Physiopathologie des infections osseuses à Staphylococcus

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INFECTIONS OSTEO-ARTICULAIRES
(IOA)
HODILLE Elisabeth
AHU – Laboratoire de bactériologie
[email protected]
UE13 Agents infectieux – FGSM3 - Mardi 13 octobre 2015
Problématique
• Infections toujours sévères
– Rechutes 31%
– Amputations 6%
• Mauvaise diffusion des antibiotiques
• S. aureus : pathogène le + fréquent
• Deux défis cliniques majeurs
– IO chroniques, échecs thérapeutiques,
rechutes
– IO aiguës et destructrices
*Adet T al , Am J Med. 2003
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PLAN
1. Entités cliniques
– Inoculation directe/hématogène / par contiguïté
– IO avec / sans matériel implanté
– IO aiguë / chronique
2. Physiopathologie
– Physiologie du tissu osseux
– Réponse inflammatoire
3. Stratégies de persistance bactérienne
– Biofilms
– Persistance intracellulaire
4. Etiologies
5. Diagnostic
6. IO destructrices
– Rôle de la leucocidine de Panton-Valentine
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Entités cliniques
• Ostéite = infection de l’os
• Ostéomyélite = infection osseuse par voie hématogène
• Spondylodiscite = infection d’un disque intervertébral
et des corps vertébraux adjacents
• Arthrite = inflammation des articulations, arthrite
septique d’origine infectieuse (bactérienne +++)
• Ostéo-arthrite
• Aiguë ou chronique : délai de 1 mois
• Avec ou sans matériel (prothèse ou matériel
d’ostéosynthèse)
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Voies d’inoculation
• Inoculation directe
– Iatrogène lors d’un geste médical (infiltration, ponction)
ou chirurgical (acte opératoire)
– Lors d’un traumatisme (fracture ouverte)
• Hématogène
– Bactériémie symptomatique ou non
– Porte d’entrée souvent non retrouvée
• Par contiguïté
– À partir d’un foyer septique dont la porte d’entrée est
une plaie chronique (pied diabétique)
http://www.caisson-hyperbare.com/
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Exemple d’IOA d’origine hématogène
Cas des IOA de l’enfant
• Inoculation par voie hématogène
+++
– Ostéo-arthrite et ostéomyélite en
fonction de l’âge
• Germes impliqués = germes des
bactériémies
• Porte d’entrée : ORL +++
• Particularité de S. aureus :
adhésine spécifique du tissu
osseux : bbp fixe la sialoprotéine
osseuse (Tristan et al, J Clin Microbiol
2003)
• Localisation :
– Os longs, membres inférieurs
– Tibia + fémur = 50% cas
Peltola H, Pääkkönen M. N Engl J Med 2014;370:352-360.
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IOA de l’enfant
• Avant 18 mois :
Infection du réseau inter-épiphysaire = ostéoarthrites
Cartilage de conjugaison vascularisé
• Après 18 mois :
Arthrites et ostéomyélites bien distinguées
Cartilage de conjugaison avascularisé
= barrière
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Matériel implanté
• Prothèse articulaire
• Surface inerte : support pour la formation
de biofilm  facteur favorisant +++ IOA
• Inoculation
– Directe lors de l’implantation
– Hématogène
M. Rottman SF2H 2011
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Evolution chronique
• Marquée par la formation de séquestre osseux
– Fragment osseux nécrotique qui se détache lors d’un traumatisme
– Perte de la vascularisation => inaccessible
• Au système immunitaire
• Aux antibiotiques
– Chirurgie
Séquestre tibial intra-cortical
Jennin et al. Skeletal Radiol 2010
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Evolution vers la séquestration osseuse
J15
J20
J30
J40
PLAN
1. Entités cliniques
– Inoculation directe / hématogène / par contiguïté
– IO avec / sans matériel implanté
– IO aiguë / chronique
2. Physiopathologie
– Physiologie du tissu osseux
– Réponse inflammatoire
3. Stratégies de persistance bactérienne
– Biofilms
– Persistance intracellulaire
4. Etiologies
5. Diagnostic
6. IO destructrices
– Rôle de la leucocidine de Panton-Valentine
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Physiologie du tissu osseux
Ostéoblastes et ostéoclastes
• Tissu osseux en constant
renouvellement
– Synthèse : ostéoblastes (OB)
• Origine mésenchymateuse
• Sécrétion matrice protéique puis
minéralisation
– Résorption : ostéoclastes (OC)
• Origine myéloïde
• Déminéralisation puis résorption
matrice protéique
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Equilibre délicat synthèse / résorption
• OB régulent la maturation / activation des OC via RANKL et OPG
• Rupture d’équilibre OB/OC => résorption osseuse
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Réponse inflammatoire et remodelage osseux
• Réponse inflammatoire : rupture d’équilibre vers résorption osseuse
• Cytokines majeures IL-6, IL-1 et TNF𝛼
Cytokine
Origine
Action sur OC
IL-6
IL-1
Macrophage,
OB infecté en
intracellulaire
Macrophage
Activation indirecte via
expression RANKL par les
OB
Activation directe
TNF
Macrophage
Activation directe
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Réponse inflammatoire et remodelage osseux:
Exemple pour S. aureus
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Réponse inflammatoire et remodelage osseux:
Exemple pour S. aureus
• Au final, action destructrice
multifactorielle de S. aureus sur
le tissu osseux
– Activation de l’ostéoclastogénèse
– Action lytique des cellules
immunitaires (polynucléaires,
macrophages)
– Action directe sur les OB (?)
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PLAN
1. Entités cliniques
– Inoculation hématogène / par contiguïté
– IO avec / sans matériel implanté
– IO aiguë / chronique
2. Physiopathologie
– Physiologie du tissu osseux
– Réponse inflammatoire
3. Stratégies de persistance bactérienne
– Biofilms
– Persistance intracellulaire
4. Etiologies
5. Diagnostic
6. IO destructrices
– Rôle de la leucocidine de Panton-Valentine
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Persistance bactérienne
• Colonisation pérenne du tissu
– Biofilms : matrice exo polysaccharide dans lequel
la bactérie est enchâssée  protection contre les
phagocytes, les antibiotiques, les contraintes
mécaniques (lavages), indissociable du matériel
– Survie intracellulaire : sanctuarisation (réservoir)
• Phénotypes dormants : ralentissement de croissance,
augmentation de résistance
– Small colony variant
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Biofilm et infection sur matériel
Bactéries planctoniques :
. élimination par les mécanismes de défense naturels (anticorps,
phagocytes…)
. Facilement accessibles aux antibiotiques
 Antibiotique
Anticorps
Bactéries planctoniques
Enzymes
Bactérie Biofilm
19
JW Costerton (1999) Science, 284:1318-1322
Biofilm et infection sur matériel
Bactéries séssiles = adhésion sur
une surface inerte et entre elles
Constitution d’un biofilm :
. résistante aux anticorps
. aux phagocytes
. à certains antibiotiques
 Antibiotique
Anticorps
Bactéries planctoniques
Enzymes
Bactérie Biofilm
20
JW Costerton (1999) Science, 284:1318-1322
Biofilm et infection sur matériel
• phagocytes attirés par les biofilms
• phagocytose inopérante
mais enzymes phagocytaires libérées
localement
 Antibiotique
Anticorps
Bactéries planctoniques
Enzymes
Bactérie Biofilm
21
JW Costerton (1999) Science, 284:1318-1322
Biofilm et infection sur matériel
Libération enzymes phagocytaires
= endommage les tissus autour du
biofilm
descellement
essaimage des bactéries
planctoniques à partir du biofilm :
. dissémination de l’infection
. infection dans un tissu voisin ou à distance
 Antibiotique
Anticorps
Bactéries planctoniques
Enzymes
Bactérie Biofilm
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JW Costerton (1999) Science, 284:1318-1322
Biofilm et infection sur matériel
X 2940
2h
Fixation des S. aureus
sur des irrégularités à la
surface du matériel
4h
8h
24 h
Début de fabrication
du "slime « = exopolysaccharides
La surface du matériel
est recouverte par une
couche épaisse de
"slime"
Des bactéries émergent
du biofilm, libres et
prêtes à se fixer ailleurs
Olson, et al. J. Biomed Mater Res 1988
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Biofilm sur séquestre osseux
COCCI
X 2940
Cocci au fond d'une cassure d'une couche épaisse de biofilm d'un séquestre infecté
Evans et al., Clin Orthop. 1998, 243-249
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Persistance intracellulaire
• S. aureus est une bactérie intracellulaire facultative
– Décrit depuis 1995
– Provoque son internalisation par différents types cellulaires dont les
ostéoblastes
Microscopie
électronique à balayage
Hoffmann et al., Eur J
Cell Biol 2011
Bactéries (points noirs) internalisées dans les ostéocytes entourés par des lamelles
osseuses.
(Internalization of S. aureus by osteoblasts in a patient with long term recurrent
osteomyelitis JBJS 2005)
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Phénotypes dormants small colony variants
• Les S. aureus intracellulaires peuvent adopter
un phénotype dormant
– Croissance ralentie (small colony variant)
– Arrêt de sécrétion de toxines : préserve la cellule
infectée et limite la réponse inflammatoire
– Auxotrophisme
Parasitisme intracellulaire
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Phénotypes dormants small colony variants
Même souche (génétiquement)
Phénotype sauvage
Grosses colonies
Pigmentation
Hémolyse
SCV
Phénotype SCV
Petites colonies
Non pigmentées
Pas d’hémolyse
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PLAN
1. Entités cliniques
– Inoculation directe/hématogène / par contiguïté
– IO avec / sans matériel implanté
– IO aiguë / chronique
2. Physiopathologie
– Physiologie du tissu osseux
– Réponse inflammatoire
3. Stratégies de persistance bactérienne
– Biofilms
– Persistance intracellulaire
4. Etiologies
5. Diagnostic
6. IO destructrices
– Rôle de la leucocidine de Panton-Valentine
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Principaux pathogènes selon l’âge
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Principaux pathogènes selon la
localisation
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1. Entités cliniques
– Inoculation hématogène / par contiguïté
– IO avec / sans matériel implanté
– IO aiguë / chronique
2. Physiopathologie
– Physiologie du tissu osseux
– Réponse inflammatoire
3. Stratégies de persistance bactérienne
– Biofilms
– Persistance intracellulaire
4. Etiologies
5. Diagnostic
6. IO destructrices
– Rôle de la leucocidine de Panton-Valentine
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Clinique
• Douleurs osseuses localisées
• IOA aigue :
– Symptômes brutaux, impotence fonctionnelle
– Abcès
• IOA chronique :
– Symptômes à bas bruit, parfois aucune impotence
fonctionnelle
– Fistule pathognomonique
• IOA sur matériel
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Microbiologie
 Identification du germe = étape essentielle
– Aide au diagnostic
– Guide la décision thérapeutique  antibiogramme
– Guide le suivi sous traitement
– Détection des complications
Prélèvements
Marqueurs de
l’inflammation
Hémocultures
À visée étiologique
Sérologies
Prélèvements locaux
Porte
d’entrée
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Prélèvements bactériologiques
• Hémocultures systématiques
• Prélèvements locaux : fonction de la localisation
– Liquides articulaires (si arthrite)
– Ponction osseuse (si ostéomyélite, spondylodiscite)
– Au bloc lors de la reprise chirurgicale (sur prothèse)
• Multiplication des prélèvements peropératoire (minimum 3, idéal 5)
• Incubation longue d’au moins 14 jours
A prélever de manière aseptique, pas d’écouvillons
A transporter le plus rapidement possible au laboratoire
A distance d’une antibiothérapie, sans antibioprophylaxie
• Sérologies selon contexte :
– Brucella, Borrelia, Coxiella burnetti, Bartonella, Pasteurella
• Portes d’entrées
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Au laboratoire de bactériologie…
• Examen direct = coloration de Gram
–
–
–
–
Observation des germes et cellules
Peu sensible…
Si + : permet d’orienter l’étiologie
Si présence de nbx PNN : origine bactérienne ++
• Culture
– Germes aérobies et anaérobies
– Permet d’avoir la souche et donc l’ANTIBIOGRAMME
• PCR 16S (ou spécifique) si culture stérile
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Interprétation des cultures des prélèvements
ostéo-articulaires peropératoires
• Infection certaine
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PLAN
1. Entités cliniques
– Inoculation hématogène / par contiguïté
– IO avec / sans matériel implanté
– IO aiguë / chronique
2. Physiopathologie
– Physiologie du tissu osseux
– Réponse inflammatoire
3. Stratégies de persistance bactérienne
– Biofilms
– Persistance intracellulaire
4. Etiologies
5. Diagnostic
6. IO destructrices
– Rôle de la leucocidine de Panton-Valentine
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IO à S. aureus hypervirulents
• S. aureus hypervirulents
– Groupe polyphylétique
– Prévalence élevée de la leucocidine de
Panton-Valentine (PVL)
• Active et lyse les cellules myéloïdes
• Portée par élément génétique mobile
(phage)
– Etats-Unis, Maghreb : souches pvl+
résistantes aux antibiotiques (MRSA)
– France : souches pvl+ sensibles (MSSA)
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IO à S. aureus hypervirulents
• Majoritairement des
ostéomyélites
– Evolution aiguë
– Destruction osseuse
– Extension aux tissus mous
– Chirurgie nécessaire
– Cas potentiellement très
sévères, défaillance
multiviscérale
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Moumile et al. Diagn Microbiol Infect Dis 2006
Mécanisme d’action de la PVL
Action sur leucocytes selon concentration
Chimiotactisme
Activation / dégranulation
[PVL]
Apoptose
Lyse
Boyle-Vavra & Daum. Lab Invest 2007
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PVL et infection osseuse
• Dommages tissulaires indirects, médiés par le
système immunitaire
– Recrutement massif de cellules myéloïdes
– Activation, dégranulation et lyse
– Relargage de composés lytiques
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Ostéomyélite expérimentale du lapin
Idem observations cliniques
Crémieux et al. PLoS One 2009
42
Ostéomyélite expérimentale du lapin
Idem observations cliniques
Destruction osseuse précoce (J7)
+ atteintes périosseuses
chez la souche pvl+
Crémieux et al. PLoS One 2009
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Ostéomyélite expérimentale du lapin
Idem observations cliniques
Destruction osseuse précoce (J7)
+ atteintes périosseuses
chez la souche pvl+
Crémieux et al. PLoS One 2009
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Prise en charge thérapeutique
• Chirurgie
– Indispensable si IOA sur matériel, ostéite/ostéomyélite chronique de
l’adulte
• AntibiotiqueS  association +++ surtout si Staphylocoques,
Pseudomonas, Enterobacter
– Bonne diffusion osseuse :
•
•
•
•
Fluroroquinolones
Lincosamides
Cyclines
An association pour rifampicine, fosfomycine, acide fusidique
– Diffusion moyenne :
• Beta-lactamines (sauf inhibiteurs des béta-lactamases)
• Glycopeptides (vancomycine, teicoplanine)
• Cotrimoxazole
– Diffusion faible
• Aminosides
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EN BREF…
• Infections sévères et difficiles à traiter
• Plusieurs entités cliniques :
– Voie d’inoculation
– Aigue/chronique
– Avec ou sans matériel
• Physiopathologie
– Complexe
– Liée à la réponse immunitaire délétère de l’organisme
– Stratégies bactériennes  la pérennité de l’infection : biofilm, small colony
variant
• Rôle fondamentale de la microbiologie dans le diagnostic et le traitement
(permet d’avoir antibiogramme)
– Qualitatif  prélever aseptiquement pour éviter les contaminations
– Quantitatif (idéalement 5 prélèvements)  indispensable pour l’interprétation
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