Extrapulmonary tuberculosis in Pakistan: Challenges in diagnosis and detection of drug resistance

Abstract

Bakgrunn: Pakistan er blant de fem landene med høyest forekomst av tuberkulose (TB) og legemiddelresistent TB. Ekstrapulmonær TB (EPTB) utgjør 20% av alle registrerte TB-pasienter, men det er lite informasjon om sykdomsmanifestasjon, bakteriologiske diagnoser og forekomst av legemiddelresistens i EPTB. Mål: Det overordnede målet var å studere EPTB i Pakistan og evaluere nytten av konvensjonelle og nye diagnostiske verktøy for å diagnostisere og oppdage legemiddelresistens hos pasienter med EPTB. Hovedmålet med den første studien var å beskrive sykdomstegnene blant pasienter med EPTB. Målet med den andre studien var å vurdere den diagnostiske ytelsen av en rask molekylær analyse, Xpert MTB/RIF (Xpert), og histologisk undersøkelse for tuberkuløs lymfadenitt. Målet med den tredje studien var å studere forekomsten av rifampicin og annen legemiddelresistens mot TB hos nye pasienter med EPTB, og den fjerde studien hadde som mål å vurdere forekomsten og den genetiske profilen til isoniazidresistens samt tilhørende resistens mot fluorokinolon og pyrazinamid. Materiale og metoder: I studie 1 ble det utført deskriptiv analyse av en retrospektiv kohort av TB-pasienter registrert nasjonalt i 2016. Studie 2 og 3 ble utført på en prospektiv kohort av pasienter med antatt EPTB ved et tertiært sykehus. I studie 2 ble personer som ikke hadde fått TB-behandling og hadde forstørrede lymfeknuter inkludert, og vevsprøver fra eksisjonsbiopsier ble undersøkt med histologi, Xpert og dyrkning. I studie 3 ble pasienter med pleural effusjon i tillegg til personene i studie 2 med forstørrede lymfeknuter, inkludert. Pleuravæske ble undersøkt for syrefastestaver (AFB)-mikroskopi, Xpert MTB/RIF og dyrkning. Fenotypisk legemiddelsusceptibilitetstesting (DST) ble utført ved bruk av automatisert flytende DST (MGIT 960), og genotypisk DST ble utført ved hjelp av line-probe-undersøkelser (LPA). I studie 4 ble et fem års retrospektiv DST-datasett analysert for pasienter som ble testet ved det nasjonale TB-referanselaboratoriet ved hjelp av både fenotypiske og genotypiske DST-metoder. Resultater: I studie 1 ble individuelle pasientdata samlet inn fra 54 092 registrerte TB-tilfeller i 2016. Blant disse hadde 15 790 pasienter EPTB. De tre vanligste formene for EPTB var pleural (29,6 %), lymfatisk (22,7%) og abdominal TB (21,0%). Pleural TB var den vanligste blant voksne (34,2%), mens abdominal TB var mest utbredt blant barn (38,4%). Sannsynligheten for å ha EPTB var 1,1 ganger høyere for kvinner, 2,0 ganger høyere for barn og 3,3 ganger høyere for innbyggere i provinsene nordvest i landet. Behandlingssuksessraten for alle typer EPTB som var inkludert i studien, var høy, bortsett fra for TB-meningitt. I studie 2 ble ytelsen til diagnostiske verktøy analysert i en kohort på 390 pasienter med forstørrede lymfeknuter. Blant disse var 11 (2,8%) positive ved AFB-mikroskopi, 124 (31,8%) ved Xpert, 137 (35,1%) ved dyrkning, og histopatologi viste TB hos 208 (53,3%). Ved bruk av kombinerte resultater ble lymfeknutetuberkulose diagnostisert hos 228 pasienter, hvorav 78% ble bekreftet ved bakteriologiske tester. Sammenlignet med Xpert hadde histopatologi høyere sensitivitet (93% mot 62%), men lavere spesifisitet (68% mot 83%), og i undergruppeanalyser var sensitiviteten til Xpert høyere hos pasienter med kort klinisk historie. I studie 3 ble bakteriologisk diagnose og forekomst av legemiddelresistens analysert hos 671 studiepersoner. TB ble bekreftet bakteriologisk hos 255, og DST-resultater var tilgjengelige for 72,5% (n = 185) av pasientene med EPTB. Multidrug resistant -TB ble rapportert hos 2,2% (95% CI, 0,6–5,4), resistens mot rifampicin hos 2,7% (95% CI, 0,9–6,2), isoniazid hos 7,6% (95% CI, 4,1–12,4), ethambutol hos 1,1% (95% CI, 0,1–3,9), pyrazinamid hos 2,2% (95% CI, 0,9–5,5) og fluorokinoloner hos 6,0% (95% CI, 3,0–10,4). Sensitiviteten og spesifisiteten til LPA-DST var henholdsvis 100% og 98,8% for rifampicin, isoniazid og fluorokinolon. DST-resultater for rifampicin var tilgjengelige for 82 pasienter ved alle tre metoder og av disse ble fem rapportert som rifampicinresistente ved Xpert, men bare én ble bekreftet ved LPA, og ingen ble bekreftet ved fenotypisk DST. I studie 4 ble et retrospektivt DST-datasett med 11 045 TB-pasienter analysert. Både fenotypiske og genotypiske DST-resultater var tilgjengelige for 80 % av tilfellene. Det ble rapportert en betydelig forskjell mellom resistens som ble påvist ved fenotypisk og genotypisk DST-metoder, med en uoverensstemmelse på 16% for rifampicin og isoniazid. Blant nye EPTB-pasienter med rifampicinsensitivitet ble isoniazidresistens påvist hos 6,8%, sammenlignet med 9,8% hos pasienter med PTB. Den genetiske profilen for isoniazidresistens var lik for PTB og EPTB, men forskjellen var statistisk signifikant mellom rifampicinresistente og rifampicinsensitive populasjoner når det gjaldt påviste mutasjoner knyttet til isoniazidresistens, med 87% mot 71,6% og forekomsten av katG-mutasjoner på 76,1% mot 41,2% og inhA-mutasjoner på 7,6% mot 30,2%, henholdsvis. Det ble observert en signifikant høyere forekomst av levofloxacinresistens i forbindelse med isoniazidresistens. Konklusjoner: Pleural- og lymfatisk TB utgjorde til sammen 50% av alle registrerte tilfeller av EPTB. TB ble diagnostisert ved kun hjelp av Xpert i 54% av tilfellene, mens kombinasjonen av Xpert og histopatologi bekreftet diagnosen i over 95% av alle tilfeller med TB i lymfeknuter. Forekomsten av rifampicin- og isoniazidresistens var lavere blant nye EPTB-pasienter sammenlignet med PTB, men forskjellen var ikke statistisk signifikant. Den genetiske profilen for isoniazidresistens og tilhørende resistens mot fluorokinolon og pyrazinamid var sammenlignbar mellom EPTB og PTB.

Background: Pakistan is among the top five high-burden countries for tuberculosis (TB) and drug-resistant TB. Extrapulmonary TB (EPTB) accounts for 20% of all notified TB patients but there is little information on disease manifestations, bacteriological diagnoses, and prevalence of anti-TB drug resistance in EPTB. Objective: The overall objective was to study EPTB in Pakistan, and evaluate the usefulness of conventional and new diagnostic tools in diagnosing and detecting drug resistance in EPTB patients. The first study primarily aimed to describe the disease manifestations among EPTB patients notified in Pakistan. The second study aimed to assess the performance of a rapid molecular assay, Xpert MTB/RIF (Xpert), and histological examination in the diagnoses of tuberculous lymphadenitis. The third study aimed to determine the prevalence of rifampicin and other anti-TB drug resistance in new EPTB patients and the fourth study aimed to assess the prevalence and genetic profile of isoniazid resistance and associated resistance to fluoroquinolone and pyrazinamide. Material and Methods: In study-1, descriptive analysis was performed on a retrospective cohort of TB patients notified nationwide in 2016. Studies 2 and 3 were performed on a prospective cohort of patients presumed to have EPTB in a tertiary care hospital. In study-2, TB treatment naïve people with enlarged lymph nodes were included and excision biopsy specimens were tested by histology, Xpert, and culture. In study-3, patients with pleural effusion in addition to people in study-2 with enlarged lymph nodes were included. Pleural fluid sediments were tested for smear, Xpert MTB/RIF, and culture. Phenotypic drug susceptibility testing (DST) was performed using automated liquid DST (MGIT 960) and genotypic DST by line-probe assays (LPA). For study-4, a five-year retrospective DST data set was analyzed of TB patients tested in the National TB reference laboratory by phenotypic and/or genotypic DST methods. Results: In study-1, individual patient data was collected of 54092 TB cases notified in 2016. Among 15790 EPTB patients included, the three most common forms of EPTB were pleural (29.6%), lymphatic (22.7%), and abdominal TB (21.0%). Pleural TB was the most common among adults (34.2%) and abdominal TB in children (38.4%). The likelihood of having EPTB, was 1.1 times high for females, 2.0 times for children, and 3.3 times for residents of provinces in the Northwest. The treatment success rate for all types of EPTB included in the study was high except for TB meningitis. In study-2, the performance of diagnostic tools in a cohort of 390 patients with enlarged lymph nodes was analyzed and among these 11 (2.8%) were positive by AFB microscopy, 124 (31.8%) by Xpert, 137 (35.1%) by culture, and histopathology was consistent with TB in 208 (53.3%). Using composite results, lymph node TB was diagnosed in 228 of which 78% were bacteriologically confirmed. Histopathology compared to Xpert had higher sensitivity (93 vs. 62%) but lower specificity (68 vs.83%) and in sub-group analysis, the sensitivity of Xpert was higher in patients with short clinical history. In study-3, bacteriological diagnosis and prevalence of drug resistance was analyzed in 671 study participants. Bacteriologically confirmed TB was diagnosed in 255 and DST results were available for 72.5% (n=185) of EPTB patients. MDR-TB was reported in 2.2% (95% CI, 0.6–5.4)., resistance to rifampicin in 2.7% (95% CI, 0.9–6.2), isoniazid in 7.6% (95% CI, 4.1–12.4), ethambutol in 1.1% (95% CI, 0.1–3.9), pyrazinamide in 2.2% (95%CI, 0.9–5.5) and fluoroquinolones in 6.0% (95% CI, 3.0–10.4). The sensitivity and specificity of LPA-DST was 100% and 98.8% respectively for rifampicin, isoniazid, and fluoroquinolone. Rifampicin results were available by all three methods for 82 patients and of these five were reported rifampicin resistant by Xpert and only one was confirmed by LPA and none by phenotypic DST. In study-4, a retrospective DST data set of 11045 TB patients was analyzed. Both phenotypic and genotypic DST results were available for 80% of cases. A significant difference was reported between resistance detected by phenotypic and genotypic DST methods with 16% discordance in rifampicin and isoniazid. Among rifampicin-sensitive new EPTB, isoniazid resistance was 6.8% compared to 9.8% in PTB. The genetic profile of isoniazid resistance was similar in PTB and EPTB but the difference was statistically significant between rifampicin-resistant and sensitive populations for isoniazid-resistant conferring mutations detected in 87% vs 71.6%, the prevalence of katG mutations in 76.1% vs 41.2% and inhA in 7.6% vs 30.2% respectively. A significantly higher levofloxacin resistance was seen associated with isoniazid resistance. Conclusions: Pleural and lymphatic TB collectively comprised 50% of all notified EPTB cases. TB was diagnosed by Xpert alone in 54%, while in combination with histopathology in more than 95% of all TB lymph node cases. Rifampicin and isoniazid resistance was lower in the new EPTB compared to PTB; the difference was not statistically significant. The genetic profile of isoniazid resistance and associated fluoroquinolone and pyrazinamide resistance in EPTB was comparable with PTB.