Infections associées au dispositif: un macroproblème qui commence par la microadhérence

Les appareils médicaux sont responsables d’une grande partie des infections nosocomiales, en particulier chez les patients gravement malades. Les infections associées au dispositif peuvent causer des séquelles médicales et économiques majeures. La colonisation bactérienne du dispositif peut être un prélude à l’infection et au dysfonctionnement du dispositif. Les facteurs bactériens sont probablement les plus importants dans la pathogenèse de l’infection, alors que les facteurs du dispositif sont les plus faciles à modifier dans le but de prévenir l’infection. Certains, mais pas tous Les approches préventives traditionnelles modificatrices de surface se sont largement concentrées sur l’enrobage antimicrobien des dispositifs et ont abouti à un succès clinique variable dans la prévention des infections associées aux dispositifs. Le rôle protecteur potentiel des nouvelles innovant les approches, telles que la modification du biofilm et les interférences bactériennes, devraient faire l’objet d’une étude plus poussée

La médecine américaine a fait de grands progrès ces dernières années grâce à l’amélioration des connaissances médicales et des technologies avancées. L’utilisation plus intensive des dispositifs médicaux a surtout affecté les patients gravement malades, ce qui a prolongé la survie des patients exposés à un risque encore plus élevé. La plupart des cas d’infection chez les patients gravement malades sont associés à des dispositifs médicaux Dans cette population de patients,% des cas d’infection urinaire sont liés au cathéter,% des cas d’infection sanguine proviennent d’un cathéter vasculaire à demeure, et% des cas de pneumonie sont associé à la ventilation mécanique Les objectifs de cet article sont d’évaluer l’ampleur du problème général des infections associées au dispositif; aborder l’impact potentiel de la colonisation bactérienne sur la fonction du dispositif; discuter des facteurs bactériens, du dispositif et de l’hôte qui contribuent à la pathogenèse des infections associées au dispositif; proposer une version «adhérence / infection» des postulats de Koch et les examiner à propos de certaines adhésines bactériennes; et conclure avec une perspective sur le rôle potentiel de certaines approches novatrices de modification de surface pour la prévention de la colonisation bactérienne et la formation de biofilm autour du dispositif à demeure

L’ampleur du problème de l’infection associée au dispositif

Nous avons récemment assisté à une augmentation de l’utilisation de dispositifs médicaux innovants et de longue date. Les listes de tableaux, par ordre décroissant, ont été estimées en examinant la littérature médicale, en analysant le nombre total de dispositifs médicaux insérés chaque année aux États-Unis. rapports de marché, revue des données fournies par les associations médicales et / ou communication personnelle avec le personnel des fabricants d’appareils, risque d’infection associé à la première insertion de dispositifs médicaux et mortalité attribuable Ces données illustrent des différences majeures dans l’impact des infections associé à divers dispositifs médicaux Par exemple, le nombre de cathéters vésicaux à demeure insérés chaque année aux États-Unis est au moins supérieur à celui des cathéters veineux centraux, et le taux global d’infection urinaire par cathéter est plus élevé que celui de la circulation sanguine infection associée aux cathéters veineux centraux Cependant, la grande majorité des cas de infection urinaire liée au cathéter implique seulement les voies urinaires inférieures et a un faible taux de mortalité attribuable & lt;%, tandis que% -% mortalité modérée des patients, en particulier les patients gravement malades, peuvent ne pas survivre à un épisode de circulation sanguine liée au cathéter Des différences existent également au sein du même groupe de dispositifs médicaux Bien que les dispositifs de fixation des fractures soient plus souvent insérés et plus susceptibles d’être infectés, les fractures ouvertes entraînent plus d’infections que les fractures fermées et les broches de fixation externes sont plus infectées que les ongles intramédullaires. prothèses articulaires , infection de ce dernier est plus difficile et plus coûteuse à gérer Les infections de tous les dispositifs médicaux intravasculaires, y compris les greffes vasculaires , les stimulateurs cardiaques , les valves cardiaques mécaniques et les dispositifs d’assistance ventriculaire gauche considéré comme potentiellement mortel, avec une endocardite de la valve prothétique causant le plus haut risque de mortalité & gt;% Bien que le mo Par exemple, les infections de dispositifs médicaux implantés dans les organes sexuels, y compris les implants mammaires et péniens , peuvent provoquer une défiguration majeure et un traumatisme psychologique grave, mais le risque d’infection est faible. La morbidité des infections associées au dispositif peut également différer entre les infections avec une mortalité attribuable similaire Par exemple, les séquelles médicales et économiques de l’infection sont beaucoup plus graves en association avec une prothèse articulaire qu’avec un cathéter vésical, bien que les deux infections aient un faible taux de mortalité attribuable

L’ampleur du problème des infections associées à l’appareilTableau View largeTélécharger la diapositiveL’importance du problème des infections associées à l’appareilLes taux d’infections associées aux appareils énumérés dans le tableau se réfèrent généralement à l’insertion de dispositifs médicaux pour la première fois, avec des cas d’infection documentés par des cultures de diagnostic appropriées Cependant, les taux réels d’infection associée au dispositif peuvent être plus élevés que ceux listés dans le tableau pour des raisons. Le taux d’infection associé aux dispositifs réimplantés dépasse de plusieurs fois celui des implants pour la première fois. augmente de% à%, pour la première mise en place des implants péniens, à%, après réimplantation Les taux d’infection associée au dispositif sont également plus élevés chez les patients chez lesquels les implants infectés ont été partiellement explantés. le cas des systèmes de stimulateurs cardiaques infectés Les médecins qui soignent des patients porteurs d’un implant chirurgical peuvent compter sur Les échecs des techniques microbiologiques actuellement utilisées pour cultiver systématiquement les organismes situés dans le biofilm peuvent entraîner une sous-estimation du taux réel d’infection associé aux dispositifs. Antibiotiques sont souvent administrés avant l’obtention des cultures diagnostiques appropriées, ce qui peut donner des résultats faussement négatifs

Colonisation bactérienne et fonction de dispositif

Non seulement la colonisation bactérienne du dispositif médical précède l’infection clinique, mais elle peut aussi affecter négativement la fonction du dispositif à demeure. Par exemple, la contracture capsulaire, la raison la plus fréquente de l’ablation des implants mammaires, est étiologiquement liée à la colonisation bactérienne. implant, habituellement par des staphylocoques à coagulase négative, sans évidence clinique d’infection L’examen ultrastructural du biofilm qui bloque habituellement les endoprothèses biliaires et nécessite leur retrait dans les quelques mois suivant l’insertion démontre régulièrement la présence de bactéries Bien que le descellement des prothèses articulaires pour des raisons uniquement mécaniques, cette complication peut aussi être provoquée par la colonisation bactérienne de la prothèse La formation de biofilm peut également entraîner la défaillance des implants dentaires De plus, l’occlusion vasculaire est associée à la colonisation des cathéters veineux centraux

Pathogenèse de l’infection liée au dispositif

De ces facteurs, les facteurs bactériens sont probablement les plus importants dans la pathogenèse de l’infection associée au dispositif, alors que les facteurs du dispositif sont les plus faciles à modifier avec l’objectif. de prévenir l’infection

Figure Vue largeTélécharger la diapositive La pathogenèse des infections associées à l’appareil est centrée sur l’interaction multifactorielle des facteurs bactériens, périphériques et de l’hôteFigure View largeTélécharger la diapositiveLa pathogenèse des infections associées aux dispositifs est centrée sur l’interaction multifactorielle des facteurs bactériens, périphériques et hôtes.

Facteurs bactériens

Différentes bactéries utilisent différentes adhésines pour coloniser des dispositifs médicaux Dans cet article, je vais brièvement discuter des propriétés d’adhérence des agents pathogènes courants, y compris Staphylococcus aureus et Staphylococcus epidermidis, les causes les plus fréquentes d’infection des dispositifs intravasculaires, orthopédiques et péniens, ainsi que Providencia. stuartii et Escherichia coli, qui causent fréquemment une infection des dispositifs urologiques et des endoprothèses biliairesS epidermidis L’adhérence de S epidermidis à la surface de l’appareil n’est pas un phénomène ponctuel, mais plutôt un processus évolutif. Initialement, il y a un attachement rapide des bactéries à la surface du dispositif qui est médiée par des facteurs non spécifiques tels que la tension superficielle, l’hydrophobicité et les forces électrostatiques ou par des adhésines spécifiques incluant l’autolysine protéinique codée par le gène atlE et l’adhésine capsulaire polysaccharidique intercellulaire [PSA] probablement codée par l’ica opéron Cette phase initiale de l’adhésion de S epidermidis est une phase accumulative au cours de laquelle les bactéries adhèrent les unes aux autres et forment un biofilm, un processus qui est médié par le polysaccharide intercellulaire adhésine PIA codé par l’opica ica S aureus Contrairement à S epidermidis, qui utilise des adhésines bien définies sur la bactérie L’adhérence de S aureus semble être plus dépendante de la présence de ligands de tissu hôte, y compris la fibronectine, le fibrinogène et le collagène S aureus adhère à ces ligands hôte-tissu via la surface microbienne génétiquement définie protéines, communément appelées «composants de surface microbiens reconnaissant les molécules de la matrice adhésive» MSCRAMM Les MSCRAMM les plus importants comprennent FnbpA et FnbpB, qui se lient à la fibronectine; facteur agglomérant, qui se lie au fibrinogène; Le rôle du MSCRAMM dans la pathogenèse des infections associées au dispositif n’est cependant pas clair et, au moins dans le cas de l’infection par un appareil orthopédique, a été un peu controversé. D’une part, une souche mutante de S aureus déficient en protéine liant la fibronectine a été trouvée dans un modèle de lapin d’arthrite septique hématogène acquise pour être moins virulente que la souche sauvage D’autre part, une souche S aureus mutant déficient en fibronectine-, fibrinogène -, et les protéines de liaison au collagène étaient aussi virulentes que la souche bactérienne MSCRAMM dans un modèle d’arthrite septique et d’ostéomyélite d’origine locale . Il est toutefois possible que de telles variations de la contribution du MSCRAMM à la virulence chez l’animal les études utilisant des protéines isogéniques à l’exception des protéines liant la fibronectine, le fibrinogène et le collagène de S aureus pourraient dépendre du modèle Théoriquement, il pourrait être plus difficile de démon Trate des différences de virulence entre les souches bactériennes MSCRAMM-positives et MSCRAMM-négatives lorsque des inoculums bactériens élevés sont placés directement sur la surface du dispositif implanté dans le scénario animal d’infection localement acquise P stuartii En général, nous en savons beaucoup moins sur l’adhérence des bacilles à Gram négatif aux cocci Gram positif aux dispositifs médicaux P stuartii est plus fréquente dans les voies urinaires des patients porteurs de cathéters vésicaux à long terme que chez les patients sans cathéter L’adhérence persistante de P stuartii aux cathéters urinaires est considérée à médiation par type fimbriae sur la base des observations suivantes: les isolats bactériens qui ont provoqué des bactériémies à long terme de expressed semaines exprimaient plus les fimbriae que les isolats qui ont causé une bactériurie à court terme ⩽ semaine vs%, respectivement chez les patients dépendants du cathéter; les isolats bactériens qui exprimaient des fimbriae de type liés en plus grand nombre aux cathéters que les isolats qui n’exprimaient pas les fimbriae de type; et les isolats bactériens qui exprimaient le type fimbriae se liaient moins à la protéine Tomm Harsfall qu’une protéine urinaire inhibitrice que les isolats bactériens qui n’exprimaient pas le type fimbriae E. coli Malgré la pléthore de données sur l’adhérence de E. coli à l’uroépithélium, on en sait relativement peu sur l’adhérence de cet organisme aux dispositifs urologiques E. coli isolats qui ont causé à long terme bacter semaines bacteriuria exprimé type fimbriae plus que les isolats qui ont causé à court terme ⩽ semaine bacteriuria% vs%, respectivement Bien que l’expression de P fimbriae dans cette même étude n’a pas corrélé avec la persistance dans les voies urinaires, une autre étude a démontré que les souches de E. coli avec P. fimbriae adhèrent plus volontiers aux stents urétraux que les souches dépourvues de P. fimbriae. Ces observations suggèrent que l’adhérence de E. coli aux dispositifs urologiques peut dépendre de l’emplacement du dispositif et la prédominance locale de certaines souches bactériennes, étant donné que les souches E coli exprimant le type f imbriae prédominent dans la vessie, alors que les souches de E coli qui expriment P fimbriae infectent habituellement les reins

Facteurs de l’appareil

La présence du dispositif peut, en soi, améliorer la virulence bactérienne Par exemple, une étude de rats avec des voies biliaires occluses a démontré des preuves ultrastructurales de colonisation bactérienne et de formation de biofilm sur les surfaces biliaires muqueuses chez les animaux ayant des implants biliaires Une analyse minutieuse des données sur l’adhérence bactérienne et la modification de surface de l’appareil donne les principes majeurs suivants: différentes bactéries peuvent adhérer différemment au même matériau de dispositif; les mêmes bactéries peuvent adhérer différemment aux différents matériaux de l’appareil; les mêmes bactéries peuvent adhérer différemment au même matériau de dispositif placé dans des circonstances différentes, y compris le milieu dans lequel le dispositif est placé hydrophobe par rapport au milieu hydrophile, le type de flux dynamique par rapport à stationnaire, et la température; l’inhibition in vitro de la colonisation bactérienne du dispositif n’assure pas une efficacité anti-infectieuse in vivo; et le bénéfice clinique d’une approche modificatrice de surface particulière peut varier d’une application à l’autre. En dépit de ces principes majeurs, un certain nombre de facteurs liés à l’appareil peuvent affecter l’adhérence bactérienne au dispositif, y compris la source du le périphérique et la forme de la table de périphériques

Vue de la table largeTélécharger la diapositiveFacteurs liés au dispositif pouvant favoriser l’adhérence bactérienneTable View largeTélécharger les diapositives Facteurs liés au traitement pouvant favoriser l’adhérence bactérienne

Facteurs de l’hôte

Ces facteurs peuvent être divisés en groupes: facteurs d’hôte qui peuvent affecter l’adhérence bactérienne des bactéries au dispositif, y compris les ligands de tissu qui médient l’adhérence des bactéries MSCRAMM-positives à une variété de dispositifs médicaux; et les facteurs de l’hôte qui peuvent favoriser ou inhiber la persistance des bactéries déjà adhérentes à la surface du dispositif Des études ont indiqué que S aureus se lie davantage aux surfaces des cathéters vasculaires et E coli se lie davantage aux stents biliaires qui ont été explantés de patients ou La contribution des ligands tissulaires de l’hôte à l’adhérence bactérienne a été confirmée par la démonstration que S aureus se lie plus aux cathéters revêtus de fibronectine ou de fibrinogène qu’à la fibronectine ou au fibrinogène. Les phénomènes médiés par l’immunité qui favorisent la persistance bactérienne sont illustrés par l’activité opsonique médiée par le complément réduit et la diminution de l’activité bactéricide des WBC dans les tissus entourant le dispositif implanté Le médiateur immunitaire le plus étudié qui peut inhiber la persistance des bactéries déjà adhérentes. surface de l’appareil est IFN-γ Ce médiateur immunitaire L’IFN-γ peut exercer cet effet antibactérien protecteur en induisant des protéines de classe II d’histocompatibilité majeure sur les cellules phagocytaires, en activant les phagocytes mononucléaires et en régulant les immunités humorales. réponse

Postulats de Koch pour l’adhésion bactérienne / Infection

Parce que les postulats de Koch ont été conçus à l’origine il y a presque siècles pour l’identification des causes bactériennes des maladies épidémiques, des versions modifiées, telles que la « version moléculaire » des postulats de Koch, ont été construits et appliqués à d’autres aspects des maladies médicales Avec la grande augmentation dans notre connaissance des propriétés moléculaires et physico-chimiques de adhésines bactériennes, il est seulement approprié que nous essayons de construire une version de table postulats de Koch « adhésion / infection » Parce que S epidermidis est généralement la cause la plus fréquente des infections associées aux dispositifs et possède également certaines des adhésines les plus définies, je vais examiner si les adhésines de cet organisme, y compris le PIA et le PSA capsulaire, satisfont à la version adhérence / infection des postulats de Koch

Vue de la table largeTélécharger la lameLa version adhérence / infection des postulats de KochTable AgrandirLa diapositive d’adhérence / infection des postulats de KochP épidermidiset PIA La PIA ne satisfait, à ce jour, que les postulats d’adhérence / infection de Koch: l’opéron ica codant pour PIA est plus répandu en S les souches d’epidermidis infectant les cathéters et les prothèses articulaires que les souches qui ne provoquent pas d’infection; inoculée sur des cathéters implantés par voie sous-cutanée chez la souris, la souche mutante PIA-négative de S epidermidis était moins susceptible que la souche sauvage d’adhérer aux cathéters, de provoquer des abcès sous-cutanés et de résister à l’éradication par la défense de l’hôte ; et bien que les anticorps anti-PIA purifiés protègent contre la colonisation in vitro, il n’y a pas encore de données sur la protection in vivoS épidermidis et PSA Cette adhésine satisfait toutes les postulats d’adhésion / infection de Koch: l’opéron ica qui code probablement le PSA est plus répandu dans les souches S epidermidis que infecter les cathéters ; Les souches mutantes PSA-négatives de S epidermidis sont avirulentes dans un modèle d’endocardite chez le lapin ; et les anticorps dirigés contre le PSA purifié protègent contre la bactériémie et l’endocardite liées au cathéter dans un modèle de lapin

Conclusion: Perspective sur les approches novatrices de modification de surface pour le contrôle potentiel des biofilms pathogènes

Les conséquences médicales sérieuses et les séquelles économiques des infections associées aux appareils soulignent l’importance de la prévention. A l’heure actuelle, l’approche préventive la plus couramment utilisée est la modification de surface du dispositif dans le but d’inhiber la présence bactérienne dans le biofilm. prévention des infections associées au dispositif La surface du dispositif peut être modifiée avec ou sans utilisation d’agents antimicrobiens L’approche antimicrobienne pour la modification de surface a eu un succès clinique variable, avec des différences dans le degré de protection attribué à l’emplacement du dispositif , la concentration, le type de pathogènes infectieux, le type d’agents antimicrobiens utilisés pour revêtir le dispositif, la concentration d’agents antimicrobiens sur la surface du dispositif revêtu et le degré de lixiviation de l’agent antimicrobien sur la surface revêtue pour produire une zone d’inhibition. Des études in vitro et sur des animaux ont indiqué que les bactéries peuvent adhérer davantage à des étuis avec des surfaces non modifiées que des dispositifs revêtus d’agents non antimicrobiens, y compris des cathéters et des lentilles intraoculaires revêtues d’agents anti-inflammatoires non stéroïdiens, des fils en acier inoxydable revêtus d’agents fibrinolytiques, des dispositifs de fixation des fractures revêtus d’hydroxyapatite, des cathéters urinaires ou stents biliaires enduits de polymères hydrophiles, et les surfaces enduites de surfactant Cependant, il n’y a pas eu d’essais cliniques prospectifs randomisés bien conduits qui ont évalué le bénéfice clinique de la modification non antimicrobienne de la surface du dispositif.Un rapport in vitro récent a indiqué que l’interférence avec les Pseudomonas Les données préliminaires récentes suggèrent également que des substances naturellement existantes, comme les furanones, peuvent empêcher la formation de biofilm autour des conduites d’huile placées en eau profonde. tel un résultat peut être idéal, il est encore trop tôt pour prédire si cette approche peut être appliquée de manière sûre et efficace en médecine clinique. Parce que le biofilm est si omniprésent dans la nature, il n’est peut-être pas possible de l’éliminer. approche d’interférence bactérienne pour remplacer les biofilms qui sont le résultat de bactéries pathogènes avec des biofilms qui sont le résultat de bactéries moins pathogènes ou non pathogènes En d’autres termes, l’adhérence bactérienne peut être utilisée pour contourner plutôt qu’améliorer l’infection clinique. Les polymères avec Lactobacillus acidophilus diminuent l’adhérence de S epidermidis et E coli aux surfaces modifiées Un rapport récent indique que les sondes vésicales recouvertes d’une souche non pathogène d’E. coli réduisent l’adhérence d’Enterococcus faecalis au cathéter in vitro . un essai clinique en ouvert a indiqué que l’inoculation délibérée de la vessie avec E. coli l’efficacité clinique de l’insertion de cathéters vésicaux enduits de cet organisme non pathogène doit encore être examinée car l’introduction de souches bactériennes non pathogènes dans le corps humain a un potentiel, Bien que peu probable, le risque de provoquer une infection symptomatique, la sécurité clinique de cette approche de l’interférence bactérienne est actuellement examinée