ALLMÄN DEL 13
14
Värd - mikroorganism Inledning I ett evolutionshistoriskt perspektiv av relationen värd - mikroorganism skulle begreppet 'patogenicitet' förenklat betyda att patogener är sådana mikroorganismer, vars förhållande med värden inte har utvecklat sig till en helt harmonisk relation. Graden av ömsesidig anpassning avgör sannolikheten för kolonisation och eventuell parasitär påverkan vid samexistens. Vår ökade kunskap om immunförsvarets betydelse för en välbalanserad jämvikt med mikroorganismer gör det tveksamt att dela upp den mikrobiella världen i patogener och apatogener. Medan den helt friska individen kan drabbas av livshotande septisk sjukdom med Streptococcus pyogenes, d.v.s. Grupp A streptokocker (GAS) i den inflammatoriska överreaktion som bakteriella superantigener utlöser, är det också känt att tillståndet för svårt immunkomprometterade dramatiskt kan försämras genom systeminfektion med alfastreptokocker, som ju normalt räknas till den ordinära floran. Den moderna sepsisforskningen har dessutom visat att mikroorganismer inte ens behöver vara närvarande för att utlösa s.k. SIRS (Septic Inflammatory Response Syndrome). Värdfaktorer Populationer av väsentligen harmlösa mikroorganismer koloniserar hudens och slemhinnornas epitelskikt snabbt efter födseln. Etablerande av denna externa och interna mikrobiella overall under barnaåren åtföljs av en mognadsprocess i immunsystemet som sannolikt är helt essentiell för fortsatt överlevnad. Dessa bakteriepopulationer utövar kontroll över andra och kanske mindre harmlösa populationer via bakteriociner och andra bakteriostatiska substanser (bakteriell interferens). Epitelskikt och endogen mikroflora utgör tillsammans en robust barriär för oönskade mikroorganismer att etablera sig i mer djupt liggande vävnader. Förutom det cellulära och humorala försvaret finns lokalt verkande immunfaktorer, ph-förhållanden, vätskeflöden, speciella cellpopulationer med flimmerhår etc. för att klara homeostasen mot potentiellt farliga mikroorganismer. Inom hela djurserien från insekter till däggdjur finns dessutom preformerade defensiner (peptider om ca 30-50 aminosyror) i hud och slemhinna att snabbt spjälkas till aktiva baktericida substanser då obehöriga mikrober äntrar scenen. 15
Skadepanorama Mekaniska, termiska och någon gång kemiska skador förändrar drastiskt balansen till fördel för etablering av oönskade mikroorganismer i djupare vävnader. Extravasalt blod med fibrinutfällning bidrar till att skapa det dead space som tillsammans med suturmaterial och död vävnad bildar ett nidus för infektion efter kirurgi. I detta område fungerar varken kroppens försvar eller tillfört antibiotikum varför kirurgiskt dränage är nödvändigt vid manifest infektion. Utbredningen av död eller skadad vävnad har stor betydelse för prognosen. Extirpation av skadad vävnad och ibland amputation tillhör kirurgins grundelementa. Genesen till den mekaniska skadan ger viktig information om prognos och typ av ev. infektion (t.ex. skärskada vid slöjdarbete eller i annan torr miljö visavi skärskada vid bad i söt-, respektive saltvatten eller bett från häst med krosskada visavi bett från katt med penetrerande trauma). Mängd och typ av eventuell främmande kropp, jord, gödsel o.s.v. är många gånger avgörande för om en infektion skall etableras. Formation av biofilm är en utmaning för implantationskirurgin som stimulerat mycket forskning kring nya material. Adhesion av koagulasnegativa stafylokocker via vävnadsproteiner till främmande kropp styrs sannolikt både av specifika och icke-specifika bindningar såsom hydrofobicitet. Den låga metabolismen hos mikroorganismerna och deras "slime"-produktion bidrar också till deras evasiva kapacitet både mot immunförsvar och ev. antibiotika. Även vissa hormonella och metabola förändringar som leder till funktionsstörningar lokalt i vävnader eller generellt, är förenade med ökad infektionsrisk. Diabetes mellitus innebär en kraftigt ökad infektionsrisk (se avsnittet Diabetiska fotsår ). Bakteriell translokation föregås av att enterocyternas tight junctions vidgats och bakterier tillåts vandra från tarmlumen genom tarmslemhinnan till lymfa och blod med ev. insådd i traumatiserad vävnad. Detta sker vid svält då enterocyterna utsätts för brist på vissa essentiella aminosyror som endast är tillgängliga via enteral nutrition. Den lokala syretensionen i traumatiserad vävnad har stor betydelse för uppkomst av infektion. Den har sannolikt mindre betydelse för den kontaminerande mikrobens överlevnad, då även strikt anaeroba arter av klinisk valör är aerotoleranta. Mer avgörande är att granulocytens avdödande funktion är beroende av bl.a. respiratory burst activity, vilken är kraftigt försämrad under anaeroba förhållanden och signifikant reducerad redan vid po 2 <30 mmhg. Syretensionen är låg i abscesser och kroniska sår. Hög O 2 -tensionen och tillgäng- 16
lighet på tillväxtstimulerande faktor (GSF) är essentiell för celldelning av fibroblaster. Hög läkningstendens ses om po 2 är >40 mm Hg men lägre vid po 2 < 20 mm Hg. Oretade kroniska sår skall inte odlas eftersom där ofta finns en rikhaltig flora som inte påverkar sårläkning negativt (det finns t.o.m. funderingar på motsatsen). Ett odlingssvar kan då ge den kliniska kollegan en missledande information. Mikroorganismer För varje klinisk entitet har byggts upp en kunskap som ger associationer till vissa agens där det första behandlingsförsöket baseras på empiri, d.v.s. en kvalificerad gissning. Kunskap om den endogena mikrofloran är också essentiell för denna bedömning. Vissa infektionstyper med polymikrobiell genes, t.ex. abscesser och peritonit efter endogent kontaminerad bukkirurgi, har en speciell dynamik. Bakterier som tillväxer snabbare i närvaro av syre reducerar successivt po 2 till fördel för strikt anaeroba bakterier. På så sätt kan en art överväga kvantitativt i ett tidigt skede för att senare stå tillbaka för andra arter. Då odlingssvaret anländer kan därför scenariot vara ett annat (Figur 1). I försöksmodeller har aeroba och anaeroba bakterier uppvisat synergistiska effekter, vilket har betydelse vid val av antibiotika. Som framgår av Figur 1 är odlingsresultatet beroende av vid vilken tidpunkt i infektionsförloppet som provet tas och metodens detektionsgräns. Den senare har ett mycket brett konfidensintervall (se provtagning Öppna sår i speciell del). Det är därför uppenbart att kvantitativa bedömningar inte skall anges i odlingssvaret. Figur 1. Illustration av odlingsmetodens detektionsgräns vid polymikrobiell infektion med bakteriestammarna A, B resp. C. Före tidpunkt 1 visar odling växt av stam A och B; under tiden 1-2: stam A; under tiden 2-3: stammarna A och C; efter tidpunkt 3: stam C. 17
Infektionsdosen varierar starkt med vävnadens viabilitet och med förekomst av främmande kropp. I Eleks klassiska försök med Staphylococcus aureus krävdes 7,5x 10 6 CFU för att åstadkomma infektion i frisk vävnad. Vid närvaro av en silkessutur reducerades dosen 10 000 gånger. En sigmoid dos-responskurva har kunnat påvisas för tarmbakterier inom bukkirurgi, där kontaminationsmängd är starkt korrelerad till infektionsutfall. Transplantation av delhud har angivits som framgångsrik om mängden ej översteg 10 5 CFU/g. Ett antal studier visar att 10 5 CFU/g är en gräns som anger att infektionsförsvaret fallerat, och denna mängd måste krympas för att läkning skall ske. Frågan är dock inte bara av kvantitativ natur. Vissa mikroorganismer har en infektionspotential även vid lägre koncentration. För Streptococcus pyogenes anges 10 4 CFU/g vävnad som tröskelvärde för invasivitet. Virulens Begreppet virulens utgör ett mått på hur toxisk eller aggressiv och därigenom i vilken grad en viss mikroorganism är sjukdomsframkallande för sin värd (patogen potential). Låg infektionsdos associeras ibland med hög virulens. Baserat på erfarenhet av artbestämning delar den kliniske mikrobiologen upp den mikrobiella världen i mer eller mindre virulenta arter med hjälp av begrepp som primärpatogen, sekundärpatogen resp. föga patogen. En sådan indelning är enligt diskussionen ovan starkt schabloniserad och delvis beroende av vilken del av världen man arbetar i, om stammen är sprungen ur sjukhusmiljö o.s.v. Man har dessutom problemet med att det inom arten förekommer kloner med väsentligen högre respektive lägre infektionspotential än genomsnittet. Likväl lämnas här en möjlig indelning som trots allt styr den kliniske mikrobiologen i dennes arbetsmetod att validera vilka mikroorganismer som kan vara av betydelse i det enskilda fallet. 1. Primärpatogen: Mikroorganism som kan förekomma vid infektion utan synlig eller med ringa initial vävnadsskada hos en i övrigt frisk individ, ofta som ensamart. 2. Sekundärpatogen: Mikroorganism som kan förekomma vid infektion med mer utbredda vävnadsskador, med närvaro av främmande kropp eller vid måttlig immundefekt (t.ex. diabetes mellitus), ofta tillsammans med andra mikroorganismer. 3. Föga patogen: Mikroorganism som kan förekomma vid infektion som ensamart eller tillsammans med andra arter i regel endast vid mycket utbredda vävnadsskador, låg syretension, svår lever-, eller njursvikt, eller hos gravt immundefekta individer, t.ex. AIDS, neutropeni < 0,5 x 10 9 /L. 18
Ett förslag till vilka mikroorganismer som klassificerar sig till resp. kategori vid hud- och mjukdelsinfektioner finns i Tabell 1. Vid infektioner i inre organ, urogenitalt, vid skelett- och ledinfektioner samt endokarditer kan en annan indelningsgrund vara aktuell. I tabellen finns också begreppet Prediktivitet. Det avser här en sannolikhetsbedömning för att det aktuella fyndet kan ha patoetiologisk betydelse. Hög prediktivitet innebär att den framodlade bakterien med stor sannolikhet orsakar infektionen. Låg prediktivitet utesluter inte att bakterien medverkat aktivt i infektionsförloppet men det är mer osäkert om så är fallet. Ex: Pseudomonas aeruginosa klassas som primärpatogen eftersom den utöver sin septiska potential även kan orsaka en kliniskt väldefinierad hudindektion hos friska personer utan påtagligt trauma (follikulit efter bad i bubbelpool). Bakterien förekommer spritt i naturen, speciellt i vatten och kan lätt kolonisera sår. Prediktiviteten är därför låg. 19
Tabell 1. Indelning av de kliniskt mest intressanta mikroberna avseende graden av sjukdomsframkallande förmåga (primär-, sekundär-, resp. föga patogen) vid infektion i hud-, och mjukdelar. Prediktivitet avser här en sannolikhetsbedömning för att det aktuella fyndet kan ha etiologisk betydelse. För vidare information om respektive bakterie, se avsnitt kort beskrivning av kliniskt intressanta bakterier Primärpatogen Sekundärpatogen Föga patogen Prediktivitet Hög Måttlig Låg Yersinia pestis Vibrio vulnificus Capnocytophaga canimorsus Francisella tularensis Streptobacillus moniliformis Pasteurella multocida Bacillus anthracis Erysipelothrix rhusiopathiae Corynebacterium diphtheriae Clostridium tetani Bartonella spp S. pyogenes (GAS) E. coli* GCS, GGS Streptococcus milleri-gruppen Pneumokocker Listeria monocytogenes Actinomyces spp Actinobacillus spp Eikenella corrodens Clostridium perfringens* Fusobacterium necrophorum* Bacteroides fragilis* Rhodococcus equi Nocardia spp Staphylococcus aureus Staphylococcus lugdunensis (Neisseria weaveri)** övriga Enterobacteriaceae spp* Enterococcus spp* GBS* Staphylococcus intermedius* Bacillus cereus* Acinetobacter spp* Stenotrophomonas spp* Pseudomonas spp* Porphyromonas spp* Peptostreptococcus spp* Fusobacterium spp* Clostridium spp* Veillonella spp* Bacillus spp* Corynebacterium spp* Dock låg prediktivitet vid öppna ytliga sår ** Minimikriterier för identifiering saknas. Prediktivitet osäker. Pseudomonas aeruginosa KNS Aeromonas spp Plesiomonas spp Flavobacterium spp Shewanella spp Edwardsiella spp Candida spp och annan jästsvamp Propinonibacterium spp Micrococcus spp Alfastreptokocker Lactobacillus spp Eubacterium spp Pediococcus spp Lactococcus spp Bifidobacterium spp Alcaligenes spp 20