопедической инфекции: результаты 6-летнего мониторинга структуры и резистентности ведущих возбудителей

Osteomyelitis remains one of the most intractable diseases. The nature of the pathogen and its resistance to antibiotics significantly affect the outcome and cost of treatment.The aim of the study: to analyze the dynamics of the spectrum and antibiotic resistance of the leading pathogens of orthopedic infection for the period 2012– 2017.Material and methods. The structure of pathogens isolated from the focus of infection from 2774 patients with periprosthetic infection and chronic osteomyelitis was retrospectively analyzed. Antibiotic resistance of the leading pathogens that occupied more than 4% in the species structure was studied. Comparative analysis of changes in the spectrum of pathogens and antibiotic resistance was carried out for the periods 2012-2013, 2014–2015 and 2016-2017. Epidemiological analysis was performed in the program „microbiological monitoring system” Microbe-2. Statistical processing of the obtained data was carried out using the Z-criterion.Results. From 2774 patients with orthopedic infection have been isolated 4359 strains, in the structure of which about 73.5% were occupied by S. aureus, S. epidermidis, E. faecalis, E. faecium, P. aeruginosa, Acinetobacter sp. representatives of the family Enterobacteriacea. In 27% of the cases, microorganisms of other species were identified. Microbial associations were identified in 19.4% of cases. In the structure of the leading Gram(+) pathogens, a significant decrease in the incidence of S. aureus was detected, while the share of S. epidermidis increased significantly. Among the leading Gram(-) microorganisms, a significant increase in the proportion of representatives of the fam. Enterobacteriacea was found, against the background of a decrease in the share of Acinetobacter sp. and P. aeruginosa. The level of resistance of MSSA to the studied antibiotics ranged from 0.1 to 8.8%, for MSSE the spread was from 1.9 to 16.7%. Negative dynamics of growth of resistance of non-fermenting bacteria is established. The strains of Acinetobacter sp. demonstrated greater resistance to tested antibiotics in comparison with P. aeruginosa.Conclusion. An increase in the role of S. epidermidis and K. pneumoniae in the etiology of orthopedic infection was established. The revealed increase in the resistance of microbial pathogens to most tested and used antibiotics should be taken into account in the appointment of empirical antibiotic therapy. The extremely high frequency of resistance of gram-negative bacteria to cephalosporins and fluoroquinolones excludes the possibility of their empirical use, which requires the management of carbapenems in the starting treatment regimens. High resistance to fluoroquinolones limits the ability of oral antibiotic therapy in patients with periprosthetic infection. Остеомиелит до настоящего времени остается одним из самых трудноизлечимых заболеваний. Характер возбудителя и его резистентность к антибиотикам значимо влияют на исход и стоимость лечения.Цель исследования — выявить динамику спектра и резистентности к антибиотикам ведущих возбудителей ортопедической имплантат-ассоциированной инфекции за период 2012–2017 гг.Материал и методы. Ретроспективно проанализирована структура возбудителей, выделенных из очага инфекции от 2774 пациентов с перипротезной инфекцией и хроническим остеомиелитом. Была изучена резистентность к антибиотикам ведущих возбудителей, которые занимали в видовой структуре более 4%. Сравнительный анализ изменения спектра возбудителей и антибиотикорезистентности проводили по периодам 2012–2013, 2014–2015 и 2016–2017 гг. Эпидемиологический анализ выполняли в программе «Система микробиологического мониторинга «Микроб-2». Статистическая обработка полученных данных выполнялась с применением Z-критерия.Результаты. От 2774 пациентов с ортопедической инфекцией было выделено 4359 штаммов, в структуре которых 73,5% занимали S. aureus, S. epidermidis, E. faecalis, E. faecium, P. aeruginosa, Acinetobacter sp. и представители сем. Enterobacteriaceae. В 27% случаях были идентифицированы микроорганизмы других видов. Микробные ассоциации идентифицированы в 19,4% случаев. В структуре ведущих грамположительных возбудителей выявлено значительное снижение частоты выделения S. aureus, при этом существенно возросла доля S. epidermidis. Среди ведущих грамотрицательных патогенов выявлено значимое увеличение доли представителей сем. Enterobacteriaceae, на фоне уменьшения доли Acinetobacter sp. и P. aeruginosa. Уровень резистентности MSSA к исследуемым антибиотикам колебался от 0,1 до 8,8%, для MSSE разброс составил от 1,9 до 16,7%. Установлена негативная динамика роста резистентности неферментирующих бактерий. При этом штаммы Acinetobacter sp. демонстрировали бóльшую устойчивость к тестируемым антибиотикам в сравнении с P. aeruginosa.Заключение. Установлено увеличение роли S. epidermidis и K. pneumoniae в этиологии ортопедической инфекции. Выявленный рост устойчивости микробных возбудителей к большинству тестируемых и применяемых антибиотиков следует учитывать при назначении эмпирической антибактериальной терапии. Крайне высокая частота резистентности грамотрицательных бактерий к цефалоспоринам и фторхинолонам исключает возможность их эмпирического применения, что требует введения карбапенемов в стартовые схемы терапии. Высокая устойчивость к фторхинолонам ограничивает возможности пероральной антибактериальной терапии у пациентов с перипротезной инфекцией