Hygiene in Ophthalmic Surgery and Bacterial Resistance on the Ocular Surface of Animals

Abstract

Ocular infections in animals can be result in blindness. The infections are most caused by bacteria particular microbiota from the patient’s conjunctiva, eyelid, and nose. When damage to ocular tissue occurs, opportunistic bacteria may invade ocular tissues causing infection that may be difficult to treat, especially if the bacteria are antibiotic resistant like MRSA. Therefore, the usage of antibiotics has to be carefully monitored to prevent antibiotic resistance and a global reduction in a use of antibiotics a practical aim. Povidone-Iodine (PI) is generally known for being effective against bacteria, fungi, viruses, and protozoa. Moreover, an ideal solution as it is inexpensive, and no irritation is caused when diluted below 1%. One study indicated that Neosporin eye drops and PI administration before ophthalmic surgery caused similar decreases in the number of colonies and species cultured. Therefore, PI can be offered as an alternative to antibiotics. Forty eyes: (24 dogs and 16 cats) were divided into four groups of ten according to the concentrations of PI 0.1%, 0.2%, 1% and 5%. Seventy-four eyes (48 dogs and 8 cats) were included for assessment of the antimicrobial activity of 0.2% PI. Conjunctival swabs were collected from 44 horses (46 eyes) to determine the occurrence of MRSA on the ocular surface of the horse. In the first study, ocular swabs were collected before aseptic preparation (t0), after aseptic preparation (t1) and after surgery (t2). Tissue reaction was monitored at t1. Specimens were analyzed for cultivable aerobic and anaerobic bacteria and fungi. Positive culture swabs were used to measure the effectiveness of PI. In the second study, the conjunctival swabs that were collected before ophthalmic surgery were immediately processed with testing of colonies suspected to be S. aureus was carried out using Vitek2 system (bioMérieux, Lyon) and the presence of MRSA was verified by PCR. Genetic relatedness of all MRSA isolates was investigated by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) and spa-typing. The result of the first study indicated that 0.2% and 1% PI solutions could be used to eliminate bacterial contamination of ocular surface tissue without tissue reaction. However, 0.2% PI proven to be more effective than more concentrated solutions (p= 0.02). Additionally, 0.2% PI concentration significantly reduced Bacillus sp. and coagulase negative Staphylococcus sp. at t1 and t2. MRSA was not positive in our first study. That is why the effectiveness of PI on eliminating MRSA on the ocular surface of animals still undetermined. The results of the second study indicated that the isolation rates of MRSA on the ocular surface of horses were high (13%) 6/46 samples. Molecular typing revealed that all detected MRSA were the spa-type t011. This type is commonly associated with the European livestockassociated MRSA lineage of the clonal complex CC 398 that recently emerged in horses in Germany. Additionally, PFGE revealed that the six MRSA had a very closely related relationship (>90%). According to the history of the patients and the result of the microbiological examination, it can be suggested that this phenomenon was a nosocomial infection. MRSA reported in our study exhibited further resistance towards antibiotics frequently used for topical eye treatment, e.g. fluoroquinolones, tetracycline's, kanamycin and gentamicin. The most effective concentration of PI was proven to be 0.2%. It demonstrated excellent antibacterial activity against Bacillus sp. and coagulase-negative Staphylococcus sp. This study demonstrated a high prevalence of MRSA on the ocular surfaces of equine ophthalmic patients supporting the need for constant bacterial surveillance. More studies are needed on the source of MRSA in equine ophthalmic patients including an environmental factor, standard operation procedures (SOPs), manipulations and diagnostic approaches. The evaluation of the bactericidal activity of antiseptic agents against MRSA on the ocular surface of animals at either higher concentrations of PI or alternative protocols and active components to reduce ocular surface contamination are still needed.

Augeninfektionen bei Tieren können zur Erblindung führen. Die Infektionen können durch Bakterien, insbesondere die Mikrobiota der Bindehaut, des Augenlides und der Nase des Patienten verursacht werden. Bei Beschädigung des Augengewebes, können die opportunistischen Bakterien in das Auge eindringen und zu einer Infektion führen, welche schwierig zu behandeln ist, insbesondere dann, wenn die Bakterien antibiotikaresistent sind, wie MRSA. Deshalb muss der Einsatz eines Antibiotikums sorgfältig überwacht werden, um eine Antibiotikaresistenz zu verhindern. Den Einsatz von Antibiotika zu reduzieren, ist ein globales Ziel. Povidone-Iodine (PI) ist bekannt dafür, dass es gegen Bakterien, Pilze, Viren und Protozoen wirksam ist. Darüber hinaus ist es günstig und verursacht keine Irritation, wenn es unter 1% verdünnt wird. In einer Studie konnte gezeigt werden, dass Neosporin-Augentropfen und die Verabreichung von PI vor Augenoperationen eine ähnliche Reduktion an kultivierten Bakterienkolonien und -spezies verursachten. Deshalb kann PI als Alternative zu Antibiotika genutzt werden. Vierzig Augen: (24 Hunde und 16 Katzen) wurden in je vier Zehnergruppen entsprechend der Konzentrationen von PI 0,1%, 0,2%, 1% und 5% eingeteilt. Vierundsiebzig Augen (48 Hunde und 8 Katzen) wurden zur Beurteilung der antimikrobiellen Aktivität von 0,2% PI beurteilt. Von 44 Pferden (46 Augen) wurden Konjunktivalabstriche gesammelt, um das Auftreten von MRSA auf der Augenoberfläche des Pferdes zu bestimmen. In der PI Studie wurden Augenabstriche vor der aseptischen vorbereitung (t0), nach der aseptischen vorbereitung (t1) und nach der Operation (t2) entnommen. Die Gewebsreaktion wurde zum Zeitpunkt t1 überwacht. Die Proben wurden im Hinblick auf kultivierbare aerobe und anaerobe Bakterien und Pilze analysiert. Die Prävalenz von positiven Kulturabstrichen wurde verwendet, um die Wirksamkeit von PI zu messen. In der MRSA Studie wurden die Bindehautabstriche gesammelt, unmittelbar bevor ophthalmochirurgische Eingriffe erfolgten, und die Identifizierung und Empfindlichkeitsprüfung von S. aureus verdächtigen Kolonien, wurde mit Vitek2 (bioMérieux, Lyon) durchgeführt und das Vorhandensein von MRSA durch PCR verifiziert. Die genetische Verwandtschaft aller MRSA-Isolate wurde mittels Pulsfeld-Gelelektrophorese (PFGE) und Spa-Typisierung untersucht. Das Ergebnis der PI Studie an Kleintiere zeigte, dass Lösungen mit 0,2% und 1% PI verwendet werden könnten, um eine bakterielle Kontamination von Augenoberflächengewebe ohne Gewebereaktion zu eliminieren. 0,2% PI sind hierbei wirksamer als konzentriertere Lösungen (p = 0,02). Zusätzlich reduzierte eine Konzentration von 0,2% PI Bacillus sp. und Koagulase-negative Staphylococcus sp. Zu den Zeitpunkten t1 und t2. In diesen Teil der Studie würde kein MRSA nachgewiesen. Aus diesem Grund wird die Wirksamkeit von PI zur Eliminierung von MRSA auf der Augenoberfläche von Tieren nicht beurteilt werden. Die Ergebnisse der MRSA Studie zeigten, dass die Isolierungsraten mit 6/46 Proben hoch waren (13%). Die molekulare Typisierung ergab, dass alle detektierten MRSA vom Typ t011 sind. Dieser Typ wird üblicherweise mit der europäischen, mit Tieren assoziierten MRSALinie des klonalen Komplexes CC 398 in Verbindung gebracht, die kürzlich auch bei Pferden in Deutschland aufgetreten ist. Darüber hinaus konnte mit der PFGE nachgewiesen werden, dass die sechs MRSA-Keime sehr nah miteinander verwandt waren (> 90%). Nach der Anamnese der Patienten und dem Ergebnis der mikrobiologischen Untersuchung, lässt sich vermuten, dass dieses Phänomen durch eine nosokomiale Infektion begründet war. Die in unserer Studie kultivierten MRSA zeigten weitere Resistenzen gegenüber Antibiotika, die häufig zur topischen Augenbehandlung verwendet werden, wie z.B. Fluorchinolone, Tetracycline, Kanamycin und Gentamicin. Die effektivste Konzentration von PI wurde mit 0,2% nachgewiesen. Es zeigte eine ausgezeichnete antibakterielle Aktivität gegen Bacillus sp. und Koagulase-negative Staphylococcus sp. beim Kleintier. Diese Studie zeigte eine hohe Prävalenz von MRSA auf den Augenoberflächen von equinen Patienten, die die Notwendigkeit einer konstanten bakteriellen Überwachung unterstützen. Weitere Studien zur Quelle von MRSA bei equinen ophthalmologischen Patienten, einschließlich Umweltaspekten, standardisierten Vorgehenssverfahren (SOPs) und Manipulationen sowie diagnostische Ansätze sind erforderlich. Es ist notwendig, die bakterizide Aktivität von Antiseptika gegen MRSA auf der Augenoberfläche des Tieres entweder mit höheren Konzentrationen von PI oder alternativen Protokollen und aktiven Komponenten zur Verringerung der Kontamination der Augenoberfläche zu beurteilen.