Labordiagnostik bei Verdacht auf CDAD: Warum gestuftes Testen?

Die optimale Labordiagnostik bei Verdacht auf Clostridioides difficile-assoziierte Diarrhö war lange Zeit Gegenstand kontroverser Diskussionen. Im Konsens mit dem Stand der wissenschaftlichen Erkenntnis hat die European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases im Jahr 2016 gestufte Testalgorithmen zur Akutdiagnostik empfohlen und publiziert.

Schlüsselwörter: GDH, Antigen, NAT, Testalgorithmus, Vorhersagewert

Das gramnegative und obligat anaerobe Stäbchenbakterium Clostridioides difficile (C. difficile), häufig auch als Clostridium difficile bezeichnet, gehört zu den häufigsten Erregern nosokomialer Durchfallerkrankungen. Der Erreger selbst ist nicht besonders invasiv – vielmehr wird die Erkrankung durch hochwirksame Toxine (Toxin A, Toxin B, binäres Toxin) hervorgerufen. Diese werden vom Bakterium gebildet und nach außen abgegeben. Der zytopathische Effekt der Toxine führt zu einer Zerstörung der Kolonozyten, was eine sekretorische Diarrhö nach sich zieht. Die Erkrankung kann sehr schnell einen fulminanten Verlauf mit schwerwiegenden Begleitkomplikationen wie Darmverschluss, Gewebezerfall, Perforation und Sepsis annehmen. Hier sind dann kostspielige intensivmedizinische Behandlungen und chirurgische Interventionen erforderlich. Erkrankungen durch C. difficile sind deshalb nicht nur aus Sichtweise der Diagnostik, Behandlung und Krankenhaushygiene eine Herausforderung, sondern auch aus ökonomischer Sichtweise problematisch.

Sporenbildung

C. difficile kommt in zwei metabolisch und morphologisch verschiedenen Zustandsformen vor. Das vegetative, teilungsfähige Bakterium ist vorzugsweise im Kolon zu finden, weil der pH-Wert dort weitgehend neutral und der Sauerstoffgehalt gering ist. Nach Ausscheidung aus dem Kolon bildet der Erreger jedoch binnen kürzester Zeit umwelt- und säureresistente Sporen aus, die sich sehr schnell verbreiten und auf andere Patienten übertragen werden können. Die Elimination der resistenten Sporen stellt besondere Anforderungen an die Krankenhaus­hygiene. Darüber hinaus ist eine vollständige Elimination der Sporen aus dem Kolon im Zuge der antibiotischen Akutbehandlung Erkrankter nicht sichergestellt [2].

Asymptomatische Träger

Nicht nur Erkrankte, sondern auch asymptomatische Träger kontaminieren sich selbst und die patientennahe Umgebung. Letztere sind deshalb eine relevante Quelle für die Entstehung sekundärer Neuerkrankungen in medizinischen Einrichtungen. Dies ist besonders problematisch, da der Anteil asymptomatisch kolonisierter Patienten auf der einen Seite hoch ist, auf der anderen Seite jedoch keine Empfehlungen für deren Screening in medizinischen Einrichtungen bestehen. Studien­er­gebnisse legen nahe, dass die mittlere Rate von Patienten in medizinischen Einrichtungen, die asymptomatisch mit toxigenen C. difficile kolonisiert sind, bei etwa 16 % (Spanne: 5–20 %) liegt [2, 3]. Somit ist die Rate nicht erkannter Indexpatienten für Umgebungskontaminationen und Übertragungen in Deutschland und vielen anderen Ländern um ein Vielfaches höher als die von Methicillin-resistentem Staphylococcus aureus (MRSA). Auch eine asym­ptomatische Träger­schaft mit toxigenen C. difficile stellt einen unabhängigen Risikofaktor für die Entstehung einer Clostridioides difficile-assozierten Diarrhö (CDAD) während des Krankenhausaufenthaltes dar [2, 3].

Mortalität und Morbidität

Auf dem Boden der umfangreichen Literatur ist zweifelsfrei nachgewiesen, dass die nosokomiale CDAD ein unabhängiger Risikofaktor für das Versterben noch während des Krankenhausaufenthaltes ist. Schwerwiegend sind auch weitere Komplikationen in der Langzeitbetrachtung als Folge der CDAD, die kaum Beachtung finden. So liegt bei Organtransplantierten ein erhöhtes Risiko für Komplikationen am Transplantat bis hin zum Organverlust vor. Ein erhöhtes Risiko für schwere gastrointestinale Graft-Versus-Host-Reaktionen (≥ Grad 2) ist für Stammzelltransplantierte belegt. Bei Patienten mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen besteht ein erhöhtes Risiko für eine akute Ex­azerbation, welche eine medikamentöse Eskalation und chirurgische Intervention  notwendig werden lässt [2].

Rezidive

Die durch C. difficile verursachte Diarrhö und Kolitis geht mit einem klinisch signifikanten Risiko für Rezidive einher. Sowohl multiple rezidivierende Episoden als auch chronischer Durchfall kommen vor. Je nach untersuchtem Patientengut und Therapie liegt die Wahrscheinlichkeit für ein erstes Rezidiv bei 10–25 %, für ein zweites mit bis zu 45 % ungleich höher, weshalb ein Großteil der Behandlungsfälle die Folge einer rezidivierenden Erkrankung ist. Sie gehen  mit einem erhöhten Risiko für schwere Verläufe einher [4] und verursachen somit auch deutlich höhere Kosten [5].

Ökonomische Aspekte

Zahlreiche nationale und internationale Studien belegen, dass die nosokomiale CDAD zu erheblichen Zusatzkosten führt. Insbesondere bei rezidivierenden Erkrankungen sind diese infolge erheblich verlängerter Krankenhausaufenthalte und intensivmedizinischer Behandlung enorm [5, 6]. Aus ökonomischer Sicht ist es für ein Krankenhaus in Deutschland relevant, dass die C.-difficile-Enterokolitis (ICD-10-GM-Kode A04.7) zu einer finanziellen Unterdeckung führt. Bei CDAD als Nebendiagnose (vermeintlicher Onset im Krankenhaus) war die Verweildauer im Mittel um 10,8 Tage erhöht (28,8 vs. 18,1 Tage in der Kontrollgruppe), die Kosten lagen um 6.300 € höher (19.381 € vs. 13.082 €) und die Unterdeckung durch DRG-(Diagnosis Related Group-)Erlöse war um 2.539 € höher (3.442 € vs. 849 €). Bei Wiederkehrern ins gleiche Krankenhaus (vermeintliche Rezidive) lag die Verweildauer bei 37,7 Tagen (Kontrolle 21,3 Tage), die Kosten bei 20.755 € (Kontrolle 13.101 €) und die Kostenunterdeckung im Mittel bei 4.196 € vs. 1.109 € in der Kontrollgruppe [7].

Diagnostisches Dilemma

Die optimale Labordiagnostik für Patienten mit Verdacht auf CDAD war lange Zeit Gegenstand kontroverser Diskussio­nen, weil keine der verfügbaren diagnostischen Methoden als sogenannter „Stand-Alone-Test“ Toxin-bildende C. difficile als Verursacher der Diarrhö mit ausreichender hoher Zuverlässigkeit aus- bzw. einschließen kann. Im Zusammenhang mit der Pathogenese (Toxine als Krankheitsauslöser) sowie der hohen Rate asymptomatischer Träger toxigener und nicht-toxigener C. difficile [2] hat jede Methode Vor- und Nachteile in Bezug auf den negativen und positiven Vorhersagewert zum Ein- oder Ausschluss einer Infektion. Da die Erkrankung zugleich sehr schnell einen schweren Verlauf nehmen kann und hoch kontagiös ist, ist die methodische Verfügbarkeit und die Zeit bis zur möglichen Verfügbarkeit des Testergebnisses ebenso in eine Evaluation der Vor- und Nachteile im Rahmen der Akutdiagnostik einzubeziehen (Tab. 1 und 3).

Vorteile und Nachteile der Methoden
Nachweis der Glutamat-Dehydrogenase von C. difficile (GDH-Antigentest)
Vorteilig sind die gute Verfügbarkeit und hohe Sensitivität (Tab. 2). Ein negatives Ergebnis kann C. difficile als Verursacher der Diarrhö bei niedriger und hoher Prävalenz gut ausschließen. Es besteht ein weitgehend prävalenzunabhängiger hoher negativer Vorhersagewert (NVW) (Tab. 3). Nachteilig ist, dass ein positives Ergebnis die Folge einer asymptomatischen Trägerschaft mit toxigenen und nicht-toxigenen C. difficile sein kann, woraus ein weitgehend prävalenzunabhängig niedriger positiver Vorhersagewert (PVW) resultiert (Tab. 3). Es ist deshalb empfohlen,
insbesondere bei niedrigerer Prävalenz ein positives Testergebnis mit einem Test zum Nachweis von freiem Toxin zu bestätigen (Abb. 1 und 2).
Nukleinsäureamplifikationstechnik (NAT) zum Nachweis der Toxingene von C. difficile
Vorteilig sind die zunehmend gute Verfügbarkeit und hohe Sensitivität (Tab. 2). Ein negatives Ergebnis kann C. difficile als Verursacher der Diarrhö bei niedriger und hoher Prävalenz gut aus­schließen. Es besteht ein weitgehend prävalenzunabhängiger hoher NVW (Tab. 3). Ein Vorteil im Vergleich zum GDH-Antigentest ist, dass ein positives Ergebnis nur toxigene C. difficile nachweist, sodass der PVW höher ist. Bei sehr hoher Prävalenz (> 50 %) kann die NAT ggf. ohne weitere Bestätigungstestung direkt zum Einschluss einer CDAD verwendet werden (Tab. 3). Nachteilig ist, dass ein positives Ergebnis die Folge einer asymptomatischen Trägerschaft toxigener C. difficile sein kann. Daraus resultiert insbesondere bei niedrigeren Prävalenzen ein niedriger PVW. Deshalb ist empfohlen, insbesondere bei niedriger Prävalenz ein positives Testergebnis mit einem Test zum Nachweis von freiem Toxin zu bestätigen (Abb. 1 und 2).
Nachweis von freiem Toxin im Stuhl (Toxin-A+B-Antigentest)
Vorteilig sind die gute Verfügbarkeit und hohe Spezifität (Tab. 2). Ein positives Testergebnis weist freies Toxin im Stuhl als Ursache der Erkrankung direkt nach und ist bei ausreichend hoher Prävalenz im Untersuchungsgut hoch prädiktiv für eine CDAD. Es besteht ein prävalenzabhängig hoher PVW (Tab. 3). Nachteilig ist die bisher eingeschränkte Sensitivität (Tab. 2). Ein negatives Testergebnis schließt die CDAD insbesondere bei entsprechend hoher Prävalenz nicht zuverlässig aus (prävalenzabhängig niedriger NVW, Tab. 3). Für diskrepante Befunde (GDH- bzw. NAT-positiv/Toxin-negativ) kann nach klinischer Evaluation ein weiterer Test zur Auflösung der Diskrepanz erforderlich sein (Abb. 1 und 2).
Nachweis Toxin-bildender C. difficile in Kultur (toxigene Kultur; TK)
Vorteilig ist die gute Sensitivität. Ein negatives Ergebnis kann C. difficile als Verursacher der Diarrhö gut ausschließen. Nachteilig ist, dass ein positives Ergebnis die Folge einer asymptomatischen Trägerschaft mit toxigenen C. difficile sein kann. Auch der Nachweis der Toxinbildung in Kultur bedeutet nicht, dass das C.-difficile-Isolat diese auch im Kolon des Patienten bildet. Ein Nachteil  im Rahmen der Akutdiagnostik ist auch die reduzierte Verfügbarkeit/Durchführbarkeit in allen medizinischen Einrichtungen sowie die Befunddauer (2–5 Tage). Die Methode ist deshalb zur Akut­diagnostik nur eingeschränkt nutzbar, jedoch als Referenzmethode zur Validierung von NAT und Toxin-A+B-Antigentests gut geeignet.
Nachweis von freiem Toxin B im Stuhl durch Nachweis eines zytopathischen Effektes von Toxin B in humaner Zellkultur (Zell-Zytotoxin-Neutralisierungs-Test)
Vorteilig sind die hohe Spezifität und die im Vergleich zum Antigen-basierten Nachweis von freiem Toxin höhere Sensitivität. Nachteilig sind der hohe analytische Aufwand und die erforderliche Erfahrung in Verbindung mit der Vorbereitung der Stuhlprobe, der Verwendung humaner Zellkulturen sowie der mikroskopischen Untersuchung auf zytopathische Effekte und die zur Sicherstellung der Spezifität erforderliche Neutralisierung des eventuell vorhandenen Toxin B. Ebenfalls ein Nachteil im Rahmen der Akutdiagnostik sind die lange Befunddauer (bis 3 Tage) und die nicht  vorhandene Standardisierung und schlechte Verfügbarkeit, da die Technik nicht von allen medizinischen Einrichtungen beherrscht wird.

 

Tab. 2: Sensitivität und Spezifität der NAT sowie des GDH- und Toxin-A+B-Antigentests relativ zur toxigenen Kultur (modifiziert nach [1]). 

Methode & Testformat

Sensitivität und Spezifität versus toxigene Kultur

 

Sensitivität  %/(95 %-KI)Spezifität  %/(95 %-KI)
GDH-Antigentest (Membrantest)0,97 (0,84–1,00)0,96 (0,90–0,99)
Toxin-A+B-Antigentest (Membrantest)0,53 (0,45–0,61)0,99 (0,97–1,00)

NAT

0,95 (0,92–0,97)0,98 (0,97–0,99)

 

Tab. 3: Positiver Vorhersagewert (PVW) und negativer Vorhersagewert (NVW) der Testmethoden in Abhängigkeit der Prävalenz (modifiziert nach [1]).

Methode & TestformatVorhersagewert
Prävalenz 5 %Prävalenz 10 %Prävalenz 10 %Prävalenz 10 %
PVW

NVW

PVWNVWPVWNVWPVWNVW
GDH-Antigentest (Membrantest)34 %100 %52 %100 %71 %99 %91 %98 %

Toxin-A+B-Antigentest (Membrantest)

81 %99 %90 %98 %95 %95 %99 %83 %
NAT46 %100 %64 %100 %80 %99 %94 %96 %

 

Prädiktive Werte

Bei der Kombination verschiedener Methoden zu einem gestuften Testalgorithmus muss man neben der Sensitivität und Spezifität der einzelnen Methode zwingend die Prävalenz der Erkrankung mitberücksichtigen. Der negative Vorhersagewert (NVW) zum Ausschluss der CDAD und der positive Vorhersagewert (PVW) zum Einschluss einer CDAD sind entscheidend von der Erkrankungsprävalenz beeinflusst. Die sich daraus ergebenden prävalenzabhängigen positiven und negativen Vorhersagewerte (PVW; NVW) sind in Tab. 3 abgebildet.
In diesem Zusammenhang sollte stets in Betracht gezogen werden, dass die Prävalenz der Erkrankung und die Prävalenz asymptomatischer Träger innerhalb einer Einrichtung schwanken kann. So sind Ausbrüche durch den Erreger möglich, die zu einer deutlich erhöhten Prävalenz führen, wodurch sich die prädiktiven Werte eines diagnostischen Tests verändern. Wesentlich hierbei ist, dass im Falle eines festgestellten Ausbruchs nicht nur die Prävalenz Erkrankter, sondern auch die Prävalenz asymptomatischer Träger infolge unerkannter Transmissionen höher sein kann [10, 11].
Der NVW des GDH-(Glutamat Dehydrogenase-)Antigentests und der NAT (Nukleinsäureamplifikationstechnik) ist sowohl bei geringer (5 %), mittlerer (20 %) und insbesondere auch bei hoher Prävalenz (50 %) mit Werten zwischen 94–100 % hoch. Beide Testmethoden lassen sich somit bei niedriger und hoher Prävalenz als „Rule-out-Test“ zum Ausschluss einer CDAD einsetzen. Bei niedriger und mittlerer Prävalenz (5–20 %) ist der PVW beider Nachweismethoden mit Werten zwischen 34 % und 80 % jedoch sehr gering. Ein positives Testergebnis in diesem Prävalenzbereich ist deshalb mit einer erheblichen Unsicherheit auf das tatsächliche Vorliegen einer CDAD behaftet, sodass sich die Methoden nur bedingt als „Rule-in-Test“ zum Einschluss der Erkrankung eignen. Da die NAT im Vergleich zum GDH-Antigentest nur toxigene Clostridien nachweist und somit etwas spezifischer ist, liegt der PVW der NAT im gesamten Prävalenzbereich im Vergleich zum GDH-Antigentest etwas höher. Bei hoher Prävalenz (50 %) erreicht  der PVW der NAT akzeptable 94 %, sodass ein positives Testergebnis ggf. ohne weitere Bestätigung mittels Toxin-A+B-Antigentest zum Einschluss der Erkrankung verwendet werden kann.
Der Toxin-A+B-Antigentest lässt sich nur bei niedrigerer Prävalenz (bis 20 %) zum Ausschluss einer CDAD einsetzen. Der NVW liegt hier zwischen 95 % und 99 %. Bei weiter steigender Prävalenz im Untersuchungsgut fällt der NVW jedoch rapide ab, sodass ein negatives Testergebnis die Erkrankung nicht mehr zuverlässig ausschließt. Im Vergleich zum GDH-Antigentest und der NAT ist jedoch der positive Vorhersagewert des Toxin-A+B-Antigentests über den gesamten Prävalenzbereich höher. Bereits ab einer Prävalenz von 10 % erreicht der PVW einen akzeptablen Wert von > 90 % und steigt in der Folge weiter an. Somit ist ein positives Testergebnis ab einer Prävalenz von 10 % und mehr dazu geeignet, die Erkrankung einzuschließen („Rule-in-Test“). Bei niedriger Prävalenz (5 %) ist der PPV jedoch mit 81 % gering. Ein positives Testergebnis schließt die Erkrankung nicht zuverlässig ein.
Problematisch ist somit insbesondere der niedrige Prävalenzbereich von 5 %, da in diesem nur der sichere Ausschluss der Erkrankung durch eine einzelne Methode möglich ist, nicht jedoch der sichere Einschluss.

Stufenalgorithmus

Da jede der zuvor beschriebenen Methoden Vor- und Nachteile hat, liegt es nahe, die Vorteile verschiedener Methoden unter Berücksichtigung der prävalenzabhängigen Vorhersagewerte in einem gestuften Testalgorithmus zu kombinieren, der C. difficile als Verursacher der Diarrhö bei Patienten mit Verdacht auf eine CDAD möglichst gut aus- bzw. einschließt. Die empfohlenen Methoden sollten zugleich gut verfügbar sein und ein schnelles Testergebnis liefern. Nur so können entsprechende Hygienemaßnahmen und die Therapie schnellstmöglich eingeleitet werden. Unter Berücksichtigung dieser Aspekte wurden im Jahr 2016 von der European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases (ESCMID) nachfolgende gestufte Testalgorithmen vorgeschlagen [1].

Serieller Testalgorithmus

Im ersten Schritt wird ein GDH-Antigentest oder eine NAT durchgeführt mit dem Ziel, C. difficile als Verursacher der Erkrankung auszuschließen.

Aufgrund des hohen NVW beider Methoden schließt ein negatives Testergebnis die Erkrankung mit hoher Wahrscheinlichkeit aus. Weitere Testungen auf CDAD bei negativem Testergebnis sind nur in Einzelfällen nach klinischer Evaluation empfohlen. Da insbesondere bei niedrigeren Prävalenzen der PWV beider Methoden jedoch nicht ausreichend hoch ist, wird das positive Testergebnis des GDH-Antigentests bzw. der NAT im zweiten Schritt durch das positive Testergebnis eines Toxin-A+B-Antigentests bestätigt. Ist das Ergebnis des Toxin-A+B-Antigentests positiv, ist von einer CDAD auszugehen. Dieses gestufte Vorgehen löst gleichzeitig das Problem des niedrigen PVW des Toxin-A+B-Antigentests im niedrigen Prävalenzbereich von 5 % oder geringer. Durch die vorherige Aussonderung von C.-difficile-negativen Stuhlproben mittels negativem GDH-Antigentest oder negativer NAT hat die verbliebene Probenpopulation eine deutlich erhöhte Prävalenz. Ein positives Testergebnis des Toxin-A+B-Antigentests an dieser verbliebenen Probenpopulation wird deshalb einen deutlich erhöhten PVW haben, der bei positivem Testergebnis einen zuverlässigen Einschluss erlaubt. Nachteilig ist jedoch, dass durch die erhöhte Prävalenz in der verbliebenen Probenpopulation der NVW des Toxin-A+B-Antigentests abfällt. Ein negatives Testergebnis in dieser verbliebenen Subpopulation mit erhöhter Prävalenz schließt demnach eine CDAD nicht zuverlässig aus. Im Einzelfall und nach klinischer Evaluation ist deshalb im dritten Schritt eine Nachtestung bzw. weitere Testung zur Auflösung der diskrepanten Befundkonstellation notwendig.

Paralleler Testalgorithmus

Ein weiterer empfohlener Algorithmus ist die Testung der Stuhlprobe mittels GDH-Antigentest und Toxin-A+B-Antigentest in einem Arbeitsschritt (Abb. 2).

Assays, die sowohl die GDH als auch das freie Toxin zeitgleich in einem Testlauf an der gleichen Probe bestimmen, sind verfügbar.
Wesentliche Vorteile im Vergleich zum seriellen Testalgorithmus sind die kürzere Zeit bis zum Ergebnis bei GDH-positiven bzw. NAT-positiven Proben sowie die geringere Anzahl von Testungen, da die nachfolgende Bestätigungstestung entfällt. Ein weiterer Vorteil ist, dass GDH-negative jedoch Toxin-positive Proben auf das Vorliegen eine CDAD weiter evaluiert werden können, weil das Ergebnis die Folge eines falsch-negativen GDH-Antigentests oder falsch-positiven Toxin-A+B-Antigentests sein kann. Im seriellen Testansatz wären diese GDH-negativen Proben von einer weiteren Evaluation ausgeschlossen.    

Therapie der CDAD

Die medikamentöse Therapie der CDAD und die gegebenenfalls damit verbundenen supportiven und chirurgisch-interventionellen Maßnahmen sind differenziert. Sie orientieren sich an der Krankheitsschwere, an patientenbezogenen Risikofaktoren und an der Krankheitsepisode (erste Episode oder Rezidiv). Empfehlungen zur Behandlung der Erkrankung wurden von der European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases im Jahr 2014 publiziert [12]. Entsprechende Updates haben den neuen Stand der Erkenntnis zur Behandlung (neue Antibiotika, fäkale Transplantation) kürzlich zusammengefasst [13, 14].

Autor
Dr. Jürgen Becker
Quidel Germany GmbH
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