Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI1766510.15789/2220-7619-NKP-17665ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleNosocomial Klebsiella pneumoniae infection in a cardiac surgery hospital: clinical and microbiological featuresНозокомиальная инфекция Klebsiella pneumoniae в кардиохирургическом стационаре: клинико-микробиологические особенностиKuznetsovaM. V.КузнецоваМарина Валентиновна
Russian Federation

DSc (Medicine), Leading Researcher, Laboratory of Molecular Biotechnology

д.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной биотехнологии

mar@iegm.ruMihailovskayaV. S.МихайловскаяВ. C.

Engineer, Laboratory of Molecular Biotechnology; Master

инженер лаборатории молекулярной биотехнологии; магистр

mar@iegm.ruKudryavtsevaL. G.КудрявцеваЛ. Г.
Russian Federation

PhD (Medicine), Head of the Epidemiological Department, Doctor-Epidemiologist

к.м.н., врач-эпидемиолог, зав. эпидемиологическим отделом

mar@iegm.ruSergevninV. I.СергевнинВ. И.

DSc (Medicine), Professor, Department of Epidemiology and Hygiene

д.м.н., профессор кафедры эпидемиологии и гигиены

mar@iegm.ruInstitute of Ecology and Genetics of Microorganisms Ural Branch Russian Academy of SciencesИнститут экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН — филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАНPerm State Medical University named after academician E.A. WagnerФГБОУ ВО Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера Минздрава РоссииSirius University of Science and TechnologyАНО ВО Научно-технологический университет «Сириус»Cardiovascular Surgery Federal Center named after S.G. Sukhanov Ministry of Health of the Russian FederationФГБУ Федеральный центр сердечно-сосудистой хирургии имени С.Г. Суханова Минздрава России2110202425122024146111711301605202413082024Copyright ©; 2024, Kuznetsova M.V., Mihailovskaya V.S., Kudryavtseva L.G., Sergevnin V.I.Copyright ©; 2024, Кузнецова М.В., Михайловская В.C., Кудрявцева Л.Г., Сергевнин В.И.2024Kuznetsova M.V., Mihailovskaya V.S., Kudryavtseva L.G., Sergevnin V.I.Кузнецова М.В., Михайловская В.C., Кудрявцева Л.Г., Сергевнин В.И.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/17665

Klebsiella pneumoniae dominates among the pathogens that cause healthcare-associated infections and closely associated with high mortality of patients undergoing heart surgery. K. pneumoniae spp. are classified into classical (cKp) and hypervirulent (hvKp): cKp causing nosocomial infections often exerting a multidrug resistance phenotype (MDR-cKp), whereas hvKp are sensitive to antibiotics, but have high virulence. Earlier, we presented the molecular genetic characteristics of K. pneumoniae bacteria isolated from patients at the cardiac surgical hospital. Here, clinical and microbiological risk factors as well as thoase underlying infection development and adverse outcome of nosocomial infection caused by K. pneumoniae were evaluated. Along with initially severe comorbidities, the most significant risk factors were the following: female gender, age over 65 years, length of stay at the Department of Anesthesiology and Intensive Care as well as other detected comorbidities. The average length of stay was 1.7 times longer among MDR-cKp vs hvKp patients. Complications (multiple organ dysfunction syndrome, bloodstream infections), as well as mortality rate were recorded only in MDR-cKp patient group. Thus, in hospital period, K. pneumoniae multidrug resistance rather than hypervirulence turned out to be a more contributing risk factor. It should be noted that one convergent MDR-hvKp isolate has been detected, which may pose a serious problem in treatment of patients upon further spread of such K. pneumoniae bacteria.

Klebsiella pneumoniae занимает доминирующее положение в структуре возбудителей инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, и ассоциирована с высокой смертностью пациентов, оперированных по поводу заболеваний сердечно-сосудистой системы. K. pneumoniae классифицируют на классические (cKp) и гипервирулентные (hvKp): cKp вызывают нозокомиальные инфекции и часто имеют фенотип множественной лекарственной устойчивости (MDR-cKp), тогда как hvKp чувствительны к антибиотикам, но обладают высокой вирулентностью. Ранее была представлена молекулярно-генетическая характеристика изолятов K. pneumoniae, выделенных от пациентов кардиохирургического стационара. В данной работе проведена оценка клинических и микробиологических факторов риска, развития и неблагоприятного исхода нозокомиальной инфекции, вызванной K. pneumoniae. На фоне исходно тяжелого коморбидного состояния пациентов наиболее значимыми факторами риска оказались: женский пол, возраст старше 65 лет, длительность пребывания в отделении анестезиологии и реанимации и наличие сопутствующего заболевания. Средняя продолжительность пребывания в стационаре была в 1,7 раз выше у пациентов, инфицированных MDR-cKp, чем при инфицировании hvKp. Осложнения инфекции (полиорганная недостаточность, инфекции кровотока), как и летальные исходы, были подтверждены только в группе пациентов с инфекцией MDR-cKp. Таким образом, в госпитальном периоде более существенным фактором риска оказалась множественная лекарственная устойчивость, чем гипервирулентность K. pneumoniae. Необходимо отметить, что был обнаружен один конвергентный изолят MDR-hvKp, что может представлять серьезную проблему в лечении пациентов при дальнейшем распространении таких K. pneumoniae.

Klebsiella pneumoniaecardiac surgery hospitalmultiresistancehypervirulencenosocomial infectionsrisk factorsKlebsiella pneumoniaeкардиохирургический стационармультирезистентностьгипервирулентностьнозокомиальные инфекциифакторы рискаАгеевец В.A., Агеевец И.В., Сидоренко С.В. Конвергенция множественной резистентности и гипервирулентности у Кlebsiella pneumoniae // Инфекция и иммунитет. 2022. Т. 12, № 3. С. 450–460. [Ageevets V.A., Ageevets I.V., Sidorenko S.V. Convergence of multiple resistance and hypervirulence in Klebsiella pneumoniae. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2022, vol. 12, no. 3, pp. 450–460. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-COM-1825Баранцевич Н.Е., Баранцевич Е.П. Терапия сепсиса, обусловленного резистентной к карбапенемам Klebsiellа pneumoniae у онкогематологических пациентов в современных условиях // Клиническая микробиология и антимикробная терапия. 2022. № 4. С. 383–387. [Barantsevich N.E., Barantsevich E.P Antimicrobial therapy of sepsis caused by carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae in patients with hematological malignancies. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya = Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2022, vol. 4, pp. 383–387. (In Russ.)] doi: 10.36488/cmac.2022.4.383-387Кузнецова М.В., Сергевнин В.И., Михайловская В.С., Кудрявцева Л.Г., Пегушина О.Г. Микробиологическая и молекулярно-генетическая характеристика изолятов Klebsiella pneumoniae, выделенных в условиях кардиохирургического стационара // Инфекция и иммунитет. 2024. Т. 14, № 1. C. 103–114. [Kuznetsova M.V., Sergevnin V.I., Mikhailovskaya V.S., Kudryavtseva L.G., Pegushina О.G. Microbiological and molecular genetic characteristics of Klebsiella pneumoniae isolates, extracted under conditions of cardiac surgery hospital. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2024, vol. 14, no. 1, pp. 103–114. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-MAM-15631Новикова И.Е., Садеева З.З., Алябьева Н.М., Самойлова Е.А., Карасева О.В., Янюшкина О.Г., Лазарева А.В. Антибиотикорезистентность и вирулентность карбапенем-устойчивых штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных у детей в реанимационных и хирургических отделениях // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2023. Т. 100, № 4. С. 321–332. [Novikova I.E., Sadeeva Z.Z., Alyabyeva N.M., Samoylova E.A., Karaseva O.V., Yanyushkina O.G., Lazareva A.V. Antimicrobial resistance and virulence of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae strains isolated from children in intensive care and surgical units. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2023, vol. 100, no. 4, pp. 322–332. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-373Садовников Е.Е., Поцелуев Н.Ю., Брусина Е.Б., Барбараш О.Л. Эпидемиологические особенности инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, в кардиохирургии // Фундаментальная и клиническая медицина. 2023. Т. 8, № 4. С. 73–84. [Sadovnikov E.E., Potseluev N.Y., Brusina E.B., Barbarash O.L. Healthcare-associated infections in cardiac surgery: epidemiological features. Fundamentalnaya i klinicheskaya meditsina = Fundamental and Clinical Medicine, 2023, vol. 8 no. 4, pp. 73–84. (In Russ.)] doi: 10.23946/2500-0764-2023-8-4-73-84Сергевнин В.И., Кудрявцева Л.Г., Пегушина О.Г., Волкова Э.О., Решетникова Н.И. Групповая заболеваемость гнойно-септическими инфекциями клебсиеллезной этиологии пациентов кардиохирургического стационара // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2020. Т. 19, № 1. С. 90–98. [Sergevnin V.I., Kudryavtseva L.G., Pegyshina O.G., Volkova E.O., Reshetnikova N.I. Group incidence by purulent-septic infections of clebsiellous etiology in cardiosurgical patients. Epidemiologiya i vaktsinoprofilaktika = Epidemiology and Vaccine Prevention, 2020, vol. 19, no. 1, pp. 90–98. (In Russ.)] doi: 10.31631/2073-3046-2020-19-1-90-98Сергевнин В.И., Кудрявцева Л.Г., Золотухина А.И. Частота и факторы риска гнойно-септических инфекций у взрослых после различных видов операций на открытом сердце // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2020. Т. 19, № 5. С. 34–40. [Sergevnin V.I., Kudryavtseva L.G., Zolotukhina A.I. Frequency and risk factors of purulent septic infection among adults after different types of an open heart operations. Epidemiologiya i vaktsinoprofilaktika = Epidemiology and Vaccine Prevention, 2020, vol. 19, no. 5, pp. 34–40. (In Russ.)] doi: 10.31631/2073-3046-2020-19-5-34-40Тарасов Р.С., Казанцев А.Н., Иванов С.В., Головин А.А., Бурков Н.Н., Ануфриев А.И., Зинец М.Г., Барбараш Л.С. Факторы риска неблагоприятного исхода различных хирургических стратегий лечения пациентов с сочетанным поражением коронарного русла и сонных артерий в 30-дневном послеоперационном периоде // Патология кровообращения и кардиохирургия. 2018. Т. 22, № 1. С. 36–48. [Tarasov R.S., Kazantsev A.N., Ivanov S.V., Golovin A.A., Burkov N.B., Anoufriev A.I., Zinets M.G., Barbarash L.S. Risk factors of adverse outcomes of various interventions when treating patients with concomitant lesions of the coronary bed and carotid arteries in 30-day follow-up. Patologiya krovoobrashcheniya i kardiokhirurgiya = Circulation Pathology and Cardiac Surgery, 2018, vol. 22, no. 1, pp. 36–48. (In Russ.)] doi: 10.21688/1681-3472-2018-1-36-48Чеботарь И.В., Бочарова Ю.А., Подопригора И.В., Шагин Д.А. Почему Klebsiella pneumoniae становится лидирующим оппортунистическим патогеном // Клиническая микробиология и антимикробная терапия. 2020. Т. 22, № 1. С. 4–19. [Chebotar I.V., Bocharova Yu.A., Podoprigora I.V., Shagin D.A. The reasons why Klebsiella pneumoniae becomes a leading opportunistic рathogen. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya = Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2020, vol. 22, no. 1, pp. 4–19. (In Russ.)] doi: 10.36488/cmac.2020.1.4-19Alharbi M.T., Almuhayawi M.S., Nagshabandi M.K., Tarabulsi M.K., Alruhaili M.H., Gattan H.S., Al Jaouni S.K., Selim S., Alanazi A., Alruwaili Y., Zaied S.M., Faried O.A. Аntimicrobial resistance pattern, pathogenicity and molecular properties of hypervirulent Klebsiella pneumonia (hvKp) among hospital-acquired infections in the intensive care unit (ICU). Microorganisms, 2023, vol. 11: 661. doi: 10.3390/microorganisms11030661Ali M.R., Yang Y., Dai Y., Lu H., He Z., Li Y., Sun B. Prevalence of multidrug-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae without defined hypervirulent biomarkers in Anhui, China: a new dimension of hypervirulence. Front. Microbiol., 2023, vol. 14, doi: 10.3389/fmicb.2023.1247091Antimicrobial resistance: global report on surveillance 2014. World Health Organization, Geneva, 2014. URL: http://apps.who.int/iris/bitstream/10665/112642/1/9789241564748_eng.pdf?ua=1Beccaria L.M., Cesarino C.B., Werneck A.L., Góes N.C., Dos Santos K.S., Machado M.D.N. Postoperative complications in patients undergoing cardiac surgery at a teaching hospital. Arq. Ciênc. Saúde, 2015, vol. 22, no. 3, pp. 37–41. doi: 10.17696/2318-3691.22.3.2015.216Bhatt P.J., Ali M., Rana M., Patel G., Sullivan T., Murphy J., Pinney S., Anyanwu A., Huprikar S., Taimur S. Infections due to multidrug-resistant organisms following heart transplantation: epidemiology, microbiology, and outcomes. Transpl. Infect. Dis., 2020, vol. 22: e13215. doi: 10.1111/tid.13215Chang D., Sharma L., Dela Cruz C.S., Zhang D. Clinical Epidemiology, risk factors, and control strategies of Klebsiella pneumoniae infection. Front. Microbiol., 2021, vol. 12: 750662. doi: 10.3389/fmicb.2021.750662Chen I.R., Huang P.H., Wu P.F., Wang F.D., Lin Y.T. Clinical characteristics and outcomes of 56 patients with pneumonia caused by carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae. J. Glob. Antimicrob. Resist., 2021, vol. 25, pp. 326–330. doi: 10.1016/j.jgar.2021.03.028Chen I.R., Lin S.N., Wu X.N., Chou S.H., Wang F.D., Lin Y.T. Clinical and microbiological characteristics of bacteremic pneumonia caused by Klebsiella pneumoniae. Front. Cell. Infect. Microbiol., 2022, vol. 23, no. 12: 903682. doi: 10.3389/fcimb.2022.903682Chen J., Zhang H., Liao X. Hypervirulent Klebsiella pneumoniae. Infect. Drug. Resist., 2023, vol. 11, no. 16, pp. 5243–5249. doi: 10.2147/IDR.S418523Debby B.D., Ganor O., Yasmin M., David L., Nathan K., Ilana T., Dalit S., Smollan G., Galia R. Epidemiology of carbapenem resistant Klebsiella pneumoniae colonization in an intensive care unit. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis., 2012, vol. 31, no. 8, pp. 1811–1817. doi: 10.1007/s10096-011-1506-5Dixon L.K., Dimagli A., Di Tommaso E., Sinha S., Fudulu D.P., Sandhu M., Benedetto U., Angelini G.D. Females have an increased risk of short-term mortality after cardiac surgery compared to males: Insights from a national database. J. Card. Surg., 2022, vol. 37, no. 11, pp. 3507–3519. doi: 10.1111/jocs.16928.Du Q., Pan F., Wang C., Yu F., Shi Y., Liu W., Li Z., He P., Han D., Zhang H. Nosocomial dissemination of hypervirulent Klebsiella pneumoniae with high-risk clones among children in Shanghai. Front. Cell. Infect. Microbiol., 2022, vol. 12: 984180. doi: 10.3389/fcimb.2022.984180El-Mahdy R., El-Kannishy G., Salama H. Hypervirulent Klebsiella pneumoniae as a hospital-acquired pathogen in the intensive care unit in Mansoura, Egypt. Germs, 2018, vol. 8, no. 3, рр. 140–146. doi: 10.18683/germs.2018.1141Ferreira G.B., Donadello J.C.S., Mulinari L.A. Healthcare-associated infections in a cardiac surgery service in Brazil. Braz. J. Cardiovasc. Surg., 2020, vol. 35, no. 5, рр. 614–618. doi: 10.21470/1678-9741-2019-0284Gu D., Dong N., Zheng Z., Lin D., Huang M., Wang L., Wai-Chi Chan E., Shu L., Yu J., Zhang R., Chen S. А fatal outbreak of ST11 carbapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae in a Chinese hospital: a molecular epidemiological study. Lancet Infect. Dis., 2018, vol. 18, no. 1, рр. 37–46. doi: 10.1016/S1473-3099(17)30489-9Ko R.E., Huh K., Kim D.H., Na S.J., Chung C.R., Cho Y.H., Jeon K., Suh G.Y., Yang J.H. Nosocomial infections in in-hospital cardiac arrest patients who undergo extracorporeal cardiopulmonary resuscitation. PLoS One, 2020, vol. 15: e0243838. doi: 10.1371/journal.pone.0243838Kochan T.J., Nozick S.H., Valdes A., Mitra S.D., Cheung B.H., Lebrun-Corbin M., Medernach R.L., Vessely M.B., Mills J.O., Axline C.M.R., Nelson J.A., VanGosen E.M., Ward T.J., Ozer E.A., van Duin D., Chen L., Kreiswirth B.N., Long S.W., Musser J.M., Bulman Z.P., Wunderink R.G., Hauser A.R. Klebsiella pneumoniae clinical isolates with features of both multidrug-resistance and hypervirulence have unexpectedly low virulence. Nature Communic., 2023, vol. 14, no. 1: 7962. doi: 10.1038/s41467-023-43802-1Lazareva I., Ageevets V., Sopova J. Lebedeva M., Starkova P., Likholetova D., Lebedeva M., Gostev V., Moiseenko V., Egorenkov V., Navatskaya A., Mitroshina G., Myasnikova E., Tsvetkova I., Lobzin Y., Sidorenko S. The emergence of hypervirulent blaNDM-1-positive Klebsiella pneumoniae sequence type 395 in an oncology hospital. Infect. Genet. Evol., 2020, vol. 85: 104527. doi: 10.1016/j.meegid.2020.104527Liu C., Du P., Xiao N., Ji F., Russo T.A., Guo J. Hypervirulent Klebsiella pneumoniae is emerging as an increasingly prevalent K. pneumoniae pathotype responsible for nosocomial and healthcare-associated infections in Beijing, China. Virulence, 2020, vol. 11, no. 1, рр. 1215–1224. doi: 10.1080/21505594.2020.1809322Magill S.S., Edwards J.R., Bamberg W., Beldavs Z.G., Dumyati G., Kainer M.A., Lynfield R., Maloney M., McAllister-Hollod L., Nadle J., Ray S.M., Thompson D.L., Wilson L.E., Fridkin S.K. Multistate point-prevalence survey of health care-associated infections. Engl. J. Med., 2014, vol. 370, рр. 1198–1208. doi: 10.1056/NEJMoa1306801.Mazzeffi M., Gammie J., Taylor B., Cardillo S., Haldane-Lutterodt N., Amoroso A., Harris A., Thom K. Healthcare-associated infections in cardiac surgery patients with prolonged intensive care unit stay. Ann. Thorac. Surg., 2017, vol. 103, no. 4, рр. 1165–1170. doi: 10.1016/j.athoracsur.2016.12.041.Pierce G.N., Resch C., Mourin M., Dibrov P., Dibrov E., Ravandi A. Bacteria and the growing threat of multidrug resistance for invasive cardiac interventions. Rev. Cardiovasc. Med., 2022, vol. 23, no. 1: 015. doi: 10.31083/j.rcm2301015Podschun R., Ullmann U. Klebsiella spp. as Nosocomial pathogens: epidemiology, taxonomy, typing methods, and pathogenicity factors. Clin. Microbiol. Rev, 1998, vol. 11, no. 4, рр. 589–603. doi: 10.1128/CMR.11.4.589Poerio N., Olimpieri T., Henrici De Angelis L., De Santis F., Thaller M.C., D’Andrea M.M., Fraziano M., Fighting MDR-Klebsiella pneumoniae infections by a combined host- and pathogen-directed therapeutic approach. Front Immunol., 2022, vol. 13: 835417. doi: 10.3389/fimmu.2022.835417Pu D., Zhao J., Chang K., Zhuo X., Cao B. “Superbugs” with hypervirulence and carbapenem resistance in Klebsiella pneumoniae: the rise of such emerging nosocomial pathogens in China. Sci. Bull. (Beijing), 2023, vol. 68, no. 21, рр. 2658–2670. doi: 10.1016/j.scib.2023.09.040Russo T.A., Marr C.M. Hypervirulent Klebsiella pneumoniae. Clin. Microbiol. Rev., 2019, vol. 32, no. 3: e00001-19. doi: 10.1128/CMR.00001-19Schwaber M.J., Klarfeld-Lidji S., Navon-Venezia S., Schwartz D., Leavitt A., Carmeli Y. Predictors of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae acquisition among hospitalized adults and effect of acquisition on mortality. Antimicrob. Agents Chemother., 2008, vol. 52, no. 3, рр. 1028–1033. doi: 10.1128/aac.01020-07Starkova P., Lazareva I., Avdeeva A., Sulian O., Likholetova D., Ageevets V., Lebedeva M., Gostev V., Sopova J., Sidorenko S. Emergence of hybrid resistance and virulence plasmids harboring new delhi metallo-beta-lactamase in Klebsiella pneumoniae in Russia. Antibiotics (Basel)., 2021, vol. 10, no. 6: 691. doi: 10.3390/antibiotics10060691Teramoto S., Yoshida K., Hizawa N. Update on the pathogenesis and management of pneumonia in the elderly-roles of aspiration pneumonia. Respir. Investig., 2015, vol. 53, no. 5, рр. 178–184. doi: 10.1016/j.resinv.2015.01.003Tumbarello M., Trecarichi E.M., De Rosa F.G., Giannella M., Giacobbe D.R., Bassetti M., ISGRI-SITA (Italian Study Group on Resistant Infections of the Società Italiana Terapia Antinfettiva). Infections caused by KPC-producing Klebsiella pneumoniae: differences in therapy and mortality in a multicentre study. J. Antimicrob Chemother, 2015, vol. 70, рр. 2133–2143. doi: 10.1093/JAC/DKV086Yin Y., Zhao C., Li H., Jin L., Wang Q., Wang R., Zhang Y., Zhang J., Wang H. CARES network. Clinical and microbiological characteristics of adults with hospital-acquired pneumonia: a 10-year prospective observational study in China. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis., 2021, vol. 40, no. 4, рр. 683–690. doi: 10.1007/s10096-020-04046-9Zardi E.M., Chello M., Zardi D.M., Barbato R., Giacinto O., Mastroianni C., Lusini M. Nosocomial extracardiac infections after cardiac surgery. Curr. Infect. Dis. Rep., 2022, vol. 24, no. 11, рр. 159–171. doi: 10.1007/s11908-022-00787-0Zhou C., Sun L., Li H., Huang L., Liu X. Risk factors and mortality of elderly patients with hospital-acquired pneumonia of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae infection. Infect. Drug. Resist., 2023, vol. 20, no. 16, рр. 6767–6779. doi: 10.2147/IDR.S431085