Detection of group A beta-hemolytic Streptococcus using three different detection methods: culture, rapid antigen detecting test, and molecular assay
ORIGINAL PAPERS
Detection of group A beta-hemolytic Streptococcus using three different detection methods: kweek, snelle antigeendetectietest, en moleculaire assay
Odimara SantosI; Luc Louis Maurice WeckxI; Antonio Carlos Campos PignatariII; Shirley Shizue Nagata PignatariI
IFederale Universiteit van São Paulo, Afdeling Pediatrische Otolaryngologie
IIDivisie Infectieziekten, São Paulo, SP, Brazil
Correspondentie
ABSTRACT
Om de prevalentie van Groep A beta-hemolytische Streptokokken (GABHS) faryngotonsillitis in onze pediatrische populatie te bestuderen en om verschillende sampling methodes van GABHS detectie te vergelijken, werden orofarynxswabs van 50 kinderen met acute faryngotonsillitis, tussen 1 en 12 jaar oud, tegelijkertijd gebruikt voor kweek, moleculaire assay en snelle GABHS-antigeendetectietests. Alle kinderen werden klinisch onderzocht op de afdeling Pediatrische Otorhinolaryngologie van de Federale Universiteit van São Paulo. Diagnostische criteria waren gebaseerd op tekenen en symptomen, waaronder keelpijn, koorts en orofaryngeale purulente afscheiding. Kinderen die met antibiotica waren behandeld, werden uitgesloten. Over het geheel genomen bedroeg de prevalentie van GABHS 34%, een combinatie van de drie methoden. GABHS werd gediagnosticeerd in 30% van de bacteriële kweken, in 25% van de monsters getest met de moleculaire nucleïnezuur hybridisatie methode en in 26% van de gevallen getest met de snelle antigeen detectie test. Er was geen significant verschil tussen deze drie methoden.
Key Words: Acute faryngotonsillitis, GABHS, laboratoriumdetectie.
Pharyngotonsillitis is een van de meest voorkomende luchtwegaandoeningen in de gemeenschap, vooral tijdens de kinderjaren. Ongeveer 28% tot 40% van deze infecties wordt naar schatting veroorzaakt door Groep A beta-hemolytische Streptokokken (GABHS), die beschouwd wordt als de belangrijkste etiologische ziekteverwekker in termen van sequelae en complicaties . Aangezien streptokokken pharyngotonsillitis kan leiden tot reumatische aandoeningen en de gevolgen daarvan, en tot suppuratieve complicaties, is het een potentieel ernstig medisch probleem, en adequate behandeling is noodzakelijk.
Ondanks vele pogingen om Streptokokken pharyngotonsillitis klinisch te onderscheiden van virale infecties, is tot nu toe geen methode betrouwbaar gebleken. Door het ontbreken van een adequate klinische basis om GABHS pharyngotonsillitis te diagnosticeren, is het belangrijk om een gemakkelijke, praktische en kosteneffectieve manier te vinden om een dergelijk onderscheid te maken.
In de afgelopen vijftig jaar is bacteriële cultuur de belangrijkste techniek geweest om GABHS te diagnosticeren. In 1980 schatte het Center for Disease Control (CDC) dat er in de VS jaarlijks 28 tot 36 miljoen keelkweken werden verricht. Keelkweken worden nog steeds beschouwd als de “gouden standaard” methode voor het opsporen van GABHS, en geven positieve resultaten in ongeveer 90% tot 99% van de gevallen.
Het gebruik van snelle tests om GABHS rechtstreeks uit keelswabs op te sporen is in veel landen erg populair geworden. De meeste van deze tests maken gebruik van latexagglutinatie of enzyme-immunoassaymethoden om het groep-A-koolhydraatantigeen van Streptococcus pyogenes op te sporen.
Hoewel moleculaire hybridisatietests niet zo populair zijn, is aangetoond dat zij een hoge specificiteit en gevoeligheid hebben.
Om de prevalentie van GABHS-farynxinfectie te bepalen en de beste manier te vinden om deze diagnose te stellen, hebben we kinderen met acute faryngotonsillitis geëvalueerd en drie verschillende methoden van GABHS-detectie uit keelswabs vergeleken: cultuur in bloed-agar, snelle GABHS-detectietest, en de GABHS-nucleïnezuurhybridisatietest.
Materialen en methoden
Vijftig kinderen met acute faryngotonsillitis, tussen 1 en 12 jaar oud, werden geëvalueerd op de afdeling Pediatrische Otorhinolaryngologie van de Federale Universiteit van São Paulo, Brazilië, van 1998-2001. Diagnostische criteria en selectie waren gebaseerd op klinische tekenen en symptomen, waaronder keelpijn, koorts, cervicale lymfadenitis en purulente oropharyngeale afscheidingen. Ouders of wettelijke voogden ondertekenden een geïnformeerde toestemming.
Oropharyngeale swabs werden gelijktijdig genomen voor de drie detectiemethoden:
1. Kweek. Orofaryngeale monsters werden verzameld met “Starswab” (Laborclin®), onmiddellijk vervoerd naar het Microbiologisch Laboratorium en uitgespreid op een 5% bloed agar plaat (Columbia agar-base, Oxoid), gevolgd door 18-24 uur incubatie bij 36oC in een 5% CO2 omgeving. Biochemische, anti-sera agglutinatie en optoquin/bacitracine gevoeligheidstests werden uitgevoerd om de GABHS.
2 te identificeren. Monsters voor de snelle opsporingstest (Test Pack® Strep A Abbott) werden verzameld in gealgineerde swabs. De tests werden allemaal “in loco” uitgevoerd, volgens de door de fabrikant verstrekte methode. De snelle opsporingstest (Abbott) is gebaseerd op de opsporing van het GABHS-antigeen door middel van een ELISA-antigeen-AC-agglutinatiereactie.
3. Identificatie van GABHS door de nucleïnezuurhybridisatietest (GEN-PROBEâ INCORPORATED, San Diego, California AccuPACE GROUP A STREPTOCCUS IDENTIFICATION TEST) volgens de specificaties van de fabrikant. De gealgineerde swabs werden in Tryptic Soy Broth geïnoculeerd en gedurende 18 tot 24 uur bij 36oC geïncubeerd in een met CO2 verrijkte omgeving. De resultaten werden verkregen door chemiluminescentie. Waarden van 20.000 relatieve luminescentie-eenheden (RLU) of hoger werden als positief beschouwd; minder dan 15.000 RLU werd als negatief beschouwd, en tussen 15.000 en 19.999 was zwak positief.
Resultaten
De prevalentie van Streptococcus pyogenes was 34% (17 gevallen) met de combinatie van de drie methoden. GABHS werd gedetecteerd in 30% (15 gevallen) van de kweken, 26% (12 gevallen) met moleculaire assay-tests, en 26% (13 gevallen) met de snelle identificatietest (tabel 1).
In aanmerking genomen dat het kweekresultaat een “gouden standaard”-parameter is, gaf de snelle test een sensitiviteit van 73% (positieve gevallen in vergelijking met het totale aantal positieve gevallen verkregen door kweek), en een specificiteit van 94% (negatieve resultaten in vergelijking met het totale aantal negatieve kweekgevallen), een positief voorspellende waarde van 85%, en een negatief voorspellende waarde van 88% (tabel 2).
Moleculaire tests (zuur-nucleaire hybridisatietests) werden uitgevoerd op 47 monsters. In 76% van de gevallen waren de resultaten van de verschillende methoden met elkaar overeenstemmend. In vier monsters (8,5%) was de moleculaire test positief, terwijl de kweek negatief was.
Discussie
Streptokokkenfaryngotonsillitis is in de loop der jaren een punt van medische zorg geweest, vooral omdat het ernstige problemen kan veroorzaken, zoals reumatische koorts en suppuratieve complicaties. De prevalentie van acute faryngotonsillitis veroorzaakt door GABHS bedraagt wereldwijd ongeveer 28% tot 40%; van de meeste is bekend dat ze gevoelig zijn voor penicilline. Dit percentage varieert ook van regio tot regio.
De prevalentie van GABHS in São Paulo, Brazilië lijkt vergelijkbaar met de internationale cijfers, aangezien GABHS in totaal bij 34% van de kinderen werd aangetroffen. Deze GABHS-isolaten waren ook allemaal gevoelig voor penicilline (gegevens niet getoond).
De onbetrouwbaarheid van de diagnose op klinische gronden is een van de beperkende factoren geweest voor een adequaat beheer van deze ziekte, vooral in ontwikkelingslanden waar de snelle opsporingstesten of zelfs bacteriële culturen niet altijd beschikbaar zijn. Een aantal commerciële testkits zijn thans in vele landen beschikbaar voor de snelle diagnose van groep A streptokokken faryngotonsillitis, en de meest recente zijn op immunoassay gebaseerd. Hun specificiteit ligt rond 89-99%, en hun gevoeligheid varieert tussen 77 en 98%, rekening houdend met een bacteriële cultuur als een “gouden standaard”-parameter . De meeste van deze tests kunnen “in loco” worden uitgevoerd, en de resultaten zijn binnen ongeveer 15 minuten beschikbaar.
In landen waar routinematig snelle opsporingstests worden gebruikt, bestaat een controverse over de vraag of een confirmatieve kweek al dan niet noodzakelijk is wanneer de resultaten negatief zijn. Hoewel de meeste artsen deze procedure meestal niet volgen, hebben de meeste medische genootschappen back-upkweken aanbevolen. Het gebruik van een snelle opsporingstest, plus een bacteriële cultuur voor de negatieve resultaten, wordt momenteel beschouwd als de meest doeltreffende klinische strategie, die de marginale kosten slechts licht verhoogt (het verhoogt de initiële kosten, maar verlaagt de totale kosten wanneer rekening wordt gehouden met de preventie van complicaties van de niet-behandelde gevallen van de snelle test die niet zijn opgespoord) .
Combinatie van deze drie methoden, was de prevalentie van Streptococcus pyogenes in deze studie iets hoger dan in onze vorige studie, waar de bacteriële cultuur de gebruikte methode was. In onze studie uit 1996 was bij 18% van de kweken van 44 kinderen met orofaryngeale infectie GABHS aangetroffen.
Hoewel in onze huidige studie de moleculaire testmethode in staat was GABHS aan te tonen in sommige gevallen met negatieve kweekresultaten, was deze methode tijdrovend en duur. Pokorski et al. (1994), in een studie van 767 patiënten met pharyngitis, de gevoeligheid van de moleculaire testmethode was 85,7% en de specificiteit was, 97,8%, vergeleken met 96,7% gevoeligheid en 100% specificiteit met bacteriële culturen.
Gezien de internationale diversiteit van sociale en economische omstandigheden, en zelfs de verschillen in specificiteit en gevoeligheid van de GABHS-detectiemethoden die in verschillende studies zijn gevonden, kunnen veel opties voor het beheer van GABHS-faryngotonsillitis worden overwogen.
Volgens een kosten-batenanalyse zou het behandelen van alle patiënten, zonder een voorafgaande kweek of test, 90% van de potentiële complicaties voorkomen, waardoor de totale kosten zouden dalen. Aan de andere kant zouden er meer bijwerkingen van antibiotica zijn en zou het gebruik ervan in de meeste gevallen onnodig zijn. Wanneer voor een geïsoleerde snelle opsporingstest wordt gekozen (zonder vervolgkweek), kunnen de kosten-batenvoordelen aanzienlijk zijn als de gevoeligheid van de test en het follow-uppercentage hoog zijn.
Hoewel verschillende studies hebben aangetoond dat de snelle test, alleen toegepast, niet voldoende gevoeligheid heeft om de noodzaak van kweken weg te nemen, hebben sommige onderzoekers aangetoond dat de meer recent beschikbare snelle tests gevoeliger kunnen zijn dan een bacteriekweek, met name de immunoassay-gebaseerde tests, die binnen enkele minuten resultaten kunnen geven.
Interessant is dat bacteriekweek door velen wordt beschouwd als de “gouden standaard” methode voor het opsporen van GABHS, maar volgens recente studies zou dit een hoge kostenkeuze zijn in verhouding tot de effectiviteit ervan.
Over het algemeen vonden we dat de prevalentie van GABHS in onze populatie vergelijkbaar was met internationale gegevens, ongeveer 30%. We vonden ook geen significante verschillen in sensitiviteit of specificiteit bij het vergelijken van de snelle testdetectie met bacteriële kweekresultaten.
Omwille van de hogere kosten en de aanzienlijke tijd en arbeid die de moleculaire testmethode met zich meebrengt, zouden we deze niet aanbevelen voor routinematig gebruik.
Ondanks de grote economische en sociale diversiteit die in ons land bestaat, waar vaak de sneltest of zelfs bacteriële kweektechnieken niet beschikbaar zijn, wat artsen kan leiden tot uiteenlopende managementopties, waaronder het behandelen van de patiënt alleen op basis van klinische veronderstellingen, zijn wij van mening dat objectieve diagnostische procedures, zoals de sneltest of bacteriële kweektechnieken, moeten worden gestimuleerd.
Acknowledgements
Wij danken de heer Marcel Frederico de Lima Taga van het Dept. van Preventieve Geneeskunde, Biostatistical Division, UNIFESP (São Paulo) voor zijn vriendelijkheid in het assisteren van ons met de statistische analyses. Wij danken ook Dr. Lee Harker; adjunct-directeur van het Boystown R.C. (Omaha) voor zijn genereuze hulp bij het reviseren van de tekst. Dit artikel werd gepresenteerd op de American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery Meeting gehouden in San Diego, California, USA, (22-25 september 2002).
1. Pichicheri M.E. Group A Streptococcal tonsillopharyngitis: Cost-effective diagnosis and treatament. Ann Emerg Med 1995;25:390-403.
2. Funamuta J.L, Berkowitz C.D. Applicability of a scoring system in the diagnosis of streptococcal pharyngitis. Clin Pediatr 1983;22:622-9.
3. Mackin M., Hall G., Rutherford I. Three simultaneously obtained throat cultures for beta-hemolytic group A Streptococcus. Pediatr Infect Dis J 1987;6:575-6.
4. Dale J.C., Vetter E.A., Contezac J.M., et al. Evaluation of two rapid antigen assays, BioStar Strep A OIA and Pacific Biotech CARDS OS, and culture for detection of Group A Streptococci in throat swabs. J Clin Microbiolol 1994;32:2698-701.
5. Schager T.A, Hayden G.A, Woods W.A, et al. Optical immunoassay for rapid detection of Group A b-hemolytic Streptococci. Moet kweek worden vervangen? Arch Pediatr Adolesc Med 1996;150: 245-8.
6. Gerber M.A., Tanz R.R., Kabat W., et al. Optical Immunoassay test for Group A b-hemolytic Streptococcal pharyngitis. An office-bases, multicenter investigation. JAMA 1997;277:899-903.
7. Roe M., Kishiyama C., Davidson K., et al. Vergelijking van BioStar strep A OIA optische immunoassay, Abbott TestPack Plus Strep A, en kweek met selectieve media voor de diagnose van Groep A Streptokokken faryngitis. J Clin Microbiol 1995; 33:1551-3.
8. Pokirski S.J., Vetter E.A, Wollan P.C., Cockerill F.R. Comparasion of gen-probe Group A Streptococcus direct test with culture for diagnosticing Streptococcal pharyngitis. J Clin Microbiol 1994;32: 1440-3.
9. Schwartz B., Fries S., Fizgibbon A., Lipman H. Pediatrician’s diagnostic approach to pharyngitis and impact of CLIA 1988 on office diagnostic tests. JAMA 1994;271:234-8.
10. Lieu T.A, Fleisher G.R., Schwart J.S. Cost-Effectiveness of rapid latex agglutination testing and throat culture for Streptococcal pharyngitis. Pediatrics 1990;85:246-56.
11. Pignatari S.N., Santos O.P., Sader H., et al. Estudo microbiológico de amigdalites agudas em crianças. Anais do XXXIII Congresso Brasileiro de Otorrinolaringologia; IV Congresso Norte-Nordeste de Otorrinolaringologia; 1996.