Advanced

D-arabinitol in the diagnosis of invasive candidiasis

Sigmundsdottir, Gudrun LU (2010) In Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series 2010:105.
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Invasiv candidiasis är en allvarlig jästsvampinfektion hos redan svårt sjuka patienter och denna infektion har ökat under de senaste årtiondena. Blododling, som ärreferensdiagnostisk metod för denna infektion, har relativt låg känslighet liksom detektion av Candidaspecifika antikroppar och antigener. Utvecklingen av PCR baserade diagnostik går långsamt och det saknas standardiserade metoder. D-arabinitol (DA) är en sockeralkohol som produceras in vitro och in vivo av de flesta humanpatogena Candida arter. DA och L-arabinitol (LA) förekommer i samtliga humana kroppsvätskor och utsöndras i urinen. Vid njursvikt stiger DA och LA koncentrationerna i serum, och för att korrigera för nedsatt... (More)
Popular Abstract in Swedish

Invasiv candidiasis är en allvarlig jästsvampinfektion hos redan svårt sjuka patienter och denna infektion har ökat under de senaste årtiondena. Blododling, som ärreferensdiagnostisk metod för denna infektion, har relativt låg känslighet liksom detektion av Candidaspecifika antikroppar och antigener. Utvecklingen av PCR baserade diagnostik går långsamt och det saknas standardiserade metoder. D-arabinitol (DA) är en sockeralkohol som produceras in vitro och in vivo av de flesta humanpatogena Candida arter. DA och L-arabinitol (LA) förekommer i samtliga humana kroppsvätskor och utsöndras i urinen. Vid njursvikt stiger DA och LA koncentrationerna i serum, och för att korrigera för nedsatt njurfunktion mäts antingen DA/LA- eller DA/kreatinin kvot. DA/LA kvoten kan mätas i både urin och serum medan DA/kreatinin kvoten endast mäts i serum. DA/LA-kvoten som analyseras med gaskromatografi-mass spektrometri är normalt 2,0 ± 0,6 hos vuxna och något högre hos barn. DA-koncentrationen kan även mätas med en enzymatisk metod, där man utnyttjar enzymet D-arabinitoldehydrogenas och relaterar DA till kreatinin nivåer. Flera kliniska studier har visat hög känslighet (83–94 procent) med DA-metoden vid diagnostik av invasiva Candida infektioner. Man har observerat korrelation mellan behandlingseffekt och sjunkande DA/kreatininkvoter, liksom mellan mortalitet och kvarstående förhöjda DA/kreatinin kvoter. Förhöjda DA nivåer har även detekterats flera dagar till veckor innan man med konventionella odlingsmetoder har kunnat påvisa invasiv candidiasis.



Prematura barn på intensivvårdsavdelningar har ökad risk för invasiv candidiasis, varför vi genomförde en klinisk prospektiv studie av den diagnostiska nyttan av DA/LA kvot i urin på den neonatala intensivvårdsavdelningen i Lund. Urinprov togs enkelt genom att lägga en bit filtrerpapper i blöjan. Filtrerpapperet avlägsnades när barnet hade kissat och lufttorkades innan det skickades för analys till laboratoriet. Vi kunde påvisa en 100-procentig känslighet i diagnostiken av invasiv candidiasis, och mer än hälften av de barn som fick empirisk svampbehandling hade också förhöjda värden. Dessutom normaliserades DA/LA-kvoten i urin vid framgångsrik svampbehandling både hos barn med odlingsverifierade infektioner och hos empiriskt behandlade barn. En liknande prospektiv studie utfördes på vuxna cancerpatienter, främst med leukemia och lymfom, i Brisbane, Australien samt på HIV-positiva patienter i Lund och Brisbane. Våra resultat visade att DA/LA metoden hade en lägre känslighet hos patienterna i Brisbane jämfört med hos de nyfödda barnen i Lund. Detta förklaras sannolikt av den lokala epidemiologiska situationen på sjukhuset i Australien, där C. krusei har blivit en allt vanligare orsak till invasiva Candida infektioner. Enligt resultat från vår senaste studie var nämligen bildandet av DA i provrör mycket låg hos C. krusei jämfört med andra patogena Candida arter. HIV patienter hade normala DA/LA kvoter och patienter med mukokutan candidiasis, exempelvis HIV-positiva patienter med oral candidiasis eller Candida esofagit, hade normala DA/LA -kvoter.



Efter att den prospektiva studien på den neonatala intensivvårdsavdelningen hade avslutats infördes användning av DA/LA kvot i urin i kliniskt rutinbruk. En liknande prospektiv studie hade tidigare genomförts på barnonkologiska avdelningen i Lund där DA/LA kvot också infördes i kliniskt rutinbruk efter studieperioden. I vår tredje studie granskade vi hur DA/LA kvoten verkligen användes i praktiken på dessa två avdelningar. Vi studerade även incidensen av och mortaliteten i invasiv candidiasis vid den barnonkologiska- respektive den neonatala intensivvårdsavdelningen i Lund direct efter att de prospektiva studierna avslutats. På barnonkologen rekommenderades regelbunden provtagning två gånger i veckan på alla riskbarn, positiva DA/LA-kvoter skulle användas som incitament för tidigt insättande av svampbehandling oavsett förekomst av positiva blododlingar. På neonatalavdelningen, där de prematura barnen ofta insjuknar redan under de första levnadsveckorna, blev regelbunden DA/LA monitorering på alla riskbarn inte rekommenderad, utan analysen skulle användas mer som ett komplement till övrig diagnostik. Den prospektiva barnonkologstudien pågick under 3,5 år, och under den följande 3,5-årsperioden efter studien, sjönk incidensen av invasiv candidiasis signifikant. Även mortaliteten i invasiv candidiasis minskade från 50 procent till 0, men för små numeriska värden medgav ingen rimlig statistisk analys. På neonatala intensivvårdsavdelningen var emellertid incidensen och mortaliteten I invasiv candidiasis oförändrad under uppföljningsperioden. Patientklientelet och alla övriga medicinska förhållanden förblev oförändrade mellan perioderna på båda avdelningarna. Dessa resultat stärker vår övertygelse att man genom att använda resultaten från regelbundna DA/LA-analyser av riskpatienter i det vardagliga kliniska arbetet kan minska såväl morbiditet som mortalitet vid invasiv candidiasis.

Vid granskning av litteraturen avseende DA produktionsförmåga hos olika Candida arter upptäcker man att endast få stammar av olika arter har testats för DA produktion. Vi genomförde därför en studie där vi testade ett större antal stammar och verifierade avsaknad av DA produktion in vitro hos C. glabrata. Vi verifierade också DA produktion hos C. dubliniensis, och fann att C. krusei producerar låga mängder DA. Vi upptäckte även skillnader i DA produktionen inom och mellan olika Candida arter men betydelsen av detta fynd avseende DA/LA-metodens känslighet in vivo är osäker. Sänkt känslighet vid infektion med lågproducerande Candida stammar kan dock inte uteslutas och vidare studier där DA produktionsförmågan hos kliniska stammer jämförs med patienternas DA/LA kvoter efterlyses.



Förhöjda kvoter har rapporterats hos patienter med djupa C. glabrata infektioner även om man inte har påvisat någon DA produktion hos C. glabrata in vitro. Följande hypoteser har använts som tänkbara förklaringar: samtidigt pågående infektion med två eller fler Candida arter som inte upptäcks pga låg känslighet i blododlingar, eller att C. glabrata producerar DA in vivo trots avsaknad av DA produktion in vitro. För att undersöka tänkbar DA produktion hos C. glabrata in vivo genomförde vi en experimentell studie på tre immunsupprimerade kaniner, varav en infekterades med C. albicans och utvecklade mycket höga DA/LA kvoter medan de två andra kaninerna som blev infekterade med C. glabrata hade fortsatt låga kvoter. Någon DA production hos C. glabrata kunde således inte påvisas in vivo. Slutligen så genomförde vi två mindre försök om tänkbara felkällor i DA/LA diagnostiken. I det ena försöket konstaterade vi att förvaring av urinprov, med växt av Klebsiella, i rumstemperatur kan leda till falskt låga DA/LA kvoter som förklaras av Klebsiellabakteriens förmåga att bryta ner DA. Dietärt DA resorberas i mag– tarmkanalen och i den andra studien om felkällor visade vi att vid intag av fermenterade livsmedel (kinesisk soja) eller dryck (rödvin) stiger DA/LA-kvoten, om än snabbt övergående. Vi tror dock inte att detta ska störa diagnostiken av de definierade riskgrupperna, men det är viktigt att inte använda DA/LA-analysen okritiskt. (Less)
Abstract
Invasive candidiasis (IC) is a serious condition and timely diagnosis with early initiation of antifungal therapy is imerative for improving outcomes. Arabinitol is a sugar alcohol with two stereoisomers, D-arabinitol (DA) and L-arabintiol (LA). Several pathogenic Candida species produce DA in vitro and high DA levels have been detected in serum and urine in patients with IC. Renal dysfunction affects serum DA levels, serum and urine DA/LA or serum DA/creatinine are therefore measured to correct for kidney dysfunction.



DA/LA ratio in urine was examined in neonatal infants in Lund, in patients with hematologic malignancies in Brisbane, Australia, and in HIV patients. Urine samples were collected on filter paper, which was... (More)
Invasive candidiasis (IC) is a serious condition and timely diagnosis with early initiation of antifungal therapy is imerative for improving outcomes. Arabinitol is a sugar alcohol with two stereoisomers, D-arabinitol (DA) and L-arabintiol (LA). Several pathogenic Candida species produce DA in vitro and high DA levels have been detected in serum and urine in patients with IC. Renal dysfunction affects serum DA levels, serum and urine DA/LA or serum DA/creatinine are therefore measured to correct for kidney dysfunction.



DA/LA ratio in urine was examined in neonatal infants in Lund, in patients with hematologic malignancies in Brisbane, Australia, and in HIV patients. Urine samples were collected on filter paper, which was found easy to apply and facilitated shipment of samples. DA/LA ratio is a reliable diagnostic method of IC in neonatal infants, all six infants with IC had elevated DA/LA ratios. Additionally five of eight infants receiving empirical antifungal treatment had elevated DA/LA ratios. The DA/LA ratio had lower sensitivity in hematology patients in Australia probably reflecting local changes in the epidemiology of candidemia with increased proportion of fungemias caused by C. krusei. HIV patients had normal DA/LA ratios and elevated ratios were not detected in five patients with Candida esophagitis.



Clinical usage of DA/LA ratio in urine was studied iat the pediatric oncology unit (POU) and at the neonatal intensive care unit (NICU) in Lund. Screening of neutropenic children with cancer at the POU was found to decrease the number of IC but at the NICU the number of IC remained unchanged where the DA/LA ration was obtained only when IC was suspected.



In vitro studies on DA production showed DA production in C. dubliniensis and C. krusei although C. krusei was found to produce low levels of DA. Neither in vitro nor in vivo DA production was detected in C. glabrata. DA production rate was highest in C. albicans and both intra and inter species variation of in vitro DA production was observed, which warrants further studies on the DA production rate and the sensitivity of DA/LA ratio in clinical use. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Professor Wennerås, Christine, Sahlgrenska sjukhuset, Göteborg
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
D-arabinitol, D-arabitol, Candida, invasive candidiasis, production rate, diagnosis, neonate, neutropenic, HIV
in
Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
volume
2010:105
pages
129 pages
publisher
Department of Clinical Sciences, Lund University
defense location
Segerfalkssalen, Biomedicinskt Centrum, Lund
defense date
2010-11-18 13:00
ISSN
1652-8220
ISBN
978-91-86671-21-1
language
English
LU publication?
yes
id
a9432818-378e-4371-ab12-ced5ea04b78f (old id 1701753)
date added to LUP
2010-10-27 09:10:47
date last changed
2018-05-29 12:27:48
@phdthesis{a9432818-378e-4371-ab12-ced5ea04b78f,
  abstract     = {Invasive candidiasis (IC) is a serious condition and timely diagnosis with early initiation of antifungal therapy is imerative for improving outcomes. Arabinitol is a sugar alcohol with two stereoisomers, D-arabinitol (DA) and L-arabintiol (LA). Several pathogenic Candida species produce DA in vitro and high DA levels have been detected in serum and urine in patients with IC. Renal dysfunction affects serum DA levels, serum and urine DA/LA or serum DA/creatinine are therefore measured to correct for kidney dysfunction.<br/><br>
<br/><br>
DA/LA ratio in urine was examined in neonatal infants in Lund, in patients with hematologic malignancies in Brisbane, Australia, and in HIV patients. Urine samples were collected on filter paper, which was found easy to apply and facilitated shipment of samples. DA/LA ratio is a reliable diagnostic method of IC in neonatal infants, all six infants with IC had elevated DA/LA ratios. Additionally five of eight infants receiving empirical antifungal treatment had elevated DA/LA ratios. The DA/LA ratio had lower sensitivity in hematology patients in Australia probably reflecting local changes in the epidemiology of candidemia with increased proportion of fungemias caused by C. krusei. HIV patients had normal DA/LA ratios and elevated ratios were not detected in five patients with Candida esophagitis.<br/><br>
<br/><br>
Clinical usage of DA/LA ratio in urine was studied iat the pediatric oncology unit (POU) and at the neonatal intensive care unit (NICU) in Lund. Screening of neutropenic children with cancer at the POU was found to decrease the number of IC but at the NICU the number of IC remained unchanged where the DA/LA ration was obtained only when IC was suspected.<br/><br>
<br/><br>
In vitro studies on DA production showed DA production in C. dubliniensis and C. krusei although C. krusei was found to produce low levels of DA. Neither in vitro nor in vivo DA production was detected in C. glabrata. DA production rate was highest in C. albicans and both intra and inter species variation of in vitro DA production was observed, which warrants further studies on the DA production rate and the sensitivity of DA/LA ratio in clinical use.},
  author       = {Sigmundsdottir, Gudrun},
  isbn         = {978-91-86671-21-1},
  issn         = {1652-8220},
  keyword      = {D-arabinitol,D-arabitol,Candida,invasive candidiasis,production rate,diagnosis,neonate,neutropenic,HIV},
  language     = {eng},
  pages        = {129},
  publisher    = {Department of Clinical Sciences, Lund University},
  school       = {Lund University},
  series       = {Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series},
  title        = {D-arabinitol in the diagnosis of invasive candidiasis},
  volume       = {2010:105},
  year         = {2010},
}