Nosocomial pneumonia — principles of early diagnosis and prevention

A.N. Kuzovlev, V.V. Moroz

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology, Moscow

For correspondence: Artem N. Kuzovlev, MD, DrMed, vice-director for science, head of the laboratory of clinical pathophysiology of critical states of the V.A. Negovsky research institute of general reanimatology Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology, Moscow; e-mail: artem_kuzovlev@mail.ru

For citation: Kuzovlev AN, Moroz VV. Nosocomial pneumonia — principles of early diagnosis and prevention. Alexander Saltanov Intensive Care Herald. 2019;2:40-47.

DOI: 10.21320/1818-474X-2019-2-40-47


Nosocomial pneumonia and nosocomial tracheobronchitis present an urgent problem of anesthesiology and critical care medicine. This review presents the results of our own research on the informativity of new molecular biomarkers in the early diagnosis of nosocomial pneumonia, as well as modern principles for the prevention of nosocomial pneumonia. A promising direction for the early diagnosis of nosocomial pneumonia and its complications is the study of new molecular biomarkers, in particular, Clara cell protein and surfactant proteins. Effective prevention of nosocomial pneumonia should be based on a complex of modern evidence-based methods.

Keywords: nosocomial pneumonia, nosocomial tracheobronchitis, biomarkers, prophylaxis, sepsis, antibiotics, inhalation

Received: 23.02.2019


References

  1. Гельфанд Б.Р. Нозокомиальная пневмония у взрослых. Российские национальные рекомендации. М.: МИА, 2016.[Gelfand B.R. Nozokomialʼnaya pnevmoniya u vzroslyh. Rossijskie nacionalʼnye rekomendacii. M.: MIA, 2016. (In Russ)]
  2. Яковлев С.В., Суворова М.П., Белобородов В.Б., Басин Е.Е., Елисеева Е.В., Ковеленов С.В, и члены исследовательской группы ЭРГИНИ. Распространенность и клиническое значение нозокомиальных инфекций в лечебных учреждениях России: исследование ЭРГИНИ. Антибиотики и химиотерапия. 2016; 61(5–6): 32–42.[Yakovlev S.V., Suvorova M.P., Beloborodov V.B., Basin E.E., Eliseeva E.V., Kovelenov S.V, i chleny issledovatelʼskoj gruppy ERGINI. Rasprostranennostʼ i klinicheskoe znachenie nozokomialʼnyh infekcij v lechebnyh uchrezhdeniyah Rossii: issledovanie ERGINI. Antibiotiki i himioterapiya 2016; 61(5–6): 32–42. (In Russ)]
  3. Кузовлев А.Н., Шабанов А.К., Тюрин И.А. Динамика концентрации ингаляционного тобрамицина в крови и бронхоальвеолярной лаважной жидкости при нозокомиальной пневмонии (предварительное сообщение). Общая реаниматология. 2018; 14(5): 32–37. DOI: 10.15360/1813-9779-2018-5-32-37. [Kuzovlev A.N., Shabanov A.K., Tyurin I.A. Dinamika koncentracii ingalyacionnogo tobramicina v krovi i bronhoalʼveolyarnoj lavazhnoj zhidkosti pri nozokomialʼnoj pnevmonii (predvaritelʼnoe soobshchenie). Obshchaya reanimatologiya. 2018; 14(5): 32–37. DOI: 10.15360/1813-9779-2018-5-32-37. (In Russ)]
  4. Klompas M., Kleinman K., Murphy M. Descriptive epidemiology and attributive morbidity of ventilator-associated events. Infect. Control.Hosp. Epidemiol. 2014; 35(5): 502–510. DOI: 10.1086/675834
  5. Дмитриева Н.В., Петухова И.Н. Послеоперационные инфекционные осложнения. Практическое руководство. М.: Практическая медицина, 2013.[Dmitrieva N.V., Petuhova I.N. Posleoperacionnye infekcionnye oslozhneniya. Prakticheskoe rukovodstvo. Moscow: Prakticheskaya medicina, 2013. (In Russ)]
  6. Josefson P., Stralin K., Ohlin A., et al. Evaluation of a commercial multiplex PCR test (SeptiFast) in the etiological diagnosis of community-onset bloodstream infections. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2011; 30(9): 1127–1134. DOI: 10.1007/s10096-011-1201-6
  7. Мороз В.В., Голубев А.М., Кузовлев А.Н., Писарев В.М. Новые диагностические кандидатные молекулярные биомаркеры острого респираторного дистресс-синдрома. Общая реаниматология. 2014; 10(4): 6–10. DOI: 10.15360/1813-9779-2014-4-6-10. [Moroz V.V., Golubev A.M., Kuzovlev A.N., Pisarev V.M. Novye diagnosticheskie kandidatnye molekulyarnye biomarkery ostrogo respiratornogo distress-sindroma. Obshchaya reanimatologiya. 2014; 10(4): 6–10. DOI: 10.15360/1813-9779-2014-4-6-10. (In Russ)]
  8. Hayashida S, Harrod K.S., Whitsett J.A. Regulation and function of CCSP during pulmonary Pseudomonas aeruginosa infection in vivo. Am. J. Physiol. Lung. Cell. Mol. Physiol. 2000. 279(3): 452–459.
  9. Clara M. Zur Histobiologie des Bronchalepithels. [On the histobiology of the bronchial epithelium.]. Z mikrosk. Anat. Forsch. 1937; 41: 321–334.
  10. Policard A., Collet A., Giltaire-Ralyte L. Observations microélectroniques sur lʼinfrastructure des cellules bronchiolaires. [Electron microscopic observations on the ultrastructure of bronchiolar cells.] Les Bronches. 1955; 5: 187–196.
  11. Singh G., Katyal S.L. An immunologic study of the secretory products of rat Clara cells. J. Histochem. Cytochem. 1984; 32: 49–54.
  12. Snyder J., Reynolds S., Hollingsworth J., et al. Clara cells attenuate the inflammatory response through regulation of macrophage behavior. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2010; 42(2): 161–171. DOI: 10.1165/rcmb.2008–0353OC
  13. Determann R., Wolthuis E., Choi G., Bresser P., et al. Lung epithelial injury markers are not influenced by Use of Lower Tidal Volumes during Elective Surgery in Patients without Pre-existing Lung Injury. Am. J. Physiol. Lung. Cell Mol. Physiol. 2008; 294: 344–350.
  14. Negrin L.L., Halat G., Kettner S., et al. Club cell protein 16 and cytokeratin fragment 21–1 as early predictors of pulmonary complications in polytraumatized patients with severe chest trauma. PLoS One. 2017; 12(4): e0175303. DOI: 10.1371/journal.pone.0175303
  15. Lin J., Zhang W., Wang L., Tian F. Diagnostic and prognostic values of Club cell protein 16 (CC16) in critical care patients with acute respiratory distress syndrome. J. Clin. Lab. Anal. 2018; 32(2): DOI: 10.1002/jcla.22262
  16. Sorensen G.L. Surfactant Protein D in Respiratory and Non-Respiratory Diseases. Front. Med. (Lausanne). 2018; 5: 18. DOI: 10.3389/fmed.2018.00018
  17. Мороз В.В., Голубев А.М., Кузовлев А.Н. и др. Сурфактантный протеин D — биомаркер острого респираторного дистресс-синдрома. Общая реаниматология. 2013; 9(4): 11. DOI: 10.15360/1813-9779-2013-4-11. [Moroz V.V., Golubev A.M., Kuzovlev A.N., et al. Surfaktantnyj protein D — biomarker ostrogo respiratornogo distress-sindroma. Obshchaya reanimatologiya. 2013; 9(4): 11. DOI: 10.15360/1813-9779-2013-4-11. (In Russ)]
  18. King B., Kingma P. Surfactant Protein D Deficiency Increases Lung Injury during Endotoxemia. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2011; 44(5): 709–715. DOI: 10.1165/rcmb.2009–0436OC
  19. Said A., Abd-Elaziz M., Farid M., et al. Evolution of surfactant protein-D levels in children with ventilator-associated pneumonia. Pediatr Pulmonol. 2012; 47(3); 292–299. DOI: 10.1002/ppul.21548
  20. Tekerek N.U., Akyildiz B.N., Ercal B.D., Muhtaroglu S. New Biomarkers to Diagnose Ventilator Associated Pneumonia: Pentraxin 3 and Surfactant Protein D. Indian J. Pediatr. 2018; 85(6): 426–432. DOI: 10.1007/s12098-018-2607-2
  21. Park J., Pabon M., Choi A.M.K., et al. Plasma surfactant protein-D as a diagnostic biomarker for acute respiratory distress syndrome: validation in US and Korean cohorts. BMC Pulm. Med. 2017; 17(1): 204. DOI: 10.1186/s12890-017-0532-1
  22. Timsit J.F., Esaied W., Neuville M., et al. Update on ventilator-associated pneumonia. F1000Res. 2017; 6: 2061. DOI: 10.12688/f1000research.12222.1
  23. Reignier J., Darmon M., Sonneville R., et al. Impact of early nutrition and feeding route on outcomes of mechanically ventilated patients with shock: a post hoc marginal structural model study. Intensive Care Med. 2015; 41(5): 875–886. DOI: 10.1007/s00134-015-3730-4
  24. Fitch Z.W., Whitman G.J. Incidence, risk, and prevention of ventilator-associated pneumonia in adult cardiac surgical patients: a systematic review. J. Card. Surg. 2014; 29(2): 196–203. DOI: 10.1111/jocs.12260
  25. Schwebel C., Clecʼh C., Magne S., et al. Safety of intrahospital transport in ventilated critically ill patients: a multicenter cohort study. Crit. Care Med. 2013; 41(8): 1919–1928. DOI: 10.1097/CCM.0b013e31828a3bbd
  26. Bornstain C., Azoulay E., De Lassence A., et al. Sedation, sucralfate, and antibiotic use are potential means for protection against early-onset ventilator-associated pneumonia. Clin. Infect. Dis. 5; 38(10): 1401–1408.
  27. Rello J., Lode H., Cornaglia G., et al. A European care bundle for prevention of ventilator-associated pneumonia. Intensive Care Med. 2010; 36(5): 773–780. DOI: 10.1007/s00134-010-1841-5
  28. Bouadma L., Deslandes E., Lolom I., et al. Long-term impact of a multifaceted prevention program on ventilator-associated pneumonia in a medical intensive care unit. Clin Infect Dis. 2010; 51(10): 1115–1122. DOI: 10.1086/656737
  29. Muscedere J., Sinuff T., Heyland D.K., et al. The clinical impact and preventability of ventilator-associated conditions in critically ill patients who are mechanically ventilated. Chest. 2013; 144(5): 1453–1460. DOI: 10.1378/chest.13-0853
  30. Morris A.C., Hay A.W., Swann D.G., et al. Reducing ventilator-associated pneumonia in intensive care: impact of implementing a care bundle. Crit. Care Med. 2011; 39(10): 2218–2224. DOI: 10.1097/CCM.0b013e3182227d52
  31. Speck K., Rawat N., Weiner N.C., et al. A systematic approach for developing a ventilator-associated pneumonia prevention bundle. Am. J. Infect. Control. 2016; 44(6): 652–656. DOI: 10.1016/j.ajic.2015.12.020
  32. Oostdijk E.A.N., Kesecioglu .J, Schultz M.J., et al. Effects of decontamination of the oropharynx and intestinal tract on antibiotic resistance in ICUs: a randomized clinical trial. JAMA. 2014; 312(14): 1429–1437. DOI: 10.1001/jama.2014.7247
  33. Rabello F., Araújo V.E., Magalhães S. Effectiveness of oral chlorhexidine for the prevention of nosocomial pneumonia and ventilator-associated pneumonia in intensive care units: Overview of systematic reviews. Int. J. Dent. Hyg. 2018; 6(4): 441–449. DOI: 10.1111/idh.12336
  34. DeRiso A.J. II, Ladowski J.S., Dillon T.A., et al. Chlorhexidine gluconate 0.12% oral rinse reduces the incidence of total nosocomial respiratory infection and nonprophylactic systemic antibiotic use in patients undergoing heart surgery. Chest. 1996; 109(06): 1556–1561.
  35. Gjermo P. Chlorhexidine in dental practice. J. Clin. Periodontol. 1974; 1(03): 143–152.
  36. Briner W.W., Grossman E., Buckner R.Y. Effect of chlorhexidine gluconate mouthrinse on plaque bacteria. J. Periodontal. Res. 1986; 21(Suppl. 16): 44–52.
  37. Chan E.Y., Ruest A., Meade M.O., Cook D.J. Oral decontamination for prevention of pneumonia in mechanically ventilated adults: systematic review and meta-analysis. BMJ 2007; 334(7599): 889.
  38. Labeau S.O., Van de Vyver K., Brusselaers N., et al. Prevention of ventilator-associated pneumonia with oral antiseptics: a systematic review and meta-analysis. Lancet Infect. Dis. 2011; 11(11): 845–854. DOI: 10.1016/S1473–3099(11)70127-X
  39. Hua F., Xie H., Worthington H.V., et al. Oral hygiene care for critically ill patients to prevent ventilator-associated pneumonia. Cochrane Database Syst Rev 2016; 10: CD008367.
  40. Coffin S.E., Klompas M., Classen D., et al. Strategies to prevent ventilator-associated pneumonia in acute care hospitals. Infect Control. Hosp. Epidemiol. 2008; 29(Suppl. 1): 31–40.
  41. Muscedere J., Dodek P., Keenan S., Fowler R., Cook D., Heyland D.; VAP Guidelines Committee and the Canadian Critical Care Trials Group. Comprehensive evidence-based clinical practice guidelines for ventilator-associated pneumonia: diagnosis and treatment. J. Crit. Care. 2008; 23(01): 138–147. DOI: 10.1016/j.jcrc.2007.12.008
  42. Klompas M. Oropharyngeal Decontamination with Antiseptics to Prevent Ventilator-Associated Pneumonia: Rethinking the Benefits of Chlorhexidine. Semin Respir Crit. Care Med. 2017; 38(3): 381–390. DOI: 10.1055/s-0037-1602584
  43. Klompas M., Speck K., Howell M.D., et al. Reappraisal of routine oral care with chlorhexidine gluconate for patients receiving mechanical ventilation: systematic review and meta-analysis. JAMA Intern. Med. 2014; 174(05): 751–761. DOI: 10.1001/jamainternmed.2014.359
  44. Price R., MacLennan G., Glen J.; SuDDICU Collaboration. Selective digestive or oropharyngeal decontamination and topical oropharyngeal chlorhexidine for prevention of death in general intensive care: systematic review and network meta-analysis. BMJ 2014; 348: g2197. DOI: 10.1136/bmj.g2197
  45. Klompas M., Li L., Kleinman K., et al. Associations between ventilator bundle components and outcomes. JAMA Intern. Med. 2016; 176(09): 1277–1283. DOI: 10.1001/jamainternmed.2016.2427
  46. Hirata K., Kurokawa A. Chlorhexidine gluconate ingestion resulting in fatal respiratory distress syndrome. Vet. Hum. Toxicol. 2002; 44(02): 89–91.
  47. Kempen P.M. A tale of silent aspiration: are guidelines good for every patient? Anesth. Analg. 2015; 121(03): 829–831. DOI: 10.1213/ANE.0000000000000852
  48. Orito K., Hashida M., Hirata K., et al. Effects of single intratracheal exposure to chlorhexidine gluconate on the rat lung. Drug. Chem. Toxicol. 2006; 29(01): 1–9.
  49. Xue Y., Zhang S., Yang Y., et al. Acute pulmonary toxic effects of chlorhexidine (CHX) following an intratracheal instillation in rats. Hum. Exp. Oxicol. 2011; 30(11): 1795–1803. DOI: 10.1177/0960327111400104
  50. Massano G., Ciocatto E., Rosabianca C., et al. Striking aminotransferase rise after chlorhexidine self-poisoning. Lancet. 1982; 1(8266): 289.
  51. Plantinga N.L., Wittekamp B.H., Leleu K., et al. Oral mucosal adverse events with chlorhexidine 2 % mouthwash in ICU. Intensive Care Med. 2016; 42(04): 620–621. DOI: 10.1007/s00134-016-4217-7
  52. Deschepper M., Waegeman W., Eeckloo K., et al. Effects of chlorhexidine gluconate oral care on hospital mortality: a hospital-wide, observational cohort study. Intensive Care Med. 2018; 44(7): 1017–1026. DOI: 10.1007/s00134-018-5171-3
  53. Klompas M. What is new in the prevention of nosocomial pneumonia in the ICU? Curr. Opin. Crit. Care. 2017; 5: 378–384. DOI: 10.1097/MCC.0000000000000443
  54. Wang L., Li X., Yang Z., et al. Semi-recumbent position versus supine position for the prevention of ventilator-associated pneumonia in adults requiring mechanical ventilation. Cochrane Database Syst. Rev. 2016; 1: CD009946. DOI: 10.1002/14651858.CD009946.pub2
  55. Li Bassi G., Panigada M., Ranzani O.T., et al. Multicenter randomized clinical trial of lateral-trendelenburg vs. semi recumbent position for the prevention of ventilator-associated pneumonia — the GRAVITY-VAP Trial. Intensive Care Med. 2017; 43(11): 1572–1584. DOI: 10.1007/s00134-017-4858-1
  56. Esteban A., Frutos F., Tobin M.J., et al. A comparison of four methods of weaning patients from mechanical ventilation. Spanish Lung Failure collaborative Group. N. Engl. J. Med. 1995; 332: 345–350.
  57. Ely E.W., Baker A.M., Dunagan D.P., et al. Effect on the duration of mechanical ventilation of identifying patients capable of breathing spontaneously. N. Engl. J. Med. 1996; 335: 1864–1869.
  58. Kress J.P., Pohlman A.S., O’Connor M.F., Hall J.B. Daily interruption of sedative infusions in critically ill patients undergoing mechanical ventilation. N. Engl. J. Med. 2000; 342: 1471–1477.
  59. Girard T.D., Kress J.P., Fuchs B.D., et al. Efficacy and safety of a paired sedation and ventilator weaning protocol for mechanically ventilated patients in intensive care (awakening and breathing controlled trial): a randomised controlled trial. Lancet. 2008; 371: 126–134.
  60. Caroff D.A., Li L., Muscedere J., Klompas M. Subglottic secretion drainage and objective outcomes: a systematic review and meta-analysis. Crit. Care Med. 2016; 44: 830–840. DOI: 10.1097/CCM.0000000000001414
  61. Bo L., Li J., Tao T., et al. Probiotics for preventing ventilator-associated pneumonia. Cochrane Database Syst. Rev. 2014; 10: CD009066. DOI: 10.1002/14651858.CD009066.pub2
  62. Zeng J., Wang C.T., Zhang F.S., et al. Effect of probiotics on the incidence of ventilator-associated pneumonia in critically ill patients: a randomized controlled multicenter trial. Intens Care Med. 2016; 42: 1018–1028. DOI: 10.1007/s00134-016-4303-x
  63. Cook D.J., Johnstone J., Marshall J.C., et al. Probiotics: prevention of severe pneumonia and endotracheal colonization trial-PROSPECT: a pilot trial. Trials. 2016; 17: 377. DOI: 10.1186/s13063-016-1495-x
  64. Weng H., Li J.G., Mao Z., Feng Y., et al. Probiotics for Preventing Ventilator-Associated Pneumonia in Mechanically Ventilated Patients: A Meta-Analysis with Trial Sequential Analysis. Front Pharmacol. 2017; 8: 717. DOI: 10.3389/fphar.2017.00717
  65. Bos L.D., Stips C., Schouten L.R., et al. Selective decontamination of the digestive tract halves the prevalence of ventilator-associated pneumonia compared to selective oral decontamination. Intensive Care Med. 2017; 43(10): 1535–1537. DOI: 10.1007/s00134-017-4838-5
  66. Daneman N., Sarwar S., Fowler R.A., et al. Effect of selective decontamination on antimicrobial resistance in intensive care units: a systematic review and meta-analysis. Lancet Infect. Dis. 2013; 13: 328–341. DOI: 10.1016/S1473–3099(12)70322–5
  67. Russell C.J., Shiroishi M.S., Siantz E., et al. The use of inhaled antibiotic therapy in the treatment of ventilator-associated pneumonia and tracheobronchitis: a systematic review. BMC Pulm. Med. 2016; 8; 16: 40. DOI: 10.1186/s12890-016-0202-8
  68. Póvoa F.C.C., Cardinal-Fernandez P., Maia I.S., et al. Effect of antibiotics administered via the respiratory tract in the prevention of ventilator-associated pneumonia: A systematic review and meta-analysis. J. Crit. Care. 2018; 43: 240–245. DOI: 10.1016/j.jcrc.2017.09.019