Gränser i svensk resistensbestämning av antibiotika
The principles behind SRGA breakpoints
RAF:s brytpunktssystem bygger på ett ramverk uppbyggt av de klassiska farmakologiska MIC-gränserna under vilket de artrelaterade brytpunkterna är används i daglig resistensbestämning. Därför består tabellerna över MIC-gränser av en kolumn med farmakologiska artgemensamma MIC-gränser (F-MIC) och ett flertal kolumner för artrelaterade operativa MIC-gränser.
RAF:s system poängterar
- att den farmakologiska brytpunkten endast betraktas som en ram
- att det krävs dokumenterad klinisk effekt innan en operativ artrelaterad MIC-gräns bestäms
- avsaknad respektive förekomst av resistensmekanismer
- att skapa goda förutsättningar för reproducerbarhet
The SRGA breakpoint system consists of a frame of pharmacologic breakpoints underneath which the speciesrelated breakpoints are the operative breakpoints for everyday susceptibility testing. Therefore MIC-breakpoint tables consist of one column of pharmacologic breakpoints (common to all species) and several columns of species related operative breakpoints.
The SRGA-system emphazises
- that pharmacologic breakpoints should be considered only as general guidelines
- that speciesrelated, operative breakpoints are declared only for species for which sufficient clinical tradition and/or documentation exists
- the absence and presence of resistance mechanisms
- reproducibility of results
De farmakologiska MIC-gränserna i SIR-systemet består sedan 1970-talet av två
koncentrationer; en som ska skilja känsliga (behandlingsbara) bakterier från
intermediärt (sedan 1998 indeterminant) känsliga bakterier (S/I-gräns) och en
koncentration som ska skilja mellan indeterminant känsliga och resistenta (ej
behandlingsbara) bakterier (I/R-gräns). Med dessa gränser har man försökt skapa ett
rimligt förhållande mellan bakteriens MIC-värde och den koncentration som uppnås i
serum som ett indirekt mått på koncentrationen i infektionshärden.
Sambandet mellan dos, koncentration, MIC och effekt för antibiotika är dock
ofullständigt känt vilket har många förklaringar. Förutom att MIC-gränserna
förväntas gälla för vitt skilda bakterier, med olika miljökrav, tillväxthastighet,
virulens etc, förväntas gränserna också gälla för arter med och utan
resistensmekanismer, för arter med helt olika resistensmekanismer och för patienter med
olika infektionstyper och varierande immunförsvar. Variationer i dosering och skillnader
i farmakokinetik mellan individer försvårar bedömningen av kliniska studier
ytterligare.
En annan förklaring till det bristande underlaget för fastställande av MIC-gränser är
att man i kliniska prövningar fastställt preliminära (av etiska skäl ofta konservativt
satta) MIC-gränser varför infektioner orsakade av bakterier med nedsatt
känslighet exkluderats ur studier. Detta innebär att det oftast finns god dokumentation
som visar att bakterier utan resistensmekanismer är tillgängliga för behandling
med aktuella medel men att det saknas dokumentation för bakterier med nedsatt känslighet
för medlet. Ett undantag är den växande kunskapen om Streptococcus pneumoniae med
penicillinresistens via förändrade PBP.
Vid antibiotikabehandling har man i allmänhet strävat efter att den tid som serumkoncentrationen överstiger MIC (t >MIC) skall utgöra så lång tid av doseringsintervallet som möjligt. Denna tid varierar dock med gängse doseringar inom relativt vida gränser för olika antibiotika. Under de senaste 10 åren har kunskapen om antibiotikas farmakodynamik ökat väsentligt. En tydlig korrelation mellan MIC och effekt har kunnat påvisas in vitro, i djurmodeller och även i vissa humanstudier. Man kan idag särskilja två typer av antibiotika a) medel för vilka effekten är beroende av t>MIC och b) antibiotika där effekten är beroende av ytan under serumkoncentrationskurvan (AUC) i relation till MIC (AUC/MIC). Det är sannolikt att det farmakodynamiska underlaget för antibiotikabehandling kommer att öka ytterligare under kommande år vilket kommer att underlätta fastställandet av farmakologiska MIC-gränser. Tillsvidare kommer dock även fortsättningsvis den samlade kliniska erfarenheten av medlet att vara den viktigaste komponenten vid fastställandet av farmakologiska MIC-gränser.
Pharmacological MIC breakpoints
The pharmacologic MIC breakpoints in the SRGA system for susceptibility testing (the
SIR-system) stem from the mid-1970:ies. The breakpoints consist of two concentrations: the
S/I-breakpoint separating susceptible from less susceptible organisms (originally termed Intermediate,
since 1998 termed Indeterminate) and the I/R-breakpoint separating the
less susceptible from resistant organisms. Bacteria are classified as susceptible if their
MIC is less or equal to (S<concentration; mg/L) a defined
concentration and resistant if their MIC is more than a
defined concentrationv (eg. R>4 mg/L). The breakpoints are meant to reflect a realistic relation
between the MIC:s of bacteria and attainable concentrations in body fluids, i.e at the
site of the infection. The relationship between concentration (influenced by
variations in pharmacokinetics, age etc), MIC (influenced by the mode of measure,
pH, incubation time, atmosphere, growth characteristics etc) and effect is not
well characterized. Apart from the fact that the MIC breakpoints are expected to be valid
for completely different bacteria causing many and often completely different infections
and with different and varying virulence and growth potential, different relationships to
variances in the environment etc, they are also expected to be valid for bacteria with and
without resistance mechanisms, and for patients of different age, with different types of
infections and immune responses, infection sites with high and low pH, oxygen tension etc.
One additional confounding circumstance in traditional pharmacological breakpoint systems
is that all breakpoints are decided during a time when the antibiotic is new, the bacteria
as yet without resistance mechanisms and in clinical trial where infections caused by
bacteria with assumed resistance are excluded by the protocol. This means that there is
usually good evidence for the effect of the antibiotic on bacteria without resistance
mechanisms but very little documentation on bacteria with resistance mechanisms,
irrespective of wether they are "on the right or wrong side" of the breakpoint
concentration. One exception is the increasing knowledge on penicillin resistant
Streptococcus pneumoniae (resistance due to changes in the PBP:s).
Antibiotic therapy traditionally aimed at achieving a concentration that surpassed the MIC of the infecting organism for as long as possible. Durin the paste 10 years our knowledge of pharmacodynamics has increased. There are two major types of antibiotics: those whose effect is directly related to time over MIC and those whose effect is related to the area under the concentration curve, the AUC over MIC. Our knowledge of pharmacodynamics will continue to increase which will facilitate the setting of pharmacologic breakpoints. Presently, our collected clinical experience, hopefully formalized in new clinical trials adressing not only susceptible bacteria (i.e bacteria without resistance mechanisms) but also bacteria with resistance mechanisms, remain the most important factor in the decision of MIC-breakpoints.
Artrelaterade MIC-gränser
Med begreppet artrelaterade MIC-gränser avses att man tar hänsyn till fördelningen
av MIC-värden inom bakteriepopulationen och att man därigenom kan bedöma om bakterien
härbärgerar resistensmekanismer eller ej.
Bakterier utan resistensmekanism benämnes "normal" (synonym: "nativ",
"wild-type", "icke-resistensbärande"). I den fortsatta texten kommer
den icke resistensbärande delen av bakteriepopulationen att benämnas normalpopulationen.
Konceptet artrelaterade MIC-gränser bygger på tanken att det är viktigt a) att bakterier som tillhör en och samma art och som saknar resistensmekanismer åsätts samma SIR-beteckning och b) att den behandlande läkaren får veta om den aktuella mikroorganismen besitter en resistensmekanism även om denna endast medför en mindre förskjutning av MIC-värdet. Genom att placera den artrelaterade brytpunkten för känsliga bakterier nära normalpopulationen får man dessutom en bättre bevakning av eventuellt begynnande eller pågående resistensutveckling. Bedömningen av om en arts normalpopulation ska betecknas S, I eller R avgörs av den farmakologiska MIC-gränsens läge. Om till exempel normalpopulationen av E. coli har ett högsta MIC-värde på 2 mg/l för ett visst antibiotikum och den farmakologiska S/I-gränsen satts till 4 mg/l kommer dessa bakterier således att klassificeras som S. Det innebär att man i SIR-klassificeringen av ett antibiotikum kan ha olika MIC-gränser för olika arter (eller grupper av arter) och att arter för vilka klinisk dokumentation om effekt saknas "fråntas" MIC-gränser.
Artrelaterade MIC-gränser
- SIR-klassificeringen av huvudpopulationen bestäms av de farmakologiska MIC-gränsernas läge och huruvida dokumenterad klinisk effekt anses föreligga. En normalpopulation kommer således att kunna klassificeras S (t ex E. coli och gentamicin) eller R (t ex E. faecalis och gentamicin).
- MIC-gränserna skall inte klyva biologiskt homogena populationer
- Den MIC-brytpunkt som ska skilja normalpopulationen från resistensbärande bakterier läggs nära huvudpopulationen så att resistensbärande bakterier tidigt klassificeras till en lägre känslighetsgrupp.
Species related MIC-breakpoints
The term "Species related breakpoints" means that prior to deciding on MIC- and/or zonediameter breakpoints the MIC- and/or zonediameter distributions are studied for each relevant species. It does not necessarily mean that each species has its own breakpoint and it does not mean that "normal" (syn. wild-type, native, i.e bacteria without resistance) bacteria are automatically classified as sensitive.
In the SRGA system of "Species related breakpoints" it is important that bacteria which lack resistance mechanisms and belong to a common part of a population of a species are not given different SIR-classifications. It is also important that the clinician responsible for the patient is informed when a bacterium is no longer "normal" but has developed a resistance mechanism, even if low degree. The clinician should be informed that the experience with an antibiotic he has built over many years is not necessarily valid in the current patient. By placing the species related breakpoint close to the normal population the breakpoint will immediately disclose resistance development.
Species related breakpoints -
- when the part of the distribution which represents bacteria lacking resistance mechanisms to the drug in question has been identified, the S-, I- and R-classification of that population is influenced by the pharmacologic breakpoint and documentated clinical efficacy or lack thereof;
- the species related breakpoint guarantees that a population of bacteria that do not harbour resistance mechanisms towards the drug in question is not divided by the breakpoints;
- the breakpoint (S/I or I/R) which separates bacteria lacking resistance mechanisms to the drug in question from those exhibiting deviating zone diameters is placed as close to the first population as possible. This prevents that resistance development goes undetected.
MIC-gränserna skall inte klyva biologiskt homogena populationer. I detta exempel delas en normalpopulation i S, I och R och R-klassade bakterier kommer att vara av två slag: bakterier som saknar respektive bakterier som har resistensmekanismer.
MIC breakpoints must not divide biologically homogenous populations. Biologically homogenous populations of bacteria will randomly be classified as S, I or R depending on very minor variations in methodology. Originally R-classified bacteria (lacking resistance mechanisms) will later in time be joined by truly resistant individuals and "Resistant" will be a mix of normal and abnormal bacteria.
I detta exempel har MIC-gränserna lagts alldeles för långt från den nativa populationen. Resistensutveckling kan förekomma på "fel sida" om den lagda gränsen och den resistenta population som uppträder delas av de lagda gränserna.
In this example the MIC-breakpoints for S/I and I/R have been set wide of the wild type population. Resistance development will randomely occur on either side of the breakpoints - in some cases it will go undetected for long periods of time, in other cases the resistant bacteria will be randomely classified as S, I or R.
Den MIC-brytpunkt som ska skilja normalpopulationen från resistensbärande bakterier läggs nära den nativa populationen så att resistensbärande bakterier tidigt klassificeras till en lägre känslighetsgrupp och så att den lagda gränsen inte delar nativa bakterier i två eller fler känslighetsgrupper.
The MIC breakpoint designed to disclose resistance development should be set close to wild type population so that genetically changed bacteria are immediately detected by the breakpoint.
Farmakologiska MIC-gränser
- skall fungera som en ram när de artrelaterade MIC-gränserna fastställs för normalpopulationen (artrelaterade gränser är alltid lika med eller lägre än farmakologiska MIC-gränser)
- skall fungera som tentativa gränser för resistensbestämning när tillräckligt underlag för bestämning av artrelaterade MIC-gränser saknas (t ex sällsynta species).
Artrelaterade MIC-gränser
- skall användas som MIC-gränser i all resistens-bestämning där underlag finns.
- MIC- och zondiameter histogram måste finnas tillgängliga
Pharmacologic MIC breakpoints
- constitute the frame for species related breakpoints (the latter are always equal to or lower than the pharmacological breakpoints).
- in the absence of species related breakpoints they function as tentative breakpoints - during development of new drugs; during the build-up of new documentation for tentative new indications and in desperate situations where you want to proceed despite the lack of evidence.
Species related MIC breakpoints
- operative MIC-breakpoints in routine susceptibility testing
- MIC- and zonediameter-distributions must be available.
För- och nackdelar med artrelaterade MIC-gränser
Det finns både för- och nackdelar med att använda artrelaterade MIC-gränser för daglig resistensbestämning. RAF anser att fördelarna klart överväger nackdelarna.
Fördelar
- Om endast farmakologiska MIC-gränser används delar de slumpmässigt normalpopulationer av bakterier i två eller tre SIR-kategorier. Detta undviks när artrelaterade gränser används.
- Eftersom artrelaterade MIC-gränser enbart fastställs för arter mot vilka medlet uppvisat dokumenterad effekt utlovar dessa MIC-gränser i motsats till farmakologiska MIC-gränser inte framgångsrik behandling för arter som aldrig undersökts.
- Eftersom artrelaterade MIC-gränser ligger nära normalpopulationerna upptäcks begynnande resistensutveckling tidigare. Detta leder till bättre epidemiologisk kontroll av resistensutveckling och tidigare insatta motåtgärder.
- Bättre reproducerbarhet i resistensbestämning. Det är omöjligt att åstadkomma god reproducerbarhet när en gräns skär rakt genom ett område där ett stort antal av bestämningarna hamnar. .
Pro:s and Con:s with species related MIC-breakpoints.
There are pro:s and con:s with species related MIC-breakpoints in daily susceptibility testing. The SRGA is convinced that the pro:s far outweighs the con:s.
Pro:s
- Pharmacologic, non-speciesrelated, breakpoints randomly divide homogenous populations of wild type bacteria into two or three SIR-classifications.
- Speciesrelated breakpoints do not promise success for species for which there is no evidence of therapeutic effect
- Since speciesrelated breakpoints are set close to the native population resistance development is discovered early - this leads to better epidemiological control and provides a basis for early intervention.
- Speciesrelated breakpoints increase reproducibility of SIR-results. It is impossible to attain good reproducibility when breakpoints divide Gauss distributed populations.
Nackdelar
- Isolat med låggradig resistens kanske alldeles onödigt kategoriserats I (=indeterminant)
fast de fortfarande kan behandlas.
Mot detta kan invändas:
1. att det är ovanligt att någon större andel av isolaten befinner sig i "I-korridoren" (undantag t.ex. E.coli & mecillinam: 5 - 10%, S. aureus och fusidinsyra 3 - 6%).
2. att det ej är självklart att genetiskt förändrade bakterier är behandlingsbara även om höga serumkoncentrationer uppnås i relation till MIC.
3. att det är sannolikt att stammar som redan utvecklat resistens (om än låggradig) snabbare utvecklar ytterligare resistens om de utsätts för mer av samma antibiotikum.
4. att spridningen av redan resistensgenbärande populationer torde minska om dessa bakterier behandlas med ett mer aktivt antimikrobiellt medel. Detta kan å andra sidan i vissa fall förskjuta terapin mot medel med bredare spektrum, högre kostnader etc.
- Artidentifikation blir nödvändig i det nya systemet vilket har sagts vara en onödig och dyr komplikation. Med artrelaterade MIC-gränser måsta man ha en uppfattning om huruvida resistensbstämningen avser stafylokocker, streptokocker, enterokocker, enterobacteriaceae, Haemophilus, anaeroba bakterier eller gonokocker. Någon självklar utökning av artdiagnostiken är det alltså inte frågan om. Vanligen är det uppenbart vilken art bestämningen avser eller också gäller gemensamma gränser för grupper av arter.
- Ett system som bygger på artrelaterade MIC-gränser har befarats vara svårt att förklara för kliniker. Det hittillsvarande systemet har dock inte heller alltid varit lättförklarat och SIR-kategorierna, d.v.s. de för den vanlige läkaren synliga delen av resistensbestämningen ändras inte. Man kommer säkert att uppskatta den ökade reproducerbarhet som artrelaterade gränser erbjuder.
- Nya resistenssiffror kan bli svåra att jämföra med internationella data och med äldre svenska material. Internationella gränser är redan så olika att den "internationella invändningen" faller. Avseende svenska resistenssiffror sker inga stora förflyttningar av populationer eller delar av populationer i huvudsak därför att svenska bakterier ännu så länge är känsliga. Om vi redovisar faktiska data i form av MIC-värden, MIC-fördelningar, kumulativa MIC-kurvor eller motsvarande istället för SIR-tillhörighet, MIC90, MIC50 m fl så utgör detta inget problem
Con:s
- Isolates with low degree resistance may unnecessarily be categorized I
(=Indeterminate in SRGA-terminology) despite the fact that they may still be possible to
treat with the antibiotic.
1. normally this is true for only a minor proportion of the species (exceptions S.pneumoniae and penicillin (3 - 30 %) in some countries, E.coli and mecillinam (5 - 10 %), S.aureus and fucidic acid (3 - 6 %))
2. It is not selfevident that genetically changed bacteria are possible to treat with the antibiotic just because the realtionship between the pharmacokinetics and the MIC:s seems sound.
3. bacteria which have already developed some resistance to an antibiotic should not unnecessarily be exposed to more of the same - they will probably more quickly develope even more competent resistance mechanisms.
4. the dissimination of resistant populations of bacteria should theoretically diminish if a more potent antibiotic is used for therapy.
- With species related breakpoints species identification becomes necessary and this is exepnsive an cumbersome. This is an often proposed objection - however to utilize species related breakpoints one has to have a reasonable opinion on whether the susceptibility test is performed on a coliform, a pseudomonad, staphylococcus, streptococcus, Haemophilus, gonococcus or an anaerobe. So it is not really a question of extending species identification beyond a normal level of excellence.
- A system based on species related breakpoints have been said to be difficult to explain to clinical colleges. It is our experience that the species related breakpoints based on normal (syn. wild type, native) versus abnormal (resistance carrying parts of bacterial populations) is in many ways easier to explain when the data is shown. The increase in reproducible results is much appreciated.
- The objection that antibiotic resistance frequencies will be difficult to compare with historic data or with data from other countries is not a major one - resistance frequencies based only on the interpretation of national breakpoints have never been useful and with few exceptions there is little international agreement. If we could all agree to present hard facts such as MIC-distributions or cumulative MIC-curves rather than SIR-interpretations or MIC90 or MIC50 none of this would be a problem.
Zonbrytpunkter
MIC-bestämning är oftast dyrbart och personalkrävande. Resistensbestämning med lappdiffusion är en praktisk och billig metod som avslöjar fenotypisk resistensutveckling. Självklart ska resistensbestämning med MIC-bestämning och resistensbestämning med lappdiffusion ge samma SIR-resultat.
Zonbrytpunkter måste i ännu högre grad än MIC-gränser artrelateras. Det beror på att relationen mellan MIC och zon inte är densamma för alla arter. Förhållandet mellan MIC och zon beror bl.a. på artens tillväxtkarakteristika. RAF och RAF-M har sedan 1990 tagit hänsyn till detta och våra zonbrytpunkter har sedan dess varit artrelaterade. I begreppet artrelaterade zonbrytpunkter ligger:
- Zonbrytpunkter skall inte klyva biologiskt homogena populationer.
- Zonbrytpunkter som skall skilja den nativa populationen från genetiskt förändrade bakterier skall ligga nära den nativa poplationen så att bakterier som avviker från denna population tidigt klassificeras till en lägre känslighetsgrupp.
Zone diameter breakpoints
To determine MIC routinely is usually not cost-effective. Disk diffusion tests are cheap, easy to perform, and discloses phenotype resistance development. Obviously susceptibility testing with disk diffusion and MIC-determination shall ideally give corresponding SIR-classification.
Since zone diameter/MIC regression lines are different for for different species zone diameter breakpoints must be species related even without species related MIC-breakpoints.
The same principles are valid for setting zone diameter breakpoints as for MIC breakpoints.
- Zone diameter breakponts must not divide biologically homogenous populations.
- Zone diameter breakpoints designed to disclose resistance development should be set close to wild type populations so that genetically changed bacteria are immediately detected by the breakpoint.