Infections of implantable cardiac devices by biofilm forming bacteria in western Algeria hospitals

Abstract

Background: The significant increase in the use of implantable cardiac devices (ICDs) has been accompanied by biofilm formation and increase rate of infection on the devices. The purpose of our study is to describe the clinical and microbiological findings of infection of ICDs in the cardiology units of western Algeria hospitals.

Methodology: All patients with clinical diagnosis of ICD infections or infective endocarditis upon removal of their ICDs from December 2012 to August 2014 in cardiology units of 4 Algerian hospitals were included in the study. Each element of the ICD pocket and lead was separately sonicated in sterile saline, inoculated onto Chapman and MacConkey agar plates and incubated aerobically at 37^oC for colony count after 24 hours. Biochemical identification of the bacteria isolates was made by API 20E, API 20 NE and API Staph, and confirmed by Siemens Healthcare Diagnostics WalkAway® 96 Plus System. Antibiotic susceptibility testing on each isolate was performed by the disk diffusion method on Mueller Hinton agar. Biofilm formation was detected by Congo Red Agar (CRA) and Tissue Culture Plate (TCP) methods, and hydrophobicity of the bacterial cell was determined by the MATH protocol.

Results: Over a period of twenty-one months, 17 ICDs were removed from patients with post-operative infections; 6 (35.3%) had early infection of ICD and 11 (64.7%) had late ICD infection. Fifty-four bacterial strains were isolated and identified, with coagulase-negative staphylococci being the predominant bacteria with 46.3% (25/54). There was no significant association between hydrophobicity and antimicrobial resistance in the 54 isolates but there is positive correlation between biofilm production and antimicrobial resistance, with the strongest biofilm producers resistant to more than one antibiotic. Four independent predictors of infection of resynchronization devices were reported; reoperation, multi-morbidity, long procedure, and ICD implantation.

Conclusion: Our study is the first in Algeria to describe microbiological characteristics of ICD infection. The bacteria in the biofilm were protected, more resistant and tolerated high concentrations of antibiotics and thus played a major role in the development of ICD infections. Despite the improvements in ICD design and implantation techniques, ICD infection remains a serious challenge.

Keywords: implantable cardiac devices, staphylococci, resistance, biofilm, hydrophobicity

French title: Infections des dispositifs cardiaques implantables par des bactéries formant un biofilm dans les hôpitaux de l'ouest Algérien

Contexte: L'augmentation significative de l'utilisation des dispositifs cardiaques implantables est un risque majeur d'augmentation du taux d'infection et donc du risque de formation d'un biofilm sur ce genre de dispositifs. L'objectif de notre étude est de décrire les résultats cliniques et microbiologiques de l'infection sur les dispositifs cardiaques implantables (DCI) dans les unités de cardiologie des hôpitaux de l'ouest Algérien.

Méthodologie: Tous les patients cliniquement diagnostiqués avec une infection sur DCI, ou une endocardite infectieuse et ayant subit un retrait de leur dispositif cardiaque sont inclus dans cette étude et cela sur une période entre décembre 2012 et aout 2014 dans 4 unités de cardiologie. Chaque élément du DCI (boitier et sonde) est trempé séparément dans une solution saline stérile, ensemencé sur deux milieux de culture, un milieu de Chapman et un milieu MacConkey et incubé en aérobiose à 37°C pour la numération des colonies après 24 heures. L'identification biochimique des isolats de bactéries est effectuée par le API 20E, API 20 NE et API Staph, et confirmée par le système WalkAway® 96 Plus de Siemens Healthcare Diagnostics. Les tests de sensibilité aux antibiotiques de chaque isolat sont effectués par la méthode de diffusion des disques sur gélose de Mueller Hinton. La formation d'un biofilm est détectée par les méthodes de la gélose rouge du Congo (CRA) et de la plaque de culture tissulaire (TCP), et l'hydrophobicité de la cellule bactérienne est déterminée par le protocole MATH.

Résultats: Sur une période de 21 mois, 17 DCI sont retirés de patients atteints d'infections postopératoires; 6 patients (35,3%) sont identifiés comme ayant une infection précoce sur leurs DCI et 11 patients (64,7%) ayant une infection tardive. Cinquante-quatre souches bactériennes sont isolées et identifiées, les staphylocoques à coagulase négative étant les bactéries prédominantes avec 46,3% (25/54). Il n'y a pas d'association significative entre l'hydrophobicité et la résistance aux antimicrobiens dans les 54 isolats, mais il existe une corrélation positive entre la production de biofilm et la résistance aux antimicrobiens, les plus puissants en biofilm sont résistant à plus d'un antibiotique. Quatre facteurs prédictifs indépendants d’infection des dispositifs cardiaques implantable sont retrouvés dans ce travail: ré-intervention, longue procédure, sujets multi-tarés, et implantation d’un DCI

Conclusion: Notre étude est la première en Algérie à décrire les caractéristiques microbiologiques de l'infection des DCI. Les bactéries présentes dans le biofilm sont protégées, plus résistantes et tolèrent de fortes concentrations d'antibiotiques et jouent ainsi un rôle majeur dans le développement des infections par DCI. Malgré des améliorations dans les techniques de conception et d'implantation de DCI, l'infection des dispositifs cardiaques implantables reste un problème grave et très couteux.

Mots-clés: dispositifs cardiaques implantables; staphylocoque; résistance; biofilm; hydrophobicité