Procalcitonine et marqueurs de l'infection dans les pneumonies communautaires de l'enfant

Méd Mal Infect 2002 ; 32 : 88-97

 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés S0399-077X(01)00325-0/FLA

Article original

Procalcitonine et marqueurs de l’infection dans les pneumonies communautaires de l’enfant D. Gendrel ∗ , F. Moulin, M. Lorrot, E. Marc, S. Guérin, N. Soulier, P. Lebon, J. Coste, J.L. Iniguez, G. Kalifa, F. Brunet, J. Raymond Départements de pédiatrie, urgences, microbiologie, statistiques, radiologie et biochimie, hôpital Cochin – Saint-Vincent-de-Paul, 82, avenue Denfert-Rochereau, 75014 Paris, France Résumé Objectifs – Déterminer les sensibilités, spécificité et valeurs prédictives de la procalcitonine, comparée à la CRP, à l’IL6 et à l’interféron alpha pour différencier pneumonies communautaires bactériennes et virales. Patients – Parmi 88 patients (deux mois–13 ans) hospitalisés pour une pneumonie communautaire, 72 ont eu une identification des agents pathogènes. Vingt cinq avaient une pneumonie bactérienne apparemment primitive (dix avec hémoculture positive à pneumocoque), dix une pneumonie à mycoplasme et 37 une pneumonie virale, parmi lesquels huit avaient une surinfection bactérienne (un avec hémoculture positive). Résultats – La PCT était supérieure à 2 µg/L chez les 11 patients avec hémoculture positive et chez 1/29 avec infection virale non surinfectée. La PCT était supérieure à 1 µg/L chez 80 % de tous les patients (incluant les mycoplasmes) avec infection bactérienne. La CRP au seuil de 20 mg/L a une sensibilité comparable à celle de la PCT, mais une spécificité beaucoup plus faible (40 % vs 87,5 %). Les spécificité et sensibilité de numération des leucocytes, de l’interleukine 6 et de l’interféron alpha étaient toujours plus faibles. Conclusion – La procalcitonine, au seuil de 1 µg/L, est le meilleur marqueur en salle d’urgence pour différencier l’origine bactérienne de l’origine virale dans les pneumonies communautaires de l’enfant en salle d’urgence.  2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS pneumonie / procalcitonine / S.pneumoniae

Summary – Procalcitonin and markers of infection in community-acquired pneumonia of children. Objective – To assess the importance of procalcitonin (PCT) in pneumonia, PCT was compared to other blood markers, C-reactive protein (CRP), interleukin 6 (IL6), and interferon-alpha (INFα ). This prospective study was performed in the emergency room on 88 children (two months–13 years) hospitalized for severe communityacquired pneumonia. Patients – S. Pneumoniae was isolated in ten patients’ blood culture, 15 patients a probable bacterial pneumonia according to sputum analysis (14 S. Pneumoniae, 1 Haemophilus influenza b), ten patients a Mycoplasma pneumoniae infection, and 37 others were infected with viruses, eight of whom with a bacterial co-infection. In 16 patients, no causal agent was identified. Results – PCT was always > 2 µg/L in the ten patients with blood culture positive for S. pneumoniae and CRP was > 60 mg/L in 8/10. PCT was > 1 µg/L in 86% of all patients with probable bacterial infection (including Mycoplasma). CRP concentrations of 20 mg/L had a similar sensitivity but a much lower specificity than PCT (40% vs. 86%) to discriminate between bacterial and viral causes of pneumonia. Specificity and sensitivity of IL6 were lower in all cases. Interferon-alpha is a good marker of viral pneumonia but biological assessment requires two days or more.

∗ Correspondance et tirés à part.

Adresse e-mail : [email protected] (D. Gendrel).

Procalcitonine et marqueurs de l’infection dans les pneumonies communautaires de l’enfant

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Conclusions – PCT concentrations, with a threshold of 1 µg/L provides better sensitivity and specificity in emergency room than CRP, IL6, INFα , or white blood cell count to differentiate bacterial and viral causes of community-acquired pneumonia in hospitalized children.  2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS pneumonia / procalcitonin / S. pneumoniae

Les étiologies des pneumonies communautaires de l’enfant sont dominées par les pneumocoques, les virus et les mycoplasmes. Les examens biologiques habituels et les radiographies de thorax ne permettent pas de porter rapidement un diagnostic étiologique précis car ils manquent de spécificité pour séparer les différentes causes. Des marqueurs capables d’identifier ces différents agents pathogènes et en premier lieu le pneumocoque qui reste l’étiologie la plus grave, seraient donc extrêmement utiles en salle d’urgence pour contribuer à diriger les traitements. La C-Réactive Protéine (CRP) est la plus habituellement utilisée de ces marqueurs. Cette protéine de la phase aiguë de l’inflammation a une excellente sensibilité mais manque de spécificité pour séparer les infections à pneumocoque des infections virales ou à mycoplasme. L’interleukine 6 est un excellent indice des états septiques sévères tandis que l’interféron alpha sérique est plus spécifique des infections virales. Nous avons comparé ces différents marqueurs à la procalcitonine sérique. La procalcitonine est la pro-hormone de la calcitonine. C’est en 1993 que nous avons montré pour la première fois que la procalcitonine s’élevait dans les infections bactériennes alors qu’elle restait basse dans les infections virales et les maladies inflammatoires [1]. Depuis cette date, de nombreux travaux sont venus confirmer l’importance de cette protéine comme marqueur des infections bactériennes sévères [1 – 5]. L’objet de ce travail est d’estimer les sensibilité, spécificité et valeurs pronostiques de la procalcitonine comparée aux autres marqueurs pour préciser l’origine étiologique des pneumonies communautaires de l’enfant.

PATIENTS ET MÉTHODES Cette étude concerne 88 enfants âgés de deux mois à 13 ans, examinés en salle d’urgence de l’hôpital SaintVincent-de-Paul et hospitalisés pour une pneumonie communautaire fébrile entre le 1er janvier 1996 et le 1er décembre 1999. Tous ces enfants avaient une fièvre supérieure à 38◦ 5 et une radiographie de thorax montrant une pneumonie ont été inclus à condition que la procalcitonine ait été mesurée pour chacun des patients à l’admission. Nous avons exclus de l’étude tous les enfants qui avaient une maladie chronique, pulmonaire ou autre, et ceux qui avaient reçu des antibiotiques dans les deux semaines précédant l’admission ou qui n’avaient pas eu de prélèvement sanguin à l’admission pour dosage de

la procalcitonine. Ainsi, tous les enfants ayant une drépanocytose ou un autre déficit immunitaire et ceux dont l’état clinique ne nécessitait pas d’hospitalisation ont été exclus. Ces 88 enfants représentent environ 60 % des enfants examinés en salle d’urgence pour pneumonie pendant cette période. Les patients ont été hospitalisés sur des arguments cliniques par le médecin en charge de la salle d’urgence de l’hôpital qui ne connaissait pas, au moment où était prononcée l’admission, les résultats de la procalcitonine, de l’interleukine 6 ou de l’interféron. Des hémocultures ont été systématiquement pratiquées, ainsi que des tests de routine (CRP, NFS). Le reste du plasma a été congelé pour mesure de procalcitonine. L’interleukine 6 et l’interféron alpha ont été mesurés sur le plasma restant après mesure de procalcitonine. Cette démarche, obtenue après consentement des parents et des enfants pour l’utilisation du plasma restant, est conforme à celle utilisée dans plusieurs études précédentes. Cette procédure a été approuvée par le CCPPRB de la Faculté de Médecine Cochin-Paris V. À l’admission, en même temps que l’hémoculture, des échantillons sanguins ont été systématiquement prélevés pour des tests sérologiques pour Mycoplasma pneumoniae, Chlamydia pneumoniae et les principaux virus respiratoires. Ces dosages ont été renouvelés sur un prélèvement sanguin tardif prélevé deux à trois semaines plus tard. Des échantillons de crachats, ou d’aspirations rhinopharyngées chez des enfants de moins de cinq ans, ont été obtenus chez tous les enfants au cours d’une séance de kinésithérapie pour rechercher des bactéries et des virus selon les procédures habituellement pratiquées dans notre hôpital. Une pneumonie était considérée comme étant bactérienne si la culture montrait un micro-organisme prédominant avec une concentration bactérienne élevée de 106 cfu par mL ou plus et plus de 25 polynucléaires avec moins de dix cellules épithéliales desquamées par mL à l’examen microscopique du prélèvement [4, 6, 7]. Les échantillons sanguins ont été recueillis sur EDTA après ponction veineuse. Les numérations leucocytaires ont été faites au laboratoire de l’hôpital par une méthode automatique. La CRP a été mesurée par néphélèmétrie. La procalcitonine a été mesurée à partir d’échantillon congelé à −20◦ par une méthode immunoluminétrique (Llumi-test PCT, Brahms Diagnostica, Berlin). Cette mesure, qui est spécifique de la procalcitonine, est effectuée sur 20 microlitres de plasma ou de sérum, et nécessite deux heures. La limite de détection est de 0,01 µg/L. Pour

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la même mesure ou au cours de deux mesures successives, les variations pour les concentrations élevées ou basses sont inférieures à respectivement 7 et 8 %. L’interleukine 6 a été déterminée par une méthode ELISA (Medgenix Co) chez seulement 32 patients. L’interferon alpha a été déterminée selon un dosage biologique utilisé dans notre laboratoire et largement décrite auparavant chez patients. Les valeurs retrouvées chez les patients avec une pneumonie d’origine bactérienne ou virale ont été comparées à l’aide du test t de Student. L’efficacité diagnostique des différents marqueurs a été mesurée par l’analyse des courbes ROC (Receiver Operating Characteristic) selon des procédures largement décrites et utilisées au cours d’études du même type [4, 8]. Cette technique permet de combiner la spécificité et la sensibilité d’un examen pour toutes les valeurs possibles considérées. Les sensibilités, spécificités et valeurs prédictives pour chaque valeur-seuil choisie, ont également été rapportées.

RÉSULTATS Parmi les 88 patients admis pour une pneumonie communautaire, 16 n’ont pas eu d’identification précise du germe. L’étude porte donc principalement sur les 72 patients restant chez qui une étiologie précise a été mise en évidence. Dix patients (âge moyen 1,9 ans, extrêmes 0,4–5 ans) avaient une hémoculture positive pour le pneumocoque. Sept de ces patients ont eu deux hémocultures séparées d’un intervalle d’une demi-heure à une heure. Chez un seul de ces patients, l’hémoculture était positive aux deux prélèvements. Quinze autres patients (âge moyen 3,9 ans, extrêmes 0,5–14 ans) avaient une pneumonie bactérienne dont le diagnostic a été porté sur des critères bactériologiques et cytologiques admis habituellement dans ce type d’étude, et précisés ci-dessus (plus de 25 polynucléaires/mL et moins de dix cellules épithéliales/mL avec des cultures contenant un seul germe ou un germe prédominant en nombre élevé) : 14 avaient une infection à Streptococcus pneumoniae et 1 à Haemophilus influenza b. Tous avaient des tests négatifs pour les mycoplasmes et les chlamydia et n’avaient pas de séroconversion à plus de trois dilutions pour les virus. Tous ces patients sont devenus apyrétiques en moins de 48 heures sous traitement par amoxicilline, ou ceftriaxone pour les patients les plus jeunes. Chez 36 patients, une pneumonie virale a été diagnostiquée par la mise en évidence des virus par immunofluorescence, culture spécifique sur milieu cellulaire ou séroconversion augmentée de trois dilutions ou plus à deux prélèvements successifs. Chez 29 enfants (âge moyen 1,7 ans, extrêmes 0,5–7 ans) le virus était apparemment la seule cause retrouvée de pneumonie (VRS = 8, adénovirus = 7, influenza A = 7, parainfluenza 2 ou 3

= 7). Chez sept autres patients (âge moyen 1,3 ans, extrêmes 0,5–5 ans), un virus a été isolé par les techniques précédentes et une bactérie retrouvée au cours de prélèvements pharyngés avec les critères précédemment définis, ce qui a permis de porter le diagnostic de surinfection bactérienne au cours de pneumonie virale (Streptococcus pneumoniae chez cinq patients dont un avec hémoculture positive, Haemophilus influenzae chez deux autres). Dix patients (âge moyen de 6,10 ans, extrêmes 3–10 ans) avaient des tests positifs spécifiques pour Mycoplasma pneumoniae (présence d’IgM et augmentation significative des IgG). Ces 72 patients ont été admis à l’hôpital uniquement sur des critères cliniques. Une hypoxémie nécessitant une oxygénothérapie a été constatée chez 9 des 11 patients avec hémoculture positive, chez 13 des 32 patients avec une pneumonie bactérienne à hémoculture négative, chez 19 des 29 patients avec pneumonie virale et chez 2/10 patients avec une pneumonie à mycoplasmes. La radiographie de thorax montrait une infiltration alvéolaire majeure chez 64 sur 72 patients, avec une infiltration lobaire totale chez 31, une infiltration alvéolaire lobaire incomplète chez 31, bilatérale chez 2, et une infiltration interstitielle chez huit patients (5 avec pneumonie virale, 2 avec pneumonie à mycoplasme et 1 avec pneumonie bactérienne). Les résultats, pour les différentes valeurs, sont donnés aux tableaux I et II et les valeurs individuelles à la figure 1. Les concentrations de PCT étaient comprises entre 2,3 et 90,6 µg/L dans les 11 cas de pneumonies à pneumocoques confirmées par l’hémoculture. Elle était au-dessus de 1 µg/L dans 14 des 15 autres cas avec une pneumonie bactérienne, et dans des huit cas avec une pneumonie virale surinfectée par des bactéries. Dans sept cas sur 10 d’infections à mycoplasme, le PCT était supérieur à 1 µg/L. Chez 4/29 patients avec une pneumonie virale apparemment isolée, la procalcitonine était supérieure à 1 µg/L : trois avaient des valeurs comprises entre 1 et 1,4 µg/L et 1 seul, avec une infection respiratoire à VRS et une CRP à 169 mg/L avait une PCT à 4,38 µg/L. La CRP était supérieure à 20 mg/L chez tous les patients avec une hémoculture positive, et supérieure à 40 mg/L chez seulement 10 de ces 11 patients (supérieure à 60 mg/L chez 8). Dans les cas d’infection virale apparemment isolée, la CRP était supérieure à 20 mg/L chez 15 des 29 patients et au-dessus de 60 mg/L chez 7. Les concentrations les plus importantes de CRP au cours des infections virales ont été trouvées chez les patients ayant une infection à adénovirus. Quand on compare toutes les infections bactériennes, incluant les patients avec hémoculture positive, les patients avec pneumonie bactérienne déterminée par les critères bactériologiques et cytologiques, les patients avec surinfection bactérienne au cours d’une atteinte virale, ainsi que les patients ayant un test positif pour les

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Procalcitonine et marqueurs de l’infection dans les pneumonies communautaires de l’enfant

Tableau I. Valeurs des marqueurs à l’admission pour pneumonie communautaire de l’enfant. Table I. Values at hospital admission for the different groups of patients with pneumonia.

Streptococcus pneumoniae Hémocult pos

PCT (µg/L)

CRP (mg/L)

IL6 (pg/mL)

Leucocytes (×106 /L)

INFα positif

20,5

214,4

796

20 230

1/9

(2,3–90,6)

(39–400)

(95–1779)

(6 700–45 000)

10,0

197

529

23 938

(0,6–21)

(15–400)

(11–1680)

(10 400–42 500)

n = 10 Expectoration (1 pt : Haemophilus influenza b)

0/12

n = 15 Mycoplasma Pneumoniae n = 10 Virus n = 29 Virus + surinfection bactérienne n=8 Pas d’étiologie retrouvée n = 16

1,53

103,1

156,7

13 775

(0,3–4,7)

(10–348)

(45–360)

(6 900–26 500)

0,63

39,1

122

10 300

(0,01–4,38)

(1–169)

(15–580)

(2 800–22 500)

2,68

95,2

381,6

13 785

(0,6–7,6)

(16–249)

(10–1400)

(6 100–35 100)

1,8

105,5

205

14 116

(0,01–13)

(6–345)

(25–535)

(3 800–24 600)

2/9 22/26 3/6

4/12

Tableau II. Sensibilité, spécificité et valeur prédictive des tests pour différentes valeurs-seuil pour différencier pneumonies bactériennes (incluant infections à mycoplasmes et surinfection bactérienne des atteintes virales) et pneumonies virales. Table II. Validity coefficients of tests for selected cut-off points in the discrimination between bacterial (including Mycoplasma and bacterial + viral co-infections) and viral pneumonia. Pneum

Pneumonie

Sensibilité

Spécificité

Valeur prédictive

Valeur prédictive

bactérienne

virale

positive

négative

PCT > 0,5 µg/L

41/43

10/29

95 %

60 %

80,3 %

88,4 %

PCT > 1

37/43

4/29

86 %

87,5 %

90,2 %

80 %

PCT > 2

27/43

1/29

62,7 %

96 %

96,4 %

60 %

CRP > 20 mg/L

38/43

15/29

88,4 %

40 %

71,6 %

66,6 %

CRP > 60

30/43

7/29

69,8 %

52 %

81,1 %

58,1 %

IL6 > 100 pg/mL

12/20

2/12

60 %

83 %

85,7 %

55,5 %

Leucocytes > 15 000 (×106 /L)

28/43

6/29

65,1 %

79,3 %

82,3 %

60,5 %

Inf-α < 2 UI/mL

30/36

4/26

84,6 %

83 %

88,2 %

78,6 %

mycoplasmes, et les infections virales apparemment isolées, nous trouvons, pour une concentration de CRP de 20 mg/L une sensibilité très proche de celle déterminée pour des concentrations de procalcitonine supérieures à 1 µg/L (88,4 %, versus 86 %), mais une spécificité très inférieure (40 % versus 87,5 %) pour établir une différence entre les infections bactériennes et les infections virales. L’interleukine 6 est retrouvée à des taux supérieurs à 100 pg/mL, la valeur habituellement reconnue, comme seuil pathologique chez 12/20 patients avec pneumonie bactérienne et 2/12 avec pneumonie virale, soit une bonne spécificité mais une faible sensibilité. À la numération,

des globules blancs sont supérieurs à 15 000 dans 28/43 pneumonies bactériennes et 6/29 pneumonies virales, soit une spécificité et une sensibilité plus faibles. Quant à l’interféron alpha, sa spécificité et sa sensibilité pour séparer infection bactérienne et infection virale au cours d’une pneumonie communautaire, sont inférieures à celles retrouvées pour la procalcitonine : quatre patients avec une pneumonie bactérienne avaient un interféron alpha positif (dans trois cas il s’agissait de patients considérés comme ayant une coinfection virale et bactérienne, et 4/26 patients avec une pneumonie virale isolée avaient un interféron alpha négatif. La numération leucocytaire a

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D. Gendrel et al.

Figure 1. Valeurs individuelles de procalcitonine et de C réactive-protéine chez les enfants admis pour pneumonie communautaire. Figure 1. Individual values of procalcitonin and C Reactive Protein in the different groups of patients (1 patient with haemophilus in pneumococcal group).

Figure 2. Courbes ROC (receiver operating characteristic) pour procalcitonine, CRP et IL6 entre pneumonies bactériennes (incluant infections à mycoplasmes et surinfection bactérienne des atteintes virales) et pneumonies virales. Figure 2. ROC curves for PCT, CRP and IL6 for discrimination between bacterial (including Mycoplasma and bacterial & viral co-infections) and viral pneumonia.

toujours une spécificité et une sensibilité plus faibles que celles des autres marqueurs pour séparer infections bactériennes et infections virales.

Si on considère les patients ayant uniquement une pneumonie bactérienne, la procalcitonine est plus élevée (moy : 20,5 µg/L) chez les patients avec hémoculture positive que chez les patients avec hémoculture négative et pneumonie bactérienne (7,5 µg/L, p < 0,01). Cependant, les moyennes de la CRP dans ces deux groupes sont respectivement de 114 et 161 microgrammes/L (différence non significative). Les sensibilités, spécificités et valeurs prédictives positives et négatives pour les différents marqueurs sont données au tableau II. Les courbes ROC sont données à la figure 2. Dans tous les cas, la concentration de procalcitonine permet de différencier au mieux les infections bactériennes et virales et est toujours supérieure à la CRP ou à l’interleukine 6. L’aire sous la courbe est de 0,93 (intervalle de confiance à 95 % : 0,85–0,97) pour la PCT, 0,84 (intervalle de confiance à 95 % : 0,73–0,91) pour la CRP et 0,64 (intervalle de confiance à 95 % : 0,45–0,80) pour l’interleukine 6. Les valeurs de p pour les comparaisons des aires sous les courbes ROC sont inférieures à 0,04 pour la procalcitonine, comparée à la CRP, et à 0,003 pour la procalcitonine comparée à l’interleukine 6.

DISCUSSION Les marqueurs habituellement mesurés en salle d’urgence ne permettent pas plus que le cliché de thorax de séparer l’origine virale et l’origine bactérienne des pneumonies communautaires de l’enfant. Les pneumonies franches lobaires aiguës typiques sur le cliché de thorax ne sont présentes que chez 40 à 60 % des patients ayant une

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pneumonie avec hémoculture positive et chez 15 à 25 % des patients ayant une pneumonie à mycoplasme ou à virus [6, 10]. La numération globulaire n’a qu’une valeur indicative faible, en dehors des taux très élevés de polynucléaires, situation relativement rare, y compris dans les pneumonies à pneumocoque avec hémoculture positive [9, 10]. La CRP reste le plus sensible des marqueurs habituellement employés mais elle manque de spécificité. Tous les patients avec une hémoculture positive avaient une CRP > 20 mg/L mais c’était également le cas de 40 % des patients avec une infection virale. Deux patients sur onze avec hémoculture positive à pneumocoques avaient une CRP comprise entre 20 et 60 mg/L. Dans la série de Toikka, 32 % des enfants ayant une pneumonie à pneumocoque prouvée par une hémoculture positive avaient une CRP < 60 mg/L [9]. Dans une revue récente, Jaye estimait d’après les données de la littérature que la CRP permettait rarement de distinguer les origines bactériennes et virales dans les infections respiratoires hautes ou basses [11]. La procalcitonine a une sensibilité du même ordre que celle de la CRP, mais une spécificité très supérieure pour différencier pneumonies virales et bactériennes. Les 12 patients avec une hémoculture positive à pneumocoque avaient une PCT > 2 µg/L, contre seulement 1/29 des patients ayant une pneumonie virale. Ces données rejoignent tout à fait celles de Brunkhorst chez l’adulte : chez les patients avec un syndrome de détresse respiratoire aiguë de type adulte (ARDS), il n’y avait aucun chevauchement des valeurs de PCT entre les malades ayant une étiologie bactérienne et les autres, alors que le chevauchement entre ces deux groupes était important pour la CRP et l’IL6 [12]. L’origine pneumococcique d’une pneumonie est toujours difficile à affirmer chez l’enfant. Les hémocultures sont plus souvent négatives que chez l’adulte, principalement parce que les quantités de sang prélevées sont faibles. Nous avons porté le diagnostic de pneumonie à pneumocoques hautement probable sur des critères bactériologiques et cytologiques contraignants, mais largement acceptés. La contamination du prélèvement rhinopharyngé par la flore de portage est possible, mais le prélèvement a été effectué au cours d’une séance de kinésithérapie. La culture montre des germes en nombre important, avec un grand nombre de polynucléaires et un faible nombre de cellules épithéliales. Ces critères ont une forte valeur indicative et sont acceptés par de nombreux auteurs pour porter le diagnostic de pneumonie bactérienne [7]. Un autre argument important est la survenue d’une apyrexie en moins de 48 heures sans traitement (fortes doses d’amoxicilline ou ceftriaxone), ce qui est fortement en faveur de l’origine pneumococcique. Dans la série récente de Toikka [9], tous les enfants avec hémoculture positive qui n’avaient pas de complication (encéphalopathie avec encombrement pulmonaire ou

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pleurésie purulente) avaient une apyrexie en 24 à 48 h sans traitement. Dans les cas de pneumonie bactérienne à hémoculture négative, primaire, à mycoplasmes ou après surinfection d’une pneumonie virale, la PCT est plus basse que chez les patients avec hémoculture positive, alors que les valeurs de CRP ne sont pas significativement différentes dans les deux groupes. Le taux de procalcitonine dans les infections localisées a probablement une valeur pronostique importante. Dans les infections urinaires, le taux de PCT est corrélé à l’importance des cicatrices rénales dues à la pyélonéphrite [13]. Les niveaux de PCT sont plus élevés en cas de septicémie, celle-ci témoignant d’une gravité élevée de l’infection pulmonaire, dont le taux de PCT pourrait être le reflet. Une série récente finlandaise rapportait des taux élevés de PCT chez des patients avec une pneumonie bactérienne, mais avec un large chevauchement de la PCT et de la CRP chez les patients ayant une infection virale et bactérienne [14]. Cette importante série est différente de la nôtre dans la méthodologie et les critères de diagnostic. Un seul des 126 patients avait une hémoculture positive à pneumocoque, contre 12/88 dans notre série, et surtout le diagnostic d’infection bactérienne avait été porté sur des tests sérologiques détectant les anticorps antipneumolysine ou anti-polysaccharide C, ou les immuns complexes circulants. Ces techniques sont intéressantes mais manquent de spécificité. Les titres sont élevés dans les otites, mais également au cours du simple portage pharyngé de pneumocoques [15 – 18]. D’autre part, la majorité des prélèvements pour dosage de la PCT ont été pratiqués 24 heures au moins après la prise d’antibiotique [14]. La baisse de la PCT en cas de traitement antibiotique actif est rapide, survenant en 12 à 24 heures. Les deux séries sont donc difficilement comparables. L’interleukine 6 manque à la fois de sensibilité et de spécificité par rapport à la procalcitonine et à la CRP pour séparer infections virales et bactériennes. Les contraintes du dosage, la congélation nécessaire, en limitent l’utilisation dans un service d’urgence. L’interféron alpha est un excellent marqueur d’infection virale, il est donc souvent élevé dans les surinfections bactériennes d’une pneumonie virale. D’autre part, le dosage biologique, plus sensible que le dosage biochimique, est long, nécessitant 48 h d’incubation du milieu cellulaire. Il ne peut donc donner qu’un diagnostic tardif, alors que le traitement est déjà institué. Dans cette série, le nombre de pneumonie à mycoplasme est faible, beaucoup plus que dans des séries antérieures [6]. Cela tient au fait que les pneumonies à mycoplasmes sont moins graves et plus rarement hospitalisées. Les taux de PCT sont modérément élevés, comme cela a déjà été rapporté chez l’adulte et l’enfant. Au total, la PCT est le marqueur le plus discriminant pour séparer pneumonies bactériennes et virales. Son dosage est rapide, deux heures, facile à réaliser sur 20 µL de plasma ou sérum, et surtout la protéine est

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stable, supportant congélation et décongélation. Les taux les plus élevés chez l’enfant témoignent d’une infection bactérienne sévère [19]. Des valeurs élevées supérieures à 2 µg/L sont fortement indicatives de pneumonies à pneumocoques, ce qui rejoint les conclusions d’une série suédoise récente [20]. Son utilisation en salle d’urgence peut être grandement facilitée par l’emploi de tests rapides, faits en urgence au lit du malade, ou semi-quantitatifs, qui permettent d’orienter le diagnostic. Des études supplémentaires sur le sujet sont nécessaires, mais chez l’enfant la procalcitonine est le meilleur marqueur de l’origine bactérienne, et particulièrement pneumococcique, d’une pneumonie.

PROCALCITONIN AND MARKERS OF INFECTION IN COMMUNITY-ACQUIRED PNEUMONIA OF CHILDREN The treatment of community-acquired pneumonia remains a major problem in pediatrics because this illness has several possible causes. Routine laboratory tests and chest X rays discriminate poorly between bacterial and viral pneumonia and it is very difficulty to obtain reliable microbiologic samples during childhood. The identification of markers of infection able to discriminate between bacterial and viral causes of pneumonia in the emergency room would be of great value to guide treatment decisions and follow-up of the patients. The concentration of procalcitonin (PCT), first studied in children [1], is high in bacterial infections and low in viral infections. High plasma levels of PCT are characteristic in children with bacterial meningitis or severe bacterial infections, particularly in case of septic shock or bacteremia, and intermediate PCT levels are observed in localized bacterial infections [1 – 6]. We assessed the diagnostic value of procalcitonin, C-Reactive Protein (CRP), interleukin 6 (IL6), interferon-alpha (INFα) levels, and white blood cell count in bacterial and viral community-acquired pneumonia, in children admitted to hospital as emergency cases.

PATIENTS AND METHODS This prospective study concerned 88 patients (aged 2 months to 13 years) hospitalized for severe communityacquired febrile pneumonia between January 1, 1996 and November 1, 1999. We included only children with no chronic disease, whether pulmonary or not, and who had received antibiotics within ten days prior to admission. This represented 60% of children examined for pneumonia in the emergency room during that period: other patients were not included because they were already treated, they were not hospitalized, or blood collection for procalcitonin or other tests was not performed. On admission, all patients had a body temperature superior

to 38.5◦ C and a chest X ray suggesting pneumonia, as analyzed by an independent radiologist. The chest X ray showed clear signs of pneumonia with alveolar infiltration affecting one or several segments, or one or several lobes, and often (60 out of the 88 cases) with more than 1 cm of consolidation. The physician in charge of the emergency department of the hospital admitted all the patients as emergency cases because of their clinical condition. Blood cultures were set up immediately and the plasma samples left, after routine tests (CRP, WBC counts) had been carried out, were frozen for later determination of procalcitonin, interferon-alpha (INFα) and interleukin-6 (IL6). Blood samples were also used to screen for Mycosplasma pneumoniae, Chlamydia pneumoniae, and the main respiratory viruses on admission, and again two to three weeks later. Sputum samples (or pharyngeal aspiration in children < five years) were taken from all of the children, during a physiotherapy session, to test for bacteria and viruses according to the usual procedures: a bacterial pneumonia was probable when more than 25 polymorphonuclear cells and fewer than ten squamous epithelial cells/mL were detected in Gram stains and cultures containing a single or a predominant microorganism, with more than 106 cfu/mL present in the samples [4, 6, 7]. This procedure was approved by the Ethics Committee of the Cochin-Paris V Medical School.

ASSAYS Blood samples were collected in vials containing EDTA. Leukocyte count was measured automatically by the hospital laboratory and serum C-reactive protein was determined by nephelometry. Procalcitonin was determined from frozen samples (minus 20◦ C) by an immunoluminometric assay (LUMItest PCT, BRAHMS Diagnostica, Berlin). This assay, which is specific for procalcitonin, requires 20 µl of plasma and can be completed within two hours. The detection limit is 0.1 µg/L. Inter- and intra-assay variations at both high and low concentrations were less than 8% and 7% respectively [1 – 6]. IL-6 was determined by ELISA (Medgenix Co.) in only 32 patients. INFα was detected in the first serum sample with a biological assay, as previously described, using Madin-Darby bovine kidney (MDBK) cells and vesicular stomatitis virus as the challenge virus. The minimum titer of IFN-α detectable with this assay was 2 IU/mL, relative to international samples. This biological assay is highly specific for IFN-α and there is no cross reaction with other interferons [8, 9].

STATISTICAL ANALYSIS The diagnostic properties of the tests were investigated by Receiver Operating Characteristic (ROC) analysis [10].

Procalcitonine et marqueurs de l’infection dans les pneumonies communautaires de l’enfant

This technique summarizes the validity coefficients of a test and provides an overall index of diagnostic accuracy (that is, the area under the ROC curve) by plotting sensitivity against the false positive rate (one minus specificity) for all possible cut-off scores. An area under the ROC curve of 0.5 is obtained when the discriminatory ability of a test is no better than chance; a value of 1.0 represents perfect discriminatory ability. Two different tests on the same patients can be compared on the ROC scale. The computer program for ROC analysis developed by Metz et al. [11] was used. Sensitivity, specificity, and predictive value for selected cut-off points and values of disease prevalence were also assessed.

RESULTS Streptococcus pneumoniae was isolated in ten patients’ blood culture (mean age 1.9 years; range 0.4 to 5 years). Fifteen others (mean age 3.9 years; range 0.5 to 14 years) whose sputum samples were assessed by microscopy were found to have > 25 polymorphonuclear cells/mL and < 10 epithelial cells/mL, with cultures containing a single or a predominant micro-organism at more than 106 cfu/mL (14 S. pneumoniae and 1 Haemophilus influenzae b). All these patients had negative viral, mycoplasma and chlamydia serological tests and became afebrile within 48 h of treatment with amoxicillin (or ceftriaxone for the youngest patients). These 15 patients were considered to have bacterial pneumonia. In 37 cases, viral pneumonia was diagnosed by immunofluorescence, viral culture, or serological test. In 29 cases (mean age 1.7 years; range 0.5 to 7 years) viruses were apparently the sole cause of pneumonia (respiratory syncytial virus in 8 cases, adenovirus in 7, influenza A virus in 7, and para-influenza 2 or 3 viruses in 7) because bacteria were not detected in blood cultures and were not present in large numbers in the sputum. In 8 other patients (mean age: 1.3 years; range 0.5 to 5 years), the virus was identified by serological tests, immunofluorescence, or viral culture, with > 25 polymorphonuclear cells/mL and < 10 epithelial cells/mL, and cultures containing a single or a predominant micro-organism (S. pneumoniae in six cases, Haemophilus influenzae b in 2) at more than 106 cfu/mL in sputum. These 8 patients were considered to have probably mixed bacterial and viral infections. Ten patients (mean age 6.2 years; range 3 to 10 years) had positive serological tests (presence of IgM and/or 4-fold rise of IgG) for Mycoplasma pneumoniae. In 16 patients (mean age 2.6 years; range 0.4 to 9 years), the causal agent could not be identified with the above criteria (blood and viral cultures and serological tests negative, no bacteria in high number in sputum). The results for the determinations are given in tables I and II and the individual results are given in figure 1. PCT concentration was between 2.3 and 90.6 µg/L in the ten

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cases of pneumococcal pneumonia confirmed by blood culture. It was greater than 1 µg/L in 14 of the 15 cases with probable bacterial pneumonia, in six of the eight cases with viral pneumonia and probable bacterial superinfection, and in seven of the ten cases of Mycoplasma infection. However, in four of the 29 cases for which viral pneumonia was apparently isolated, procalcitonin concentration was > 1 µg/L. Three patients had a PCT level between 1 and 1.4 µg/L and one other carrying a respiratory syncytial virus, had a PCT concentration of 4.38 µg/L, a positive INFα result, a CRP concentration of 169 mg/L, and no predominant bacterium was isolated from sputum culture CRP levels were greater than 20 mg/L in all patients with positive blood cultures. It was greater than 40 mg/L in 9 out of these ten patients and greater than 60 mg/L in eight. In case of isolated viral infection, CRP concentration was greater than 20 mg/L in 15 out of the 29 patients and greater than 60 mg/L in 7. The highest CRP concentrations in viral infections were found in patients infected by adenovirus. Considering all bacterial infections, proved (positive blood cultures), probable (contributory bacterial samples, secondary bacterial infections in cases of viral pneumonia, positive serological tests for anti-Mycoplasma antibodies), and isolated viral infections, we found that the sensitivity of a 20 mg/L CRP concentration was very similar to a 1 µg/L PCT concentration (88.4% vs. 86%). But specificity was much lower (40% vs. 87.5%) when discriminating bacterial and viral infections. Interleukin-6 concentration > 100 pg/mL had a specificity of 80% but a low sensitivity. White blood cell count > 15,000/mL discriminated poorly between bacterial and viral infections whereas the presence of interferon-alpha was an excellent marker of viral infection, as already reported for pulmonary and extrapulmonary infections [4, 9]. The sensitivity, specificity, and positive and negative predictive values are given in table II and the ROC curves are given in figure 2. In all cases, procalcitonin concentration discriminated viral and bacterial infections more effectively than CRP, interleukin-6, or white blood cell counts. The specificity and sensitivity of interferon-alpha were slightly lower than those of PCT to discriminate viral and bacterial pneumonia. The area under ROC curve was 0.93 for PCT (95% confidence interval: 0.85– 0.97), 0.84 for CRP (95% confidence interval: 0.73–0.91), and 0.64 for IL6 (95% confidence interval: 0.45–0.80). P-values for comparison of area under ROC curves were less than 0.04 for PCT vs. CRP and less than 0.003 for PCT vs. IL6.

DISCUSSION Markers for the rapid identification of bacterial versus viral pneumonia in children admitted as emergency cases are particularly useful. In our study, we found that PCT is

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D. Gendrel et al.

probably the best marker for the identification of bacterial infection in the emergency room. Clinical analysis, X rays, and laboratory test results, CRP and IL6 determination, and white blood cell counts were not specific enough in this study as in others [6, 12 – 14] for the diagnosis of bacterial pneumonia. However, invasive pneumococcal infections, bacteremia, meningitis, and pneumonia are always severe, often leading to intensive care hospitalization [15]. Whatever the state of the patients, pneumococcal infections must be treated rapidly because they are life threatening and appropriately because resistance to antibiotics is increasing. The principal difficulty with pneumonia in children is the absence of generally accepted criteria to determine the cause of illness. The only “gold standard” is positive blood cultures, but blood cultures are often negative for children, from whom only small quantities of blood can be taken. In case of pneumococcal pneumonia, a serological test can provide a retrospective diagnosis with good specificity and sensitivity, but anti-pneumococcal antibodies and tests for specific immune complexes are not available in all laboratories [16 – 18]. Furthermore, they cannot always reliably discriminate between pharyngeal carriage of pneumococci, acute middle ear infection, and pulmonary infection [16 – 18]. The criteria used in this study to determine the bacterial or viral cause of pneumonia are open to question, as in all pediatric studies. However, we think that > 25 polymorphonuclear cells/mL, < 10 epithelial squamous cells/mL, and > 106 cfu/mL bacteria in the sputum provides good but not full evidence of a bacterial cause, because it is extremely difficult to obtain samples that are not contaminated by the oral flora in children. This lack of full evidence led us to include only those children who were afebrile after 48 h of antibiotic treatment in the group of patients with isolated bacterial pneumonia. In a recent study, Toikka et al. [14] showed that only 6% of children with bacteremia pneumococcal pneumonia had fever that persisted for more than 48 hours under treatment. PCT concentration was greater than 2 µg/L in all cases of pneumonia with blood cultures positive for pneumococci, and CRP was greater than 20 mg/L. This cut-off for CRP is too low to discriminate between bacterial and viral infections, because 40% of viral infections result in CRP concentrations above 20 mg/L. This is consistent with previous observations. In Toikka’s study [14], 32% of patients with pneumococcal bacteremia had CRP < 60 mg/L. In a general review, Jaye [19] concluded that CRP did not discriminate between bacterial and viral causes of infection of the upper or lower respiratory tract and, in a recent study [4], we showed that CRP concentration was not sensitive enough to diagnose viral infection in pediatric emergency cases. In a recent study performed in adults, Brunkhorst et al. [20] reported that, in patients with acute respiratory distress syndrome, PCT was invariably elevated to a pathological value in the group of septic

patients. They found no overlap for PCT between the septic and non-septic groups, but a complete overlap for CRP and IL6. PCT concentration in the present study, using a threshold of 1 µg/L, provided the highest specificity and sensitivity in each case to differentiate all bacterial causes of pneumonia from viral causes. Mycoplasma infections were less frequent in this study’s population than in a previous series because patients presenting with these infections are admitted to hospital less frequently than those with pneumococcal or viral infections [7, 16]. As we previously reported, PCT concentration increased only slightly in cases of Mycoplasma infection [4]. In case of bacterial pneumonia without bacteremia, whether primary or a complication of viral pneumonia, procalcitonin concentration was lower than in pneumonia with bacteremia. This is true for other types of infection. Procalcitonin concentration is typically lower in localized bacterial infections (ENT, digestive or urinary tracts), than in infections with bacteremia [1, 2, 4]. Conversely, high procalcitonin concentration in localized infections seems to be an indicator of major tissue damage, as has been demonstrated for urinary tract infections in children [21]. INFα concentration in plasma was high in 77% of patients with viral infection in general [4], in more than 75% of cases of lower respiratory tract viral infection with or without pneumonia [9], and in more than 80% of the cases of viral pneumonia in this study. However, biological determination, which is more sensitive and, above all, more specific than immunological determination, requires more than 48 hours and is therefore not appropriate for emergency cases [8]. Procalcitonin concentration, particularly with a threshold of 1 µg/L, differentiates between bacterial infections and viral pneumonia more effectively than CRP, white blood cell count, interleukin-6 or interferon-alpha determination in the emergency room. High procalcitonin concentration in children is a very reliable sign of severe infection with bacteremia. This study shows that high levels of procalcitonin during pneumonia is probably a good indication of bacterial infection, particularly in case of pneumococcal disease. This is important in a country like France, where pneumococci that cause pneumonia (> 32%) have reduced susceptibility to penicillin and are also often resistant to macrolides [22]. Procalcitonin determination can be performed in as little as two hours. Although immunoluminescent tests are easy to perform [1], the laboratory is not always able to carry them out exactly when they are required. Rapid diagnostic tests to determine whether procalcitonin concentration is greater than 1 µg/L, available in pediatric emergency departments, would be very useful to manage children with community-acquired pneumonia.

Procalcitonine et marqueurs de l’infection dans les pneumonies communautaires de l’enfant

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