Bacterial and fungal infections in renal allograft recipients

Abstract

With the increase of short-term survival, a greater number of patients have had optimal results also in the long term, which is leading to a gradual but progressive change in focus of the clinicians to different problems such as the quality of life of transplant patients, and the increased incidence of infective and neoplastic complications linked to the state of immunosuppression induced by antirejection therapy. With the aim of evaluating infective complications in patients undergoing solid-organ transplantation it is necessary to completely understand the complexity of the transplantation problem and to briefly look at the general principles of transplantology. I will begin by briefly examining the terminology, the various ways in which transplantation can be classified, and the principles that guide the choice and evaluation of the donor. Finally there will be a brief evaluation of transplantation problems such as rejection reactions and immunosuppressive therapy. I will introduce and explain in the following chapters the complex panorama of the infective complications of transplant patients. In fact even if the increase in and the success of organ transplantation are the result of progress obtained in the fields of surgery, diagnosis and treatment, the management of infective complications underlines the necessity for monitoring, prevention and adequate prophylaxis in clinical practice. Monitoring and prevention have become the principal aims of follow-up in transplant recipients and begin in the pre-transplantation period to continue well after the transplantation. The aim of this study was to evaluate the infective state of patients undergoing renal transplantation and combined renal-pancreas transplantations at the transplantation centre of the University Hospital of Catania subdivided in two phases : first I evaluated the infective state of the patients, both donors and recipients, before transplantation in order to detect acute and chronic infective processes and the eventual risk of activation of latent infections. Then, in the post-transplantation period, the infective state of the patients was monitored initially every month for the first three months after transplantation and then once every three months. This microbiological monitoring identified, prevented and rapidly treated infections in the patients undergoing transplantation at our centre, with the aim of safeguarding both the graft and the transplanted patient. Moreover, considering the relative difficulty, for example an accurate diagnosis of invasive fungal infections (IFI), it was fundamentally important to be able to find laboratory markers that could differentiate the subject most at risk and initiate, based on clinical conditions, an eventual pre-emptive therapy or prophylaxis. This monitoring was performed by 1 November 2007 to 30 June 2010 the incidence and time to appearance of infective complications were evaluated in a population of 101 organ transplantation recipients (84 from cadavers and 17 from live donors, average age 44 years) having undergone transplantation for a single kidney, double kidney or kidney/pancreas combination. Microbiological and virological investigations were carried out: by means of various examinations culture exams, serum exams, PCR. In particular the biological samples examined were: pharyngeal swab, nasal swabs and analysis of the organ transport liquid, colonisation studies by means of swabs (oropharyngeal, cutaneous, right and left nasal) and basic serum investigations for the identification of anti-Candida (mycelial phase) antibodies respectively in bacteriology and mycology. A significative result was obtained from the examination of the transport liquid from the 84 samples examined; in 46 (54%) there was the presence of at least one microorganism. In all the recipients undergoing antibiotic therapy bacteremia did not develop that could be attributed to the transport liquid. These results confirm that, even if a high risk of organ loss and death of patients was reported in previous studies, above all by gram-negative microorganisms such as Escherichia coli, the contamination of the donor was not a contraindication for transplantation if prophylactic antibiotic therapy was initiated before transplantation. On the other hand, the incidence of fungal contamination is from 2 to 10%. There are no guidelines for vascular prevention or for complications from fungal infections of the donor or of contamination of the transport liquid. Various studies have underlined the need for nephrectomy of the organ as prophylaxis when the transport liquid is found to be contaminated. In conclusion the analysis of the transport liquid before transplantation is useful for the identification of recipients at high risk of infections and can be used as pre-emptive therapy. The bacteriological analysis of both nasal and pharyngeal swabs did not give significative results as most cases isolated were commensal bacteria while results significative were shown for urinary infections. In particular from this study it can be seen that Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae were the bacterial species that are still the principal etiological agent of infections, both nosocomial and community of the urinary tract. The antibiotics that were the most active against E. coli and K. pneumoniae were amikacin and imipenem that inhibited all the sampled strains. Particular attention was paid to 10 patients from March to September 2009: three patients developed bacteraemia, seven patients developed symptomatic UTIs, due to the presence of fever, urgency, frequency, dysuria, and supra-pubic tenderness, caused by K. pneumoniae that showed a pattern of resistance to multiple antibiotics. These microorganisms were characterised to determine the mechanisms responsible for antibiotic resistance by means of specific phenotypic tests (double disc for ESBLs) and molecular techniques for the amplification of resistance genes (DNA extraction, PCR). Moreover, to evaluate the type of diffusion inside the hospital these strains underwent molecular typing by means of Pulsed Field Gel Electroforesis (PFGE). The ten strains belonged to two different clones, A and B, moreover, clone A was an MDR clone resistant to all à à à à à à ²-lactams and amikacin, piperacillin/tazobactam and ciprofloxacin. Clone B was susceptible to amikacin and ciprofloxacin. Subtle differences in the bla gene content were observed between both clones, demonstrating that lateral gene transfer drives the diffusion of many antibiotic resistance genes. These clones had never been isolated before and were responsible, for the first time, for severe upper UTIs with difficult resolution: one failure and one relapse. Finally, UTIs remain the most frequent infections among renal transplant recipients. Until recently infections were sustained by susceptible microrganisms in which complete resolution of infections was easily obtained; the increase of potentially life-threatening multi-resistant strains now emerging in hospital settings for renal transplant recipients has changed the severity of infections and the corresponding outcome. The implementation of control measures, focusing on hand hygiene and appropriate urinary catheter manipulation through educational programs and contact isolation procedures were able to limit the spread of resistance clones in the renal transplantation unit. Therefore it is mandatory to continue epidemiological surveillance of transplantation units in order to tailor a correct therapy to maintain antibioticspotent, such as carbapenem, which are losing their potency. Of the 101 patients monitored 57(56%) were colonized in at least one of the investigated sites, generally, in all the sites investigated, 123 species were found: 64(52%) in the respiratory tract(oral-pharyngeal swab/sputum) and 59(48%) in urine. In particular in both sites the most frequently isolated species was C. albicans. Therefore, even if C.albicans was the most frequently isolated species it appears that in the respiratory tract the species have a greater distribution with respect to urine. Analyzing the distribution of the patients with bacterial infections of the urinary tract with respect to fungal colonization of the same tract, it can be seen that there is an extremely significant association (à à à à à ¯ à à à à à £2 = 13.267, P<0.001) between fungal colonization and bacterial infection. Moreover, in 64.3% of the cases, fungal colonization caused the first episode of bacterial infection, suggesting that fungal colonization can be a predisposing factor for the appearance of bacterial infection. Finally the identification of IgG stowards the mycelial phase of C. albicans seems to be useful, in association with the study of colonization, to select those patients who should receive eventual antifungal treatment that when started early can lead to a reduction in mortality.

Con l'aumento della sopravvivenza a breve termine un sempre maggior numero di pazienti ha goduto di ottimi risultati anche a lungo termine, portando ad un graduale ma progressivo spostamento dell' attenzione dei clinici su differenti problematiche come la qualita' della vita dei pazienti trapiantati e l'aumentata incidenza di complicanze infettive e neoplasie legate allo stato di immunosoppressione indotto dalla terapia antirigetto. Al fine di poter valutare in modo completo ed esauriente il tema delle complicanze infettive nel paziente sottoposto a trapianto di organo solido, E' necessario comprendere a fondo la complessita' del problema-trapianto e soffermarsi brevemente sui principali concetti generali di trapiantologia. Iniziera' ad esaminare in breve la terminologia, i vari modi in cui un trapianto puo' e' essere classificato ed i principi che guidano scelta e valutazione del donatore, infine la breve valutazione di problematiche quali le reazioni di rigetto e la terapia immunosoppressiva mi permetteranno di introdurre, trattare ed approfondire il complesso panorama delle complicanze infettive del paziente trapiantato. Infatti, sebbene l'aumento e il successo dell 'attivita' di trapianto d'organo sono il risultato di importanti progressi ottenuti in chirurgia, nella diagnosi e nel trattamento, la gestione delle complicanze infettive sottolinea la necessita' di sorveglianza, prevenzione ed adeguate profilassi nella pratica clinica. La sorveglianza e la prevenzione sono divenute il fine principale del follow-up dei pazienti trapiantati che prende inizio nel periodo pre-trapianto per protrarsi poi nei tempi successivi all'intervento. Lo scopo di tale studio e' stato valutare lo stato infettivologico dei pazienti sottoposti a trapianto di rene e a trapianto combinato rene pancreas presso il Centro Trapianti del Policlinico di Catania in due fasi: una prima fase in cui ho valutato lo stato infettivologico dei pazienti, sia donatori che riceventi, prima del trapianto al fine di evidenziare processi infettivi acuti e cronici e l'eventuale rischio di attivazione di infezioni latenti; e una seconda fase, nel periodo post-trapianto, lo stato infettivologico e' stato monitorato inizialmente ogni mese per i primi tre mesi successivi al trapianto e poi con cadenza trimestrale. Questo monitoraggio microbiologico ha permesso di individuare, prevenire e trattare precocemente le infezioni nei pazienti sottoposti a trapianto presso il nostro Centro, al fine di salvaguardare la vitalita' del graft e del paziente trapiantato. Inoltre considerando le difficolta' relative, ad esempio a una accurata diagnosi di Infezioni fungine invasive, e' risultato di fondamentale importanza riuscire ad evidenziare markers di laboratorio che servano a differenziare i soggetti piu' a rischio per avviare, qualora le condizioni cliniche lo richiedano, un eventuale trattamento di pre-emptive therapy o profilassi. Tale monitoraggio e' stato eseguito dal 1 Novembre 2007 al 30 giugno 2010 in una popolazione di 101 pazienti 84 da cadavere e 17 da vivente, sottoposti a trapianto di rene singolo (n=94), doppio (n=4) o combinato rene/pancreas (n=3). Le ricerche microbiologiche e virologiche sono state eseguite mediante vari esami: esami colturali, esami sierologici, esami in PCR. In particolare i campioni biologici esaminati sono stati: tamponi faringei, tamponi nasali e analisi del liquido di trasporto dell'organo, studio della colonizzazione mediante tamponi e indagini sierologiche di base relative alla ricerca di anticorpi anti-Candida (fase miceliale) rispettivamente in batteriologia e micologia. Un dato significativo e' stato ottenuto dalla raccolta del liquido di trasporto poiche' dagli 84 campioni esaminati in 46 (54%) vi era la presenza di almeno un microrganismo. In tutti i riceventi sottoposti a terapia antibiotica nessuno ha sviluppato batteriemie attribuibili alla contaminazione del liquido di trasporto. Questi risultati confermano che, sebbene un alto rischio di perdita dell'organo e morte dei pazienti sono stati riportati nei precedenti studi, soprattutto con microrganismi gram-negativi quali Escherichia coli, la contaminazione del donatore non e' una controindicazione al trapianto se una terapia antibiotica di profilassi e' iniziata prima del trapianto. Al contrario l'incidenza di contaminazione fungina e' stata dal 2 al 10%, e non essendoci linee guida per la prevenzione vascolare o per le complicazioni di infezioni funginee dal donatore o della contaminazione del liquido di trasporto, la raccolta del liquido di trasporto al pre-trapianto e' utile per l' identificazione di riceventi ad alto rischio di insorgenza di infezioni e puo' essere utilizzata come una terapia pre-emptive. L'analisi batteriologica sia dei tamponi nasali che di quelli faringei, non ha dato risultati significativi dal momento che nella maggior parte dei casi sono stati isolati batteri commensali mentre risultati significativi sono stati mostrati per le infezioni del tratto urinario. In particolare ancora una volta e' emerso che Escherichia coli e Klebsiella pneumoniae risultano le specie batteriche che ancora oggi rappresentano gli agenti eziologici principali delle infezioni delle vie urinarie sia in ambito nosocomiale che comunitario, inoltre per quel che riguarda la sensibilita' antimicrobica, gli antibiotici risultati piu' attivi sia verso E. coli che K. pneumoniae sono state amikacina ed imipenem che hanno inibito la totalita' dei ceppi saggiati. E' da rilevare che da Marzo a Settembre 2009, all'interno del reparto del Centro Trapianti c'e' stata la diffusione di due cloni multi-resistenti di K. pneumoniae produttrici di ESBLs. Questi cloni non erano mai stati isolati prima e furono responsabili per la prima volta di gravi infezioni urinarie con difficile risoluzione per alcuni pazienti. In conclusione quindi le infezioni del tratto urinario rimangono le piu' frequenti tra i riceventi il trapianto renale, ma misure di controllo, adeguati programmi di educazione e un attenta sorveglianza sono importanti per contenere la rapida diffusione di tali ceppi resistenti. Il monitoraggio micologico su 101 pazienti ha mostrato una colonizzazione in almeno uno dei siti indagati del 56%; in tutti i siti indagati le specie trovate sono state 123 con una incidenza del 52% nel tratto respiratorio (tampone oro-faringeo/espettorato) e del 48% nelle urine. In particolare, sia nel tratto respiratorio che nelle urine, la specie piu' frequentemente isolata e' stata Candida albicans ma pur essendo la specie maggiormente presente quello che e' apparso evidente e' che nel tratto respiratorio le specie appartenenti al genere Candida si ritrovavano piu' spesso rispetto alle urine. Analizzando poi la distribuzione dei pazienti con infezioni batteriche del tratto urinario rispetto alla colonizzazione fungina nel medesimo distretto si evince una associazione estremamente significativa P<0.001) tra colonizzazione fungina e infezioni batteriche ed inoltre, nel 64,3% dei casi, la colonizzazione fungina precedeva il primo episodio di infezione batterica, lasciando ipotizzare che la colonizzazione fungina possa rappresentare un fattore predisponente all'insorgenza di una infezione batterica. Infine la ricerca delle IgG dirette verso la fase miceliale di C. albicans sembra essere utile, in associazione allo studio della colonizzazione, a selezionare i pazienti sui quali iniziare un eventuale trattamento antifugino la cui precocita' determinante per la riduzione della mortalita' dei pazienti.