Diagnostic yield of stool culture and predictors for stool culture positivity in hospitalized adult patients with suspected acute bacterial gastroenteritis

Abstract

Hintergrund. Die akute infektiöse Gastroenteritis (AIG) ist mit erheblicher Morbidität, Mortalität und sozioökonomischen Kosten verbunden. Die Stuhlkulturdiagnostik weist weltweit und regional unterschiedliche diagnostische Ausbeuten auf und deren undifferenzierter Einsatz ist mit erheblichen Kosten verbunden. In diesem Kontext mangelt es in Deutschland an belastbaren Daten. Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es, die Ausbeute der Stuhlkulturdiagnostik zu bestimmen und eine Kostenanalyse vorzunehmen. Zudem wurden potentielle Prädiktoren für Stuhlkulturpositivität untersucht. Methoden. Zur Bestimmung der Ausbeute der Stuhlkulturdiagnostik wurden insgesamt 54.674 Stuhlkulturanforderungen ausgewertet. 189 Patienten mit einem positiven Stuhlkulturbefund wurden mit Patienten (n=588) mit einem negativen Stuhlkulturbefund verglichen. Ergebnisse. Die Stuhlkulturausbeute betrug 3,3% bei Patienten, bei denen die Stuhlkulturanforderung innerhalb von 3 Tagen nach Krankenhausaufnahme erfolgte (Number-needed-to-test (NNT=31, geschätzte Kosten ca. 930€ pro positive Stuhlkulturdiagnostik). Die Stuhlkulturausbeute bei Patienten, bei einer Liegedauer von >72 Stunden nach Krankenhausaufnahme betrug 0,65% (NNT=158, geschätzte Kosten ca. €4.740 pro positive Stuhlkultur). Eine Beschränkung der Stuhlkulturanforderungen auf <72 Stunden nach Krankenhausaufnahme hätte schätzungsweise zu einer Einsparung von €56.186 € pro Jahr geführt. Die am häufigsten isolierten Erreger waren Campylobacter spp. (60%) und Salmonella spp. (31%), gefolgt von Aeromonas spp (2,2%), Shigella spp. (5%) und Yersinia spp. (1,8%). Die univariate Analyse zeigte, dass Fieber (≥38°C), erhöhte Stuhlfrequenz (≥4 pro Tag), blutiger Diarrhö, Diarrhö von kurzer Dauer, niedriger Charlson Comorbidty Index, CCI, hohes CRP, Immunsuppression und Bauchschmerzen mit Stuhlkulturpositivität korrelierten. In der multivariaten Analyse zeigten sich Fieber, (OR 2,36, 95% CI:1,79-3,10, p=0,001), erhöhte Stuhlfrequenz (OR 1,38, 95% CI:1,04-1,82, p= 0,013), blutige Diarrhö (OR 0,45, 95% CI:0,20-0,95, p=0,038) und niedriger CCI (OR 0,85, 95% CI:0,78-0,94, p=0,002) als potentielle unabhängige Prädiktoren für Stuhlkulturpositivität. Unter Einbezug dieser Parameter zeigte eine ROC-Analyse eine gute Diskriminierungsfähigkeit (AUC 0,656, CI:0,610-0,702, p=0,001; Sensitivität=62%, Spezifizität=58%). Die Anwesenheit von Fieber erbrachte die größte Area Under the Curve, AUROC=0,698 (CI: 0,639-0,758, p=0,001), gefolgt von erhöhter Stuhlfrequenz, AUROC 0,582 (CI:0,519-0,645, p=0,012). Zusammenfassung. Die Stuhlkulturausbeute bei hospitalisierten Patienten mit Verdacht auf akute bakterielle GE ist niedrig. Eine Beschränkung der Stuhlkulturanforderung auf <3 Tage nach Krankenhausaufnahme würde zu Ersparnissen an Ressourcen führen. Die Kombination aus Fieber und erhöhter Stuhlfrequenz könnte als Entscheidungsgrundlage bei der Stuhlkulturanforderung im Kontext der akuten bakteriellen GE berücksichtigt werden.

Background. Acute infectious gastroenteritis (AIG) is associated with substantial morbidity and mortality and huge socioeconomic costs. Stool culture (SC) studies are the mainstay in the diagnosis of AIG. However, low diagnostic yield and often-indiscriminate requests for SC studies contribute to increased healthcare costs. Robust data regarding SC yield and predictive factors for SC positivity are currently sparse for Germany. We therefore aimed to determine SC yield and associated costs as well as analyze patient factors in adult patients with suspected acute bacterial gastroenteritis. Methods. To determine SC yield, the results of SC requests (n=54,674) between 01 January, 2013 and December 31, 2020 were analyzed. For pathogen identification, positive stool culture results of 498 patients between January 01, 2013 and 31, December, 2020 were analyzed. To investigate patient factors that are associated with stool culture positivity, a cohort of 777 patients comprising those with positive SC results (n=189) and those with negative results (n=588) between January 01, 2014 and December 31, 2018 were analyzed for differences in regard to demographical, clinical and laboratory parameters. Univariate and multivariate analyses were undertaken to identify factors that are associated with SC positivity. Receiver Operating Curve (ROC) analyses were performed to explore patient factors that could hypothetically increase SC yield. Results. The SC yield for samples ≤3 days of admission was 3.3% (numberneeded- to-test, NNT=31, amounting to an estimated total cost of €930 per positive stool culture). SC positivity for samples obtained >72 hours after admission was 0.65% (number-needed to test=158, estimated cost per positive SC=€4,740 per). Limiting SC request to ≤3 days of hospital admission” would have led to estimated savings on average of €56,186 per year. Campylobacter spp. (60%) and Salmonella spp. (31%) were the most common enteric pathogens isolated, followed by Aeromonas ssp. (2.2%), Shigella spp. (5%) and Yersinia spp. (1.8%). In univariate analyses, younger age, fever, increased stool frequency (≥4 per day), bloody stools, a shorter duration of diarrhoea, a low Charlson Comorbidity Index, high CRP levels, immunosuppression and abdominal pain were associated with SC positivity. In multivariate analyses, a combination of fever (≥38°C; OR 2.36, 95 % CI: 1.79-3.10, p=0.001), increased stool frequency (≥4 per day; OR 1.38, 95 % CI:1.04-1.82, p=0.013), the absence of bloody stools (OR 0.45, 95 % CI:0.20-0.95, p=0.038), and a lower Charlson Comorbidity Index, CCI (OR 0.85, 95 % CI:0.78-0.94, p=0.002) were independently associated with SC positivity. A ROC analysis showed good diagnostic accuracy (AUC 0.656, CI:0.610- 0.702, p=0.001; sensitivity=62; specificity=58%. Fever yielded the largest area under the curve, AUROC=0.698 (CI: 0.639-0.758, p=0.001), followed by increased stool frequency, AUROC=0.582 (CI:0.519-0.645, p=0.012). Conclusions. The stool culture yield in hospitalized adult patients with suspected acute bacterial is low. Limiting the request for stool culture studies to ≤3 days of hospital admission could lead to significant resource savings. The inclusion of fever (≥38°C) and increased stool frequency (≥4 per day) in the clinical decision-making in suspected acute bacterial gastroenteritis could contribute to a discerning request for SC studies and could thus lead to containment of hospital costs.