Προσδιορισμός της διαγνωστικής ποιότητας και αξίας της κατά Gram χρώσης των πτυλέων σε ασθενείς με εξωνοσοκομειακή πνευμονία με τη χρήση του αλγόριθμου Gibbs: υπέρβαση της ανυπαρξίας Gold Standard

Abstract

The aim of this study was to determine the diagnostic accuracy and diagnostic value of sputum Gram stain in etiological diagnosis and initial selection of antimicrobial therapy of bacterial community acquired pneumonia (CAP). This is a prospective study conducted through January 2002 till June 2008 in Konstantopoulio General Hospital of Athens, Greece and University Hospital of Alexandroupolis, Thrace, Greece. During this period, 1390 patients, fulfilling the diagnostic criteria of bacterial CAP were admitted, through the emergency room and the outpatient clinic. Of these 1390 patients, 178 were fulfilling the criteria for inclusion in the study.

Criteria for the diagnosis of bacterial pneumonia14: • clinical findings (fever> 38.3°C and productive cough with purulent sputum production and tachypnea  25/min and/or physical findings of pulmonary consolidation on examination) • WBC 15.000/μL with polymorphonuclears 75% • chest x-ray showing homogeneous or inhomogeneous infiltrates, with or without segmental distribution and/or pleural effusion • in every patient, on admission and before starting antimicrobial therapy, were taken 6 blood cultures (3 aerobic and 3 anaerobic) from three different peripheral veins and sputum for culture and Gram stain. Criteria for inclusion in the study: 1) no antimicrobial therapy within the past two weeks, 2) no clinicolaboratory evidence of infection in another site: urinary tract infection (negative urine culture), sinusitis (negative X-ray), central nervous infection (negative spinal tap whenever it was indicated), endocarditis (echo negative for vegetations), arthritis, pharyngitis, osteomyelitis) and 3) isolation of the same microorganism from the blood and sputum cultures (gold standard). Sputum specimens were collected upon patient’s admission by an experienced resident and send to the laboratory immediately. Gram stain was also done and read upon admission, by two experts, who were blind, as far as, blood cultures and sputum cultures results were concerned (which at any rate were available after two to four days). Criteria of validity of sputum specimens: Epithelial cells/ low field power SCORE Polymorphonuclears /low field power SCORE >25 -3 >150 +3 16-25 -2 76-150 +2 5-15 -1 1-75 +1 Criteria of positivity of Gram stain: >50% microorganisms of same morphotype. Given the above mentioned criterion, the presence of: Gram positive diplococci (Gr+DC) was suggestive for Pneumococcal pneumonia; Gram positive cocci in clusters (Gr+CC) suggestive for Staphylococcal pneumonia; Gram negative coccobacilli (Gr–CB) suggestive for H. influenza pneumonia; Gram negative bacilli (Gr–B) suggestive for Gram– bacilli pneumonia. Taking as gold standard the blood and sputum cultures results, we calculated: 1) the prevalence (P: frequency of the target disease in the population of interest) of each etiological diagnosis of CAP, and 2) the diagnostic value (point estimate and 95% confidence interval), 4) the positive and negative diagnostic gain (G+, G–) and expected diagnostic gain (G), and 5) the concentration and reduction factor (CF, RF), of the sputum Gram stain for the etiological diagnosis of CAP. For the calculation of the diagnostic quality and diagnostic value of the sputum Gram stain, in the absence of gold standard, one of the Markov Chain Monte Carlo simulation techniques, the Gibbs sampler algorithm, was used. For the implementation of this method was used a computer program written in S-PLUS. The following results, in the form of medians and 95% confidence intervals were calculated: The 95% confidence interval of the prevalence of pneumonia was 0.50 to 0.63 (median 0.56) for the streptococcal pneumonia, 0.10 to 0.18 (median 0.13) for the staphylococcal pneumonia, 0.12 to 0.21 (median 0.16) for the pneumonia from H. Influenzae and 0.12 to 0.22 (median 0.17) for the pneumonia from Gram negative bacilli. The 95% confidence interval of the sensitivity of sputum Gram stain was 0.57 to 0.72 (median 0.65) for the streptococcal pneumonia, 0.58 to 0.91 (median 0.77) for the staphylococcal pneumonia, 0.69 to 0.93 (median 0.83) for the pneumonia from H. Influenzae and 0.53 to 0.89 (median 0.73) for the pneumonia from Gram negative bacilli. The 95% confidence interval of the specificity of sputum Gram stain was 0.89 to 0.98 (median 0.94) for the streptococcal pneumonia, 0.91 to 0.98 (median 0.95) for the staphylococcal pneumonia, 0.95 to 0.99 (median 0.98) for the pneumonia from H. Influenzae and 0.87 to 0.93 (median 0.90) for the pneumonia from Gram negative bacilli. The 95% confidence interval of the positive likelihood ratio of sputum Gram stain was 5.50 to 28.70 (median 11.22) for the streptococcal pneumonia, 7.65 to 39.57 (median 15.74) for the staphylococcal pneumonia, 17.32 to 139.68 (median 41.49) for the pneumonia from H. Influenzae and 4.87 to 11.16 (median 7.54) for the pneumonia from Gram negative bacilli. The 95% confidence interval of the negative likelihood ratio of sputum Gram stain was 0.29 to 0.46 (median 0.37) for the streptococcal pneumonia, 0.09 to 0.44 (median 0.24) for the staphylococcal pneumonia, 0.07 to 0.32 (median 0.17) for the pneumonia from H. Influenzae and 0.12 to 0.52 (median 0.30) for the pneumonia from Gram negative bacilli. The 95% confidence interval of the positive predictive value of sputum Gram stain was 0.85 to 0.97 (median 0.92) for the streptococcal pneumonia, 0.53 to 0.89 (median 0.73) for the staphylococcal pneumonia, 0.73 to 0.96 (median 0.88) for the pneumonia from H. Influenzae and 0.27 to 0.52 (median 0.39) for the pneumonia from Gram negative bacilli. The 95% confidence interval of the negative predictive value of sputum Gram stain was 0.63 to 0.78 (median 0.71) for the streptococcal pneumonia, 0.91 to 0.99 (median 0.96) for the staphylococcal pneumonia, 0.94 to 0.99 (median 0.97) for the pneumonia from H. Influenzae and 0.95 to 0.99 (median 0.97) for the pneumonia from Gram negative bacilli.

Αντικείμενο της μελέτης ήταν η εκτίμηση: 1. του επιπολασμού της Πνευμονιοκοκκικής πνευμονίας, της Σταφυλοκοκκικής πνευμονίας, της πνευμονίας από H.influenzae, και της πνευμονίας από Gram αρνητικούς βακίλους σε ασθενείς με εξωνοσοκομειακή πνευμονία 2. της διαγνωστικής ποιότητας της κατά Gram χρώσης των πτυέλων σε ασθενείς με εξωνοσοκομειακή πνευμονία, όπως αυτή προσδιορίζεται από την ευαισθησία και την ειδικότητα και τον θετικό και αρνητικό λόγο πιθανοφανειών, ελλείψει δοκιμασίας αναφοράς 3. της διαγνωστικής αξίας (θετικής και αρνητικής) της κατά Gram χρώσης των πτυέλων σε ασθενείς με εξωνοσοκομειακή πνευμονία 4. του διαγνωστικού κέρδους (θετικού και αρνητικού) της κατά Gram χρώσης των πτυέλων σε ασθενείς με εξωνοσοκομειακή πνευμονία 5. το διαγνωστικό περιεχόμενο (expected diagnostic gain) της κατά Gram χρώσης των πτυέλων σε ασθενείς με εξωνοσοκομειακή πνευμονία 6. τον παράγοντα συμπύκνωσης της κατά Gram χρώσης των πτυέλων σε ασθενείς με εξωνοσοκομειακή πνευμονία Μέθοδος της μελέτης Τον μελετώμενο πληθυσμό αποτέλεσαν ασθενείς που πληρούσαν τα διαγνωστικά κριτήρια της πνευμονίας και νοσηλεύθηκαν στο νοσοκομείο. Κριτήρια για τη διάγνωση της πνευμονίας και την εισαγωγή στο νοσοκομείο131. 7. Κλινικά ευρήματα (πυρετός > 38,3° C, παραγωγικός βήχας με πυώδη απόχρεμψη, ταχύπνοια ≥ 25 αναπνοές / λεπτό, φυσικά σημεία πνευμονικής πύκνωσης στην φυσική εξέταση: τρίζοντες, μειωμένο αναπνευστικό ψιθύρισμα) 8. Λευκοκυττάρωση ≥ 15.000/μL με πολυμορφοπύρηνα ≥ 75% 9. Ακτινογραφία θώρακος με ομοιογενείς ή ανομοιογενείς διηθήσεις, με ή χωρίς τμηματική κατανομή και / ή πλευριτική συλλογή Σε κάθε ασθενή ελήφθησαν 6 καλλιέργειες αίματος (3 για αερόβια και 3 για αναερόβια) από 3 διαφορετικές περιφερικές φλέβες και πτύελα για κατά Gram χρώση και καλλιέργεια ∙ όλα τα παραπάνω ελήφθησαν προ της έναρξης της αντιμικροβιακής θεραπείας. Κριτήρια εισαγωγής στην μελέτη: Ο ασθενής συμπεριλαμβανόταν στην μελέτη εάν: 1. Δεν είχε λάβει αντιμικροβιακή θεραπεία τις προηγούμενες 2 εβδομάδες, 2. Είχε κλινικοεργαστηριακή επιβεβαίωση αποκλεισμού λοίμωξης σε άλλο σημείο: απουσία συμπτωμάτων λοίμωξης από το ουροποιητικό και αρνητική καλλιέργεια ούρων, απουσία συμπτωμάτων παραρινοκολπίτιδας και αρνητική ακτινογραφία κόλπων προσώπου για παραρινοκολπίτιδα, απουσία συμπτωμάτων για λοίμωξη του κεντρικού νευρικού συστήματος και αρνητική παρακέντηση εγκεφαλονωτιαίου υγρού. Όταν υπήρχαν σημεία ενδεικτικά για παρακέντηση, απουσία συμπτωμάτων ενδοκαρδίτιδας (υπέρηχος και διοισοφάγιο υπέρηχο αρνητικό για εκβλαστήσεις), απουσία συμπτωμάτων ή σημείων για αρθρίτιδα, φαρυγγίτιδα, ή οστεομυελίτιδα. 3. Οι καλλιέργειες αίματος και οι καλλιέργειες πτυέλων έδειχναν τον ίδιο μικροοργανισμό (gold standard). Η κατά Gram χρώση διενεργούνταν και διαβάζονταν εντός ωρών από την εισαγωγή του ασθενούς στο νοσοκομείο. Οι αναγνώστες της χρώσης ήταν «τυφλοί» ως προς το αποτέλεσμα των καλλιεργειών αίματος και πτυέλων (άλλωστε το αποτέλεσμά τους ήταν διαθέσιμο εντός 2-4 ημερών). Το δείγμα πτυέλων ήταν αποδεκτό για καλλιέργεια και κατά Gram χρώση εάν πληρούνταν τα παρακάτω κριτήρια. Πίνακας 3.1. Κριτήρια για την αποδοχή του δείγματος πτυέλων για καλλιέργεια και χρώση Επιθηλιακά κύτταρα Βαθμολογία Πολυμορφοπύρηνα Βαθμολογία > 25 -3 > 150 +3 16-25 -2 76-150 +2 5-15 -1 1-75 +1 Όταν το άθροισμα των δύο βαθμολογιών ήταν >1, το δείγμα ήταν αποδεκτό. Εάν ήταν 1, λαμβάνονταν καινούργιο δείγμα και εξετάζονταν. Η κατά Gram χρώση αναφέρονταν ως θετική, όταν πάνω από το 50% των μικροοργανισμών είχαν μορφολογικά χαρακτηριστικά ώστε να ειπωθεί ότι αυτός ήταν ο επικρατούν μικροοργανισμός στη χρώση. Η παρουσία Gram θετικών διπλόκοκκων (Gr+DC) ήταν υποδηλωτική πνευμονιοκοκκικής πνευμονίας, η παρουσία Gram θετικών κόκκων σε ομάδες (Gr+CC) υποδηλωτική σταφυλοκοκκικής πνευμονίας, η παρουσία Gram αρνητικών κοκκοβάκιλων (Gr-CB) πνευμονίας από H. influenzae, και η παρουσία Gram αρνητικών βακίλων, πνευμονίας από Gram αρνητικούς βακίλους. Για τον υπολογισμό της διαγνωστικής ποιότητας και της διαγνωστικής αξίας της κατά Gram χρώσης των πτυέλων, εν απουσία Gold Standard, χρησιμοποιήθηκε μία εκ των Markov Chain Monte Carlo τεχνικές προσομοίωσης, η τεχνική δειγματοληψίας Gibbs. Για την εφαρμογή της μεθόδου χρησιμοποιήθηκε πρόγραμμα για ηλεκτρονικό υπολογιστή γραμμένο στην γλώσσα S-plus. Τα αποτελέσματα με τη μορφή των 95% διαστημάτων εμπιστοσύνης και των διαμέσων τιμών ήταν τα εξής: Το 95% διάστημα εμπιστοσύνης του επιπολασμού της πνευμονίας ήταν 0,50 έως 0,63 (διάμεση τιμή 0,56) για την στρεπτοκοκκική πνευμονία, 0,10 έως 0,18 (διάμεση τιμή 0.13) για την σταφυλοκοκκική πνευμονία, 0,12 έως 0,21 (διάμεση τιμή 0,16) για την πνευμονία από H. influenzae και 0,12 έως 0,22 (διάμεση τιμή 0,17) για την πνευμονία από Gram αρνητικούς βακίλους. Το 95% διάστημα εμπιστοσύνης της ευαισθησίας της κατά Gram χρώσης των πτυέλων ήταν 0,57 έως 0,72 (διάμεση τιμή 0,65) για την στρεπτοκοκκική πνευμονία, 0,58 έως 0,91 (διάμεση τιμή 0,77) για την σταφυλοκοκκική πνευμονία, 0,69 έως 0,93 (διάμεση τιμή 0,83) για την πνευμονία από H. influenzae και 0,53 έως 0,89 (διάμεση τιμή 0,73) για την πνευμονία από Gram αρνητικούς βακίλους. Το 95% διάστημα εμπιστοσύνης της ειδικότητας της κατά Gram χρώσης των πτυέλων ήταν 0,89 έως 0,98 (διάμεση τιμή 0,94) για την στρεπτοκοκκική πνευμονία, 0,91 έως 0,98 (διάμεση τιμή 0,95) για την σταφυλοκοκκική πνευμονία, 0,95 έως 0,99 (διάμεση τιμή 0,98) για την πνευμονία από H. influenzae και 0,87 έως 0,93 (διάμεση τιμή 0,90) για την πνευμονία από Gram αρνητικούς βακίλους. Το 95% διάστημα εμπιστοσύνης του θετικού λόγου πιθανοφανειών της κατά Gram χρώσης των πτυέλων ήταν 5,50 έως 28,70 (διάμεση τιμή 11,22) για την στρεπτοκοκκική πνευμονία, 7,65 έως 39,57 (διάμεση τιμή 15,74) για την σταφυλοκοκκική πνευμονία, 17,32 έως 139,68 (διάμεση τιμή 41,49) για την πνευμονία από H. influenzae και 4,87 έως 11,16 (διάμεση τιμή 7,54) για την πνευμονία από Gram αρνητικούς βακίλους. Το 95% διάστημα εμπιστοσύνης του αρνητικού λόγου πιθανοφανειών της κατά Gram χρώσης των πτυέλων ήταν 0,29 έως 0,46 (διάμεση τιμή 0,37) για την στρεπτοκοκκική πνευμονία, 0,09 έως 0,44 (διάμεση τιμή 0,24) για την σταφυλοκοκκική πνευμονία, 0,07 έως 0,32 (διάμεση τιμή 0,17) για την πνευμονία από H. influenzae και 0,12 έως 0,52 (διάμεση τιμή 0,30) για την πνευμονία από Gram αρνητικούς βακίλους. Το 95% διάστημα εμπιστοσύνης της θετικής διαγνωστικής αξίας της κατά Gram χρώσης των πτυέλων ήταν 0,85 έως 0,97 (διάμεση τιμή 0,92) για την στρεπτοκοκκική πνευμονία, 0,53 έως 0,89 (διάμεση τιμή 0,73) για την σταφυλοκοκκική πνευμονία, 0,73 έως 0,96 (διάμεση τιμή 0,88) για την πνευμονία από H. influenzae και 0,27 έως 0,52 (διάμεση τιμή 0,39) για την πνευμονία από Gram αρνητικούς βακίλους. Το 95% διάστημα εμπιστοσύνης της αρνητικής διαγνωστικής αξίας της κατά Gram χρώσης των πτυέλων ήταν 0,63 έως 0,78 (διάμεση τιμή 0,71) για την στρεπτοκοκκική πνευμονία, 0,91 έως 0,99 (διάμεση τιμή 0,96) για την σταφυλοκοκκική πνευμονία, 0,94 έως 0,99 (διάμεση τιμή 0,97) για την πνευμονία από H. influenzae και 0,95 έως 0,99 (διάμεση τιμή 0,97) για την πνευμονία από Gram αρνητικούς βακίλους.