클로스트리디오이데스 디피실 장염(Clostridioides difficile Infection, CDI)이란 항생제를 투여받는 환자의 장관에 정상 세균총(colonic flora) 구성이 변화하면서 C. difficile 균이 증식하고, 동시에 독소를 분비하여 발생하는 항생제 관련 설사병(antibiotic-associated diarrhea, AAD)이다. 그런데 최근까지 이 균명을 클로스리디움 디피실(Clostridium difficile)이란 이름으로 불리었다.
거의 모든 항생제가 이 감염과 관련이 있지만 특히 플루오로퀴놀론(fluoroquinolone), 클린다마이신(clindamycin), 카바페넴(carbapenems), 세팔로스포린(cephalosporine), 페니실린(penicillins)과 같은 항생제 투여하는 환자에서 자주 발생한다. 최근에는 H2수용체 억제제를 복용한 사람에서도 C. difficile 감염률이 높을 뿐만 아니라 항생제 처방과 함께 입원할 위험이 높다는 보고도 있다.
참고 Wikipedia - Clostridioides difficile infection
●원인균 Clostridioides difficile (C.difficile)
C.difficile는 1935년 Hall & O'Toole가 발견하였고, 정상 성인의 2~5%에서 장관에 나타나는 정상 상재균이다. 이는 그람양성 포자형성 무산소성 세균(Gram-positive spore-forming anaerivic bacillus)인데 문제가 되는 것은 다양한 종류의 독소를 생성하는(toxin-producing)C.difficile 균주이다.
C.difficile는 장독소(enterotoxin = C. difficile toxin A, TcdA)와 세포독소(cytotoxin = C. difficile toxin B, TcdB) 두 가지 단백 외독소(exotoxin)를 생성하는데 약간씩의 차이는 있지만 모두 설사와 장염을 유발하는 물질이다.
참고 Clostridium이란 용어는 'kloster (κλωστήρ)'란 그리스어에서 유래한 말로서 나선(spindle)을 의미하며, 'difficile'은 라틴어로 어렵다는(difficult, obstinate) 뜻이다. 사진은 혈액한천 배지에서 자란 C.difficile 세균을 그람염색한 것이다.
●역학 (epidermiology)
정상 성인에서 C. difficile의 장내 보균율은 2-5%이지만 신생아에서는 약 30%이다. 입원 환자에서 항생제 투여로 인한 의료관련 감염병(healthcare-associated infection, HAI)의 일종이며, 소아나 면역력이 떨어지는 노인에서 주로 발생한다. 특히 감염의 중증도는 나이가 증가함에 따라서 높아진다. 미국에서는 항생제 관련 설사병의 15-25%를 차지한다. C. difficile colonization 이라 함은 환자가 아무런 증상을 나타내지 않고 세균배양이나 독소검사에서 양성반응을 보이는 경우이다. 실제 감염(C. difficile infection, CDI)보다도 흔하다.
최근 외국학술지(NEJM 2008) 보고에 따르면 발생 빈도가 계속 증가할 뿐더러 증상도 심해진다고 했다. 미국에서는 급성기 환자를 진료하는 병원에서 100,000명당 84명으로 최근 10년 동안 3배로 증가하였다. 그리고 일차적인 원인으로 사망하는 환자도 급속하게 증가하여 한 해에 사망하는 환자가 14,000명이라는 통계수치이다.
항균제 사용의 증가와 고령화 등으로 인하여 위와 같이 전세계적으로 CDI의 유병율이 증가함에 따라, 역학조사를 위한 여러 분자생물학적 방법들이 발달되었는데, 그 중 Pulse-field gel electrophoresis(PFGE), PCR ribotyping 그리고 restriction endonuclease analysis가 많이 사용되었다. 그러나 세 방법 모두 gel을 이용하여 밴드를 분석하는 방법으로 검사실간에 결과 비교가 어려운 단점이 있어서, 최근 multi-locus sequence typing (MLST) 방법이 고안되었다.
FIGURE 1. Model for the acquisition of C. difficile infection (CDI)
Patients are exposed to C. difficilespores through contact with the hospital environment or health care workers. After taking an antibiotic, they develop CDI if they acquire a toxigenicC. difficilestrain and fail to mount an anamnestic serum immunoglobulin G (IgG) antibody response to toxin A (ToxA; also known as TcdA), if they can mount an antibody response they become asymptomatically colonized with C. difficile. If they acquire a non-toxigenic C. difficile strain, they also become asymptomatically colonized. Colonized patients have been shown to be protected from CDI
●임상진단
위막성 대장염(pseudomembraneous colitis, PMC)
항생제 투여 환자에서 발열, 식욕부진, 매스꺼움, 복통을 호소하면서, 하루에 3번 이상의 묽은 점액질 설사변(loosely semisolid stool, watery diarrhea)이 나타나면 일단 의심한다. 특히 환자의 변은 지독한 냄새(foul stool odour)를 동반한다. 그리고 일반혈액검사에서 설명되지 않는 백혈구증가증(unexplained leukocytosis)도 보인다.
항생제 사용으로 발생한 위막성 대장염(僞膜性-, pseudomembraneous colitis, PMC)은 일반적으로 가벼운 복통이나 복부 팽만감을 호소하고, 피가 섞이지 않는 설사 정도만을 동반하는 대장염이다. 그러나 장염이 심해질 경우 출혈성대장염(hemorrhagic colitis), 독성 거대결장(toxic megacolon), 대장천공(colon perforation), 패혈증과 같은 합병증을 초래할 수도 있다.
가장 중요한 치료법은 증상을 유발한 항생제 투약을 중단하는 것이며, 동시에 반코마이신 항생제를 10일간 복용하는 것이다. 위막성 대장염(pseudomembraneous colitis, PMC)을 적절하게 치료하지 않으면 합병증으로 쇼크와 심한 탈수가 나타날 수 있고, 장관에 구멍이 생겨 복막염으로 진행할 수 있다. 보통 항생제 투약을 중지하고 1~2주가 지나면 증세가 사라진다. 그러나 최악의 경우에는 치명적일 수도 있다.
●임상검사실 진단
분변배양법(stool culture)은 검사실 진단의 표준법으로 cycloserine cefoxitin fructose agar (CCFA) 선택배지를 사용한다. 민감도는 높지만 비독성(nontoxigenic) 상재균 때문에 높은 위양성 결과를 보인다. 24-48시간 후 집락은 크고 가장자리는 나무뿌리 모양이고 담황색이며 장파장의 자외선을 쪼이면 황록색 형광을 나타낸다. 배지에서는 p-cresol의 특징적인 냄새가 난다.
bioMérieux 회사제품으로 ChromID® Cdiff chromogenic agar (CDIF) 선택배지는 18-24시간 배양으로 C. difficile균을 분리 확인할 수 있는데 민감도가 상대적으로 높고 균주 확인도 쉽다는 장점을 갖는다.
독소생성배양법(toxigenic culture)은 세균배양에서 자란 C. difficile 균주에 효소면역법을 적용하여 독소를 찾아내거나 PCR과 같은 분자진단법으로 독소생성유전자를 검출하는 검사법이다. 예를 들면 최외진단 시약을 제조하는 TECHLAB®에서 제조한 "C. DIFFICILE TOX-B TEST" 킷트는 분변배양에서 자란 균주가 toxin B를 생성하는 균주인가를 확인해 줄 수 있다. 일거리가 많은(labor-intensive) 검사이고 결과보고까지 오랜 시간(2~4일)이 소요된다는 단점은 있으나 독소생성 균주를 찾아내는데는 민감도가 가장 높은 검사법이다.
라텍스응집법(latex agglutination)이나 면역크로마토그라피 분석법(immunochromatographic assay)과 같은 항원검출법은 1시간 이내의 신속검사법이지만 비특이적인 검사이다. 라텍스입자(latex particle)는 C.difficle 세포막을 구성하고 있는 항원(glutamate dehydrogenase, GDH)에 특이한 IgG 항체로 피복되어 있다. 균을 표함하는 선택배지 또는 증균배지, 또는 고형배지의 세포집락 부유액과 같이 섞어주면 라텍스입자는 육안으로 볼 수 있는 응집을 형성한다.
아무튼 라텍스응집법은 독소를 생성하는 균뿐만 아니라 독소를 생성하지 않는 Clostridium species에서도 양성을 나타내는 비특이적 first-line screening 검사이다. 따라서 독소검출법이나 PCR, 독성배양법과 같은 특이적 검사와 결합하여 두단계의 검사 알고리즘을 갖고 진행되어야 한다. 조직배양 세포독성분석법(tissue culture cytotoxicity assay)이라 함은 toxin B만을 검출할 수 있는데 숙련된 기사가 시행하고 비용도 많이들고, 최종 결과를 얻기까지 24-48시간이 소요된다. 그런데도 PCR이나 배양법보다는 민감도가 떨어진다.
효소면역법(enzyme immunoassay, EIA)으로 C. difficiletoxin A, Toxin B, Toxin A&B, glutamate dehydrogenase (GDH) 등을 검사할 수 있다. 실제로는 Toxin B를 생성하는 세균이 감염을 일으키기 때문에 대부분의 검사실에서는 Toxin B, 또는 Toxin A&B에 대한 검사를 시행한다. 검사 시행한 날자에 결과를 얻게되고, 검사방법이 간편하며, 비용도 저렴하기 때문에 오늘날 임상검사실에서 가장 많이 이용하고 있다. 그러나 민감도가 50% 이하로 현저하게 떨어지기 때문에 선별검사 그 자체로도 부적절하다는 주장도 있다. 따라서 분변배양이나 PCR과 같은 다른 검사와 병행하여 결과를 보고하는 추세이다.
신속 EIA법으로 C.DIFF QUIK CHEK COMPLETE (CD COMPLETE; TechLab,USA)는 GDH 항원과 toxin A&B를 동시에 측정하는 킷트로 CDI 진단에 유용한 일차 선별검사로 보고된다. 국내에서는 2012년에 CDI가 의심되는 환자 600 검체를 대상으로 민감도, 특이도, 양성예측치, 음성예측치 등의 수행능을 평가하였다. 2015에는 신보문 교수(인제의대)도 "VIDAS Glutamate Dehydrogenase EIA 평가"라는 포스터(임상미생물학회 학술대회) 발표를 통해 예민도와 음성예측치가 우수하여 일차 선별검사법으로 유용성이 있다고 평가하였다.
핵산증폭검사(nucleic acid amplification test, NAAT) 즉,real time PCR 분자진단기법은 최근에 많이 활용되는데 예민도와 특이도가 높을 뿐더러 C. difficile Toxin A&B 여부를 적은 양의 설사변(1gm)으로 신속하게 진단할 수 있다. 그러나 C. difficile toxin 독소는 매우 불안정하여 분변 채취 후 실온에서 2시간만 지나도 검출이 되지 않는다는 점을 고려해야 한다. 다시 말해서 검체를 신속하게 검사하지 못하거나 검사 전까지 냉장 보관하지 않는다면 위음성 결과를 얻게된다. 2016년 1월 기준으로 비급여 수가는 58,000원
신속 분자진단 검사(rapid molecular diagnostic test)로 Cepheid's Xpert C.difficile 검사는 Toxin B, Binary Toxin(=cdtA), tcdC 등 균생성 독소 세 가지를 45분만에 검출할 수 있도록 고안되었다.
참고 Laboratory Testing for Clostridium difficile Infection. Am J Clin Pathol 2011;136:372-380
Isolation of C. difficile from faecal specimens – a comparison of chromID C. difficile agar and cycloserine-cefoxitin-fructose agar. J Med Microbiol 2013 vol. 62.1423-1427
NEW 신보문 교수(인제의대)가 최근 발표한 "C.difficile 감염 진단을 위한 검사법의 조사분석"(2015)에 의하면 국내 58개 병원에서 Toxin AB EIA (89.7%), NAAT (60.3%), C.difficile culture (63.8%), GDH assay (1.7%)였다. 이들 중에서 toxin AB EIA/NAAT/culture (36.2%), toxin AB EIA/NAAT (19.0%), toxin AB EIX/culture (17.2%)라는 결과를 보였다.
Clostridioides (Clostridium) difficile 감염에서 대변 Neutrophil Gelatinase-Associated Lipocalin과 Calprotectin의 생물학적 표지자로서의 임상적 유용성, Lab Med Online. 2020 Apr;10(2):125-131.
●약물치료와 예방
일차약으로 경구용 메트로니다졸(metronidazole)
가벼운 환자에서는 항생제를 중단하면 2-3일내에 저절로 치료될 수 있다. 그러나 조금 심한 경우는 일차약으로 경구용 메트로니다졸(metronidazole)을 사용하고, 이 항생제가 듣지않는다면 이차약으로 반코마이신(vancomycin)을 선택한다. 그래도 치료에 실패하면 메트로니다졸 정맥주사제를 사용한다. 치료가 잘 되었다고 했는데도 약 20%에서 재발한다는 보고가 있다. 최근에는 피닥소마이신(fidaxomicin)을 처방하는 경우도 있다. 치료 후 증상이 호전된다면 C. difficile 추적검사를 추천하지는 않는다.
C. difficile 감염을 예방하기 위한 수단은 의료관련 감염병으로 의사는 불필요한 항생제 처방을 피해야 한다는 점이다. 유럽 질병예방통제센터에서는 임상에서 특히 를루오로퀴놀론(fluoroquinolones)과 클린다마이신(clindamycin) 사용을 자제할 것을 권고하고 있다. 조기에 세균동정과 치료, 환자 진료에서 반드시 위생장갑을 착용해야 하고, C. difficile 포자(spore)는 알코올 내성이 있으므로 의료관련 종사자는 환자접촉 후 반드시 비누물로 손씻기를 해야 한다.
미국과 유럽에서는 매년 C. difficile 감염 치료에만 연간 70억불의 비용이 소요된다고 하는데 예방백신은 아직까지 개발되지는 않았다. 그러나 2013년 8월 사노피(Sanoffi) 제약회사는 C.difficile 예방백신에 대한 후기 임상시험을 시작했다는 소식이다.
참고 Guidelines for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities
Healthcare-associated infection : C. difficile Infection
Frequently Asked Questions about C. difficile for Healthcare Providers
New N Engl J Med 2015;372:1539-48. Review Article - Clostridium difficile
항생제 내성에 관한 위협보고서(2013)
Antibiotic resistance threats in the United States, 2013
미국 질병통제예방센터(CDC)는 2013년말 항생제내성 박테리아의 심각성을 보여주는 보고서를 발표했다. 보고서는 12종 이상의 내성 박테리아를 위험 리스트에 올리고, 위협 수준을 시급(urgent), 심각(serious), 주의요망(concerning)의 세 단계로 분류하였다.
이들 중에서 가장 위협적인 내성 박테리아 3종을 "임박한 공중보건 위협(immediate public health threats)"으로 분류해 즉각적인 공적 조치를 촉구했다. 이들 세균은 생명에 위협적인 설사를 일으키는 클로스트리디움 디피실과 혈류 감염을 일으키는 카바페넴 내성 장내세균(CRE), 성감염증의 원인균인 약제 내성 임균이다.
1) 클로스트리디움 디피실: 이 세균은 생명에 위협적인 설사를 일으키며 미국에서 매년 10억 달러의 의료비용을 발생시킨다. 최근에 항생제를 투여 받았거나 입원한 사람들이 이 세균에 가장 취약하다. 매년 1만4000명의 미국인이 이 감염증으로 사망한다. 더 강력하고 내성이 더 강한 종류가 나타난 2000년부터 2007년 사이 사망률이 400%나 증가하였다.
2) 카바페넴 내성 장내세균(CRE): CDC 보고서에 따르면 CRE는 현재 사용 가능한 거의 모든 항생제에 대한 내성을 키웠다. CRE로 혈류감염을 일으킨 환자 중 50%가 사망한다. 미국에서 매년 600명이 이 감염증으로 사망하며 주로 병원에 입원한 환자들에게 감염된다.
3) 약제 내성 임균: 임질을 일으키는 이 세균은 꾸준히 내성을 키워 왔다. 성관계로 감염되는 임질은 “요도나 자궁경관, 인두, 직장 등에 염증을 유발할 수 있다.
참고 Antibiotic Resistance Threats in the United States, 2013
Current Antibiotic Resistance Threats in the United States, by Microorganism
1) Microorganisms with a Threat Level of Urgent
Clostridium difficile
Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CRE)
Drug-resistant Neisseria gonorrhoeae
2) Microorganisms with a Threat Level of Serious
Multidrug-resistant Acinetobacter (MRAB)
Drug-resistant Campylobacter
Fluconazole-resistant Candida (a fungus)
Extended spectrum β-lactamase producing Enterobacteriaceae (ESBLs)
Vancomycin-resistant Enterococcus (VRE).
Multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa (MRPA)
Drug-resistant non-typhoidal Salmonella
Drug-resistant Salmonella Typhi
Drug-resistant Shigella
Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA)
Drug-resistant Streptococcus pneumoniae
Drug-resistant tuberculosis
3) Microorganisms with a Threat Level of Concerning
Vancomycin-resistant Staphylococcus aureus (VRSA)
Erythromycin-resistant Group A Streptococcus
Clindamycin-resistant Group B Streptococcus
* 표시된 균종은 우리나라에서 현재 관리하고 있는 의료관련감염병 6종
참고 Jieun Kim, et al. Clinical and microbiologic characteristics of C. difficile infection caused by binary toxin producing strain in Korea. Infect Chemother 2013;45(2):175-183
대한진단검사의학회 2016년 춘계학술대회에서 Alere Healthcare Korea가 주관한 "C. difficile infection 진단에서 glutamate dehydrogenase의 역학"이란 주제의 Luncheon Symposium이 있었다. 앨리어는 C.difficile QUIK CHEK COMPLETE라는 이름의 현장검사 제품을 소개하고 있다.
송원근 교수(한림의대)가 심포지엄 좌장으로, 발표는 연세의대 김희정 교수. [2016년 4월 9일]