HOSPITAL-ACQUIRED BACTERIAL INFECTIONS IN SARS-COV-2 INFECTED PATIENTS. WASN¿T COVID-19 COMPLICATED ENOUGH? PROSPECTIVE STUDY ON NOSOCOMIAL BLOODSTREAM INFECTIONS AND DESCRIPTION OF NDM-1-PRODUCING KLEBSIELLA PNEUMONIAE OUTBREAK IN COVID-19 UNITS

Introduction Bacterial superinfections may complicate the clinical course of hospitalized SARS-CoV2 infected patients. However, the exact burden of bacterial complications and their impact on mortality in COVID-19 is not fully understood yet. Aim of the first study included in this dissertation is to evaluate the burden and epidemiology of hospital-acquired bloodstream infections (HA-BSIs) in patients hospitalized with COVID-19 pneumonia, exploring in particular risk factors associated with HA-BSIs and impact of HA-BSI on mortality. In the second study it will be described an outbreak due to NDM-1-producing Klebsiella pneumoniae (NDM-Kp) involving SARS-CoV-2 infected patients in ICU and non-ICU Units. Epidemiological and clinical characteristics of the outbreak, including molecular characterization of the micro-organism, will be discussed as well as the infection control measures implemented to control the outbreak. Methods Prospective observational cohort study conducted at San Paolo Hospital in Milan, Italy. All patients admitted to hospital for symptomatic SARS-CoV-2 infection from 24 February 2020 to 31 March 2021 were included in the study. HA-BSI defined as infections occurring ≥48 hours after hospital admission. Incidence of HA-BSI was estimated as the numbers of HA-BSI episodes over 1000 patients-day of hospitalization with 95% confidence interval calculated by Poisson distribution. Factors associated with the development of HA-BSI were analysed using an unadjusted and adjusted logistic regression model. The impact of HA-BSI on in-hospital mortality and hospital discharge has been evaluated with a 1:1 matching nested study using competing-risk analysis. The main objectives of the study were: (i) description of microbiological and clinical characteristics of HA-BSIs; (ii) assessment of the incidence and prevalence of HA-BSIs; (iii) evaluation of risk factors for the development of HA-BSIs; (iv) evaluation of the impact of HA-BSIs on length of stay and in-hospital mortality. Results Among 1,950 consecutive patients hospitalised with COVID-19, 121 episodes of HA-BSI were observed in 101 (5.2%) patients. The incidence rate of HA-BSI was 3.5/1000patient-days (95%CI 2.3–4.3). 1,077/1,950 (55%) patients received corticosteroid therapy and 93/1,950 (5%) immunomodulators. 29% and 7% received continuous positive airway pressure (C-PAP) or non-invasive mechanical ventilation (NIMV) while 5.5% of patients received invasive mechanical ventilation (IMV). No difference in the distribution of therapies and oxygen support was noted between the HA-BSI and non-BSI groups except for a higher consumption of steroids (73% vs 54%, p=0.001) and higher use of NIMV/IMV (44% vs 12%, p<0.001) in the HA-BSI group. At multivariate analysis, NIMV/CPAP (aOR 1.82, 95%CI 1.15–2.90, p=0.010), IMV (aOR 4.75, 95%CI 2.32–9.72, p<0.001) and corticosteroid treatment (aOR 2.15, 95%CI 1.27–3.65, p=0.005) were confirmed as independent factors associated with HA-BSI. Concerning clinical outcomes, patients with HA-BSI compared to no-BSI groups, had a longer hospital stay (28 vs 10 days, p<0.001) but a similar in-hospital mortality (HA-BSI 33% vs non-BSI 25%, p=0.091). At competing-risk analysis, an increased risk of death in patients with HA-BSI was observed (p=0.030). However, after fitting a multivariable competing-risk regression model, a trend toward an increased risk of death in patients with HA-BSI was observed even tough statistical significance was not reached (aSHR 1.80, 95%CI 0.98-3.30, p=0.057). Regarding length of stay, the 30 days cumulative incidence of hospital discharge was 54% and 75% in patients with and without HA-BSI, respectively (p=0.019); this finding was confirmed after multivariable competing-risk regression model adjusted (aSHR 0.65, 95%CI 0.43-0.85, p=0.003). The outbreak of NDM-Kp described in the second study was observed from February 2021 to March 2021 at the San Carlo Hospital. It involved 4 Units, including COVID-ICU, for a total of 12 patients. Five of these patients developed an infection caused by NDM-Kp while the rest of them had an asymptomatic colonization. 7 out of 12 patients died. Genomic sequencing has confirmed that all the cases were due to the same strain, ST-945. The outbreak was controlled thanks to the implementation of additional infection control measures. Conclusions In our cohort the incidence of HA-BSI was relatively low. Development of HA-BSI did not significantly affect mortality but was associated with a longer hospital stay. Patients treated with corticosteroid therapy had double the risk of developing BSI. Concerning the outbreak, the additional infection control measures implemented, in association with those already in force, made possible the containment of the NDM-Kp outbreak. No more cases have been reported; recently few more cases of NDM-Kp have been identified in non-COVID-19 patients; epidemiological and molecular analysis are currently ongoing.

Introduzione. È ormai noto come il decorso clinico dei pazienti ospedalizzati per infezione da SARS-CoV-2 possa essere complicato da sovra-infezioni batteriche. Tuttavia, la reale incidenza, le caratteristiche cliniche e le conseguenze di tali complicazioni batteriche sull’esito del ricovero non sono ancora del tutto chiariti. In questa dissertazione verranno esposti due studi clinici condotti durante gli anni di studio del corso di dottorato in Ricerca Clinica. Il primo studio si pone come obiettivo quello di valutare il burden e le caratteristiche cliniche e microbiologiche delle infezioni del circolo ematico acquisite in ospedale (acronimo in inglese HA-BSI) nei pazienti ricoverati per polmonite COVI-19. In particolare, sono stati analizzati i fattori di rischio per queste infezioni e l’impatto sull’outcome clinico in termini di mortalità e lunghezza di degenza. Nel secondo studio viene descritto un outbreak intraospedaliero di infezioni sostenute da Klebsiella pneumoniae produttrice di metallo-betalattamasi di tipo New Delhi (NDM-Kp) che ha coinvolto alcuni reparti COVID compresa la terapia intensiva. Verranno descritte le caratteristiche cliniche ed epidemiologiche dei casi e la caratterizzazione fenotipica e molecolare dei ceppi. Infine, verranno discusse le misure di Infection Control messe in atto per limitare l’outbreak. Materiali e metodi. Il primo è uno studio osservazionale di coorte prospettico condotto presso l’Ospedale San Paolo di Milano. Tutti i pazienti ricoverati per infezione da SARS-CoV-2 sintomatica dal 24 febbraio 2020 al 31 marzo 2021 sono stati inclusi nello studio. Le HA-BSI sono state definite come infezioni insorte almeno 48 ore dopo l’ingresso in ospedale. L’incidenza è stata stimata come il numero di episodi di HA-BSI su 1000 giornate di ospedalizzazione con il 95% di intervallo di confidenza calcolato tramite Poisson. I fattori associati con lo sviluppo di HA-BSI sono stati analizzati tramite modelli di regressione uni e multivariati. L’impatto delle HA-BSI sull’outcome clinico è stato analizzato tramite analisi competitiva del rischio dopo aver selezionato per età, sesso e ricovero in ICU 100 pazienti che non hanno sviluppato batteriemia (non-BSI) (controlli) comparati con i 100 pazienti HA-BSI (casi) con un match 1:1. Obiettivi principali dello studio: (i) descrizione delle caratteristiche cliniche e microbiologiche delle HA-BSI; (ii) valutare l’incidenza delle HA-BSI; (iii) valutare dei fattori di rischio associati; (iv) valutare l’impatto sulla mortalità ospedaliera e la lunghezza di degenza. Risultati. Tra i 1950 pazienti ricoverati per COVID-19, sono stati osservati 121 episodi di HA-BSI in 101 (5.2%) pazienti. L’incidenza è stata di 3.5/1000patient-days (95%CI 2.3–4.3). Clinicamente, il 55% dei pazienti è stato trattato con terapia steroidea e solo il 5% con terapia immunomodulante. Dal punto di vista del supporto respiratorio, 29% dei pazienti è stato trattato con casco C-PAP, il 7% tramite NIMV e il 5.5% dei pazienti sono stati sottoposto a ventilazione meccanica invasiva (IMV). All’analisi multivariata, fattori di rischio indipendenti per lo sviluppo di HA-BSI sono risultati essere l’uso di NIMV/CPAP (aOR 1.82, 95%CI 1.15–2.90, p=0.010), di IMV (aOR 4.75, 95%CI 2.32–9.72, p<0.001) e la terapia corticosteroidea (aOR 2.15, 95%CI 1.27–3.65, p=0.005). Per quanto concerne l’esito clinico, i pazienti con HA-BSI hanno avuto una degenza più lunga (28 contro 10 giorni, p<0.001) ed una maggiore ma non significativa mortalità (33% contro 25%, p=0.091). All’analisi competitiva del rischio, è stato osservato un aumento del rischio di morte nei pazienti con HA-BSI; tuttavia, all’analisi multivariata si è confermato un trend verso un aumento di mortalità ma non statisticamente significativo (aSHR 1.80, 95%CI 0.98-3.30, p=0.057). Mentre, è stato confermato l’aumento della lunghezza di degenza nei casi rispetto ai controlli (incidenza di dimissione ospedaliera 54% in HA-BSI vs 75% in non-BSI; aSHR 0.65, 95%CI 0.43-0.85, p=0.003). L’outbreak di NDM-Kp descritto nel secondo studio è stato osservato da febbraio a marzo 2021 presso l’Ospedale San Carlo Borromeo di Milano. Ha coinvolto complessivamente 4 reparti COVID, compresa la terapia intensiva, per un totale di 12 pazienti. 5 di questi hanno sviluppato un’infezione sostenuta dal ceppo in questione mentre 7 sono risultati essere solamente colonizzati. 7 pazienti sono deceduti. L’analisi molecolare ha confermato che i casi erano dovuti al ceppo ST-945. L’outbreak è stato controllato grazie all’implementazione di misure aggiuntive di Infection Control. Conclusioni. Nella nostra coorte l’incidenza di infezioni del circolo ematico ospedaliere è stata relativamente bassa. Tuttavia, è risultata essere associate ad un aumento dei tempi di degenza. I pazienti tratti con terapia steroidea hanno avuto un rischio aumentato di sviluppare tale infezione. Per quanto riguarda l’outbreak di NDM-Kp, l’implementazione di misure di Infection Control aggiuntive, oltre a quelle già in atto, ha permesso il contenimento del cluster.