Vaginal Colonization and Neonatal Infections in Central Uganda : Etiology, Antimicrobial Resistance and Associated Factors

Abstract

Bakgrunn: Bakterier som koloniserer fødselskanalen til fødende kvinner kan overføres til deres nyfødte, og noen av dem kan dermed utvikle tidlige infeksjoner. Infeksjon i navlestrengstumpen (omfalitt) er en viktig risikofaktor for neonatal sepsis. Pga. utbredt antimikrobiell resistens kan behandling av nyfødtsepsis være utfordrende. Vi trenger oppdatert informasjon om forekomst av infeksjoner med resistente bakterielle patogener som kan overføres fra fødende kvinner til deres nyfødte babyer. Målet med denne avhandlingen er å beskrive potensielt patogene bakterier som koloniserer skjeden til fødende kvinner og navlestrengstumpene til de av deres nyfødte som får omfalitt, samt å karakterisere bakteriene som forårsaker neonatal sepsis i og i nærheten av Kampala i Uganda.

Metoder: Mellom juli 2016 og juli 2018 gjennomførte vi to tverrsnittstudier (artikkel I og II), der vi samlet inn vaginale prøver fra fødende kvinner ved tre helseklinikker i og nær Kampala, og en prospektiv kohortstudie (artikkel III) av deres nyfødte som vi fulgte i 4 uker og tok bakteriologiske prøver fra navlestrengstumpen deres når de fikk omfalitt. Vi gjennomførte også en annen tverrsnittstudie (artikkel IV) der vi studerte sykehusinnlagte spedbarn opp til og med 4 ukers alder som hadde kliniske tegn på sepsis. Vi dyrket bakterier fra fødselskanals- og navlestrengstumpen (artikkel I, II og III) samt fra blod (artikkel IV). I tillegg utførte vi polymerasekjedereaksjon for å identifisere methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA). Bakteriestammer som viste resistens mot antibiotika fra minst 3 ulike antibiotikaklasser betraktet vi som multiresistente.

Resultater: Vi rekrutterte 1472 fødende kvinner med en gjennomsnittsalder på 25 år. Nihundreogfemtifem (65%) av kvinnene hadde potensielt patogene bakterier i sin fødselskanal (artikkel I). De mest vanlige var Escherichia coli (35%), Klebsiella pneumoniae (10%) og Staphylococcus aureus (8%). Av de 1472 kvinnene var 57 (4%) kolonisert med utvidet-spektrum beta-laktamase (ESBL)-produserende bakterier, 45 (3%) med MRSA, og 27 (2%) med karbapenem-resistente Enterobacteriaceae (artikkel II). Totalt 750 (51%) av de 1472 kvinnene hadde multiresistente potensielt patogene bakterier i sin fødselskanal. Vi fulgte opp 769 av barna født ved klinikkene i 2-årsperioden fra juli 2016, og nesten 10% av dem utviklet omfalitt i første levemåned (artikkel III). De dominerende potensielt patogene bakteriene hos disse 65 babyene var E. coli (28%), K. pneumoniae (11%) og Citrobacter freundii (8%). I sykehusstudien fant vi at 46 (13%) av de 359 nyfødte med kliniske tegn på sepsis hadde positiv blodkultur (artikkel IV). De dominerende patogenene blant disse barna var S. aureus (63%), E. coli (15%) og K. pneumoniae (11%). Mange av disse bakteriene var resistente mot ampicillin, gentamicin, ceftriaxon og/eller methicillin.

Konklusjon: I de tre studieklinikkene var E. coli og K. pneumoniae de to vanligste bakterieartene isolert fra fødende kvinners fødselskanal. Disse var også de to vanligst isolerte artene hos studiebarn med omfalitt. I vår studie utviklet nesten 10% av babyene omfalitt i løpet av den første levemåneden. En betydelig andel av de potensielt patogene bakteriene fra kvinnenes fødselskanal og fra babyenes navlestrengstump samt av de som ble dyrket fra blodet til de nyfødte innlagt i sykehus med klinisk sepsis var resistente mot ampicillin, gentamicin og/eller ceftriaxone, antibiotika som inngår i førstelinjebehandlingen av nyfødtsepsis. Antibiotikaresistens kan se ut til å være et betydelig problem også i sentrale deler av Uganda, og tiltak for å begrense utbredelsen vil være avgjørende for rasjonell behandling av alvorlige bakterielle infeksjoner hos disse nyfødte barna.

Background: Bacteria colonizing the birth canal of women in labor may be passed to their babies during birth, and some of them thereby develop infections. Umbilical cord stump infection (omphalitis) is an important risk factor for neonatal sepsis. Neonatal sepsis can be difficult to treat with commonly available antibiotics because antimicrobial resistance is widespread. Therefore, there is need to generate updated information about the prevalence and risk factors for infections with resistant bacterial pathogens that may be vaginally transmitted to neonates during birth. The aim of this thesis was to describe the bacteriological profile of potential pathogens colonizing the vagina of women in labor and the umbilical stumps of their newborns as well as the bacteriological profile of pathogens causing neonatal sepsis in Kampala and Mukono districts in central Uganda.

Methods: We conducted two cross-sectional studies (papers I and II) in which we collected vaginal swabs from women in labor and a prospective cohort study (paper III) in which we collected umbilical swabs from their neonates at three primary health care facilities in and near Kampala between July 2016 and July 2018. The neonates in the study were followed-up on days 3, 7, 14 and 28. We also conducted another cross-sectional study (paper IV) in which we studied neonates with symptoms and signs of sepsis at the pediatric emergency care unit of Mulago hospital, a tertiary referral hospital in Kampala. We performed culture and antimicrobial susceptibility testing on all study specimens, including vaginal swabs, umbilical swabs and blood. In addition, we performed polymerase chain reaction to identify methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) isolates. Multidrug resistant bacteria were defined as bacteria resistant to antibiotics from ≥ 3 antibiotic classes. We estimated the factors associated with i) vaginal colonization with potentially pathogenic bacteria, ii) vaginal colonization with antimicrobial resistant bacteria, iii) omphalitis and iv) culture-positive neonatal sepsis.

Results: We recruited 1,472 women in labor with a mean age of 25 years (paper I and II). Nine hundred and fifty five of the women (65%; 95% confidence interval [CI] 62% to 67%) were vaginally colonized with potentially pathogenic bacteria. The most commonly isolated potentially pathogenic bacteria from women in labor were Escherichia coli (35%), Klebsiella pneumoniae (10%) and Staphylococcus aureus (8%). Of the 1,472 women, 57 (4%) were colonized with extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing bacteria, 27 (7%) were colonized with carbapenem-resistant Enterobacteriaceae and 45 (3%) were colonized with MRSA (paper II). A total of 750 of the 1472 women (51%) had multidrug resistant potentially pathogenic bacteria. We followed up 769 of the children born at the clinics in the 2-year period from July 2016, and almost 10% of them developed omphalitis in the first month of life (Article III). The predominant potentially pathogenic bacteria isolated from the 65 babies with omphalitis were E. coli (28%), K. pneumoniae (11%) and Citrobacter freundii, (8%). In the hospital study, we found that 46/359 (13%; 95 % CI 10%, 17%) of the babies with clinical signs of sepsis had a positive blood culture (paper IV). The predominate pathogens among the 46 neonates with clinical signs of sepsis and a positive blood culture were S. aureus (63%), E. coli (15%) and K. pneumoniae (11%). Many of these bacteria were resistant to ampicillin, gentamicin, ceftriaxone and/or methicillin.

Conclusion: In the three study clinics, E. coli and K. pneumoniae were the two most common bacterial species isolated from the birth canal of women in labor. These were also the two most frequently isolated potential pathogens among study babies who developed omphalitis. Further studies to explore the link between colonization of the birth canal and subsequent neonatal infections are necessary. Neonatal infections were common with almost 10% developing omphalitis in the first month of life. A substantial proportion of the potential pathogens isolated from the birth canal of women and the umbilical cord stumps of their babies as well as those grown in blood from hospitalized babies with sepsis were resistant to ampicillin, gentamicin and ceftriaxone; common antibiotics used in treating serious neonatal infections. The observed resistance profiles indicate a problem of antimicrobial resistance, which complicates treatment of neonatal infections.