8/18/2019 1992. CMR. Lab en Meningitis

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C L I N I C A LM I C R O B I O L O G YR E V I E W S ,A p r .1 9 9 2 ,p . 1 3 0 - 1 4 5 Vo l . 5 , N o . 20 8 9 3 - 8 5 1 2 / 9 2 / 0 2 0 1 3 0 - 1 6 0 2 . 0 0 / 0C o p y r i g h t© )1 9 9 2 ,A m e r i c a nS o c i e t yf o rM i c r o b i o l o g y

L a b o r a t o r yD i a g n o s i so f B a c t e r i a lM e n i n g i t i sL RRY D . G R AY 2 *A N DD A N I E LP . FEDORKO 3 4

D e p a r t m e n to f P a t h o l o g ya n d L a b o r a t o r yS e r v i c e s ,B e t h e s d aN o r t ha n d B e t h e s d aOa k H o s p i t a l s ,C i n c i n n a t i ,O h i o4 5 2 4 2 1 * ;D e p a r t m e n to f P a t h o l o g ya n d L a b o r a t o r yM e d i c i n e ,U n i v e r s i t yo f

C i n c i n n a t iC o l l e g eo f M e d i c i n e ,C i n c i n n a t i ,O h i o4 5 2 6 7 2 ;D e p a r t m e n to f P a t h o l o g y ,H u r l e yM e d i c a lC e n t e r ,F l i n t ,M i c h i g a n4 8 5 0 3 3 ;a n d D e p a r t m e n to f P a t h o l o g y ,C o l l e g e

o f H u m a n M e d i c i n e ,M i c h i g a nS t a t e U n i v e r s i t y ,L a n s i n g ,M i c h i g a n4 8 8 2 4 4

INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 0A N AT O M I C A LCONSIDERATIONSI N BACTERIALMENINGITIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 0PAT H O G E N E S I SO F BACTERIALMENINGITIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2

C o l o n i z a t i o na n d A t t a c h m e n t. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2C r o s s i n gM u c o s a lB a r r i e r s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2E n t r yi n t oCS F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2B a c t e r i a lM e n i n g i t i s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2

C H A N G E SI N CELLULARAND CHEMICALCOMPOSITIONSO F CS F DU R IN G B A C TER I A LMENINGITIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2

ETIOLOGICALA G E N T SO F BACTERIALMENINGITIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3COLLECTION,TRANSPORTATION,R E C E I P T , ND S T O R A G EO F CS F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 4C O N V E N T I O N A LMETHODS FO R PROCESSINGA N DC U LT U R I N GCS F. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 5

C o n c e n t r a t i o n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 5C u l t u r e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 5A n t i m i c r o b i a lS u s c e p t i b i l i t yTe s t i n g. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 5

RAPID METHODS FO R DETECTINGBACTERIA ND C O M P O N E N T SO F BACTERIAI N CS F . . . . . 1 3 6M i c r o s c o p y. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 6

G r a m s t a i n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 6A c r i d i n eo r a n g es t a i n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 6W a y s o ns t a i n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 6Q u e l l u n gp r o c e d u r e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 6

M e t h o d so f D e t e c t i n gB a c t e r i a lA n t i g e n s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 7CIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 7COAG a n d LA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 8

O T H E RM E T H O D SFO R DETECTINGBACTERIAA N DC O M P O N E N T SO F BACTERIAI N CS F . . . . . 1 3 8EIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 8LA L A s s a y. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 9G LC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 9PCR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 0

P R A C T I C A LCONSIDERATIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 0REFERENCES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 1

INTRODUCTION

B a c t e r i a lm e n i n g i t i s i s t h e m o s t common a n d n o t a b l ei n f e c t i o no f t h e c e n t r a ln e r v o u ss y s t e m , c a n p r o g r e s s r a p -i d l y ,a n d c a n r e s u l ti n d e a t h o r p e r m a n e n td e b i l i t a t i o n .N o t

s u r p r i s i n g l y ,t h i si n f e c t i o nj u s t i f i a b l ye l i c i t ss t r o n g e m o t i o n a lr e s p o n s e sa n d , h o p e f u l l y ,i m m e d i a t em e d i c a l i n t e r v e n t i o n .T h e a d v e n ta n d w i de s p r e adu s e o f a n t i b a c t e r i a la g e n t s i n t h et r e a t m e n to f m e n i n g i t i sh a v ed r a s t i c a l l yr e d u c e dt h em o r t a l -i t yc a u s e db y t h i sd i s e a s e .H o w e v e r ,b o t h t h em o r b i d i t y( 0 . 2t o 6 c a s es p er1 0 0 , 0 0 0p o p u l a t i o n p e ry e a r ) a n d t h em o r t a l i t y( 3 t o 3 3 % )o f u n t r e a t e da n d i n a p p r o p r i a t e l yt r e a t e d b a c t e r i a lm e n i n g i t i si n t h e U n i t e d S t a t e s r e m a i n h i g h ( 9 1 ,1 2 8 , 1 2 9 ,1 6 1 ) .T h e m a j o r i t y o f p a t i e n t sw i t h b a c t e r i a lm e n i n g i t i ss u r v i v e , b u t n eu r o lo g ic a ls e q u e l a e o c c u r i n a s many a so ne - th i r d o fa l ls u r v i v o r s( e s p e c i a l l yn e w b o r n sa n d c h i l d r e n )( 1 2 8 ,1 2 9 ) .B a c t e r i a lm e n i n g i t i si s much m o r e c o m m o n i nd e v e l o p i n gc ou n t r i e s t h a ni n t h eU n i t e dS t a t e s .F o r e x a m p l e ,

* C o r r e s p o n d i n ga u t h o r .

1 3 0

m o r b i d i t y i n B r a z i la n d some p a r t s o f A f r i c a h a s b e e nr e p o r t e dt ob e 3 0 0 t o 4 0 0c a s e s p e r 1 0 0 , 0 0 0p o p u l a t i o nd u r i n ge p i d e m i c s( 1 6 1 ) .

T h i s r e v i ewi s a b r i e fp r e s e n t a t i o no f t h ep a t h o g e n e s i so fb a c t e r i a lm e n i n g i t i sa n d a r e v i e w o f c u r r e n t k n o w l e d g e ,

l i t e r a t u r e ,a n d r e c o m m e n d a t i o n so n

t h es u b j e c to f t h e

l a b o -r a t o r y d i a g n o s i so f b a c t e r i a lm e n i n g i t i s .R e a d e r s s h o u l dc on su l t o t h e r r e f e r en ce sa n d r e v i e w s f o r l a b o r a t o r ya n dc l i n i c a li n f o r m a t i o nc o n c e r n i n gv i r a l( 2 0 ,2 4 , 5 1 ,9 1 ) ,s l o wv i r a l( 8 1 ,1 1 5 ,1 1 6 , 1 59 ) ,f u n g a l( 2 4 ,5 1 ,6 9 ,1 0 8 ) ,s p i r o c h e t a l( 2 7 ,5 1 , 9 1 ) ,p a r a s i t i c( 2 4 ,5 1 ,9 1 ) ,m y c o b a c t e r i a l 2 4 ,3 3 ,5 1 ,1 0 8 ) ,a n d c h r o n i c ( 3 3 ,6 9 , 1 0 8 )c e n t r a ln e r v o u s s y s t e mi n f e c t i o n s ,w h i c ha r e b e y o n dt h es c o p e o f t h i sr e v i e w .

A N AT O M I C A LCONSIDERATIONSI N BACTERIALMENINGITIS

M e n i n g i t i si s i n f l a m m a t i o no f t h em e n i n g e s ,t h et h i na n a -t o m i c a l s t r u c t u r e ( t h r e el a y e r so r m e m b r a n e s )t h a ti n t i -

m a t e l ya n d

d e l i c a t e l yc o v e r s t h e

b r a i na n d

s p i n a lc o r d

( F i g .

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LABORATORY DIAGNOSISO F B A C T E R I A LMENINGITIS 1 3 1

D u r am a t e r

F I G . 1 . M a j o ra n a t o m i c a lf e a t u r e so f t h e c e n t r a ln e r v o u ss y s t e m .T h e c o n t i n u o u sd a r k l ys h a d e da r e a s r e p r e s e n tt h es u b a r a c h n o i ds p a c ew h i c hs u r r o u n d st h eb r a i n a n d s p i n a lc o r d a n d w h i c hi s f i l l e dw i t h C S F . R e p r o d u c e df r o mR a y e t a l .( 1 2 0 )w i t h p e r m i s s i o no f t h e p u b l i s h e r .

1 a n d 2 ) . S p e c i f i c a l l y ,m e n i n g i t i si s a n i n f e c t i o nw i t h i n t h es u b a r a c h n o i ds p a c e , a s p a c e b e t w e e nt h em i d d l e a n d i n n e r -m o s t l a y e r s .T h e t h r e e l a y e r so f t h e m e n i n g e sa r e b r i e f l yd e s c r i b e da s f o l l o w s .

i ) T h e d u r a m a t e r ( L a t i n :d u r a , h a r d ; m a t e r , m o t h -e r ) ,t h eo u t e r m o s tl a y e r ,i s c o m p o s e do f t o u g h ,n o n e l a s t i c ,d e n s e c o n n e c t i v et i s s u ea n d a d h e r e s t o t h e s k u l la n d v e r t e -b r a lc o l u m n ( F i g .2 ) . T h e d u r a m a t e r i s c o v e r e d o n i t si n n e r m o s ts u r f a c e b y s q u a m o u se p i t h e l i a lc e l l s .

i i ) Th e a r a c h n o i d ( Gr e ek : a r ac h n oe i de s , l i k e a c o b -w e b ) , t h e m i d d l e l a y e r ,i s c o m p o s e do f d e n s e c o l l a g e n o u sa n d e l a s t i cc o n n e c t i v et i s s u e ,a d h e r e st o t h e d u r a m a t e r , a n dh a s d e l i c a t es p i d e r w e b - l i k ep r o j e c t i o n s( t r a b e c u l a e )w h i c hc o n n e c t i t t o t h e t h i r dl a y e r ,t h e p i am a t e r ( F i g .2 ) . Th ea r a c h n o i da n d i t s t r a b e c u l a e a r e c o v e r e dw i t h s q u a m o u se p i t h e l i a lc e l l s .

i i i )T h e p i am a t e r ( L a t i n :p i a , t e n d e r ; m a t e r , m o t h -e r ) , t h e i n n e r m o s tl a y e r ,i s c o m p o s e do f d e l i c a t ec o l l a g e -n o u s a n d e l a s t i cc o n n e c t i v e t i s s u ea n d i s c o v e r e d b ys q u a m o u se p i t h e l i a lc e l l s( F i g .2 ) .T h e p i am a t e r i s t h eo n l y

m e n i n g e a ll a y e rw h i c hc o n t a c t s t h e c e n t r a ln e r v o u ss y s t e m ;

s p e c i f i c a l l y ,t h ep i am a t e r ( a n d ,t h u s ,t h em e n i n g e s )c o v e r st h e s u r f a c e so f t h e b r a i na n d s p i n a lc o r d .

C l i n i c a lm i c r o b i o l o g i s t ss h o u l d b e f a m i l i a rw i t h t h r e ea n a t o m i c a ls p a c e s i n t h e c e n t r a ln e r v o u ss y s t e m ,b e c a u s et h es p a c e sa r e s i t e so f d i s t i n c tb a c t e r i a l i n f e c t i o n s .E p i d u r a la b s c e s s e so c c u ri nt h ee p i d u r a ls p a c e( b e t w e e nt h ev e r t e b r a ea n d t h ed u r a m a t e r ) .S u b d u r a la b s c e s s e so c c u r i n t he s ub -d u r a l s p a c e ( b e t w e e nt h e d u r a m a t e r a n d t h e a r a c h n o i d ) .M e n i n g i t i so c c u r s i n t h e s u b a r a c h n o i ds p a c e ( b e t w e e nt h ea r a c h n o i d[ i n c l u d i n gt h e t r a b e c u l a e ]a n d t h e p i a m a t e r ) .T h es u b a r a c h n o i ds p a c e i s t h e l a r g e s to f t h e t h r ees p a c e s a n d i st h e m a i nr e s e r v oi r o fc e r e b r o s p i n a lf l u i d( C S F ) .

H i g h l yv a s c u l a r i z e dv i l l io f t h e p i am a t e rp r o j e c ti n t of o u rv e n t r i c l e s( c a v i t i e s )w i t h i n t h e b r a i n a n d a r e c o v e r e dw i t he p e n d y m a le p i t h e l i a lc e l l s .T h e s ep r o j e c t i o n sa r e known a st h e c h o r o i d p l e x u s e s a n d a r e t h e s i t e sa t w h i c ht h e f l u i dc o m p o n e n to f t h e b l o o d i s m o d i f i e d( b y s e c r e t i o n a n d a b -s o r p t i o no f c e r t a i ns o l u t e s )a n d s e c r e t e d i n t ot h e v e n t r i c l e s( F i g .1 ) . T h i s m o d i f i e d a n d s e c r e t e d f l u i di s C S F . CS Fc i r c u l a t e si n t h e v e n t r i c l e s a n d t h e s u b a r a c h n o i ds p a c e

a r o u n d t h e b r a i n a n d s p i n a lc o r d a n d r e t u r n s t o t h e b l o o d

V O L .5 , 1 9 9 2

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1 3 2 GRAY AND F E D O R K O

t ,

J : . i s .. . . . . . .- . . . -.- ..

F I G . 2 . M a j o r a n a t o m i c a l f e a t u r e s o f t h e m e n i n g e s . T h em e n i n g e ss u r r o u n d st h e b r a in a n d s p i n a lc o r d a n d i s c o m p o s e do ft h r e e d i s t i n c tl a y e r s .T h e s u b a r a c h n o i ds p a c e ( b e t w e e nt h e a r a c h -n o i d a n d t h e p i a m a t e r ) i s f i l l e dw i t h C S F . R e p r o d u c e df r o mJ u n q u e i r ae t a l . ( 6 4 a )w i t h p e r m i s s i o no f t h e p u b l i s h e r .

c i r c u l a t o r y sys t em t h r o u g h s u ba r a c h n o i dv i l l i t h a tp r o j e c ti n t ot h e s u p e r i o r s a g i t t a ls i n u s ,w h i c h t r a v e r s e s t h e i n n e rr o o f o ft h e s k u l l .

I n a d u l t s ,4 0 0 t o 6 0 0 m l o f CSF i s p r o d u c e da n d r e c i r c u -l a t e de a c h d a y. A t any g i v e nt i me , t h en o r m a lCSF v o l u m ei s1 0 t o 6 0 m l i n n e w b o r n sa n d 1 0 0 t o 1 6 0 m l i n a d u l t s .

PATHOGENESISO F B A C T E R I A LMENINGITIS

D u r i n g t h e l a s t s e v e r a l yea r s , much h a s b e e n l e a r n e da b o u t t h e p a t h o g e n e s i so f b a c t e r i a lm e n i n g i t i s( 5 0 ,9 1 ,1 2 9 ,1 5 1 ) .A t a n y g i v e nt i m e , t h e f o l l o w i n gi s a b r i e fp r e s e n t a t i o no f c u r r e n t k n o w l e d g eo f t h e s u b j e c t .

C o l o n i z a t i o na n d A t t a c h m e n t

Some b a c t er i a t h at c a u s e m e n i n g i t i sh a v e p i l i t h a t a l l o wt h e b a c t e r i a t o a t t a c h t o s p e c i f i cm u c o s a lc e l l sa n d , s u b s e -q u e n t l y , t o c o l o n i z em u c o s a ls u r f a c e s o f t h e n a s o p h a r y n x .Th e d i s t r i b u t i o no f s p e c i f i cm u c o s a l a n de p i t h e l i a lc e l lrecep-t o r s p r o b a b l y d e t e r m i n e s t h e s i t e s o f c o l o n i z a t i o n . T h i sc o n c e p th a s b e e np r o p o s e dmos t c o n v i n c i n g l yf o r Haemoph-i l u si n f l u e n z a e( 5 3 )a n d N e i s s e r i am e n i n g i t i d i s( 9 2 ,1 4 0 ,1 4 1 ) .

C r o s s i n gM u c o s a lB a r r i e r s

Th e p o r t a l so f e n t r y f o r b a c t e r i a c a p a b l e o f c a u s i n gm e n i n g i t i sa n d t h e mechanisms b y which e n t r y i s g a i n e da ren o t w e l l u n d e r s t o o d .Th e p o r t a l so f e n t r y p r o b a b l ya r e s i t e sa t w h i c h t h e b a c t e r i a a c t i v e l y( b y d i r e c t i n v a s i o n w i t h o rw i t h o u td a m a g et o t h e h o s t c e l l s )o r p a s s i v e l y( b y p h a g o c y -t o s i s )e n t e r s u b e p i t h e l i a lt i s s u e s a n d , s u b s e q u e n t l y ,e n t e r t h eb l o o d c i r c u l a t i o n .N . m e n i n g i t i d i si s k n o w n t o b e p h a g o c y -t i z e d b y n a s o p h a r y n g e a le p i t h e l i a lc e l l s( 1 4 0 ) .

E n t r y i n t oCS F

W h i l e i n t h e b l o o d c i r c u l a t i o n ,t h e b a c t e r i a t h a tc a u s em e n i n g i t i sm u s t a v o i d b e i n g p h a g o c y t i z e db y p o l y m o r p h o -n u c l e a r l e u k o c y t e sa n d r e t i c u l o e n d o t h e l i a lc e l l sa n d m u s ta v o i d b ei ngl y s e db y c o m p l e m e n ta n d s p e c i f i ca n t i b o d y .E v e n t u a l l y , t h e b a c t e r i ae n t e r t h e s u b ar a c h n oi d s p a c ea n d ,t h u s ,t h e C S F . T h em o s t l i k e l yp o r t a l so f e n t r y i n t ot h es u b a r a c h n o i ds p a c ea r ea r e a s o f m i n i m a lr e s i s t a n c e s u c h a sc h o r o i dp l e x u s e s ;d u r a lv e n o u ss i n u s e s ;t h ec r i b r i f o r mp l a t e ;c e r e b r a lc a p i l l a r i e s ;s i t e so f s u r g i c a l ,t r a u m a t i c ,o r c o n g en i -t a lc e n t r a ln e r v o u ss y s t e md e f e c t s ;o r s i t e so f p a r a m e n i n g e a li n f e c t i o n( e . g . ,e p i d u r a la b s c e s s ) ( 9 1 ,1 3 5 ,1 5 1 ) .

B a c t e r i a lM e n i n g i t i s

T h e s u b a r a c h n o i ds p a c e a n d i t s CSF a r e r e l a t i v e l yde -f e n s e l e s si n s t op p i ng i n v a s i o nb y b a c t e r i a lp a t h o g e n sb e -c a u s e o f t h e C S F ' s p a u c i t y o f p h a g o c y t i cc e l l sa n d l o wc o n c e n t r a t i o n so f c o m p l e m e n ta n d i m m u n o g l o b u l i n .U n -c h e c k e di n v a s i o na n d m u l t i p l i c a t i o no f b a c t e r i ai n t h eCSF

r e s u l ti n

m e n i n g i t i s .T h e p a t h o p h y s i o l o g yo f b a c t e r i a lm e n -

i n g i t i sh a s b e e n s t u d i e d e x p e r i m e n t a l l ya n d i s r e a s o n a b l yw e l l u n d e r s t o o d( 9 1 ,1 2 9 ,1 5 1 ) .I n f l a m m a t i o no f t h e m e n i n g e si s i n i t i a t e db y t h e p r e s e n c eo f b a c t e r i a ll i p o p o l y s a c c h a r i d e ,t e i c h o i ca c i d ,a n d / o r o t h e rb a c t e r i a lc e l lw a l l c o m p o n e n t si nt h e s u b a r a c h n o i ds p a c e . T h e b a c t e r i a la n t i g e n ss t i m u l a t em o n o c y t e st o p r o d u c et h ec y t o k i n ei n t e r l e u k i n - 1a n d s t i m u -l a t em a c r o p h a g e s ,a s t r o c y t e s , m i c r o g l i a lc e l l s ,e p e n d y m a lc e l l s ,a n d e n d o t h e l i a lc e l l si n t h e c e n t r a ln e r v o u ss y s t e mt op r o d u c e t h e c y t o k i n e t u m o r n e c r o s i sf a c t o r ( c a c h e c t i n ) .Tumor n e c r o s i sf a c t o ra n d i n t e r l e u k i n - 1p r o b a b l ya c ts y n e r -g i s t i c a l l yt o e l i c i ti n f l a m m a t o r yr e s p o n s e sw h i c h m a n i f e s tc l i n i c a l l ya s m e n i n g i t i s .A l o g i c a lt e m p o r a ls e q u e n c eo f s u c hr e s p o n s e si s a s f o l l o w s :c h e m o t a x i sa n d a d h e r e n c eo f p o l y -m o r p h o n u c l e a rl e u k o c y t e st o c e r e b r a lc a p i l l a r i e s ;d a m a g et o

c a p i l l a r ye n d o t h e l i a lc e l l s ;s t r u c t u r a lc h a n g e si n t h eb l o o d -b r a i n b a r r i e r ;c y t o t o x i cp a r e n c h y m a le d e m a ;i n c r e a s e di n -t r a c r a n i a lp r e s s u r e ; d e c r e a s e di n t r a c r a n i a lp e r f u s i o n ;c e r e -b r a li n f a r c t i o n ;a n d f o c a lo r d i f f u s eb r a i n d a m a g e .

C H A N G E SI N CELLULAR ND CHEMICALCOMPOSITIONSO F CS F DURING

BACTERIALMENINGITIS

T h e m o s t i m p o r t a n tc o n s i d e r a t i o n si n t h em a n a g e m e n to fa p a t i e n tw i t h a c u t e b a c t e r i a lm e n i n g i t i sa r e d e t e r m i n i n gt h em o s t l i k e l ye t i o l o g i c a la g e n t a n d i n i t i a t i n gi m m e d i a t ee m p i r -i c a la n t i m i c r o b i a lt h e r a p yw i t h i n 3 0m i n o f p r e s e n t a t i o n .I fp o s s i b l e ,CSF a n d b l o o d s p e c i m e n sf o r c u l t u r e s h o u l d b eo b t a i n e dp r i o rt o a dm i ni s t r at i o n o ft r e a t m e n t .S u b s e q u e n t l y ,t h er e s u l t so f a n t i g e nd e t e c t i o nt e s t sa n d t h e a n a l y s e so f CSFf o rp r o t e i na n d g l u c o s ec o n c e n t r a t i o n sa n d f o rc e l lc o u n t a n dc e l ld i f f e r e n t i a lc a n b e b e n e f i c i a li n i n i t i a l l yd i f f e r e n t i a t i n gb a c t e r i a l ,v i r a l ,f u n g a l ,a n d m y c o b a c t e r i a lf o r m so f m e n i n -g i t i s .T h e a f o r e m e n t i o n e di n f l a m m a t i o n - i n d u c e da n a t o m i c a la n d p h y s i o l o g i c a lc h a n g e s i n t h e m e n i n g e sa r e a t l e a s tp a r t i a l l yr e s p o n s i b l ef o rc h a r a c t e r i s t i cc h a n g e si n t h e l a b o -r a t o r yv a l u e so f CSF f r o mp a t i e n t sw i t hb a c t e r i a lm e n i n g i t i s .T h e l o s so f i n t e g r i t yo f c e r e b r a lc a p i l l a r i e s( a n d , t h u s ,l o s so fi n t e g r i t yo f t h e b l o o d - b r a i nb a r r i e r )r e s u l t si n l e a k a g eo fp r o t e i ni n t ot h e CSF a n d i n c r e a s e dm i g r a t i o no f p o l y m o r -p h o n u c l e a rl e u k o c y t e si n t ot h e CSF ( 1 2 9 ,1 5 1 ) .

T a b l e 1 i s a c o m p i l a t i o no f v a l u e so f w i d e l yp u b l i s h e da n do f t e n u s e d CSF p a r a m e t e r si n h e a l t h yp e r s o n s a n d i n p a -t i e n t sw i t h m e n i n g i t i s( 2 4 ,4 8 ,5 1 , 5 2 ,8 5 ,9 1 ,1 2 8 ,1 6 1 ) .Th e

C L I N .M I C R O B I O L .R E V.

8/18/2019 1992. CMR. Lab en Meningitis

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LABORATORY DIAGNOSIS O F B A CTERIA LMENINGITIS 1 3 3

TA B L E 1 . L a b o r a t o r yv a l u e so f c o m p o n e n t so fCS F f r o mh e a l t h yp e r s o n sa nd f r omp a t i e n t sw i t h m e n i n g i t i s a

CS F l a b o r a t o r yv a l u eS o u r c e P r o t e i n G l u c o s e L e u k o c y t e s

( m g / d l ) ( m g / d l ) b ( p e r, u l ) P r e d o m i n a n tc e l lt y p e

H e a l t h yp e r s o n sN e w b o r n s 1 5 - 1 7 0 3 4 - 1 1 9 0 - 3 0A d u l t s 1 5 - 5 0 4 0 - 8 0 0 - 1 0 L y m p h o c y t e s( 6 3 - 9 9 )

M o n o c y t e s( 3 - 3 7 )PMN ( 0 - 1 5 )

A d u l t p a t i e n t sw i t h :B a c t e r i a lm e n i n g i t i s > 1 0 0 < 4 0 > 1 , 0 0 0 PMN ( > 5 0 )F u n g a lm e n i n g i t i s I n c r e a s e d < 3 0 I n c r e a s e d L y m p h o c y t e sV i r a lo r a s e p t i cm e n i n g i t i s < 1 0 0 N o r m a l c < 5 0 0 PMN ( e a r l y )a n d l y m p h o c y t e s( l a t e )a D a t aa r ec o m m o n l yo b s e r v e dv a l u e s .N o t a b l ee x c e p t i o n st ot h e s ev a l u e sa n d o v e r l a po f v a l u e se l i c i t e db y d i f f e r e n te t i o l o g i c a la g e n t sa r e n o t uncommon. D a t a

w e r ec o m p i l e df r o mr e f e r e n c e s2 4 , 4 8 , 5 1 , 5 2 ,8 5 , 9 1 ,1 2 8 ,a n d 1 6 1 .PMN, p o l y m o r p h o n u c l e a rl e u k o c y t e s .b T h e CS F g l u c o s e / s e r u mg l u c o s er a t i ou s u a l l yi s 0 . 6( a d u l t s )o r 0 . 7 4 t o 0 . 9 6( n e o n a t e sa n d p r e t e r mb a b i e s ) .I n p a t i e n t sw i t h b a c t e r i a lm e n i n g i t i s ,t h er a t i o s

u s u a l l ya r e < 0 . 5 ( a d u l t s )a n d < 0 . 6 ( n e o n a t e sa n d p r e t e r mb a b i e s ) .I Lower t h a n n o r m a lg l u c o s ec o n c e n t r a t i o n sh a v e b e e n o b s e r v e dd u r i n g some n o n i n f e c t i o u sd i s e a s e p r o c e s s e sa n d i n some p a t i e n t sw i t h v i r a lm e n i n g o e n -

c e p h a l i t i sd u e t o h e r p e s v i r u s e s ,v a r i c e l l a - z o s t e rv i r u s ,mumps v i r u s ,l y m p h o c y t i cc h o r i o m e n i n g i t i sv i r u s ,a n d e n t e r o v i r u s e s .

v a l u e s i nT a b l e 1 a re g u i d e l i n e sa n d a re u s u a l l yc h a r a c t e r i s t i co f m e n i n g i t i s . H o w e v e r ,t h e v a l u e s e l i c i t e db y d i f f e r e n te t i o l o g i c a la g e n t s o f t e n o v e r l a pb y a s much a s 3 0 t o 40 a n dm i g h t b e r e l a t i v e l yn o r m a l i n some p a t i e n t s .T h e r e f o r e ,p h y s i c i a n ss h o u l d b e e x t r e m e l yc o n s e r v a t i v ei n u s i n g CS Fc h e m i s t r ya n d c e l lc o u n t s a l o n e t o a s c r i b e m e n i n g i t i st o ap a r t i c u l a re t i o l o g i c a la g e n t . A n a l y s i so f CSF f o ro t h e r i n d i -c a t o r s o f b a c t e r i a l m e n i n g i t i s( e . g . ,e n d o t o x i n ,l a c t a t ed e h y -d r o g e n a s e ,C - r e a c t i v ep r o t e i n ,t umor n e c r o s i s f a c t o r ,pros-t a g l a n d i n ,t o t a la m i n oa c i d c o n t e n t , a n d i n t e r l e u k i n s 1 , 2 ,a n d 6 )a l s o h a s b e e n u s e d . H o w e v e r ,r o u t i n e a n a l y s i so f CS Ff o r t h e s e m o l e c u l e s h a sn o t become w i d e l y p e r f o r m e do ra c c e p t e db e c a u s eo f l ac ko f d o c u m e n t e ds e n s i t i v i t yo r s pe c-i f i c i t y,t e c h n i c a l d i f f i c u l t y ,c o s t , o r l a c k o f e x t e n s i v ec l i n i c a lu t i l i t y( 5 ,2 4 ,3 9 , 5 1 ,8 9 , 9 0 ,9 5 - 9 7 , 1 1 8 , 1 1 9 ,1 2 7 ) .

ETIOLOGICALA G EN TS O FB A C T E R I A LMENINGITIS

Th e r e s u l t so f n a t i o n al s u r ve i l la n ces t u d i e s h a v e s h o w nt h a t b o t h t h e e t i o l o g i c a la g e n t sa n d m o r t a l i t yr a t e s ( 0t o 5 4 % )o f b a c t e r i a lm e n i n g i t i sd e p e n don t h e s e a s o n o f t h e y e a r a n dt h e age , s ex , e t h n i c b a c k g r o u n d ,a n d g e o g r a p h i cl o c a t i o n o ft h e p a t i e n t( 9 1 ,1 3 0 ,1 5 7 ) .T a b l e 2 s h o w s t h e r e s u l t so f a 1 9 8 6m u l t i s t a t e s u r v e i l l a n c e s t u d y o f t h e e t i o l o g i c a la g e n t s o fb a c t e r i a lm e n i n g i t i s( 1 5 7 ) .H . i n f l u e n z a ewas t h e mos t f r e -q u e n t c a u s e o f b a c t e r i a lm e n i n g i t i s( 2 . 9c a s e s pe r 1 0 0 , 0 0 0

TABLE 2 . B a c t e r i a l m e n i n g i t i si n t h e U n i t e dS t a t e s ( 1 9 8 6 ) 'B a c t e r i u m N o . ( ) I n c i d e n c e Case f a t a l i t yo f c a s e s ( c a s e s / 1 0 0 , 0 0 0 )r a t e ( )

H . i n f l u e n z a e 9 6 4 ( 4 5 ) 2 . 9 3S . p n e u m o n i a e 3 7 9 ( 1 8 ) 1 . 1 1 9N . m e n i n g i t i d i s 2 9 3 ( 1 4 ) 0 . 9 1 3S t r e p t o c o c c u sg r o u p B 1 2 2 ( 5 ) 0 . 4 1 2L. m o n o c y t o g e n e s 6 9 ( 3 ) 0 . 2 2 2O t h e i 3 3 1 ( 1 5 ) 1 . 0 1 8

a D a t awere o b t a i n e df r o m a s u r v e i l l a n c es t u d y b y Wenger e t a l . ( 1 5 7 )a n dar e u s e d w i t h p e r m i s s i o no f t h e p u b l i s h e r .

O t h e rb a c t e r i a i n c l u d e S t r e p t o c o c c u sspp. o t h e r t h a n g r o u p B , S . a u r e u s ,E. c o l i ,S . e p i d e r m i d i s ,K l e b s i e l l aspp. , E n t e r o b a c t e rspp . , S e r r a t i a spp . , a n dA c i n e t o b a c t e rspp.

p o p u l a t i o n )a n d , p a r a d o x i c a l l y ,w as a s s o c i a t e d w i t h t h el o w e s t f a t a l i t yr a t e( 3 % )o f t h e f i v em o s t f r e q u e n tb a c t e r i a la g e n t s .O n t h e o t h e r h a n d , L i s t e r i am o n o c y t o g e n e swasr e p o r t e dr e l a t i v e l yi n f r e q u e n t l y( 0 . 2c a s e p e r 1 0 0, 0 0 0 p o p u -l a t i o n )b u t h a d t h e h i g h e s tf a t a l i t yr a t e ( 2 2 % ) . Ta b l e 3c o n t a i n sa d d i t i o n a ld a t a f r o mt h ea f o r e m e n t i o n e d1 9 8 6s t u d ya n d s h o w st h e d i s t r i b u t i o no f e t i o l o g i c a la g e n t s o f b a c t e r i a lm e n i n g i t i si n f i v ec o m m o n l yd e f i n e da g e g r o u p s . S t r ep t o c o c-c u s g r o u pB ( S t r e p t o c o c c u sa g a l a c t i a e ) ,H . i n f l u e n z a e ,N .m e n i n g i t i d i s ,a n d S t r e p t o c o c c u sp n e u m o n i a ew e r e t h e l e a d -i n gc a u s e s o f b a c t e r i a lm e n i n g i t i si n n e o n a t e s ,y o u n gc h i l -d r e n ,y o u n ga d u l t s ,a n d a d u l t sa n d s e n i o r a d u l t s ,r e s p e c -t i v e l y .

C e r t a i ne l e m e n t so f a p a t i e n t ' sh i s t o r y( e . g . ,p r e d i s p o s i n gf a c t o r s ,m e d i c a lc o n d i t i o n ,e p i d e m i o l o g y ,o c c u p a t i o n ,a n dimmune s t a t u s )c a n s u g g e s t s p e c i f i cb a c t e r i a la g e n t s o fm e n i n g i t i s( Ta b l e 4 ) ( 6 1 ,7 0 ,9 1 ) .

U n u s u a la n d r a r e b a c t e r i at h a t h a v e b e e nr e p o r t e d t oc a u s e m e n i n g i t i si n c l u d e B a c t e r o i d e sf r ag i l i s ( 1 0 2 ) ,A c h r o -m o b a c t e rx y l o s o x i d a n s( 9 9 ) ,G o r d o n aa u r a n t i a c a ( R h o d o -c o c c u sa u r a n t i a c u s )( 1 1 3 ) ,L a c t o b a c i l l u ss p p .( 1 6 ) ,C o r y n e -b a c t e r i u m a q u a t i c u m ( 1 1 ) , S t r e p t o c o c c u s m i t i s ( 1 3 ) ,S t a p h y l o c o c c u sa u r e u s ( 7 1 ) ,P a s t e u r e l l am u l t o c i d a( 3 , 5 6 ,

TA B L E 3 . E t i o l o g i c a la g e n t so fb a c t e r i a lm e n i n g i t i si n f i v ea g e g r o u p s( 1 9 8 6 ) '

o f c a s e s bc a u s e db y :A g e

g r o u p S t r e P t o -L . m o n o - H . i n - S .p n e u - N . men- O t h e rg r o u pB c y t o g e n e sf l u e n z a e m o n i a e i n g i t i d

0 - 1m o 4 9 9 5 3 1 3 32 m o - 4 y r 2 7 0 1 0 1 3 55 - 2 9 y r 2 2 8 1 7 4 2 2 93 0 - 5 9 y r 4 6 5 3 7 1 0 3 8. 6 0 y r 3 1 4 4 4 8 3 2 8

a D a t aw e r e o b t a i n e df r o ma s u r v e i l l a n c es t u d y b y W e n g e re t a l .( 1 5 7 )a n da r e u s e d w i t h p e r m i s s i o no f t h e p u b l i s h e r .

b T h e p e r c e n t a g e sw e r ee x t r a p o l a t e db y u s f r o mt h e d a t a i n r e f e r e n c e1 5 7 .c O t h e rb a c t e r i ai n c l u d eS t r e p t o c o c c u ss p p . o t he r t h a ng r o u pB , S . a u r e u s ,

E . c o l i ,S .e p i d e r m i d i s ,K l e b s i e l l as p p . ,E n t e r o b a c t e rs pp . , S e r r a t i a s p p. ,a n dA c i n e t o b a c t e rs p p .

V O L .5 , 1 9 9 2

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1 3 4 GRAY AND F E D O R K O

TA B L E 4 . E l e m e n t so f a p a t i e n t ' sh i s t o r ya n d p h y s i c a lc o n d i t i o nt h a tc a n s u g g e s te t i o l o g i c a la g e n t s o f a cu t eb a c t e r i a lm e n i n g i t i s '

E l e m e n t P o s s i b l eb a c t e r i a le t i o l o g i c a la g e n t '

E p i d e m i o l o g ySummer a n d f a l lC o n t a c tw i t h d o g o r r o d e n t u r i n eN o s o c o m i a l

F a m i l yw i t h m e n i n g i t i sP r i o rm e n i n g i t i s

A s s o c i a t e di n f e c t i o nU p p e rr e s p i r a t o r yP n e u m o n i aS i n u s i t i sO t i t i sC e l l u l i t i s

S u r g e r yo r c e n t r a ln e r v o u ss y s t e mi n f e c t i o nC r a n i a le p i d u r a la b s c e s sS p i n a le p i d u r a la b s c e s sS h u n ti n f e c t i o n s

T r a u m aC l o s e ds k u l lf r a c t u r eOpen s k u l lf r a c t u r eCSF o t o -o r r h i n o r r h e a

U n d e r l y i n gc o n d i t i o nA l c o h o l i s mL e u k e m i ao r l y m p h o m aD i a b e t e sm e l l i t u s

L e p t o s p i r e sL e p t o s p i r e sG N R , S t a p h y l o c o c c u ss p p . ,C a n d i d as p p .

N . m e n i n g i t i d i s ,H . i n f l u e n z a eS . p n e u m o n i a e

H . i n f l u e n z a e ,S . p n e u m o n i a e ,N . m e n i n g i t i d i sS . p n e u m o n i a e ,N . m e n i n g i t i d i sS . p n e u m o n i a e ,H . i n f l u e n z a e ,a n a e r o b e sS . p n e u m o n i a e ,H . i n f l u e n z a e ,a n a e r o b e sS t r e p t o c o c c u ss p p . ,S t a p h y l o c o c c u ss p p .

A n a e r o b e s ,S t r e p t o c o c c u ss p p . ,S t a p h y l o c o c c u ss p p . ,GNRS . a u r e u s , P s e u d o m o n a sa e r u g i n o s a ,GNRS t a p h y l o c o c c u ss p p . ,G N R , S t r e p t o c o c c u ss p p .

S . p n e u m o n i a e ,GNRS t a p h y l o c o c c u ss p p . ,G N R , E n t e r o c o c c u ss p p .S . p n e u m o n i a e ,G N R , S t a p h y l o c o c c u ss p p . ,H . i n f l u e n z a e

S . p n e u m o n i a eS . p n e u m o n i a e ,GNRS . p n e u m o n i a e ,G N R , S t a p h y l o c o c c u ss p p .

a D a t aw e r e a d a p t e df r o mMcGee a n d B a r i n g e r( 9 1 )w i t h p e r m i s s i o no f t h e p u b l i s he r .* G N R ,g r a m - n e g a t i v er o d s .

7 5 ,1 0 7 ,1 2 1 ) ,H . i n f l u e n z a et y p e f ( 5 7 ) ,a n d P s y c h r o b a c t e ri m m o b i l i s( 8 3 ) .

COLLECTION,T R A N S P O RTAT I O N ,RECEIPT, A N DS T O R A G EO F CS F

U n i v e r s a lp r e c a u t i o n s i . e . ,b a r r i e rp r o t e c t i o n ,h a n dw a s h -i n g ,p r o p e r d i s p o s a lo f w a s t e , p r e v e n t i o no f g e n e r a t i o no fa e r o s o l s ,e t c . )a p p l yt o CSF ( 1 8 ) .R e a d e r sa r e r e m i n d e dt h a tt w o c a s e s o f c l i n i c a ll a b o r a t o r y - a c q u i r e dN . m e n i n g i t i d i sd i s e a s e h a v eb e e n r e p o r t e d ( 1 9 ) .

T h ei d e n t i f i c a t i o no f a b a c t e r i a lp a t h o g e ni s o f t e ne s s e n t i a lt o t h e p h y s i c i a ni n c h o o s i n ga p p r o p r i a t ea n t i m i c r o b i a lt h e r -a p y a n d i n m a n a g i n gt h e i n f e c t i o nc o n t r o l a s p e c t s o f b a c t e -r i a l m e n i n g i t i s .F o r e x a m p l e ,t h eA m e r i c a nP u b l i c H e a l t hA s s o c i a t i o nr e c o m m e n d s2 4 - h r e s p i r a t o r yi s o l a t i o no f p a -t i e n t sw i t h N .m e n i n g i t i d i so r H . i n f l u e n z a em e n i n g i t i sa f t e rt h e i n i t i a t i o no f t h e r a p y ,a n d p r o p h y l a x i so f p e r s o n s w h oh a v eh a d c l o s ec o n t a c t w i t h s u c h p a t i e n t s( 1 ) .

To i n i t i a t et h e d e f i n i t i v ei d e n t i f i c a t i o no f a b a c t e r i u mr e s p o n s i b l ef o rm e n i n g i t i s ,CSF a n d b l o o dc u l t u r es p e c i m e n ss h o u l d b e o b t a i n e d f r o m p a t i e n t sw i t h c l i n i c a ls i g n sa n ds y m p t o m so f m e n i n g i t i sa n d s h o u l d b e t r a n s p o r t e dt o t h el a b o r a t o r yw i t h o u td e l a y ( 1 5 4 ) .CS F i s h y p o t o n i c ;t h e r e f o r e ,n e u t r o p h i l smay l y s e ,a n d c o u n t sma y d e c r e a s eb y 3 2 a f t e r1 h a n d b y 50 a f t e r2 h i n CSF s p e c i m e n sh e l d a t r o o mt e m p e r a t u r e( 1 3 9 ) .N . m e n i n g i t i d i s ,S . p n e u m o n i a e ,a n d H .i n f l u e n z a ea r e f a s t i d i o u so r g a n i s m st h a tma y n o t s u r v i v el o n gt r a n s i tt i m e so r v a r i a t i o n si n t e m p e r a t u r e .R e f r i g e r a t i o nma yp r e v e n t t h e r e c o v e r yo f t he s e o r g a n i s m s ;t h e r e f o r e ,CSFs p e c i m e n ss h o u l d b e s t o r e d a t r o o m t e m p e r a t u r eo r i n a ni n c u b a t o r( 3 7 ° C )i f t h e y c a n n o t b e p r o c e s s e di m m e d i a t e l y( 6 8 ) .

T h e p r o c e s s i n go f a CSF s p e c i m e ni s o n e o f t h e f e wc l i n i c a lm i c r o b i o l o g yp r o c e d u r e st h a tm u s tb e d o n e i m m e di -a t e l y .R e s u l t s o f r a p i dt e s t s( G r a ms t a i n ,a n t i g e n de t ec t i on

a s s a y s , L i m u l u sa m e b o c y t el y s a t e[ L A L ]a s s a y s , e t c . )a n dp o s i t i v ec u l t u r e sm u s t b ec o n v e y e dt o t h ep h y s i c i a nc a r i n gf o r t h e p a t i e n t i f p o s s i b l e )a s s o o n a s t h e r e s u l t sa r ea v a i l a b l e ,a n d a p e r m a n e n tr e c o r d o f t h e c o m m u n i c a t i o ns h o u l d b e m a d e . L a b o r a t o r i a n ss h o u l d a l w a y s r e c o r d t h ed a t e a n d t i m e a s p e c i m e nw as r e c e i v e da n d t h ename o f t h ep e r s o nw h o w as n o t i f i e do f t h ei n i t i a lr e s u l t s .

U s u a l l y ,t h r e eo r more t u b e s o f CSF a r e c o l l e c t e dd u r i n ga l u m b a r p u n c t u r e p r o c e d u r e . T h e t u b e s s h o u l d b e n u m -b e r e d i n s e q u e n t i a lo r d e r w i t h t u b en u m b e r1 c o n t a i n i n gt h ef i r s ts a m p l eo f CSF o b t a i n e d . T h e CSF i n t u b e s 1 , 2 , a n d 3m o s t o f t e na r e e x a m i n e df o rc h e m i s t r y ,m i c r o b i o l o g y ,a n dc y t o l o g y ,r e s p e c t i v e l y( 1 0 ,4 8 ,7 2 ,1 3 1 ,1 6 3 ) .H o w e v e r ,t h ep a r t i c u l a rt e s t ( s )p e r f o r m e do n t u b e s 2 a n d 3 i s s u b j e c t i v ea n d p r o b a b l y b e s t d e t e r m i n e db y t h e s t a f fo f i n d i v i d u a lh o s p i t a l s .A ny c o n t a m i n a t i o nw i t hs k i nf l o r aa n d d i s i n f e c t a n ts h o u l db e m i n i m a la f t e rt h e f i r s tt u b e o f CSF i s c o l l e c t e d .

T h e p r o b a b i l i t i e so f d e t e c t i n gm i c r o o r g a n i s m sb y s t a i n i n ga n d b y c u l t u r i n ga r e r e l a t e dt o t h ev o l u m eo f s p e c i m e nt h a ti s c o n c e n t r a t e da n d e x a m i n e d( 1 4 5 ) .CSF v o l u m e so f 1 t o 2m l a r e u s u a l l ys u f f i c i e n tt o d e t e c t b a c t e r i a ,b u t t h e i s o l a t i o no f f u n g ia n d m y c o b a c t e r i ar e q u i r e sa minimum o f 3 m l( p r e f e r a b l y1 0 t o 1 5m l )o f CSF f o re a c h c u l t u r e( 3 0 ) .I f o n l ya s m a l l amount o f CSF i s r e c e i v e d ( a s i n g l et u b e )w i t hr e q u e s t s f o rm u l t i p l ea s s a y s ( m i c r o b i o l o g y ,c h e m i s t r y ,a n dc y t o l o g yt e s t s ) ,t h e p a t i e n t ' sp h y s i c i a ns h o u l db e c o n s u l t e dt o d e t e r m i n et h e o r d e r o f p r i o r i t yo f t h et e s t s .T h e s p e c i m e nm i g h th a v e t o b e s h a r e damong s e c t i o n so f t h e l a b o r a t o r y .I fs u c h a s m a l l v o l u m eo f CSF must b e s h a r e d ,t h es p e c i m e nc a n b e c e n t r i f u g e d .T h e s e d i m e n tc a n b e u s e d f o rb a c t e r i a l

C L I N .M I C R O B I O L .R E V.

8/18/2019 1992. CMR. Lab en Meningitis

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L A B O R AT O R YDIAGNOSIS O F B A C T E R I A LMENINGITIS 1 3 5

c u l t u r ea n d s t a i n( t o t h ee x c l u s i o no f c y t o l o g i c a le x a m i n a -t i o n ) ,a n d t h es u p e r n a t a n tc a n b e u s e df o ro t h e r t e s t sa s t h ev o l u m ea l l o w s .

C O N V E N T I O N A LMETHODS FOR P R O C E S S I N GANDCULTURINGCSF

C o n c e n t r a t i o n

T h e p r o b a b i l i t i e so f d e t e c t i n gb a c t e r i ab y c u l t u r ea n ds t a i n i n gt e c h n i q u e sa r e i n c r e a s e db y c o n c e n t r a t i n gt h eb a c -t e r i ai n a CSF s p e c i m e n .T h e n u m b e ro f b a c t e r i ap r e s e n t i na CSF s p e c i m e nf r o m a p a t i e n tw i t h m e n i n g i t i sma y b e a sf e w a s 1 0 C F U / m l( 1 5 4 ) .I n a d d i t i o n ,a p p r o x i m a t e l y50 o fp a t i e n t sw i t hm e n i n g i t i sr e c e i v e a n t i m i c r o b i a lt h e r a p yb e f o r eCSF s p e c i m e n sa r e c o l l e c t e d( 2 9 ) ;a n t i b a c t e r i a lt h e r a p yma yr e d u c e t h e n u m b e ro f b a c t e r i ai n t h eCSF b y 1 0 2 _t o 1 0 6 - f o l d 9 4 ) .

G e n e r a l l y ,when < 0 . 5 m l o f CSF i s r e c e i v e d i n t o am i c r o b i o l o g yl a b o r a t o r y ,t h e e n t i r eu n c o n c e n t r a t e ds p e c i -me n i s u s e d f o rm i c r o s c o p i ce x a m i n a t i o na n d c u l t u r e .W h e n> 0 . 5 m l o f CSF i s a v a i l a b l ef o rm i c r o s c o p i ce x a m i n a t i o na n dc u l t u r e ,t h e s p e c i m e ns h o u l db e c o n c e n t r a t e db y c e n t r i f u g a -t i o nf o ra t l e a s t1 5m i na t 1 , 5 0 0t o 2 , 5 0 0 x g ( 6 0 ,6 2 , 9 4 , 1 20 ) .A c e n t r i f u g a lf o r c eo f 1 0 , 0 0 0x g h a s b e e n r e c o m m e n d e dt os e d i m e n tb a c t e r i a lCS F p a t h o g e n s( 1 3 6 ) ,b u t s u c h f o r c eh a sb e e n d e m o n s t r a t e dt o b e u n n e c e s s a r y( 9 4 ) .A s i g n i f i c a n tn u m b e ro f p o s i t i v eCSF s p e c i m e n sma y b e m i s s e di f t h el a b o r a t o r i a nu s e s a s t e r i l ep i p e t t et o r e m o v et h e s e d i m e n tf r o m u n d e r n e a t ht h e e n t i r ev o l u m eo f s u p e r n a t a n t 9 ) .T h es u p e r n a t a n ts h o u l db e d e c a n t e do r c a r e f u l l yr e m o v e di n t oas t e r i l et u b e ,l e a v i n ga p p r o x i m a t e l y0 . 5m l b e h i n dt o b e u s e dt o s u s p e n dt h es e d i m e n t .T h o r o u g hm i x i n go f t h es e d i m e n ta f t e rr e m o v a lo f t h e s u p e r n a t a n ti s e s s e n t i a l .M i x i n gt h es e d i m e n t w i t ht h ea i do f a v o r t e xm i x e ro r f o r c e f u la s p i r a t i o nw i t h a s t e r i l ep i p e t t ew i l lb e a d e q u a t et o d i s l o d g eb a c t e r i at h a tma y h a v e a dh e r e dt o t h eb o t t o mo f t h e t u b e f o l l o w i n gc e n t r i f u g a t i o n .T h e s e di m e n t s h o u l db e u s e d t o i n o c u l a t ec u l t u r em e d i aa n d p r e p a r es m e a r sf o rs t a i n i n g .I f a g r o s s l yb l o o d y s p e c i m e ni s r e c e i v e d ,s m e a r s f o r s t a i n sc a n b ep r e p a r e db e f o r e a n d a f t e rc e n t r i f u g a t i o nt o d e c r e a s e t h el i k e l i h o o do f e r y t h r o c y t e so b s c u r i n gb a c t e r i ai n t h es e d i m e n to f a c e n t r i f u g e ds p e c i m e n( 3 0 ) .

A n a l t e r n a t i v em e t h o do f c o n c e n t r a t i n gb a c t e r i ai n a CSFs p e c i m e nt o b e c u l t u r e di s t h em e m b r a n ef i l t r a t i o nt e c h n i q u e( 1 5 3 ) .CSF ( u s u a l l y>2 m l )i s f i l t e r e dt h r o u g ha 0 . 4 5 - , u m -p o r e - s i z e ,s t e r i l e ,d i s p o s a b l ef i l t e r .T h e u p s t r e a m s i d eo ft h ef i l t e ri s a s e p t i c a l l yp l a c e df a c e d o w n o n t o c h oc o l a t ea g a r .S t e r i l ef o r c e p sa r e u s e d t o move t h e f i l t e re v e r y 2 4 h s ob a c t e r i a lg r o w t hb e n e a t ht h e f i l t e rc a n b e d e t e c t e d . M u r r a y

a n d Hampton u s e d CSF w i t h a n d w i t h o u t a n t i b a c t e r i a la g e n t sa n d s e e d e d w i t hb a c t e r i at o e x a m i n et h e e f f e c t i v e n e s so f t h e f i l t r a t i o nt e c h n i q u e( 9 4 ) .T h e s e w o r k e r sf o u n dt h a tt h emembrane f i l t r a t i o nm e t h o dp r o v i d e dc u l t u r e r e s u l t se q u i v -a l e n tt o t h o s e o f c e n t r i f u g a t i o n( 1 , 5 0 0x g , 1 5 m i n ) w h e na n t i m i c r o b i a la g e n t - f r e eCSF was c u l t u r e d .H o w e v e r ,w h e na n t i b i o t i c - s u p p l e m e n t e dCSF w a s e x a m i n e d ,t h e membranef i l t r a t i o nm e t h o dw as n o t a s e f f e c t i v ea s c e n t r i f u g a t i o n .

C u l t u r e

T h e m e d i ar o u t i n e l yu s e d f o r b a c t e r i a lc u l t u r e o f CS F a r e5 s h e e p b l o o d a g a r ,e n r i c h e d c h oc o l a t ea g a r ,a n d a ne n r i c h m e n tb r o t h ( e . g . ,t h i o g l y c o l a t e ,C o l u m b i a ,b r u c e l l a ,s u p p l e m e n t e dp e p t o n e , o r e u g o n i c ) . T h e c u l t u r e p l a t e s

s h o u l db e i n c u b a t e df o ra t l e a s t7 2 h a t 3 7 ° Ci n a n a t m o s p h e r e

c o n t a i n i n g5 t o 1 0 %C O 2 .A c a n d l e j a rc a n b e u s e d i f a CO 2i n c u b a t o ri s n o t a v a i l a b l e .T h e e n r i c h m e n tb r o t h ,w i t h t h ec a p l o o s e n e d , s h o u l db e i n c u b a t e da t 3 7 ° Ci n a i rf o ra t l e a s t5 d a y s . I f t h e Gram s t a i nd e m o n s t r a t e st h e p r e s e n c e o fg r a m - n e g a t i v er o d s r e s e m b l i n gmembers o f t h e f a m i l yE n -t e r o b a c t e r i a c e a e ,a MacConkey a g a r p l a t ec a n a l s ob ei n o c u l a t e d 9 ) . I f t h e G r a m s t a i nr e v e a l so r g a n i s m st h a tm o r p h o l o g i c a l l yr e s e m b l ea n a e r o b i cb a c t e r i ao r i f t h e p a t i e n ti s known t o h a v e a n u n d e r l y i n gc o n d i t i o np r e d i s p o s i n gt h ep a t i e n tt o a n a n a e r o b i c i n f e c t i o n( s u c h a s c h r o n i c o t i t i sm e d i a , a p i l o n i d a ls i n u s ,o r d e r m a l s i n u s ) ,a n a n a e r o b i cb l o o d a g a r p l a t ec a n b e a d d e d t o t h e r o u t i n ec u l t u r em e d i a ,a n d t h e p l a t es h o u l db e i n c u b a t e da t 3 7 ° Ci n a n a n a e r o b i ca t m o s p h e r e 9 ,4 7 ,1 0 2 ) .

I f p o s s i b l e ,a p o r t i o n o f e a c h CSF s p e c i m e ns h o u l d b es t o r e d t e m p o r a r i l ya t - 7 0 ° C , r o om t e m p e r a t u r e ,o r 3 7 ° Cf o rp o t e n t i a lr e c u l t u r e .I fa n t i g e nd e t e c t i o nt e s t sa r e a n t i c i p a t e d ,t h e s p e c i m e ns h o u l db e s t o r e d a t < 4 0 Cb e c a u s eb a c t e r i a lp o l y s a c c h a r i d ea n t i g e n so f t e nt e n d t o b r e a k d o w n f a s t e ra tr oom t e m p e r a t u r ea n d 3 7 ° Ct h a n a t c 4 ° C .

C u l t u r e ss h o u l db e e x a m i n e dd a i l y .G r a m s t a i nr e s u l t so f

c o l o n i a lo r b r o t h g r o w t hs h o u l db e t e l e p h o n e dt o a p h y s i c i a nc a r i n g f o rt h ep a t i e n t .A l t h o u g hb a c t e r i a lc o nc e nt r a t i on s o f. 1 0 7 CFU/ml o f CSF h a v e b e e n c o r r e l a t e dw i t h i n c r e a s e dm o r b i d i t ya n d m o r t a l i t y( 4 2 ) ,q u a n t i t a t i v ec u l t u r i n go f CSFs p e c i m e n si s n o t a c o m m o n o r p r a c t i c a lp r o c e d u r e .G r o w t ho f n o r m a ls k i n f l o r as h o u l dr a i s es u s p i c i o no f c o n t a m i n a t i o n ,e s p e c i a l l ywhen t h e r e i s m i n i m a lg r o w t ho n t h e s o l i dm e d i ao r g r o w t ho n a s i n g l ep l a t eo r i n t h eb r o t h o n l y .C u l t u r ep l a t e sw i t h n o g r o w t hma y b e d i s c a r d e d a f t e r7 2 h , a n dn e g a t i v ee n r i c h m e n tb r o t h sma y b e d i s c a r d e da f t e r5 d a y s o fi n c u b a t i o n .T h e a u t h o r so f C u m i t e c h1 4 s u g g e s t i n c u b a t i n gn e g a t i v ec u l t u r e st h a th a v ep o s i t i v eG r a m s t a i nf i n d i n g sf o ra n a d d i t i o n a l4 d a y s b e f o r e t h e c u l t u r e sa r e d i s c a r d e d a sn e g a t i v e( 1 2 0 ) .

A n t i m i c r o b i a lS u s c e p t i b i l i t yTe s t i n g

I n g e n e r a l ,c o m p l e t ea n t i m i c r o b i a ls u s c e p t ib i l i t y t e s t i ns h o u l d b e p e r f o r m e do n a l lc l i n i c a l l yr e l e v a n t b a c t e r i ai s o -l a t e df r o mC S F .

H . i n f l u e n z a es h o u l db e t e s t e df o r t h e p r o d u c t i o no f1 - l a c t a m a s eb y a c h r o m o g e n i co r a c i d o m e t r i ca s s a y ( 3 4 ,9 3 ,1 3 5 , 1 47 ) .I n a d d i t i o n ,a n a s s a y f o rt h e de t ec t i o no f c h l o r -a m p h e n i i c o la c e t y l t r a n s f e r a s ema y b e u s e d t o a s s e s s t h ec l i n i c a lu t i l i t yo fc h l o r a m p h e n i c o l( 3 4 ,1 0 0 ) .N . m e n i n g i t i d i ss h o u l db e t e s t e df o r, B - l a c t a m a s ep r o d u c t i o nw h e n t h e i s o l a t ei s f r o ma p a t i e n tw h o i s n o t r e s p o n d i n gw e l l t o a n t i m i c r o b i a lt h e r a p y( 9 3 ,1 3 5 ,1 5 4 ) .S . p n e u m o n i a ei n i t i a l l ys h o u l db e

t e s t e db yt h e

o x a c i l l i na g a r s c r e e nm e t h o d

t os c r e e n

f o rf r a n k

r e s i s t a n c ea n d r e l a t i v er e s i s t a n c et o p e n i c i l l i n( 3 4 ,1 0 0 ) .T h ea g a r s c r e e nm e t h o dd e t e c t s b o t h t y p e so f r e s i s t a n c eb u t d o e sn o t d i f f e r e n t i a t eb e t w e e n t h e m . I f a n i s o l a t ep r o d u c e sas 1 9 - m mz o n e o f i n h i b i t i o ni n t h e s c r e e n t e s t ,t h e i s o l a t ei se i t h e rf r a n k l yr e s i s t a n to r r e l a t i v e l yr e s i s t a n tt o p e n i c i l l i n .S u b s e q u e n t l y ,d i l u t i o n( M I C )t e s t i n gs h o u l db e p e r f o r m e dt oc o n f i r mr e s i s t a n c e( r e l a t i v er e s i s t a n c e ,MI C o f 0 . 1 2 t o 1 . 0, u g / m l ;f r a n k r e s i s t a n c e ,MI C o f > 1 . 0 , u g / m l ) ,b e c a u s e t h ep r e v a l e n c eo f b o t h t y p e so f r e s i s t a n c ei n t h e U n i t e dS t a t e s i ss o l o w t h a tt h e p r e d i c t i v ev a l u e o f a r e s i s t a n ts c r e e n r e s u l ti sa l s ol o w 3 4 ,6 4 ) .S .p n e u m o n i a ei s o l a t e sf r o mt h eC S Fo fp a t i e n t sw i t h m e n i n g i t i sa n d t h a ta r e c o n f i r m e db y d i l u t i o nt e s t i n gt o b e r e l a t i v e l yr e s i s t a n tt o p e n i c i l l i ns h o u l d a l w a y sb e r e p o r t e da s r e s i s t a n t ,b e c a u s es u c h i s o l a t e sp r o b a b l yw i l l

n o t r e s p o n dc l i n i c a l l yt o p e n i c i l l i n( 3 4 ) .

V O L .5 , 1 9 9 2

8/18/2019 1992. CMR. Lab en Meningitis

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1 3 6 GRAY AND F E D O R K O

RAPID ME TH O DS F O RDETECTINGBACTERIAA N DC O M P O N E N T SO F BACTERIAI N CS F

M i c r o s c o p y

S a m p l e so f a l lCSF s p e c i m e n ss h o u l db e s t a i n e dw i t h t h eG r a m s t a i n( o ro t h e r c o m p a r a b l es t a i n )a n d e x a m i n e dm i c r o -s c o p i c a l l y .B e c a u s e t h e d i ag no st i c u se f u ln es so f s t a i n i n gp r o c e d u r e sd e p e n ds o nt h ec o n c e n t r a t i o no f b a c t e r i a i n t h eCSF o f p a t i e n t sw i t h b a c t e r i a lm e n i n g i t i s( 1 0t o 1 0 9C F U / m l ) ,a l lCSF s p e c i m e n so f s u f f i c i e n tq u a n t i t ys h o u l db e p r o c e s s e dt o c o n c e n t r a t ep a t h o g e n sp r i o rt o m i c r o s c o p i ce x a m i n a t i o na n d c u l t u r e( 4 2 ,4 5 ,6 0 ,6 2 ,9 4 ,1 2 0 ,1 5 4 ) .A s m a l l d e g r e eo fa d d i t i o n a lc o n c e n t r a t i o nf o r Gram s t a i np u r p o s e s c a nb ea c h i e v e db y s e q u e n t i a l l y l a y e r i n gs m a l l a m o u n t so f p r e v i -o u s l y c o n c e n t r a t e dCSF o n t o t h es a m ea r e a o f a m i c r o s c o p es l i d ea n d a l l o w i n g e a c h a m o u n t t o d r y t h o r o ug h l y( 9 ) .O b v i o u s l y ,t h i s l a y e r i n gt e c h n i q u es e v e r e l y c o m p r o m i s e sr a p i d t u r n a r o u n dt i m e a n d d e p e n d sh e a v i l yo n t h eu n p r e d i c t -a b l e a d h e r e n c eo f t h es p e c i m e nt o t h es l i d e .

G r a m s t a i n .T h e Gram s t a i ni s a s i m p l e ,r a p i d ,a c c u r a t e ,a n d i n e x p e n s i v em e t h o d

f o rd e t e c t i n gb a c t e r i aa n d i n f l a m -m a t o r yc e l l si n CSF f r o mp a t i e n t sw i t h b a c t e r i a lm e n i n g i t i s .S e v e n t y - f i v et o 90 o f CSF c u l t u r e - p o s i t i v es p e c i m e n sa r eG r a m s t a i np o s i t i v e( 6 7 ,8 0 ) ;t h ep e r c e n t a g e sd e c r e a s et o 4 0t o 60 i n p a t i e n t sw h o h a v e r e c e i v e da n t i m i c r o b i a lt h e r a p yp r i o rt o l u m b a rp u n c t u r e( 2 9 ,6 3 ) .

T h e Gram s t a i ni s g e n e r a l l ya c c e p t e dt o b e m o s tr e l i a b l ea td e t e c t i n g . 1 0 ' b a c t e r i a p e r m l o f b o d y f l u i d( 2 1 , 6 2 ,1 2 6 ,1 4 9 ) .T h i s f a c th a s b e e n d e m o n s t r a t e df o rCS F b y L a S c o l e aa n d D r y j a ( 7 9 ) ,w h o s h o w e dt h a t2 5 ,6 0 ,a n d 9 7 o f CS Fs p e c i m e n sw i t h < 1 0 3 ,1 0 3t o 1 0 4 ,a n d > 1 0 5C F U / m l ,r e s p e c -t i v e l y ,w e r e p o s i t i v eb y Gram s t a i n .

G r a m - s t a i n e dCSF s p e c i m e n sm u s tb e e x a m i n e dc a r e f u l l y ,d i l i g e n t l y ,a n d p a t i e n t l y .O n l ya f e w p o o r l ys t a i n i n gb a c t e r i ama y b e p r e s e n t o n a n e n t i r es l i d e ,a n d i n f l a m m a t o r yc e l l s ,e r y t h r o c y t e s , s t a i n e dp r o t e i n ,a n d p r e c i p i t a t e ds t a i nma yo b s c u r et h eb a c t e r i a .T h e p r e s e n c e ,n u m b e r ,a n d m o r p h o l -o g yo f b a c t e r i a ,i n f l a m m a t o r yc e l l s ,a n d e r y t h r o c y t e ss h o u l db e r e p o r t e di m m e d i a t e l y .

T h e c l i n i c a lu t i l i t yo f t h eGram s t a i na p p a r e n t l yd e p e n d so n t h eb a c t e r i a lp a t h o g e n .B a c t e r i a h a v e b e e n o b s e r v e di n90 o f c as es o f m en in g i t i sc a u s e d b y S . p n e u m o n i a ea n dS t a p h y l o c o c c u ss p p . ,8 6 c a u s e d b y H . i n f l u e n z a e ,75c a u s e d b y N . m e n i n g i t i d i s ,50 c a u s e d b y g r a m - n e g a t i v eb a c i l l i ,a n d < 5 0 c a u s e d b y L . m o n o c y t o g e n e sa n d a n a e r -o b i c b a c t e r i a ( 5 1 ) .Some w o r k e r sp r e f e rt o u s e b a s i c f u c h s i na s t h e Gram c o u n t e r s t a i n t o p r o v i d e b e t t e rs t a i n i n go fo r g a n i s m s s u c ha s H a e m o p h i l u ss p p .a n d F u s o b a c t e r i u ms p p . ,w h i c hs t a i np o o r l yw i t h s a f r a n i n( 1 2 0 ) .

T h e c h a n c e s o f o b s e r v i n gb a c t e r i ai n CSF c a n b e i n -c r e a s e d b y r e p l a c i n g c o n v e n t i o n a l c e n t r i f u g a t i o nw i t hC y t o s p i n c e n t r i f u g a t i o n( S h a n d o n S o u t h e r n P r o d u c t s ,C h e sh i r e , E ng l a n d) .S h a n h o l t z e re t a l .f o u n dt h a tc o n c e n t r a -t i o no f 0 . 5m l o f CSF b y C y t o s p i nc e n t r i f u g a t i o ni n c r e a s e dt h e c h a n c e so f o b s e r v i n go r g a n i s m si n G r a m - s t a i n e dCSF b yu p t o 1 0 0 - f o l do v e r t h ep o s s i b i l i t yw i t h u n c o n c e n t r a t e da n dc o n v e n t i o n a l l yc e n t r i f u g e d( 1 , 0 0 0x g , 1 5 m i n ) s p e c i m e n s( 1 3 2 ) .T h i s i n c r e a s e i s c o m p a r a b l et o t h ec o n c e n t r a t i o no f1 0 0 m l o f CS F t o a v o l u m eo f 1 . 0 m l b y c o n v e n t i o n a lc e n t r i f u g a t i o n .T h o s ea u t h o r s f o u n dt h a tC y t o s p i n - p r e p a r e ds m e a r sn o t o n l y d e m o n s t r a t e dm o r eb a c t e r i ab u t a l s om a i n -t a i n e db e t t e rl e u k o c y t em o r p h o l o g yt h a n d i dc o n v e n t i o n a lc e n t r i f u g a t i o n .

A c r i d i n eo r a n g es t a i n .S t a i n so t h e r t h ant h eGram s t a i nc a nb e u s e d t o s c r e e n s m e a r s o f CSF f o r b a c t e r i a .A c r i d i n e

o r a n g e i s a f l u o r o c h r o m es t a i nt h a t c a n i n t e r c a l a t ei n t on u c l e i c a c i d .A t a l o w pH ( 4 . 0 ) ,b a c t e r i aa n d y e a s t s a p p e a rb r i g h tr e d ,a n d l e u k o c y t e sa p p e a rp a l e a p p l eg r e e n . I n o n es t u dy , t h ea c r i d i n eo r a n g es t a i nw a s s l i g h t l ym o r es e n s i t i v et h a n t h eGram s t a i n( 8 2 . 2 %c o m p a r e dw i t h 7 6 . 7 % )a n d w a sc a p a b l e o fd e t e c t i n gb a c t e r i aa t c o n c e n t r a t i o n so f > 1 0 4C F U / m l ,a c o n c e n t r a t i o n1 0 - f o l dl o w e r t h a n t h a td e t e c t a b l eb y t h eG r a m s t a i n( 8 0 ) .Wo r k b y K l e i m a ne t a l .s u g g e s t st h a ta m a j o r a d v a n t a g eo f a c r i d i n eo r a n g e i s t h a t i t i s m o r es e n s i t i v et h a n t h eGram s t a i ni n d e t e c t i n gb o t h i n t r a -a n de x t r a c e l l u l a rb a c t e r i ai n CSF f r o m p a t i e n t sw h o h a v e r e -c e i v e d a n t i m i c r o b i a lt h e r a p y( 7 3 ) .K l e i m a ne t a l . f o u n d t h eGram s t a i nt o b e p o s i t i v ei n 0 o f 4 7 a n d t h e a c r i d i n eo r a n g es t a i nt o b e p o s i t i v ei n 4 5 o f 4 7 ( 9 6 % ) CSF s p e c i m e n so b t a i n e d f r o m p a t i e n t sw h o h a d b e e n g i v e n a n t i m i c r o b i a la g e n t s f o r . 1 8 h p r i o rt o c o l l e c t i o no f C S F. A n o t h e ra d v a n t a g eo f t h ea c r i d i n eo r a n g es t a i ni s a r e d u c t i o ni n t h et i m e d e v o t e d t o e x a m i n i n ga CS F s m e a r . T h i s r e d u c t i o nr e s u l t sf r o mt h es t r i k i n gc o n t r a s tb e t w e e nt h eb r i g h tb a c t e r i aa n d t h ed a r k b a c k g r o u n da n d t h eu s e o fo n l y x 4 0 0m a g n i f i -c a t i o nt o e x a m i n e m o s ts m e a r s . A c r i d i n eo r a n g e - p o s i t i v es m e a r s m u s tb e Gram s t a i n e dt o v e r i f y t h ep r e s e n c e o fb a c t e r i aa n d t o d e t e r m i n et h eGram r e a c t i o no f t h e b a c t e r i a( 1 2 0 ) .F o r t u n a t e l y , a c r i d i n eo r a n g e - s t a i n e ds m e a r s c a n b eGram s t a i n e dw i t h o u t p r i o rd e c o l o r i z a t i o n o ft h e a c r i d i n eo r a n g e ( 8 7 ) .A m a j o r d i s a d v a n t a g eo f t h e a c r i d i n eo r a n g es t a i nt e c h n i q u ei s i t s r e q u i r e m e n tf o ra f l u o r e s c e n c em i c r o -s c o p e .

W a y s o ns t a i n .T h e Wayson s t a i na p p e a r st o b e a s i m p l ea n d s e n s i t i v es t a i nf o rs c r e e n i n gs m e a r so f CSF f o rb a c t e r i a .T h e c o m p o n e n t so f t h e s t a i na r eb a s i c f u c h s i n ,m e t h y l e n eb l u e , e t h a n o l ,a n d p h e n o l . D a l y e t a l . f o u n d t h e Waysons t a i nt o b e m o r es e n s i t i v e( 9 0 % )t h a n t h eGram s t a i n( 7 3 % )a n d t o b e a s s p e c i f i c( 9 8 % )a s t h eGram s t a i n( 9 9 % )i n t h ed e t e c t i o no f b a c t e r i ai n s m e a r s o f CSF ( 3 1 ) .I n W a y s o n -

s t a i n e dp r e p a r a t i o n s ,b a c t e r i aa p p e a r d a r kb l u e ,p r o t e i n a -c e o u s m a t e r i a la p p e a r s l i g h tb l u e ,a n d l e u k o c y t e sa p p e a rl i g h tb l u e a n d p u r p l e .I n t h e o p i n i o n o f D a l y e t a l . , t h ec o n t r a s tb e t w e e nb a c t e r i aa n d b a c k g r o u n di s m o r e p r o -n o u n c e dw i t h t h eWayson s t a i nt h a n w i t h t h eGram s t a i n ,w h i c he n a b l e s t h el a b o r a t o r i a nt o s p e n d l e s st i m e e x a m i n i n gCSF s m e a r s( 3 1 ) .H o w e v e r ,W a y s o n - s t a i n e ds m e a r s c a n n o tb e Gram s t a i n e d .A s e c o n d s m e a r m u s t b e Gram s t a i n e dwhen b a c t e r i aa r e d e t e c t e d i n W a y s o n - s t a i n e ds m e a r s o fC S F.

Q u e l l u n gp r o c e d u r e . T h e q u e l l u n g c a p s u l a r r e a c t i o ni sr a r e l yu s e d ; h o w e v e r ,i t c a n b e u s e d t o c o n f i r mt h ep r e s e n c eo fo r g a n i s m sw i t h a m o r p h o l o g yt y p i c a lo fS . p n e u m o n i a e ,N . m e n i n g i t i d i s , o rH . i n f l u e n z a et y p eb . I n t h eq u e l l u n gr e a c t i o np r o c e d u r e , a n t i s e r a s pe c i f i cf o r t h ec a p s u l a rp o l y s a c c h a r i d e so f e a c h o f t h e s et h r e eb a c t e r i aa r e m i x e dw i t h s e p a r a t e p o r t i o n s o f c l i n i c a ls p e c i m e n s .S p e c i f i c a l l y ,ad r o p o f C S F, a l o o p f u lo f s p e c i f i ca n t i s e r u m ,a n d s a t u r a t e dm e t h y l e n eb l u e c a n b e m i x e do n a m i c r o s c o p es l i d e ,c o v -e r e d ,a n d e x a m i n e du n d e r a n o i lo b j e c t i v e .T h e f o r m a t i o no fa n t i g e n - a n t i b o d yc o m p l e x e s o nt h es u r f a c e so ft h e s e b a c t e r i ai n d u c e s c h a n g e si n t h e r e f r a c t i v ei n d i c e s o ft h e i rc a p s u l e s .M i c r o s c o p i c a l l y ,t h ec a p s u l ea p p e a r st o b e c l e a ra n d s w o l -l e n .T h e t e s tr e q u i r e s h i g h l ys p e c i f i ca n t i b o d ya t h i g ht i t e ra n d a l a b o r a t o r i a nw i t h e x p e r t i s ei n t h e m e t h o d . D e t a i l sc o n c e r n i n gt h em e t h o d o l o g yo f t h et e s tc a n b e f o u n d i n t h ef i f t he d i t i o n o ft h eM a n u a lo f C l i n i c a lM i c r o b i o l o g y 4 0 ) .

T h e r a p i da n t i g e n d e t e c t i o n m e t h o d sd i s c u s s e d i n t h ef o l l o w i n gs e c t i o na r eu s e d b y m o s t l a b o r a t o r i e sa s a s u p p l e -m e n t t o

s t a i n i n gs m e a r so f C S F.

C L I N .M I C R O B I O L .R E V.

8/18/2019 1992. CMR. Lab en Meningitis

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L A B O R AT O R YDIAGNOSIS O F BACTERI ALMENINGITIS 1 3 7

M e t h o d so f D e t e c t i n gB a c t e r i a lA n t i g e n s

C o u n t e r i m m u n o e l e c t r o p h o r e s i s( C I E ) , c o a g g l u t i n a t i o n( C O A G ) ,a n d l a t e xa g g l u t i n a t i o n( L A )h a v eb e e na d a p t e df o rt h er a p i da n d d i r e c td e t e c t i o no f s o l u b l eb a c t e r i a la n t i g e n si nCSF o f p a t i e n t ss u s p e c t e do f h a v i n gb a c t e r i a lm e n i n g i t i s .

T h e s et e s t sa r e w i d e l yu s e d i n

c l i n i c a lm i c r o b i o l o g yl a b o r a -

t o r i e sa n d c a n b e i m p o r t a n ts u p p l e m e n t st o t h ec u l t u r ea n dG r a m s t a i no f CSF s p e c i m e n s .R a p i da n t i g e nd e t e c t i o n t e s t sma y p r o v i d e t r u e - p o s i t i v er e s u l t sw h e n c u l t u r ea n d G r a ms t a i nr e s u l t sa r e n e g a t i v ef o rm e n i n g i t i sp a t i e n t sw h o h a v er e c e i v e da n t i m i c r o b i a lt h e r a p y( 4 6 ,8 5 ,1 4 8 ) .I n a d d i t i o n ,t h er e s u l t so f t h e s e r a p i dt e s t s c a n p r o m p t a p h y s i c i a n t oi m p l e m e n te a r l ya n d s p e c i f i ca n t i m i c r o b i a lt h e r a p y r a t h e rt h a n t h e b r o a d - c o v e r a g et h e r a p y t h a ti s u s u a l l y i n s t i t u t e du n t i lc u l t u r ea n d a n t i m i c r o b i a ls u s c e p t i b i l i t yr e s u l t sa r ea v a i l a b l e ,i n 1 8t o 2 4 h .

Th e m o s t common c e n t r a ln e r v o u ss y s t e mp a t h o g e n st ow h i c h a n t i g e n d e t e c t i o n t e s t sh a v e b e e n a p p l i e d a r e H .i n f l u e n z a et y p e b , S . p n e u m o n i a e ,S t r e p t o c o c c u sg r o u pB,a n d N . m e n i n g i t i d i ss e r o g r o u p sA , B, C , Y , a n d W 1 3 5 .E x c e p t f o rS t r e p t o c o c c u sg r o u pB, t h e s eb a c t e r i ap o s s e s ss o l u b l e ,t y p e - s p e c i f i c ,c a p s u l a rp o l y s a c c h a r i d ea n t i g e n st h a ta r e r e l e a s e d i n t os u r r o u n d i n gb o d y t i s s u e sa n d f l u i d sa s t h eb a c t e r i ap r o l i f e r a t e( 2 5 ) .S t r e p t o c o c c u sg r o u pB p o s s e s s e sas o l u b l e t y p e - s p e c i f i cc e l lw a l l p o l y s a c c h a r i d ea n t i g e n .

C I E , C O A G , a n d L a r e m o s t e f f i c i e n ti n d e t e c t i n gH .i n f l u e n z a ea n t i g e n s .CIE i s l e a s te f f i c i e n ti n d e t e c t i n gS t r e p -t o c o c c u sg r o u p B a n t i g e n s ,a n d C O A Ga n d LA a r e l e a s te f f i c i e n ti n d e t e c t i n gN . m e n i n g i t i d i sa n t i g e n s( 4 4 , 8 2) .T h eminimum c o n c e n t r a t i o n so f b a c t e r i a la n t i g e n d e t e c t a b l e b yCIE h a v eb e e n r e p o r t e dt o b e 1 t o 2 5n g o fH . i n f l u e n z a et y p eb a n t i g e np e r m l t o 5 0 0 t o 1 4 , 0 0 0n g o fS t r e p t o c o c c u sg r o u pB a n t i g e np e r m l . T h e minimum c o n c e n t r a t i o n so f b a c t e r i a la n t i g e nd e t e c t a b l e b y LA a n d COAG h a v e b e e n r e p o r t e dt ob e 0 . 1t o 5 n g o f H . i n f i u e n z a et y p e b a n t i g e np e r m l t o 5 0 t o1 0 0 n g o f N . m e n i n g i t i d i sa n t i g e np e r m l ( 4 4 , 8 2 ) .T h ea f o r e m e n t i o n e dw i d e r a n g e so f m i n i m a la m o u n t so f a n t i g e n sd e t e c t a b l eb y CIE d e p e n do n r e a g e n t m a n u f a c t u r e r ,i n v e s -t i g a t o r ,a n t i s e r a ,s o u r c eo f a n t i s e r a ,b a c t e r i a lg r o u po r s t r a i n ,a n d o t h e r v a r i a b l e s( 4 4 ) .

A n t i g e n d e t e c t i o nm e t h o d sa r e m o s t p r o d u c t i v e whenu s e d t o e x a m i n ef l u i d so b t a i n e dd i r e c t l yf r o ma n i n f e c t e ds i t ew h e r et h e b a c t e r i aa r e a c t i v e l yp r o l i f e r a t i n ga n d s h e d d i n gp o l y s a c c h a r i d e ,e . g . ,CSF i n c a s e s o f m e n i n g i t i s .H o w e v e r ,i f CSF i s n o t o b t a i n a b l e ,s e r u m o r u r i n emay b e t e s t e d .S o l u b i l i z e dc a p s u l a r p o l y s a c c h a r i d e sr e a d i l yc r o s s c a p i l l a r ye n d o t h e l i a lc e l l sa n d a r e e x c r e t e di n t ot h e u r i n e ( 2 5 ) .Serumi s o f t e n a p o o r s p e c i m e nf o r d e t e c t i o n o f f r e ec a p s u l a rp o l y s a c c h a r i d eb e c a u s e t h e a n t i g e n c a n b i n d t o a n t i b o d i e s

a n d o t h e r s e r u m p r o t e i n s ,b e m e t a b o l i z e d ,a n d / o r b e r e -moved b y l y m p h o c y t e s .U r i n ema y s e r v e a s a n a l t e r n a t i v et oCSF b e c a u s eu r i n ec a n b e o b t a i n e dn o n i n v a s i v e l ya n d c a n b er e a d i l yo b t a i n e da n d c o n c e n t r a t e dt o e n h a n c et h e p o s s i b i l i t yo f a n t i g e nd e t e c t i o n ( 4 6 ) .

I n b a c t e r i a lm e n i n g i t i sp a t i e n t ss u c c e s s f u l l yt r e a t e dw i t ha n t i m i c r o b i a la g e n t s , b a c t e r i a la n t i g e n s a r e d e t e c t a b l e i nb o d yf l u i d sf o rmany d a y s a f t e rt h e CSF b e c o m e ss t e r i l e .H .i n f l u e n z a e ,N . m e n i n g i t i d i s ,a n d S . p n e u m o n i a ea n t i g e n sh a v e b e e nd e t e c t e db y COAG a n d LA i n t h e CSF a n d s e r u mf o r 1 t o 1 0 d a y s a f t e rt h e i n i t i a t i o no f t r e a t m e n t w i t ha n t i m i c r o b i a la g e n t s ( 5 4 ,1 4 3 ,1 4 6 ) .T h i r u m o o r t ha n d D a j a n iu s e d COAG a n d LA t o d e t e c t h i g h e rc o n c e n t r a t i o n so f H .i n f l u e n z a et y p e b a n t i g e ni n u r i n ea n d s e r u mt h a n i n CSF o fp a t i e n t sw h o h a d r e c e i v e d 1 t o 3 d a y s o f t r e a t m e n tw i t ha n t i m i c r o b i a la g e n t s ( 1 4 6 ) .K a l d o re t a l . f o u n d t h a tt h e H .

i n f l u e n z a et y p e b a n t i g e n t i t e r i n c o n c e n t r a t e du r i n e f r o mc h i l d r e no f t e n i n c r e a s e do n t h es e c o n d d a y o f t h e r a p ya n ds l o w l y d e c r e a s e dt h e r e a f t e r( 6 5 ) .H . i n f l u e n z a ea n t i g e nw a sd e t e c t e di n t h eu r i n ea s l o n g a s 1 8 d a y s ( m e a n ,1 0 d a y s ) a f t e rt h e i n i t i a t i o no f t h e r a p y . W i t h t h e u s e o f COAG a n d L A ,R i e r a r e p o r t e d t h ep e r s i s t e n c eo f H . i n f l u e n z a ea n t i g e n u r i at o b e a mean o f 1 9 . 9d a y s i n p a t i e n t sr e c o v e r i n gf r o m H .i n f l u e n z a em e n i n g i t i s( 1 2 3 ) .B a k e re t a l . u s e d CIE t o d e t e c tb a c t e r i a la n t i g e ni n t h eu r i n eo f s u r v i v o r so fS t r e p t o c o c c u sg r o u pB m e n i n g i t i sf o ra s l o n g a s 7 5 d a y s ( m e a n ,2 2 . 4 d a y s )a f t e rt h ei n i t i a t i o no f a p p r o p r i a t et h e r a p yw i t h a n t i m i c r o b i a la g e n t s ( 7 ) .

I n p a t i e n t sw i t h b a c t e r i a lm e n i n g i t i sa n d w h o h a v e n o tb e e nt r e a t e do r w h o h a v er e c e i v e dt h e r a p yf o r< 2 4h , CSF i st h e s p e c i m e no f c h o i c e f o r t h e d e t e c t i o n o f b a c t e r i a la n t i -g e n s . U r i n ei s p r o b a b l yt h e s p e c i m e no f c h o i c ef o rb a c t e r i a la n t i g e n swhen p a t i e n t sh a v e u n de r g o n et r e a t m e n tf o r>24 h( 1 4 6 ) .

A n t i g e nd e t e c t i o n m e t h o d sc a n b e h a m p e r e db y n o n s p e -c i f i cr e a c t i o n s ,c r o s s - r e a c t i o n s ,a n d / o r l o w c o n c e n t r a t i o n so fa n t i g e n i n c l i n i c a ls p e c i m e n s . R h e u m a t o i df a c t o r ,b l o o d ,

h e m o l y z e de r y t h r o c y t e s ,a n d h i g h c o n c e n t r a t i o n so f p r ot e i nc a n c a u s e n o n s p e c i f i cr e a c t i o n s i n b o t h COAG a n d LA t e s t s( 1 0 4 ,1 0 6 ,1 4 6 ) .P e p s i n , p r o t e i n A , a n d EDTA a r es o m eo ft h e s u b s t a n c e s u s e d t o r e d u c e n o n s p e c i f i cr e a c t i o n s ,b u tb o i l i n gs p e c i m e n sf o r5 t o1 5 m i ni s t h em o s tcommonly u s e dt e c h n i q u e( 1 0 1 ,1 0 4 ,1 3 7 ,1 4 6 ,1 6 0 ) .B o i l i n gc a n a l s ob e u s e dt o l i b e r a t eb a c t e r i a la n t i g e nb o u n db y CSF p r o t e i n s .U n f o r -t u n a t e l y ,m e n i n g o c o c c a la n t i g e n i s s e n s i t i v et o h e a t a n d ,t h e r e f o r e ,m i g h t n o t b e d e t e c t a b l e b y LA a f t e rs p e c i m e n sh a v e b e e n h e a t e d t o 1 0 0 ° C( 1 6 0 ) .C r o s s - r e a c t i o n sb e t w e e nac o m m e r c i a lH . i n f l u e n z a eLA r e a g e n t a n d S . p n e u m o n i a e ,N . m e n i n g i t i d i sg r o u p C , S . a u r e u s , a n d E s c h e r i c h i ac o l ih a v e b e e n r e p o r t e d ( 8 4 ) .I n a d d i t i o n ,u r i n e c a n c o n t a i nu r e t h r a lf l o r at h a t c a n c a u s e f a l s e - p o s i t i v er e s u l t sd u e t oa n t i g e n i c c r o s s - r e a c t i o n s( 4 4 ) .S p i n o l a e t a l . h a v e r e p o r t e dt h a t9 3 o f c h i l d r e n w i t h n e g a t i v er a p i d a n t i g e n u r i n e t e s t sp r i o rt o r e c e i v i n g H . i n f i u e n z a et y p e b i m m u n i z a t i o ne x -c r e t e d H . i n f l u e n z a ea n t i g e n i n t ot h e i ru r i n e f r o m 1 t o 1 1d a y s p o s t i m m u n i z a t i o n( 1 3 8 ) .I n a n a p p r op r i a t ec l i n i c a ls e t t i n g ,t h e s e r e s u l t sc o u l db e m i s i n t e r p r e t e da s b e i n gf a l s e l yp o s i t i v e .

W h e n r a p i d a n t i g e n t e s t s a r e a p p l i e d t o u r i n e ,f a l s e -n e g a t i v er e s u l t sma y b e o b t a i n e db e c a u s ea n t i g e ni s o f t e n a ta l o w e rc o n c e n t r a t i o ni n u r i n e t h a n i n CSF. Th e c o n c e n t r a -t i o n so f b a c t e r i a la n t i g e n s c a n b e a r t i f i c i a l l yi n c r e a s e db yc o n c e n t r a t i o nt e c h n i q u e s .Some m e t h o d su s e d f o rc o n c e n -t r a t i o no f b a c t e r i a la n t i g e n s i n b o d y f l u i d sb e f o r e t e s t i n gi n c l u d e e t h a n o l p r e c i p i t a t i o n ,membrane f i l t r a t i o n ,a n d t h eu s e o f a p o l y a c r y l a m i d ea b s o r b e n tg e l( S i g m aC h e m i c a lC o . ,

S t . L o u i s , M o . ) ( 3 5 ,1 1 1 ,1 5 6 ) .U r i n es p e c i m e n ss h o u l d b ec o n c e n t r a t e d 2 0 - t o 5 0 - f o l d .Th e m o s t commonly u s e dm e t h o do f c o n c e n t r a t i n gu r i n e i s u s e o f a d i s p o s a b l eu l t r a f i l -t r a t i o ns y s t e m ( M i n i c o nB 1 5 ; Amicon C o r p . , L e x i n g t o n ,M a s s . ) ( 7 ,4 1 ,6 5 ) .

C I E . CIE w as o n c e a n i m p o r t a n t a n d r a p i d d i a g n o s t i cm e t h o df o rt h e l a b o r a t o r yd i a g n o s i so f b a c t e r i a lm e n i n g i t i s .I n C I E , t h e a p p l i c a t i o no f a n e l e c t r i cc u r r e n t t o i m m u n o d i f -f u s i o n a g a r a cc e l er a t est h e d i f f u s i o no f a n t i g ena n d a n t i b o d yt o w a r de a c h o t h e r i n t h e a g a r a n d e n a b l e s a n y s u b s e q u e n ti m m u n o p r e c i p i t a t i o nt o b e c o m p l e t e di n 3 0 t o 6 0 m i n . T h ei n t r o d u c t i o no f c o m m e r c i a l l ya v a i l a b l eCOAG a n d LA r e -a g e n t s f o rt h e d e t e c t i o n o f CS F p a t h o g e n sh a s made CIE at e s tp e r f o r m e di n o n l y a f e w l a b o r a t o r i e s .

CIE i s l e s ss e n s i t i v e( b y a f a c t o ro f 1 0 )t h a n COAG a n d LA

i n t h e d e t e c t i o no f b a c t e r i a la n t i g e n s i n CSF a n d u r i n e ( 4 4 ) ;

V O L .5 , 1 9 9 2

8/18/2019 1992. CMR. Lab en Meningitis

9/16

1 3 8 GRAY AND FEDORKO

TA B L E 5 . S e n s i t i v i t i e so f c o m m e r c i a la s s a y s f o rd e t e c t i o no f b a c t e r i a la n t i g e ni n CS F a n d u r i n ef r o mp a t i e n t sw i t h m e n i n g i t i s

A vg s e n s i t i v i t y( r a n g e )A s s a y S p e c i m e n H . i n f l u e n z a e S . S t r e p t o c o c c u s N . R e f e r e n c e ( s )

t y p e b p n e u m o n i a e g r o u pB a m e n i n g i t i d i s

COAGP h a d e b a c t CSF 8 5 ( 6 6 - 1 0 0 ) 7 6 ( 5 9 - 9 3 ) 7 2 ( 6 1 . 5 - 8 7 ) 6 7 ( 5 0 - 7 8 ) 1 7 , 2 2 , 2 6 ,2 9 , 3 7 , 3 8 ,5 5 ,8 6 ,

1 3 3 ,1 4 4 , 1 4 8 , 1 5 0 ,1 5 5U r i n e 9 0 ( 8 5 - 9 5 ) 3 7 . 5( 2 5 - 5 0 ) 7 7 ( 6 2 - 9 2 ) 4 . 5 ( 0 - 9 ) 5 4 ,1 4 4

LAB a c t i g e n CSF 9 4 ( 9 1 - 1 0 0 ) 1 0 0 1 0 0 5 6 ( 3 3 - 7 8 ) 8 , 2 2 , 2 6 ,3 7 ,5 5 ,7 6 ,8 6 ,1 3 3 ,1 4 8

U r i n e 9 6 2 3 8 4 0 8D i r e c t i g e n CSF 8 2 ( 7 8 - 8 6 ) 8 1 ( 6 7 - 1 0 0 ) 7 3 ( 6 9 - 8 7 ) 7 4 ( 5 0 - 9 3 ) 8 , 1 3 3 ,1 4 8

U r i n e 1 0 0 5 0 7 5 c( 5 1 - 1 0 0 ) 0 8 , 1 2 2We l l c o g e n CSF 8 9 ( 8 6 - 9 2 ) 8 1 ( 6 9 - 1 0 0 ) 9 1 ( 9 0 - 9 2 ) 5 5 ( 5 0 - 5 9 ) 6 , 8 ,2 3 ,5 8 ,1 1 7

U r i n e 1 0 0 0 8 2 ( 6 1 - 1 0 0 ) 0 6 , 8 ,5 9a S e n s i t i v i t i e so ft h ec o m m e r c i a la s s a y sf o rS t r e p t o c o c c u sg r o u pB i n c l u d ed a t a p r e s e n t e da t t h e8 6 t hA n n u a lM e e t i n go f t heA m e r i c a nS o c i e t yf o rM i c r o b i o l o g y ,

1 9 8 6 ;u s e d w i t h p e r m i s s i o nf r o mt h ea u t h o r s ( 4 5 a ) .b A l l r e f e r e n c e se v a l u a t i n gB a c t i g e nw i t h S . p n e u m o n i a e( 8 ,2 6 ,5 5 ,1 4 8 ) r e po r ts e n s i t i v i t yo f 1 0 0 % .c R e f e r e n c e1 2 2r e p o r t ss e n s i t i v i t i e so f 86 f o ru n c o n c e n t r a t e du r i n ea n d 1 0 0 %f o rc o n c e n t r a t e du r i n e .

h o w e v e r ,CIE h a s e x c e l l e n ts p e c i f i c i t y( 4 4 ,4 9 ) .CIE i s u s e do n l y r a r e l yt o da y b e c a u s ei t r e q u i r e sh i g h - q u a l i t ya n t i s e r a ,s t r i n g e n tq u a l i t y c o n t r o l ,s p e c i a le q u i p m e n t ,a n d a n e x p e r i -e n c e d l a b o r a t o r i a nt o o b t a i no p t i m u ms e n s i t i v i t y .I n a d d i -t i o n ,CIE i s c u m b e r s o m ea n d s l o w when c o m p a r e dw i t hCO G a n d LA .

A s a t e s t a m e n tt o t h e d e c r e a s i n gu t i l i z a t i o no f CIE i n t h ec l i n i c a ll a b o r a t o r y ,t h e p r o c e d u r ef o rp e r f o r m i n gt h et e s th a sb e e n o m i t t e df r o mt h e f i f t he d i t i o no f t h eM a n u a lo f C l i n i c a lM i c r o b i o l o g y( 4 0 ) .D e t a i l so f CIE m e t h o d o l o g yc a n b ef o u n di n C u m i t e c h8 ( 2 )a n d i n t h e f o u r t h e d i t i o no f t h eM a n u a lo fC l i n i c a lM i c r o b i o l o g y( 4 4 ) .

C O A Ga n d L A . C O A Gr e a g e n t sa r e c o m p o s e do f s u s p e n -s i o n so f S . a u r e u s ( p a r t i c u l a r l yCowan s t r a i n1 ) t h a tc o n t a i nt h ec e l ls u r f a c ec o m p o n e n tp r o t e i nA , a 1 2 , 0 0 0 -t o 4 3 , 0 0 0 -m o l e c u l a r - w e i g h tp r o t e i nt h a t i s c o v a l e n t l y l i n k e dt o t h ep e p t i d o g l y c a no f t h eb a c t e r i u m .I m m u n o g l o b u l i nG m o l e c u l e s( d i r e c t e dt o w a r dt h e a n t i g e no f i n t e r e s t )a d h e r e t o p r o t e i nAb y t h eF c e n d o f t h e i m m u n o g l o b u l i nG m o l e c u l e ;t h ei m m u -n o r e a c t i v eF a b e n d r e m a i n sf r e et o r e a c t w i t hs p e c i f i ca n t i g e n .I n t h ep r e s e n c eo f s p e c i f i ca n t i g e n ,g r o s s l yv i s i b l ea g g l u t i n a -t i o no f t he s t a p h y l o c o c c it a k e s p l a c e .LA a s s a y s f o ra n t i g e nd e t e c t i o nu t i l i z el a t e xp o l y s t y r e n eb e a d s w i t h i m m u n o g l o b u -l i nm o l e c u l e sn o n s p e c i f i c a l l ya d s o r b e do n t o t h e i rs u r f a c e s .I nt h e p r e s e n c eo f h o m o l o g o u sa n t i g e n ,g r o s s l yv i s i b l ea g g l u t i -n a t i o n o f t h e a n t i b o d y - c o a t e dl a t e xb e a d s o c c u r s .

C O A Ga n d LA h a v es e v e r a la d v a n t a g e so v e r o t h e r a s s a y si n t h e

r a p i dl a b o r a t o r yd i a g n o s i so f b a c t e r i a lm e n i n g i t i s .T h e

t w o t e s t sa r e r a p i d( c 1 5m i n ) ,s i m p l et o p e r f o r m ,a n d d o n o tr e q u i r es p e c i a le q u i p m e n t .T h es i m p l i c i t ya n d f a s tt u r n a r o u n dt i m e o f t h e s e t wo t e s t smake t h e m s u i t a b l ef o r u s e i n t h ec l i n i c a lm i c r o b i o l o g yl a b o r a t o r yon a l ls h i f t son a s t a tb a s i s .

We l l - t r a i n e dp e r s o n n e l a n d p r o p e r q u a l i t yc o n t r o l a r ei m p o r t a n tt o e n s u r e maximum s e n s i t i v i t yo f t h e t e s t s .Th ef r e q u e n c yo f q u a l i t yc o n t r o l t e s t i n gi s d e p e n d e n to n t h eg u i d e l i n e so f t h e a g e n c yt h a ti n s p e c t st h e l a b o r a t o r y .Th eC o l l e g eo f A m e r i c a nP a t h o l o g i s t sq u a l i t yc o n t r o l s t a n d a r d sf o ra n t i s e r ar e q u i r e( a l l o w )i n i t i a lt e s t i n go f e a c h l o t o f t e s tk i t sa n d s u b s e q u e n tt e s t i n ge v e r y 6 m o n t h st h e r e a f t e r 4 ) .B e c a u s eo f t h e c l i n i c a li m p o r t a n c eo f r a p i dt e s t s i n t h el a b o r a t o r yd i a g n o s i so f b a c t e r i a lm e n i n g i t i s ,l a b o r a t o r i a n sma y b e w e l l a d v i s e d t o p e r f o r mmore f r e q u e n t( m o r et h a n

e v e r y6 m o n t h s )q u a l i t yc o n t r o l t e s t i n go f CSF a g g l u t i n a t i o n

t e s t s .A t t h eo t h e r e x t r e m e ,t h eJ o i n tC o m m i s s i o no n t h eA c c r e d i t a t i o no f H e a l t h c a r eO r g a n i z a t i o n si n s i s t st h a ta n t i -s e r a b e q u a l i t yc o n t r o lt e s t e de a c h d a y o f u s e ( 4 ) .

F o u r b a c t e r i a la n t i g e n d e t e c t i o nk i t s a r e c o m m e r c i a l l ya v a i l a b l ei n t h eU n i t e dS t a t e s .T h e k i tb a s e do n COAG i s t h eP h a d e b a c tCSF Te s t ( K a r oB i o D i a g n o s t i c s ,H u d d i n g e ,S w e -d e n ) .T h e t h r e e k i t sb a s e d o n LA a r e D i r e c t i g e n( B e c t o nD i c k i ns o n M i c r o b i o lo g y S y s t e m s ,C o c k e y s v i l l e ,M d . ) , B a c t i -g e n ( W a m p o l eL a b o r a t o r i e s ,C r a n b u r y ,N . J . ) ,a n dW e l l c o g e n( We l l c o m eD i a g n o s t i c s ,R e s e a r c hT r i a n g l eP a r k , N . C . ) . T h es e n s i t i v i t i e so f t e s tk i t sc o m p a r e dw i t h c u l t u r ea r es h o w ni nTa b l e 5 . D i f f e r e n c e si ns e n s i t i v i t i e sa r ea p p a r e n t ;h o w e v e r ,n ok i ta p p e a r st ob e s u p e r i o rt o t h eo t h e r s f o rt h e d e t e c t i o no f a l la n t i g e n s .T h e d a t a i n Ta b l e 5 s h o wt h a tCOAG a n d LA t e s t sh a v ed i f f i c u l t yd e t e c t i n gN . m e n i n g i t i d i sa n t i g e n si n u r i n e( 8 ,5 4 ,5 9 ,1 4 4 ) .N . m e n i n g i t i d i sg r o u p sA , B , a n d C w e r ei s o l a t e df r o m t h eCSF o f t h ep a t i e n t sw h o s eu r i n es p e c i m e n sw e r et e s t e di n t h e s e s t u d i e s .S u w a n a g o o le t a l .h a v es u g g e s t e dt h a tt h er e l a t i v ei n a b i l i t i e so f COAG a n d LA t e s t st o d e t e c t N .m e n i n g i t i d i sa n t i g e n si n u r i n ec o u l db e d u et o t h e a b s e n c eo fs i g n i f i c a n tn u m b e r so f N . m e n i n g i t i d i si n t h e u r i n ed u r i n gi n f e c t i o n ,t h e c o n f i g u r a t i o na n d s t a b i l i t yo f t h eN . m e n i n g i t i -d i sa n t i g e n si n t h eu r i n e ,a n d / o r t h es p e c i f i c i t yo f t h ea n t i b o d -i e sf o rt h ea n t i g e n s( 1 4 4 ) .A l m o s ta l lo f t h es t u d i e sc i t e di nTa b l e 5 r e p o r t t h a tt h ek i t sh a v ee x c e l l e n ts p e c i f i c i t y .E x c e p tf o ro n e r e p o r t o f t h e s p e c i f i c i t yo f P h a d e b a c tb e i n g88 f o rN .m e n i n g i t i d i sa n t i g e na n d a n o t h e rr e p o r to f t h es p e c i f i c i t yo fWe l l c o g e nb e i n g81 f o rS t r e p t o co c cu s g r o u pB a n t i g e n ,t h er e f e r e n c e si n Ta b l e 5 r e p o r t s p e c i f i c i t i e so f 9 6 t o 1 0 0 % .

A n t i g e nd e t e c t i o nm e t h o d ss h o u l dn e v e rb e s u b s t i t u t e df o rc u l t u r ea n d Gram s t a i n .I f o n l y a s m a l l amount o f CSF i sr e c e i v e d ,Gram s t a i na n d c u l t u r es h o u l da l w a y sh a v ep r i o r i t yo v e r a n t i g e nd e t e c t i o nt e s t s .

O T H E RMETHODS FO R DETECTINGBACTERIAANDC O M P O N E N T SO F BACTERIAI N CS F

E I A

Enzyme i m m u n o a s s a y s( E I A s )f o rt h e d e t e c t i o no f b ac t e -r i a la n t i g e n si n CSF u s e s p e c i f i c( p r i m a r y )a n t i b o d i e sb o u n dt o a s o l i ds u p p o r ts u c h a s a p l a s t i cm i c r o w e l lt r a y o r t u b e o r

p o l y s t y r e n e b e a d s . I f h o m o l o g o u sb a c t e r i a la n t i g e ni s

C L I N .M I C R O B I O L .R E V.

8/18/2019 1992. CMR. Lab en Meningitis

10/16

L A B O R AT O RYDIAGNOSISO F BA C T E RIA LMENINGITIS 1 3 9

p r e s e n t i n a CS F s p e c i m e n ,t h ea n t i g e nw i l lb e b o u n db y t h ei m m o b i l i z e dp r i m a r ya n t i b o d y .A n e n z y m e - l a b e l e d( s e c o n d -a r y )a n t i b o d y w i t h s p e c i f i c i t yf o r t h e b a c t e r i a la n t i g e no fi n t e r e s td e t e c t s t h ea n t i g e n b o u n dt o t h ep r i m a r ya n t i b o d y .T h e a d d i t i o no f a s u b s t r a t ef o r t h e e n z y m er e s u l t si n t h ep r o d u c t i o no f a c o l o r e dp r o d u c ti f s p ec i f i c b a c t e r i a la n t i g e nw a s p r e s e n t i n t h eCSF s p e c i m e na n d b o u n dt o t h ep r i m a r ya n t i b o d y .

E I A s h a v e b e e n e v a l u a t e df o rt h e i ra b i l i t i e st o d e t e c tH .i n f l u e n z a et y p e b , S . p n e u m o n i a e ,a n d N . m e n i n g i t i d i sa n t i g e n si n CSF ( 1 2 ,3 7 ,1 3 4 ,1 4 2 ,1 6 2 ) .T h e s e n s i t i v i t i e sa n ds p e c i f i c i t i e so f t h e s e t e s t sh a v e b e e n r e p o r t e d t o b e 8 4 t o1 0 0 %a n d 8 9 t o 1 0 0 % ,r e s p e c t i v e l y .T h e t e s t sc a n d e t e c tb a c t e r i a la n t i g e n si n c o n c e n t r a t i o n sa s l o w a s 0 . 1t o 5n g / m l .C u r r e n t l y ,c o m m e r c i a l l ya v a i l a b l eE I A s f o rt h e d e t e c t i o n o fb a c t e r i a la n t i g e n s i n CSF a r e a v a i l a b l eo n l y i n E u r o p e( B e h r i n g ,a b i o t i n - a v i d i np r o c e d u r e ;P h a r m a c i a ,a h o r s e r a d -i s h p e r o x i d a s ep r o c e d u r e ) . EIAs g en er a l ly t ak es e v e r a lh o u r s t o c o m p l e t ea n d r e q u i r em u l t i p l ec o n t r o l s .F o r t h e s er e a s o n s , E I A s a r eb e t t e rs u i t e df o r t e s t i n gs p e c i m e n si n ab a t c h mode t h a n f o rt e s t i n go f i n d i v i d u a lCSF s p e c i m e n sa st h e y a r er e c e i v e di n t ot h e l a b o r a t o r y ,u s u a l l y o n a s t a tb a s i s .

LA L A s s a y

T h e b l o o d l i k e c i r c u l a t i n gf l u i do f t h e h o r s e s h o e c r a b ,L i m u l u sp o l y p h e m u s ,i s c a l l e dh e m o l y m p h .T h e o n l y c i r c u -l a t i n g c e l l sw i t h i n t h e h e m o l y m p ha r e a m e b o c y t e s .U n d e ro p t i m a l c o n d i t i o n s ( 3 6t o 3 8 ° C , pH 6 . 0 t o 7 . 5 ) ,a l y s a t ed e r i v e df r o mL .p o l y p h e m u sa m e b o c y t e sw il l c l o tw i t h i n1 hw h e n e x p o s e dt o v e r y s m a l l a m o u n t so f l i p o p o l y s a c c h a r i d e( e n d o t o x i n ) ,w h i c hi s c o n t a i n e di n t h e c e l lw a l l o f a l lg r a m -n e g a t i v eb a c t e r i a ( 1 1 4 ,1 4 9 ) .T h e a c t i v ec o m p o n e n to f b ac -t e r i a ll i p o p o l y s a c c h a r i d ei n t h i sr e a c t i o n a p p e a r st o b e t h el i p i dA s e g m e n t p y r o g e n .C o n c e n t r a t i o n sa s l o w a s 0 . 1n go f l i p i dA p e r m l a r e c a p a b l e o f c l o t t i n ga m e b o c y t el y s a t e( 1 2 0 ) .F o r t h e h o r s e s h o ec r a b i n f e c t e db y g r a m - n e g a t i v eb a c t e r i a ,t h i sc l o t t i n gr e a c t i o n s e r v e s a s a d e f e n s e m e c h a -n i s m a g a i n s ti n f e c t i o nb y i s o l a t i n ga n i n f e c t e dl i m b .F o rh u m a n s ,t h i sr e a c t i o np r o v i d e sa v e r y s e n s i t i v ea s s a yf o rt h ed e t e c t i o no f e n d o t o x i ni n m e d i c a lp r o d u c t sa n d i nb o d yf l u i d sf r o mp a t i e n t sw i t h g r a m - n e g a t i v eb a c t e r i a li n f e c t i o n .

T h e r ea r e t h r e e Food a n d D r u gA d m i n i s t r a t i o n - a p p r o v e dm e t h o d sf o rt h e LAL a s s a y s( 1 1 4 ) .T h e s i m p l e s tLAL a s s a yi s t h e g e l e n d p o i n t m e t h o d . T h i s t e s t i s p e r f o r m e db yi n c u b a t i n g0 . 1m l o f l y s a t ew i t h 0 . 1m l o f f l u i ds p e c i m e nf o r1 h a t 3 7 ° C a n d i n v e r t i n gt h e m i x t u r e 1 8 0 °t o d e t e r m i n ew h e t h e ra c l o th a s f o r m e d .T h e d e t e r m i n a t i o no f w h e t h e rac l o th a s p a r t i a l l yo r f u l l yf o r m e di s s u b j e c t i v ea n d c anmakee n d p o i n t sd i f f i c u l tt o r e a d . P a t i e n t sw i t h u n t r e at e dm e n i n g i t i s

commonly h a v e a t l e a s t1 0 5CFU p e r m l o f CSF ( 1 4 9 ) .T h et u r b i d o m e t r i cLA L a s s a y i n v o l v e s t h eu s e o f a s p e c t r o p h o -t o m e t e rt o m e a s u r et h ec h a n g ei n o p t i c a ld e n s i t y t h a to c c u r sd u r i n g t h eg e l a t i o nr e a c t i o n .I n t h ec h r o m o g e n i cs u b s t r a t eLAL a s s a y , a s y n t h e t i cc o l o r - p r o d u c i n gs u b s t r a t e ( w h i c hc o n t a i n sa c h r o m o g e n i c p - n i t r o a n i l i d eg r o u p )a n d a m o d i f i e dLAL a s s a y a r e u s e d . T h e f o r m a t i o no f a c l o ta s a n e n d p o i n ti s e l i m i n a t e d t o a l a r g ed e g r e e a n d i s r e p l a c e d b y t h ep r o d u c t i o no f a y e l l o w c o l o r .I n a l l t h r e e LA L a s s a y s , t h eu s e o f p y r o g e n - f r e el a b o r a t o r y w a r ei s i m p e r a t i v e .

T h e LAL a s s a y i s a v e r y s e n s i t i v ea n d s p e c i f i ca s s a y f o rt h e de t ec t i o n o fe n d o t o x i ni n C S F . A c o r r e c t l y p e r f o r m e dLAL a s s a y c a n d e t e c t a p p r o x i m a t e l y1 0 3g r a m - n e g a t i v eb a c t e r i ap e r m l o f s p e c i m e n( 1 4 9 ) .N a c h u m r e v i e w e d4 , 8 8 4CSF s p e c i m e n sw h i c hh a d b e e n e x a m i n e db y LAL a s s a y s

a n d c a l cu l at e d t h eo v e r a l ls e n s i t i v i t ya n d s p e c i f i c i t yo f t h e

LA L a s s a y ( 9 8 ) .C o m p a r e dw i t h c u l t u r e sf o rg r a m - n e g a t i v eb a c t e r i a ,LA L a s s a y s h a v e a s e n s i t i v i tyo f 93 a n d as p e c i f i c i t yo f 9 9 . 4 % . B a c t e r i a t h