Pneumonie
Autoren
Santiago Ewig und Sören Gatermann

Nosokomiale Pneumonie: Mikrobiologische Diagnostik – Aussagekraft quantitativer Kulturen respiratorischer Sekrete

Über etwa zwei Dekaden wurde eine Fülle von Untersuchungen durchgeführt, um die Aussagekraft quantitativer Kulturen respiratorischer Sekrete als unabhängiges Kriterium für das Vorliegen einer nosokomialen Pneumonie zu evaluieren. Das Problem einer unabhängigen Referenz erwies sich dabei als nicht lösbar. Sowohl klinische als auch histologische Kriterien ergaben vielmehr kaum überwindbare Limitationen. Ebenso konnte nicht konsistent nachgewiesen werden, dass eine invasive bronchoskopische Diagnostik unter Einschluss quantitativer Kulturen hinsichtlich der Endpunkte Überleben, Dauer der Behandlung auf der Intensivstation und Verbrauch antimikrobieller Substanzen einem nichtinvasiven Vorgehen und qualitativen Kulturen überlegen sind. Andererseits konnte der grundsätzliche Zusammenhang von Keimlast und Wahrscheinlichkeit des Vorliegens einer Pneumonie sowohl klinisch als auch tierexperimentell bestätigt werden, sodass quantitative Kulturen zumindest zu einer entsprechenden Diagnosestellung beitragen können. Zudem ergeben sie ggf. den zugrundeliegenden Erreger. Die Rekonstruktion dieses langen Erkenntnisprozesses erscheint relevant, da ein hohes kritisches Methodenbewusstsein entstanden ist, hinter das zukünftige Untersuchungen nicht zurückfallen sollten.

Ziele der mikrobiologischen Diagnostik

Da die klinische Diagnostik immer nur eine Verdachtsdiagnose ergibt, stellt sich die Frage, welchen Beitrag die mikrobiologische Diagnostik in der Evaluation dieser Verdachtsdiagnose erbringen kann.
Die mikrobiologische Diagnostik ergibt in zweifacher Weise behandlungsrelevante Informationen (Abb. 1):
  • Sie ergibt (anders als bei der ambulant erworbenen Pneumonie) ein zusätzliches Kriterium zur Beurteilung, ob überhaupt eine Pneumonie vorliegt. Zu diesem Zweck werden aus Kulturen von Sekreten der unteren Atemwege Keimzahlen quantitativ oder zumindest semiquantitativ angegeben und anhand anerkannter Grenzwerte bewertet.
  • Sie dient darüber hinaus (wie auch bei der ambulant erworbenen Pneumonie) der Erregerdiagnostik als Grundlage einer möglichst gezielten antimikrobiellen Therapie.
Die methodischen Grundlagen der quantitativen Kulturen wurden bereits im Kap. Mikrobiologie: Methodik der Probengewinnung dargestellt. Im Folgenden erfolgt eine kritische Darstellung der Aussagekraft quantitativer bzw. semiquantitativer Kulturen als unabhängiges Kriterium für die Diagnose einer nosokomialen Pneumonie.

Mikrobiologische Diagnostik zur Evaluation des Verdachts auf das Vorliegen einer Pneumonie

Quantitativ-kulturell basierte Diagnostik

Die Evaluation der quantitativ-kulturell basierten Diagnostik hat eine Reihe von Forschergruppen über Jahrzehnte beschäftigt und grundsätzliche Kontroversen erzeugt. Nachgerade haben sich regelrechte Schulen gebildet. Ein weithin anerkannter Konsens konnte nicht erzielt werden; die Kontroverse kam erst durch „Outcome“-gezielte Studien zu einem vorläufigen Ende, in denen nicht nach den operativen Charakteristiken bestimmter Techniken gefragt wurde, sondern danach, ob es in Abhängigkeit vom Einsatz verschiedener Techniken Unterschiede in Krankenhaus-Letalität, Liegedauer auf der Intensivstation und Verbrauch antimikrobieller Substanzen gibt. Gleichzeitig verschob sich die Perspektive der diagnostischen Forschung hin zur Evaluation von Biomarkern.
Die Nachzeichnung der damaligen Studien und ihrer Diskussionen ist jedoch auch heute von hoher Relevanz. Denn zum einen haben sie einen Komplexitätsgrad erreicht, der in dieser Form kaum dauerhaft gegenwärtig bleiben dürfte; manche rezenten Untersuchungen und auch Leitlinien-Empfehlungen sind bereits deutlich unterkomplex in ihrem Verständnis für die Limitationen der Methodik. Zum anderen ist ein Bewusstsein für die Einsichten in die methodischen Probleme grundlegend für die Interpretation quantitativ-kulturell basierter Diagnostik, wenn diese heute „routinemäßig“ zum Einsatz kommt.

Arbeitsgruppen und Fragestellungen

Die entscheidenden Beiträge zur Evaluation der operativen Charakteristiken bestimmter Techniken haben die vier Arbeitsgruppen um Fagon/Chastre (Paris), Torres (Barcelona), Marquette (Lille) und Papazian (Marseille) geliefert. Diese wurden durch wichtige Beiträge überwiegend aus Frankreich, Spanien und den USA flankiert.
Die zentralen Fragestellungen umfassten:
  • Welche Aussagekraft hat die klinische Diagnostik für das Vorliegen einer VAP (siehe Kap. Diagnose der nosokomialen Pneumonie)?
  • Welche Aussagekraft haben quantitative Kulturen bronchoskopisch gewonnener Sekrete (entweder durch die geschützte (PSB) oder durch bronchoalveoläre Lavage (BAL)) hinsichtlich des Vorliegens einer VAP?
  • Welche Aussagekraft haben entsprechend quantitative Kulturen von Tracheobronchialsekreten?
Spätere Beiträge anderer Arbeitsgruppen haben sich mehr mit nichtbronchoskopischen Techniken zur Gewinnung respiratorischer Sekrete aus den tiefen Atemwegen beschäftigt (katheterbasiert, blind vs. gezielt).
Im Verlauf der Diskussion wurden drei Komplexitätsstufen durchlaufen:
  • die erste Stufe mit klinischen Kriterien als Referenz für das Vorliegen einer Pneumonie,
  • die zweite Stufe der Histologie bzw. quantitativen Kulturen von Gewebshomogenaten als Referenz,
  • schließlich (im Zuge der post-mortem Studien) die Stufe der Relativierung der Histologie als Referenz.

Wert quantitativer Kulturen bronchoskopisch gewonnener Sekrete (durch PSB oder BAL bzw. Tracheobronchialsekrete)

Referenz: klinische Kriterien

Die ersten Untersuchungen zur Validierung diagnostischer Techniken erfolgten auf der Grundlage einer (von den Arbeitsgruppen unterschiedlich zusammengesetzten) multidimensionalen klinischen Referenz. Diese umfasste CT-Befunde, Ergebnisse der mikrobiologischen Diagnostik (Blutkulturen, Punktate) sowie eine Verlaufsbeurteilung mit Therapieansprechen bzw. Tod, ggf. auch Obduktionsergebnisse (Fagon et al. 1988, 1989; Torres et al. 1989; Marquette et al. 1993; El-Ebiary et al. 1993; Aubas et al. 1994). Vereinzelt wurden – methodisch fragwürdig – die Ergebnisse bronchoskopischer Techniken als Referenz zur Validierung nichtinvasiver Techniken herangezogen (Jourdain et al. 1995).
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen waren für die quantitativen Kulturen durchweg günstig; die Sensitivität betrug ca. 80 %, die Spezifität ca. 90 %. Dabei lag die Sensitivität für die PSB tendenziell eher niedriger, die Spezifität eher höher, bei der BAL war der Trend umgekehrt. Bereits zu diesem Zeitpunkt berichtete die Pariser Arbeitsgruppe die besten Ergebnisse.
In der Konsensus-Konferenz von 1992 wurden klinische Kriterien für eine Pneumonie differenziert zusammengefasst (Pingleton et al. 1992, Tab. 1). Es wird deutlich, dass diese Kriterien entweder zu streng waren, sodass kaum ein Fall als „sichere“ VAP identifiziert werden konnte, oder selbst das Kriterium beinhalteten, das erst diagnostisch evaluiert werden soll (PSB, BAL). Letzteres bedeutet einen Zirkelschluss.
Tab. 1
Klinische Kriterien einer VAP entsprechend Konsensus-Konferenz 1992
Sichere Pneumonie
Wahrscheinliche Pneumonie
Radiologische Evidenz, vorzugsweise durch CT, für das Vorliegen einer Abszedierung und Erregernachweis in Feinnadelpunktion
Positive quantitative Kultur aus PSB oder BAL
Histologischer Nachweis einer Pneumonie in offener Lungenbiopsie oder post-mortem Präparaten (Abszess oder Konsolidierung mit reichlich polymorphkernigen Granulozyten) plus Erregernachweis in quantitativen Kulturen des Gewebshomogenats (> 104 KBE/g Gewebe)
Positive Blutkultur ohne andere Infektionsquelle, vorzugsweise mit demselben Erreger wie dem in respiratorischen Sekreten
 
Positive Kultur im Pleuraerguss, vorzugsweise mit demselben Erreger wie dem in respiratorischen Sekreten
 
Histologischer Nachweis einer Pneumonie in offener Lungenbiopsie oder post-mortem Präparaten (Abszess oder Konsolidierung mit reichlich polymorphkernigen Granulozyten) plus Erregernachweis in quantitativen Kulturen des Gewebshomogenats (< 104 KBE/g Gewebe)
Offensichtlich kann ohne unabhängige Referenz nur sehr begrenzt eine Aussage zum Wert diagnostischer Methoden getroffen werden.

Referenz: post-mortem Histologie

Allgemeines

Im Jahre 1994 wurde von der Arbeitsgruppe von Torres nach methodischen Vorarbeiten anderer Autoren (Chastre et al. 1984; Rouby et al. 1992) eine Studie mit Histologien als Referenz publiziert, die abweichend von den bisherigen Ergebnissen höchst ungünstige operative Charakteristika erbrachte (Torres et al. 1994). Die Sensitivitäten von quantitativen Kulturen aus PSB, BAL und Tracheobronchialsekret lagen bei 36, 50 und 44 %, die Spezifitäten bei 50, 45 und 48 %. Diese Daten begründeten erstmals eine grundsätzliche Skepsis der quantitativ-kulturellen Methode gegenüber.
In kurzer Zeit folgten dann die entsprechenden Studien anderer Arbeitsgruppen, weitgehend zeitgleich inspiriert durch die Konsensus-Konferenz von 1992 (Marquette et al. 1995; Papazian et al. 1995; Chastre et al. 1995). Diese Studien erbrachten höchst diverse Ergebnisse. Während die Pariser Arbeitsgruppe für quantitative Kulturen aus PSB und BAL Sensitivitäten von 82 und 91 % und Spezifitäten von 89 und 78 % berichtete, lagen die entsprechenden Sensitivitäten für quantitative Kulturen aus PSB, BAL und Tracheobronchialsekret bei Marquette et al. mit 58, 47 und 55 % nahe bei Torres, die Spezifitäten mit 89, 100 und 85 % nahe bei der Pariser Arbeitsgruppe; ähnliche Ergebnisse berichtete Papazian et al. (42, 50 und 80 % bzw. 95, 95 und 80 %).
Methodisch sind bei diesem Ansatz eine Fülle von Grundproblemen zu beachten. Nur eine detallierte Analyse erlaubt daher eine Bewertung der diversen Ergebnisse.

Limitationen des post-mortem Settings

Problem der Patientenselektion
Das post-mortem Setting hat inhärente Limitationen. Verstorbene Patienten stellen naturgemäß eine Negativselektion dar, die weder vonseiten der Patientencharakteristika noch der diagnostischen Situation umstandslos einen Rückschluss auf den diagnostischen „Normalfall“ erlaubt. Naturgemäß ist die Gruppe der „early onset“ Pneumonie stark unterrepräsentiert.
Technische Aspekte der post-mortem Gewebsgewinnung
Technischen Aspekten der post-mortem Gewebsgewinnung kommt eine wichtige Rolle zu; dazu gehören der Ort der Gewebsentnahme und die Anzahl der Biopsien. Ein diesbezüglicher Vergleich der sieben Studien zeigt erhebliche Unterschiede (Tab. 2).
Tab. 2
Wahl der diagnostischen Technik, der Gewinnung respiratorischen Sekrets sowie der Entnahmestellen für pulmonale Referenzmethoden
 
Chastre et al. 1984
Rouby et al. 1992
Torres et al. 1994
Marquette et al. 1995
Chastre et al. 1995
Papazian et al. 1995
Kirtland et al. 1997
Untersuchte diagnostische Technik
PSB
Mini-BAL
TBAS, PSB, BAL, TTP
TBAS, PSB, BAL
PSB, BAL
TBAS, PSB, mini-BAL, BAL
TBAS, bl-PSB, oA-PSB, uA-PSB, BAL
Ort der Gewinnung respir. Sekrets
S8 li
Blind
Infiltratmaximum, ansonsten in Unterlappen
Infiltratmaximum, ansonsten in abhängigen Segmenten
S3/S8 li
Infiltratmaximum bzw. blind (mini-BAL)
Infiltratmaximum
Umfang der Lungengewebsuntersuchung
Lokal
Eine ganze Lunge
Lokal
Eine ganze Lunge
Lokal
Eine ganze Lunge
Lokal
Ort der Gewinnung des Lungengewebes
S8 li
Unter Sicht (normale und abnormale Areale)
Beidseits peripher, geleitet durch Licht des Bronchoskops
Unter Sicht (abnormale Areale)
S3/S8 li (normale und abnormale Areale)
Unter Sicht (abnormale Areale)
Peripher, geleitet durch Licht des Bronchoskops
Anzahl der Lungengewebsproben
Kulturen: 6 (5 mm3)
Histol.: 1 (1 cm3)
Kulturen: mehrere in abnormalen Arealen (1 cm3)
Histol.: 5–10 pro Segment
Kulturen und Histol.: je 1 pro Seite (8 cm3)
Histol.: 2 pro Segment (je 1 mm3)
Kulturen: 6 pro Segment
Histol.: 2 pro Segment (je 5 mm3)
Kulturen und Histol.: 6–10 pro Segment (keine Größenangabe)
Histol.: eine Probe (2 × 3 cm)
TBAS = tracheobronchiale Aspirate; PSB = geschützte Bürste; BAL = bronchoalveoläre Lavage; TTP = transthorakale Punktion; bl = blind; oA = obere Atemwege; uA = untere Atemwege
Die nosokomiale Pneumonie ist durch eine multifokale Ausbreitung vor allem in den abhängigen Lungensegmenten gekennzeichnet. Dies bedeutet, dass
1.
in der Nähe von völlig normalen Arealen ausgedehnte pneumonische Veränderungen vorliegen können und dass
 
2.
Biopsien in nichtabhängigen Lungensegmenten die Pneumonierate unterschätzen.
 
Daher müssen Studien, die sich auf eine einzige Biopsie oder eine kleine Anzahl von Biopsien beschränken bzw. vorwiegend oder ausschließlich nichtabhängige Lungensegmente untersucht haben, als methodisch ungenügend betrachtet werden. Eine ausreichende Repräsentativität der Ergebnisse ist vielmehr nur zu erwarten, wenn eine umfassendere Untersuchung einer Lunge vorgenommen wird. Selbst die Beschränkung auf eine Lunge erscheint nicht optimal, da eine verlässliche Korrelation von klinischen Zeichen einer Pneumonie des individuellen Patienten mit definierten Kriterien für das Vorliegen einer Pneumonie nur möglich ist, wenn entsprechende Aussagen für beide Lungen des Patienten getroffen werden können. Dabei erscheint es angemessener, die Proben aus Arealen mit makroskopischen Auffälligkeiten zu entnehmen als eine Probengewinnung in definierten Arealen vorzunehmen. Bilaterale multiple Biopsien aus verschiedenen definierten Lungensegmenten können einen möglichen Kompromiss darstellen. Eine ausreichende Größe der Gewebsproben muss dabei sichergestellt werden.
Die Lungengewebsproben sollten in denselben Arealen entnommen werden, in denen auch respiratorisches Sekret gewonnen wurde. Diese Voraussetzung wird in einigen Arbeiten eher suggestiv erfüllt (z. B. durch Angaben wie: „in der Peripherie bronchoskopisch untersucht und biopsiert“). Einige Autoren haben versucht, durch Orientierung der Biopsieentnahme am Licht der Spitze des Bronchoskops diese Relation besser sicherzustellen. Auch diese Technik bietet jedoch keine sichere Gewähr, dass genau einander entsprechende Areale untersucht werden. Das wahrscheinlich optimale Vorgehen, das jedoch in keiner der in Tab. 2 dargelegten Studien beachtet wurde, besteht hier darin, eine gewonnene Lungengewebsprobe in der Mitte zu halbieren und die Hälften der mikrobiologischen bzw. histologischen Untersuchung zuzuführen.
Zeitpunkt der Entnahme der Biopsien post-mortem
Der Zeitpunkt der Entnahme von Biopsien ist kritisch. Da der Tod der Patienten naturgemäß nicht vorhersagbar ist, ergibt sich die Schwierigkeit, dass entweder alle verstorbenen Patienten unabhängig von einem klinischen Verdacht auf eine Pneumonie nach Eintritt des Todes untersucht werden müssen oder ein gewisses Zeitfenster zwischen der aufgrund eines konkreten klinischen Verdachts auf eine Pneumonie vorgenommenen Diagnostik und dem Todeszeitpunkt in Kauf genommen werden muss. Ersteres Vorgehen hat den Nachteil, dass strenggenommen nur eine Punkt-Prävalenz der Pneumonie untersucht wird, ohne exakt angeben zu können, ob die wie auch immer definierte Pneumonie ein klinisch relevantes Korrelat hat. In diesem Zusammenhang erhebt sich z. B. die prinzipiell unbeantwortbare Frage, ob eine einzige positive Histologie in mehreren Proben aus einer Lunge bereits einer klinisch symptomatischen Pneumonie entspricht, die in vivo Anlass zu einer Diagnostik geben würde. Wird andererseits aber ein Zeitfenster in Kauf genommen, stellt sich stets die Frage, ob und in welchem Umfang zwischenzeitliche Entwicklungen stattgefunden haben, die eine Auswertung verfälschen. Man wird konzedieren müssen, dass bei einem letztlich verstorbenen Patienten in dem von einigen Autoren gewählten Zeitfenster von z. B. 48 h potenziell erhebliche Entwicklungen (im Sinne einer Progression oder, seltener, auch Resolution der Pneumonie) abgelaufen sein könnten (Tab. 3).
Tab. 3
Pneumoniestatus im Laufe der Intensivbehandlung, Untersuchungen zu Lebzeiten und Korrelation von diagnostischen Ergebnissen mit klinischem Status unmittelbar vor dem tödlichen Ausgang
 
Chastre et al. 1984
Rouby et al. 1992
Torres et al. 1994
Marquette et al. 1995
Chastre et al. 1995
Papazian et al. 1995
Kirtland et al. 1997
Pneumoniestatus bis Tod
Keine Angaben
Keine Angaben
37 % VAP, 17 % Aspirations- pneumonie, 7 % Infiltrate bei KMT
4 % AEP, sonst keine Angaben
Vorherige VAP ausgeschlossen durch PSB/BAL
5 % AEP, sonst keine Angaben
Keine Angaben
Mikrobiologische Untersuchung binnen 48 h vor Tod
Nein
Ja
Nein
Ja
Nein
Nein
Nein
Korrelation von diagnostischen und post-mortem-Ergebnissen mit klinischen Zeichen einer VAP
Keine Angaben
Keine Angaben
Verdacht bei 70 % 24 h vor Tod
Keine Angaben
Keine Angaben
Verdacht bei 42 % nach 2 ×/Woche bestimmtem CPIS-Score
Korrelation zu einzelnen klinischen Pneumoniezeichen
AEP = ambulant erworbene Pneumonie; VAP = Ventilator-assoziierte bzw. Beatmungspneumonie; KMT = Knochenmarktransplantation; CPIS = clinical pulmonary infection score
Validität der Histologie als Referenz
Die Angabe „Histologie“ als Referenzmethode ist ungleich diverser und komplexer als es scheint. Es ergeben sich erhebliche Unterschiede, ob die Auswertung auf der Basis von Patienten oder von Gewebsproben, von Histologien allein oder zusätzlich bzw. in Kombination mit quantitativen Kulturen von Gewebshomogenaten erfolgt, wie eine „Pneumonie“ klassifiziert wird und welche Art von Erregern überhaupt als pathogen akzeptiert wird. Tab. 4 zeigt, dass auch hinsichtlich all dieser Punkte erhebliche Divergenzen bestanden.
Tab. 4
Wahl der Referenzmethode
 
Chastre et al. 1984
Rouby et al. 1992
Torres et al. 1994
Marquette et al. 1995
Chastre et al. 1995
Papazian et al. 1995
Kirtland et al. 1997
Basis der Berechnungen
Patienten
Patienten
Patienten
Patienten
Segmente
Patienten
Patienten
Referenzmethode
1. Gewebskulturen
2. Histologie
Histologie
Histologie
Histologie
Gewebskulturen
1. Histologie
2. Histologie plus qualitative Gewebskulturen
Histologie
Histologische Pneumonie- Klassifikation
Ja/Nein
Nein/Bronchiolitis/Pneumonie/Konfluierende Herde/Abszedierende Herde
Ja/Nein
Nein/Bronchiolitis/Pneumonie/Konfluierende Herde/Abszedierende Herde
Nein/Mäßig/Mittel/Schwer
Nein/Mäßig/Mittel/Schwer
Ja/Nein
Klassifikation der Erreger
PPMs und Non-PPMs
PPMs und Non- PPMs
Pilze ausgeschlossen
PPMs und Non- PPMs
Keine Angaben zu Erregern
PPMs und Non-PPMs
PPMs und Non-PPMs
PPM = potenziell pathogene Mikroorganismen (grampositive und gramnegative Erreger, die üblicherweise Infektionen des Respirationstrakts verursachen können); Non-PPMs = Gegenteil; zu diesen gehören z. B. alpha-hämolysierende Streptokokken, koagulase-negative Staphylokokken, Corynebakterien, Neisserien, Candida spp
Hinsichtlich der Definitionen dessen, was in der Histologie als Pneumonie gelten kann, besteht kein allgemeiner Konsens. Eine erhebliche Inter-Observer-Variabilität konnte festgestellt werden. Diagnostische Unschärfen können sich vor allem im Anfangsstadium, in der Resolutionsphase sowie in der Differentialdiagnose zum häufig vorliegenden diffusen Lungenschaden („diffuse lung injury“) ergeben (Kap. Pathologie der nosokomialen Pneumonie). Wichtiger noch ist jedoch die Tatsache, dass durch die Histologie allein eine valide Unterscheidung zwischen (klinisch relevanter) florider Pneumonie und älteren, in Abheilung begriffenen oder bereits abgeheilten Veränderungen zuweilen nur schwer möglich ist.

Referenz: post-mortem Histologie plus quantitative Kulturen des Gewebshomogenats

Grundsätzlich gelten alle Limitationen der post-mortem Histologie auch für die entsprechenden Kulturen des quantitativen Gewebshomogenats. Weitere Punkte müssen Beachtung finden.
Eine Korrelation von quantitativen Kulturen von Gewebshomogenaten mit der Histologie ist nur eingeschränkt gegeben. Falsch-positive Ergebnisse werden dabei vor allem mit der Möglichkeit des Vorliegens einer Bronchiolitis als Vorstufe der Pneumonie erklärt, die ihrerseits bereits mit einer hohen Keimzahl einhergehen kann.
Zeitgleich mit den post-mortem Studien hat sich besonders die Arbeitsgruppe um Marquette um tierexperimentelle Untersuchungen verdient gemacht. Hierzu diente ein Modell der induzierten Pneumonie bei beatmeten „Minipigs“. Die Korrelation zwischen Keimlast und Entzündungsgrad konnte im Tierexperiment belegt werden, ebenso wurde jedoch eine weite Überlappung der Keimzahlen bei normalen, bronchitischen und unterschiedlich schwergradig pneumonischen Proben gefunden (Marquette et al. 1996, Abb. 2). Diese Beobachtungen belegen, dass die quantitative Kultur des Lungengewebes allein – auch nach nur im Tierexperiment möglicher Ausschaltung aller in Frage kommenden untersuchungs- und patientenabhängigen Störfaktoren – keine adäquate Referenz für die Validierung diagnostischer Techniken darstellt.
Die operativen Indizes diagnostischer Techniken sind schlechter, wenn die Histologie, und besser, wenn die quantitative Kultur als Referenz herangezogen wird. Diese Befunde erscheinen plausibel, wenn man sich verdeutlicht, dass das Gewebshomogenat ein materiell mit dem respiratorischen Sekret sehr verwandtes Probenmaterial darstellt, während die Histologie die inflammatorische Reaktion auf die pathogenen Keime abbildet, deren Assoziation mit der aktuellen Keimlast durch Art und Ausmaß der Immunreaktion und ggf. eine antimikrobielle Therapie moduliert wird.
Die eingeschränkte Korrelation von quantitativen Gewebskulturen und Histologie wurde durch eine Untersuchung bestätigt, die einen Vergleich von Histologie, Gewebshomogenat und einer Kombination aus beidem vornahm (Torres et al. 2000). Für das quantitative Tracheobronchialsekret mit Histologie als Referenz ergaben sich sehr niedrige, mit quantitativen Kulturen von Gewebshomogenaten sehr hohe operative Indizes, und mit einer Kombination aus beiden Kriterien eine Sensitivität von 62 % bei einer Spezifität von 67 %.
Die Keimlast des quantitativen Gewebshomogenats wird durch Grunderkrankungen und antimikrobielle Therapien beeinflusst. Unter den Grunderkrankungen ist besonders die fortgeschrittene COPD kritisch, da bei dieser sehr hohe Keimzahlen weit oberhalb der zugrunde gelegten Trennwerte im Sinne einer bakteriellen Kolonisation des Tracheobronchialbaums vorliegen können, ohne dass eine Pneumonie besteht. Eine antimikrobielle Therapie kann die Keimlast deutlich senken und somit zu falsch-negativen Ergebnissen führen.

Zusammenfassende kritische Bewertung

Die Zusammenfassung der wichtigsten methodischen Limitationen geht aus Tab. 5 hervor. Keine Studie ist frei von systematischen Fehlern. Alle Studien haben das Verhältnis von antimikrobieller Therapie und Erregerisolaten ungenügend untersucht. Beide Studien aus den Arbeitsgruppen von Chastre, die Studie von Torres sowie diejenige von Kirtland sind nach heutigem Wissen aufgrund ihrer Beschränkung der Analyse auf einzelne Segmente bzw. Bioptate keine ausreichende Grundlage für eine Validierung diagnostischer Techniken.
Tab. 5
Methodische Limitationen zur Validierung diagnostischer Techniken mit postmortalen Untersuchungen
 
Chastre et al. 1984
Rouby et al. 1992
Torres et al. 1994
Marquette et al. 1995
Chastre et al. 1995
Papazian et al. 1995
Kirtland et al. 1997
Grad I
       
Beschränkung auf einzelne Lungenbiopsien
+
-
+
-
+
-
+
Auswertung ausschließlich auf Segmente beschränkt
-
-
-
-
+
-
-
Einschluss von Patienten mit vorausgehenden Pneumonie-Episoden
?
?
+
+
-
+
?
Grad II
       
Fehlen einer exakten Beschreibung der Assoziation von Antibiotika und Erregerisolaten
+
+
+
+
+
+
+
Grad III
       
Inhomogene Populationen (medizinisch/chirurgisch)
?
+
-
+
+
+
-
>50 % pulmonale Grunderkrankungen
?
?
?
-
?
?
+
Einschluss von Patienten mit COPD
?
?
?
+
+
+
+
Grad I = Limitationen, die die Ergebnisse grundsätzlich in Frage stellen (systematische Fehler); Grad II = Limitationen, die Teilaspekte der Ergebnisse grundsätzlich in Frage stellen; Grad III = Limitationen der externen Validität.
+ = vorhanden; - = nicht vorhanden
Schließlich weisen auch alle Studien Mängel in der Charakterisierung bzw. Selektion der untersuchten Patienten auf. Die Referenzen sind im Detail höchst unterschiedlich ausgewählt und schwer vergleichbar. Auf manchen Symposien hörte man entsprechend Stimmen wie „I’m still confused but at a higher level“.
Tatsächlich war der methodische Lerneffekt aus all diesen Studien höher als die letztliche klinische Bedeutung. Mit aller Vorsicht kann man jedoch zwei wichtige Schlussfolgerungen ziehen:
Methodische Schlussfolgerungen
Das post-mortem Modell hat drei nicht behebbare Limitationen. Diese umfassen:
  • die Selektion der schwersten, zum Tode führenden Verläufe;
  • die Schwierigkeit des Bezugs der diagnostischen Materialentnahme auf die post-mortem-Untersuchung;
  • die Unmöglichkeit, eine allgemein anerkannte Referenz, also einen „Goldstandard“ zu definieren.
Zukünftige Studien dürfen keinesfalls hinter das erreichte Problembewusstsein zurückfallen. Ein qualitativ hochwertiges Studiendesign sollte demnach möglichst viele der Punkte erfüllen:
1.
Selektion möglichst homogener Patientenpopulationen (medizinisch oder chirurgisch; pulmonale oder nichtpulmonale Grunderkrankungen)
 
2.
Ausschluss oder zumindest gesonderte Analyse von Patienten mit vorausgegangenen Pneumonie-Episoden
 
3.
Exakte Analyse der Assoziation von antimikrobieller Therapie und Erregerisolaten (Art und Dauer der Therapie, Beziehung zum Entnahmezeitpunkt, Resistenz des Erregers); dabei Vermeidung einer Gabe einer antimikrobiellen Therapie vor Entnahme aller Materialien
 
4.
Untersuchung zumindest einer Lunge, besser beider Lungen oder zumindest Entnahme multipler Biopsien aus abhängigen und nichtabhängigen Lungensegmenten
 
5.
Mikrobiologische und histologische Untersuchung von in der Mitte geteilten Lungenproben
 
6.
Beschränkung auf pathogene Erreger
 
7.
Korrelation von Keimlast und histologischem Schweregrad der Pneumonie
 
8.
Auswertung auf Patienten- (nicht: Segment-)Basis
 
9.
Auswertung auf der Basis mehrerer Referenzen
 
10.
Korrelation von klinischen Daten intra-vitam und post-mortem Befunden
 
Klinische Schlussfolgerungen
Die einzig sichere klinische Schlussfolgerung aus diesen Studien ist die, dass quantitative Kulturen kein unabhängiges Kriterium für die Diagnose einer nosokomialen Pneumonie darstellen. Dies bedeutet, dass die klinische Verdachtsdiagose durch mikrobiologische Kriterien weder sicher bestätigt noch verworfen werden kann. Andererseits besteht grundsätzlich (auch im Tierexperiment belegt) eine positive Korrelation von Keimlast und Pneumonie, sodass höhere Keimzahlen als Hinweis für und niedrige Keimzahlen bzw. negative Kulturen als Hinweis gegen das Vorliegen einer Pneumonie gewertet werden können. Keimzahlen im Grenzbereich der Trennwerte sind besonders kritisch einzuschätzen.
Es darf nicht übersehen werden, dass die mikrobiologische Diagnostik nach Daten einiger Autoren letztlich nur eine „Verschlimmbesserung“ der Validität der klinischen Diagnose einer Pneumonie bedeuten kann (Fabregas et al. 1999).
Merke
Quantitative Kulturen aus Sekreten der unteren Atemwege reflektieren grundsätzlich in ihrer Keimlast das Vorliegen und das Ausmaß der pulmonalen Inflammation. Diese Beziehung gilt jedoch (auch nach Ausschaltung aller möglichen untersuchungs- und patientenabhängigen Störfaktoren) nicht kategorisch, vielmehr sind die Übergänge fließend. Daher sind Keimzahlen aus quantitativen Kulturen oberhalb definierter Trennwerte zwar Indikatoren, aber keine unabhängigen Prädiktoren für das Vorliegen einer Pneumonie.

Ergebnisse der „Outcome“-orientierten Studien

Nachdem die aufgezeigten Limitationen des post-mortem Paradigmas weitere explorative Studien aufgrund des Fehlens eines Goldstandards nicht mehr erfolgversprechend scheinen ließen, wandte sich im Jahre 1998 das Interesse auf „Outcome“-Studien. Die zentrale Fragestellung bezog sich dabei auf die Frage, ob eine invasiv-bronchoskopische einer nichtinvasiven Strategie vorzuziehen ist. Als Endpunkte boten sich dabei die ICU- und Krankenhausverweildauer, die Exposition gegenüber antimikrobiellen Substanzen sowie die Letalität an.
Erneut wurden fast zeitgleich Studien aus den Arbeitsgruppen aus Frankreich und Spanien vorgelegt (Sanchez-Nieto et al. 1998; Ruiz et al. 2000; Solé Violán et al. 2000; Chastre et al. 2000). Die Studiendesigns und Patientenzahlen sind in Tab. 6 zusammengefasst. Wesentlicher Unterschied zwischen den Studien war, dass nur in der Studie von Ruiz et al. in beiden Armen quantitative Kulturen durchgeführt wurden, sodass die Fragestellung ausschließlich auf die Invasivität der Untersuchung zielte, dabei den Wert der quantitativen Kulturen fraglos voraussetzte. In der Studie von Sole-Violan bestand die Möglichkeit, im invasiven Arm auch nicht-bronchoskopisch zu untersuchen.
Tab. 6
Studiendesign und Patientenzahl von randomisierten Studien zur Untersuchung des Outcomes auf der Grundlage von invasiven bzw. nichtinvasiven diagnostischen Strategien
 
Zentren
Untersuchungsarme
Kulturarme
Behandlungsstrategie,
Merkmale
Patientenzahl
Chastre et al. 2000
Multizentrisch (31 französische ICUs)
Invasiv-bronchoskopisch vs. nichtinvasiv
Quantitativ vs.
qualitativ
2 a und b vs. praktische Leitlinie
413
Torres et al. 2000
Unizentrisch
Invasiv-bronchoskopisch vs. nichtinvasiv
Quantitativ vs. quantitativ
2a vs. praktische Leitlinie
76
Sole-Violan et al. 2000
Unizentrisch
Invasiv-bronchoskopisch oder nicht-bronchoskopisch vs. nichtinvasiv
Quantitativ vs. qualitativ
2a vs. praktische Leitlinie
91
Canadian Critical Trials Group 2006
Multizentrisch (28 IUCs aus Kanada und USA)
Invasiv-bronchoskopisch vs. nichtinvasiv
Quantitativ vs. qualitativ
1, 2a und b vs. 2a; Behandlungsfortsetzung unabhängig vom Ergebnis
740
Merkmale der Behandlungsstrategie:
1. Festlegung einer identischen initialen antimikrobiellen Therapie in beiden Armen
2. Festlegung des Vorgehens nach Kulturergebnissen:
a. bei signifikanten Keimzahlen: ggf. Deeskalation
b. bei Kulturen unterhalb des Trennwertes bzw. negativen Kulturen und hämodynamischer Stabilität: antimikrobielle Therapie in der Regel absetzen (jedoch Raum für klinisches Ermessen)
Die beiden spanischen Studien waren erheblich „underpowert“ mit einem entsprechend hohen Risiko für einen Typ II-Fehler (ein bestehender Effekt wird nicht erkannt). Die französische Studie wies klare Vorteile im Design auf, so vor allem prospektive Vorgaben über das Vorgehen bei Keimzahlen unterhalb des Trennwertes (nämlich ein Absetzen der antimikrobiellen Therapie). Sie war auch die einzige, die eine Überlegenheit des invasiv-bronchoskopischen Ansatzes zeigte und trug damit erheblich zur Anerkennung des invasiven Ansatzes (zumindest in Studien) bis heute bei. Es zeigte sich ein signifikanter, auch nummerisch imponierender Unterschied in der 14-Tages Letalität von 16,2 vs. 25,8 % zugunsten der invasiven Strategie, zudem zeigten sich signifikant niedrigere SOFA-Werte an Tag 3 und 7 sowie eine signifikant höhere mittlere Anzahl von Tagen frei von antimikrobieller Therapie (5 vs. 2,2). Letzterer Unterschied bestand auch nach 28 Tagen. Der Letalitätsvorteil konnte in multivariater Analyse bestätigt werden (OR 1,5 95 % KI 1,1 vs. 2,2).
Hinter diesen Zahlen verbergen sich allerdings zwei systematische Fehler. Mit im Schnitt 13 Patienten pro Zentrum bestand ein erhebliches Risiko für Selektionsfehler. Zudem erhielten Patienten in der nichtinvasiven Gruppe deutlich häufiger eine inadäquate initiale antimikrobielle Therapie (n = 24 vs. 1, p < 0,001). Dies allein erklärt den Unterschied in der Letalität und Morbidität (Ewig et al. 2000).
Darüber hinaus wurde die nichtinvasive Gruppe durch die gewählte qualitative kulturelle Diagnostik so weit geschwächt, dass – unter Absehung des systematischen Fehlers – eigentlich mehr eine Aussage über den Vergleich quantitativer vs. qualitativer Kulturen resultiert, nicht aber über invasive oder nichtinvasive Strategien.
Der eigentlich wichtige Ertrag dieser Studie war, dass das Absetzen der antimikrobiellen Therapie bei Patienten mit Keimzahlen unterhalb des Grenzwertes bzw. negativen Kulturen keine Übersterblichkeit erbrachte. Dieses Ergebnis wurde vor kurzem durch eine weitere Studie, die sich explizit dieser Fragestellung widmete, gestützt (Raman et al. 2013).
Die genannten methodischen Probleme der drei Studien wurden in der Diskussion offenkundig (s. o.). Daraufhin wurde eine kanadisch-amerikanische Multicenter-Studie aufgelegt, die wesentliche Qualitätsmerkmale sicherte (Canadian Critical Care Trials Group 2006). Zwei Limitationen betreffen jedoch auch diese Studie: zum einen der Vergleich der invasiv-quantitativen mit einer nichtinvasiv-qualitativen Strategie, also eigentlich ein Vergleich von Kulturtechniken mehr als von unterschiedlich invasiven Strategien sowie der (eigentlich nicht nachvollziehbare) Ausschluss von Patienten mit bekannter Kolonisation durch MRSA und Pseudomonas aeruginosa. Die Studie erbrachte jedenfalls keinen Unterschied hinsichtlich Letalität, Rate an gezielten Therapien, Tagen frei von antimikrobieller Therapie, Organ-Dysfunktions-Scores sowie Verweildauern in ICU bzw. im Krankenhaus.
Somit nahm die Diskussion ein zumindest vorläufiges Ende mit dem Ergebnis, dass sowohl die Durchführung einer Bronchoskopie als auch die quantitativen Kulturen das „Outcome“ nicht zu verbessern vermögen.
Kritisch müssen diesem Ergebnis jedoch folgende Überlegungen entgegengehalten werden:
  • Aufgrund der geringen (wenn überhaupt gegebenen) Exzess-Letalität der Beatmungs-Pneumonie ist der Nachweis eines Effekts einer diagnostischen Strategie auf das Überleben nur schwer und, wenn überhaupt, nur mit sehr großen, weit oberhalb des Möglichen liegenden Patientenzahlen zu überprüfen.
  • Der wichtige Endpunkt der Tage frei von antimikrobieller Therapie kann nur erreicht werden, wenn die Vorgabe, zumindest bei negativen Kulturen die antimikrobielle Therapie abzusetzen, auch tatsächlich durchgeführt wird. Dies kann jedoch auch in erfahrenen Studienzentren nicht als Regel durchgesetzt werden.
Merke
Die vorliegenden „Outcome“-gezielte Studien haben Endpunkte, die im Rahmen der definierten Studiendesigns kaum zu erfüllen sind. Sie tragen daher wenig zur Fragestellung bei, welcher Stellenwert invasiven und quantitativ-kulturellen diagnostischen Strategien hinsichtlich des Überlebens zukommt.
Kriterien für eine methodisch hochwertige „Outcome“-gezielte Studie
1.
Multicenter-Design
 
2.
Vergleich von invasiver vs. nichtinvasiver Strategie: In beiden Armen müssen quantitative Kulturen durchgeführt werden, ansonsten handelt es sich um einen Vergleich von Strategien auf dem Boden von quantitativen und qualitativen Kulturen
 
3.
Festlegung einer identischen initialen antimikrobiellen Therapie in beiden Armen, um Unterschiede in der inadäquaten initialen antimikrobiellen Therapie zu verhindern
 
4.
Festlegung des Vorgehens nach Kulturergebnissen:
  • bei signifikanten Keimzahlen: ggf. Deeskalation;
  • bei Kulturen unterhalb des Trennwertes bzw. negativen Kulturen und hämodynamischer Stabilität: antimikrobielle Therapie in der Regel absetzen (jedoch Raum für klinisches Ermessen offen lassen).
 

Weiterführende Literatur

Exemplarische Arbeiten aus der früheren Zeit der Evaluation quantitativer Kulturen zur Diagnostik der nosokomialen Pneumonie:
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Untersuchungen zum Wert invasiver versus nichtinvasiver Gewinnung respiratorischer Sekrete bzw. quantitativer versus qualitativer Probenverarbeitung unter Gesichtspunkten relevanter „outcomes“:
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Brief an den Herausgeber, der auf die systematischen methodischen Fehler der Arbeit von Fagon et al. 2000 hinweist:
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