医院水环境是耐碳青霉烯细菌的储菌库？

dearhang

检索/校对：乔甫
翻译/整理：孔懿


一直以来，医院水环境在医院感染的传播过程中都扮演着重要的角色，但是其对耐碳青霉烯细菌有什么影响呢？是否会成为其储菌库呢？


在过去的20年里，约32篇文章涉及医院水环境中存在耐碳青霉烯的多重耐药菌，其中约一半发生在2010年后。大部分的文章报道的感染暴发发生在重症监护室，受影响最深病人是重症患者和免疫抑制的患者。


排水管、水槽、自来水龙头是微生物最常被定植的区域，其中铜绿假单胞菌最为常见。Imipenemase（IMP），肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（Klebsiella pneumonia carbapenemase, KPC），和维罗纳整合子编码的金属-β-内酰胺酶（Verona integrin-encoded metallo-B-lactamase, VIM）是最常见的碳青霉烯酶。


几乎所有的研究都采用分子分型方法，其中脉冲场凝胶电泳是最为普遍。72%的研究显示控制感染暴发的措施只能清除三分之一来自水环境的微生物。而集束化的干预措施可能更成功，其中包括强化总体感染控制策略，并结合化学消毒。但研究者们仍不确定哪种消毒方法最合适，但为了长久保持洁净必须去除水中的定植菌。





前言


在最近10-15年，临床相关的耐碳青霉烯的细菌（carbapenem-resistant organisms, CROs）,包括铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌和肠杆菌属，已经在全球广泛传播。编码重要碳青霉烯酶的基因包括：肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（KPC），苯唑西林酶-48（oxacillinase-48, OXA-48）和金属-B-内酰胺酶，它们经常通过基因转移元件如质粒在细菌之间传递。而这类型感染因治疗选择有限和高死亡率变得更加危险。所以正确认识储菌库、常见CROs的传递以及可传递的碳青霉烯酶是研究的重点。


医院为细菌的相互作用、增殖和感染易感人群提供了独特的场所。医院内的水环境，包括饮用水、（自来水管）龙头、水槽的表面和污水排放系统（排水沟、水槽／淋浴器、马桶、排水管），都可能成为院内致病菌的储菌库，如多重耐药的肠杆菌属、假单胞菌属和鲍曼不动杆菌。这些多重耐药菌（对3种以上抗生素耐药）的流行不断上升，它们将逐渐成为医院内环境的主要菌群。确定有效的感染控制（infection control, IC）策略，其能够去除环境储菌库，以及预防多重耐药菌在病人和环境中传播，这样可能可以减少潜在致命感染的暴发。本综述的目的是总结所有相关的文献，其中内容包括在医疗环境水中常见CROs，CROs在环境和患者中传递的证据，成功地结束暴发的感染控制措施以及从环境中去除CROs的方法。


方法
在PubMed上使用以下医学主题词（Medical Subject Headings, MeSH）和文本术语：（enterobacter* 或 pseudomon*或acinetobacter）和 （drain 或 sink 或 shower 或 faucet 或hospital water）（搜索日期：2016年三月7-9日）进行检索。所有的摘要均以英文、法语、或德语撰写，搜索年限自1967年到搜索当天。以下文章将被剔除：全文无法从PubMed或牛津大学上获得、研究不是在重症监护中心发生、文章涉及的医院污水远离患者护理区、未鉴定出致病菌。同时也回顾了选中文章中参考文献中的相关研究。


结果
搜索和筛查的结果如图1所示。全球的分布情况，来自欧洲的研究16篇，亚洲的研究7篇，北美的研究6篇，和澳洲的研究3篇（图2）。各项研究的人群类型、科室类型如表1所示。


患者的采样策略和CRO感染／定植的危险因素
31项研究中共计926为患者，其中定植患者184位、感染患者189位、未具体说明的553位。在22项研究对患者实施主动筛查，采样的部位各异（拭子标本包括直肠、鼻腔、喉咙、腹股沟、腋窝、会阴处、伤口、和插管处，标本类型包括痰液、尿液、粪便、气管吸引、血液、和胃管）和采样的频率（每周两次、每周一次或两周一次）。患者感染或定植的比率在1.6%到26.7%（8项研究报道。4项研究分析了定植／感染的危险因素，其中危险因素包括曾手术、患者的位置、长期机械通气、老年、烧伤、长期住院和饮用从污染的分配器中茶水。10项研究记录了感染／定植前的住院时间，从1天到134天。18项研究评估了死亡率，平均值在25.7%（0%到85%）。但是，两项研究没有评述是否死亡是由研究中讨论的细菌引起。


环境采样策略
医院水环境的研究包括从各种水环境采样，其中包括龙头（n=18），排水系统（n=17），水槽的表面（n=16）和水（n=14）。26篇文献还采集了其他的环境标本，如医疗设备、患者的环境、消毒液／液体皂、肠内营养、职工区域和空气。采集的方法各异但主要是湿润的棉拭子／水的不同采样量。只有5篇研究详细描述了水槽和排水系统的设计。


所有的研究均发现在水环境中存在相关的CROs，大部分存在与排水管／淋浴器、水槽表面和龙头（表2）。32篇研究中的15篇文章提到CROs发现在其他的部位。6项研究采集了医务人员的手；同时有两项研究，1项研究，1项还分别采集了咽喉部、直肠和鼻腔的样本。所有的研究均未检测到医务人员被CRO定植。


CROs研究
研究的细菌包括铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌、恶臭假单胞菌、鲍曼不动杆菌和各种肠杆菌属（表3）。17项研究进行了碳青霉烯酶的分子学检测。检测到基因包括blaIMP (n = 6), blaKPC (n = 5), blaVIM (n = 4), blaNDM (n = 1), and blaGIM (n = 1) （表3）。7项研究涉及肠杆菌属的多个种型，并显示在种属和种型之间存在耐药基因的传递，特别是体外试验检测到blaIMP和blaKPC。


微生物和分型方法的开展
11项研究详细阐述了微生物培养和鉴定的方法，7篇文章没有描述检测方法。使用的培养基和生物化学方法有所不同。两篇文献中患者的标本在营养肉汤中培养，但其中只有1篇文献根据美国CDC的指南补充了碳青霉烯药敏实验。26项研究报道了抗生素药敏实验，其中包括纸片法、微量肉汤稀释法、E实验和PCR。32篇中7篇没有报告敏感性。16项研究中8项报道CROs只对多粘菌素B敏感。4篇研究没有检测多粘菌素的敏感性，CROs只对阿米卡星敏感。在剩下的13篇文献中对喹诺酮、替加环素、磷酶素、其他氨基糖苷类和B-内酰胺类抗生素敏感性各异。一篇文献报道引起暴发的微生物（KPC-肺炎克雷伯菌）由最初的对庆大霉素、替加环素和粘菌素敏感后，对所有的抗生素均耐药。除两篇文献所有文章均进行分子学分型，大部分采用脉冲场凝胶电泳法（表4）。


CRO的传递和IC的干预
除了1篇文章外（只讨论了环境中的微生物）所有的文章均探讨了患者和环境的微生物。所有发现存在环境微生物传递给患者的证据的文章，均基于流行病学的联系和／或同样的抗生素敏感性分型／分子学分型（表4）。


9篇文献报道由于违反IC造成的感染暴发。内容包括糟糕的水槽设计，使用水槽处理污染的临床垃圾，在水槽和水闸附近储存患者清洁的衣物，重复使用未消毒的外科织物并在膀胱镜检查室打开排水系统，使用同一个刷子清洁不同的水池，清洁下一个水池前未消毒刷子，已堵塞污水的管路和存在管路裂缝，未彻底清洁淋浴间的排水管路。其中一篇文章报道非手触式传感器为储菌库。


27篇文章报道通过干预措施清除CROs。二十五篇文章报道的干预措施包括：水环境的去定植，使用的方法包括：化学消毒（醇类、氯化、醛类、双胍、次氯酸钠、乙酸、过氧化氢、硝酸银、热水、和压力蒸汽），无菌水用于高危的患者护理，分配只用于洗手的水池，更换污染的设施、龙头、水槽或排水系统（图3）。两项研究包括清洁或消毒水环境，但未给出具体细节。两篇文献描述了清洁病房的材料但未提供消毒水环境的具体方法。


22篇文章报道加强全面的IC策略，其中包括接触隔离、严格手卫生制度、主动监测、强化清洁和消毒的方法、审计、教育培训。25篇文章报道特殊的环境干预措施，22篇文章报道其成功终止临床的感染暴发，其中超过三分之一清除了环境中的致病菌（图3）。成功消毒储水库干预措施包括：水槽和水龙头（细节未给出），每周清洁水槽，使用醋酸／热水通下水道，将所有的患者转移到专门的隔离单元，使用过氧化氢蒸汽进行消毒，非触摸式水龙头替换传统水龙头，更换水槽和排水系统。Kouda等报道成功案例但未给出干预的具体细节。22篇文章中只有7篇记录其干预措施后成功持续的时间，时间范围在2个月到3.5年。10篇研究的作者回复了我们对于后续情况的了解。其中7项研究未再发生所报道微生物的感染暴发。Kouda等将其成功归因停止使用小便池和更换拖把的使用方式（未给出细节）。Snitkin等偶尔从排水系统中分离出CROs，但并不是最初造成感染暴发的致病菌。Wendel等报道虽然加强了IC的措施，并禁止在水槽附近存储患者物品，仍有散发的感染病例并从环境中分离到致病菌，但文章并没有做进一步的细菌同源性分析。Seara等报道2015年曾发生7例感染，但2016未再发生。他们发现使用过氧化氢蒸汽对环境进行消毒十分有效。Aspelund等报道在更换水槽后暴发致病菌又再次出现，但自从2015年7月进行每周使用乙酸／热水冲刷水槽排水管和垃圾管，再未出现感染病例，也未再从环境中分离到致病菌。







讨论
医院水环境成为CROs的储菌库
排水管路、水槽和水龙头是最常见的CROs的储菌库。其他还包括便携式的洗头盆，水样本、饮水分配器、马桶刷，淋浴设施（表2）。这些储菌库的产生最初可能是被感染的患者所污染。巨大的复杂的与建筑地基连接在一起的排水系统可能存在死角和已腐蚀的区域，各种营养和微生物负载、合适的水温都促进了细菌的定植和生物膜的形成。一旦定植，它们可通过污水排放系统进一步繁殖，将储菌库与水槽末梢连接起来，通过直接或非直接的方式，使水与其他患者发生接触。


最常见的致病菌为铜绿假单胞菌（41%文献），其分布于所有的储水池。鲍曼不动杆菌大部分时候被发现在水槽的面盘上，肠杆菌科的细菌大多是存在于排水管路中。这些发现可能反映了不同细菌的不同生物特性，如假单胞菌属和不动杆菌属为环境定植菌可以在低营养的环境的中生存，而肠杆菌属主要来源于人体，它们主要集聚在排水管，这可能体现了不同的生态系统，和来自患者的排泄物的直接接种。但所有这些微生物均可以在水系统中生成生物被膜。了解每种微生物的定植特点对于指导监测策略，感染暴发研究和IC干预措施十分有帮助。


由于碳青霉烯酶基因可以通过基因转移元件进行水平传播，碳青霉烯酶成为耐碳青霉烯的主要耐药机制，并时刻准备着在环境储菌库中相互传递。Tofteland等发现有证据证明环境的blaKPC质粒可以在肺炎克雷伯菌间传递，Betteridge等总结肠杆菌科的细菌在环境中会发生属间的质粒传递。当发生CRO感染暴发时，应对耐药基因及其相关的转移元件进行研究。尽管如此，只有56%的研究确定其产碳青霉烯酶。先前的报道中最常见的酶包括blaIMP，blaKPC，和blaVIM。表型的监测可以促进发现碳青霉烯酶。


在医院水环境和患者之间发生CRO的传递


几乎的所有的研究都基于表型分型或基因分型来证明CRO在环境和患者发生传递，但许多研究使用相对较差方法。14项研究使用>1种以上的基因分型方法（表4），以达到更高的分辨率。尽管如此，传播的途径仍然很难鉴别，可能由于有限的采样量和分型方法。全基因组测序（Whole-genome sequencing, WGS）是一种高分辨率的分析方法，最近已越来越广泛的用于感染的暴发和传递的研究。另两项研究使用了WGS，Snitkin等指出其优势包括可确认单克隆体的感染暴发，以及发现超出预期的传播途径，在最新的耐粘菌素的菌株中追踪潜在的感染变异。


先前的研究发现医务人员（HCW）可能促进了多重耐药菌在医院内的传播。尤其，在研究综述中，没有证据证明存在HCW被定植。然而，只用19%的文献对医务人员进行评估，也许低估了HCWs在CRO传播中的作用。其他的因素可能包括不恰当的采样时间，以及采样过程中医务人员可能会意识到自己正在被观察。尽管缺乏HCW的定植信息，10项研究仍认为HCW与CRO的传播有关。其中一篇文献报道在只有医务人员出入的治疗室的水池中检测到定植。大部分文献提到在加强了以下IC措施后，感染的传播明显减少，其中包括：加强手卫生和接触隔离。但是关于HCW在CRO传播中的作用仍不清楚。


住院患者有许多机会与水环境和污水池接触。传播可能源于直接或非直接的接触，或者来自与水有关的活动中的产生的飞沫，所以需要强调供水系统和污水排放系统的设计从而减少风险。7项研究发现糟糕的管路设计或水槽、排水、储水池可能造成感染的暴发。洗手盆设计的指南要求能够容纳所有溅出水花的大水槽，水龙头不要与下水口设计在一条直线上，以减少气溶胶的形成，不要使用塞子或防溢水口，并确保洗脸盆不用于处理患者的医疗废弃物。


有效的IC策略
大部分IC的策略包括：一揽子的方案来加强所有IC措施，消毒、更换储水槽等，但很难弄清单一的措施对控制感染的贡献。在许多研究中加强总体IC措施可以减少感染的发生，但经常不能彻底解决暴发。


化学消毒是清除环境中鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌最有效的方法。当水龙头被铜绿假单胞菌污染时，使用醛类或热水是最有效的方法，如果是肠杆菌属可以使用漂白粉、过氧化氢蒸汽或紫外线照射。清除水池中定植的鲍曼不动杆菌可以使用漂白粉或过氧化氢蒸汽，但是化学消毒法对肠杆菌属效果一般。当排水系统被定植，一些成功的案例报道可使用漂白粉或过氧化氢蒸汽。一项研究报道每周使用醋酸／热水消毒水槽和排水系统，最终成功得抑制排水系统中微生物的生长。使用过氧化氢蒸汽是目前最好的方法，但价格昂贵，并且对液体和泡沫没有效果。一些文章认为漂白粉、热水、紫外线和醛类消毒剂效果较好，但也有部分文献报道使用后失败。其他一些消毒剂也未获得成功（图3）。需要注意的是，消毒剂的浓度和配置各异，只有当这些参数标准化后才可进行统一比较。


总地来水，最成功的干预措施是更换存在储菌库的设备（表3）。67%由水龙头污染铜绿假单胞菌引起的暴发，最后更换了水龙头。更换给水／排水系统和水槽通常能成功清除肠杆菌属的定植，但不能清除铜绿假单胞菌。其他策略包括重新设计排水系统或水槽，为高危患者提供无菌水，禁止在水槽附近存储患者的清洁物品。这些举措可能对其他水环境相关感染的细菌同样有效，它们拥有其他耐药机制，如广谱的β-内酰胺酶。表2列出了目前国内和国际上关于预防控制CROs的推荐指南，没有任何组织推出关于环境采样或化学消毒的相关指南。




















参考文献：The Hospital Water Environment as a Reservoir for Carbapenem-Resistant Organisms Causing Hospital-Acquired Infections—A Systematic Review of the Literature. Clinical Infectious Diseases, 2017: 1435-1444

图文编辑：小小牧童

审稿：孙庆芬 赵静