血液培養陽性菌の季節変動

Abstract

血流感染症や血液培養陽性菌の季節変動に関する研究は少ない。本研究は血液培養陽性菌の季節変動と気候との関連を明らかにすることを目的とした。当院で2005年1月から2014年12月までの10年間に行われた血液培養30,945検体を対象とした。延べ入院患者1,000人日あたりの血液培養陽性件数を血液培養陽性率（blood culture positive rate; BCPR）とし，月，季節に分けて検討し，さらに気候との関連を調査した。BCPRは春と比較して夏に高く，気温，湿度と有意な関連を認めた。これはグラム陰性桿菌（gram-negative rods; GNR），Bacillus属が主因であった。Coaglase-negative Staphylococci，Bacillus属，Enterococcus属のBCPRは気温と正の相関を認めた。一方，GNR，Candida属のBCPRは湿度と正の相関を，Staphylococcus aureusのBCPRは湿度と負の相関を認めた。血液培養陽性菌は菌種によって季節変動があり，気温，湿度と関連する。

Translated Abstract

There have been a few studies on the seasonal variation of bloodstream infections or microorganisms isolated from blood cultures. The aim of this study was to clarify the seasonal variation of microorganisms isolated from blood cultures and their relationship with the climate. A total of 30,945 blood cultures over 10 years between January 2005 and December 2014 were included in this study. Blood culture positivity rate (BCPR) was defined as the number of infection- or microorganism-positive blood cultures per 1,000 person-days of hospital admissions, which were analyzed monthly or seasonally. The BCPR was significantly higher in the summer than in the spring, and positively correlated with temperature or humidity, primarily owing to the seasonal variation of gram-negative rods (GNRs) and Bacillus spp. The BCPRs of coagulase-negative staphylococci, Bacillus spp., and Enterococcus spp. positively correlated with temperature, while the BCPRs of GNRs and Candida spp. positively correlated with humidity; however, the BCPR of Staphylococcus aureus negatively correlated with humidity. Overall, the BCPR showed seasonal variations and was associated with temperature and humidity depending on the bacterial strain.

I　 はじめに

脳卒中，心血管疾患，消化管疾患などでは季節変動があることが知られている^1)～5)。血流感染症や血液培養陽性菌の季節性変動に関しては様々な議論があり，グラム陰性桿菌（gram-negative rods; GNR）による血流感染症が夏に多いことがこれまで報告されてきた^6)～15)。本邦における血流感染症や血液培養陽性菌の季節性変動に関する報告は少ないが^12),15)，血液培養陽性菌の季節性変動を知ることは診断，治療，感染対策，疫学研究などの観点から意義がある。本研究は当院における血液培養陽性菌の季節性変動，気候との関連を明らかにすることを目的とした。

II　 対象と方法

当院は名古屋市西部に位置する病床数852の急性期の地域医療支援病院である。当院で2005年1月から2014年12月までの10年間に行われた血液培養（以下，血培）71,966セットのうち30,945検体を対象とした。同一患者から同月内に採取した血培は，セット数にかかわらず1検体とし，同一菌種が同月内に複数回検出された場合は1件として集計した。1検体から複数の菌種が検出された場合はそれぞれの菌を集計した。培養には全自動血液培養装置BacT/ALERT3D（Sysmex bioMérieux）を使用した。2005年1月から2013年8月は培養ボトルとしてSA培養ボトル，FA培養ボトル（それぞれ好気用），SN培養ボトル，FN培養ボトル（それぞれ嫌気用），PF培養ボトル（小児用）を使用し，2013年9月から2014年12月はFA Plus培養ボトル（好気用），FN Plus培養ボトル（嫌気用），PF Plus培養ボトル（小児用）を使用した。細菌の同定には，2005年1月から2012年6月は用手法（同定検査キットや確認培養による生化学性状の鑑別）またはMicroScan WalkAway（Beckman Coulter）を使用し，2012年7月から2014年12月はVITEK MS（Sysmex bioMérieux）を使用した。

血培陽性率は入院患者数，病床利用率など病院の活動度に影響を受けるため，延べ入院患者1,000人日あたりの血培陽性件数を血培陽性率（blood culture positive rate; BCPR）とし，月，季節（春：3，4，5月，夏：6，7，8月，秋：9，10，11月，冬：12，1，2月）でその変動を検討した。またBCPRと当院の位置する名古屋市の気候（気温，湿度，気圧，降水量，雨天日数，日照時間）との関連を検討し，さらに菌種別にこれを検討した。2005年から2014年の名古屋市の気候に関する情報は，気象庁ホームページから入手した。

BCPRの周期性変動をスペクトル分析（Fisher’s kappa test, Bartlett Kolmogorov-Smirnov test）で解析し，群間の比較，関連性を一元配置分散分析，多重解析（Bonferroni-Dunn），Spearman順位相関係数を用いて検討した。p < 0.05を統計学的に有意とし，統計的解析はJMP, version 11（SAS Institute, Japan）を用いた。

本研究は当院の臨床研究審査委員会の承認を受けている（登録番号：2017-110）。

III　 結果

1． 検出菌種

対象期間10年間の血培陽性率（陽性セット数／総セット数）は10.2%（7,313セット／71,966セット），複数セット採取率（（総セット数－1セット採取数）／総セット数）は34.0%（24,492セット／71,996セット）であった。複数セット採取率は2005年：5.2%，2014年：63.6%と漸増していた。BCPRは1.84（件／1,000人日）であった。検出菌はGNR（嫌気性菌を除く），Staphylococcus属，Streptococcus属，Bacillus属，Enterococcus属，Candida属の順に多かった。GNRはEscherichia coli，Klebsiella pneumoniae，Pseudomonas aeruginosa，Enterobacter属の順に多かった（Table 1）。

Table 1  菌種別の血液培養陽性件数および血液培養陽性率（BCPR）

	陽性件数 （%）	BCPR （件／1,000人日）
Gram-negative rod（GNR）	1,895（35.4%）	0.69
Esherichia coli	731（13.7%）	0.27
Klebsiella pneumoniae	320（6.0%）	0.12
Pseudomonas aeruginosa	228（4.3%）	0.08
Enterobacter属	109（2.0%）	0.04
Staphylococcus属	1,600（29.9%）	0.58
Coaglase-negative Staphylococci	1,056（19.7%）	0.38
Staphylococcus aureus	544（10.2%）	0.20
Streptococcus属	567（10.6%）	0.21
Bacillus属	387（7.2%）	0.14
Enterococcus属	258（4.8%）	0.09
Candida属	136（2.5%）	0.05
その他	511（9.5%）	0.19
全菌種	5,354（100.0%）	1.84

2． 月別BCPR

Figure 1に10年間の月別のBCPRの変動を示す。月別のBCPRに周期性変動を認めた（Fisher’s kappa = 35.89, Bartlett Kolmogorov-Smirnov statistic = 0.8217, p < 0.001）。Figure 2に月別のBCPRを示す。3月，4月が低く，8月が最も高かった（一元配置分散分析，p = 0.014）。3月と比較して8月のBCPRは1.50倍（95%信頼区間（CI）：1.11–1.88）であった。Figure 3にGNRの月別BCPRを示す。GNRのBCPRにも同様な月別変動を認め，3月，4月が低く，7月に最も高かった（一元配置分散分析，p < 0.001）。4月と比較して7月のGNRのBCPRは1.90倍（95%CI: 1.40–2.40）であった。図には示していないが，GNRの中ではK. pneumoniaeのBCPRに有意な月別変動を認め，3月が低く，10月が最も高かった（一元配置分散分析，p = 0.017）。GNR以外の菌種のBCPRに有意な月別変動を認めなかった。

Figure 1 10年間の血液培養陽性率（BCPR）の変動

月別のBCPRに周期性変動を認める。

Figure 2 月別の血液培養陽性率（BCPR）

BCPRに有意な月別変動を認める。3月，4月のBCPRが低く，8月のBCPRが最も高い。

Figure 3 グラム陰性桿菌（GNR）の月別の血液培養陽性率（BCPR）

GNRのBCPRに有意な月別変動を認める。3月，4月のBCPRが低く，7月のBCPRが最も高い。

3． 季節別BCPR

Figure 4に季節別BCPRを示す。BCPRに有意な季節別変動を認め，春が低く，夏が最も高かった（一元配置分散分析，p < 0.001）。春と比較して夏のBCPRは1.27倍（95%CI: 1.08–1.47）であった。菌種別ではGNR，Bacillus属のBCPRに有意な季節別変動を認め（一元配置分散分析，それぞれp < 0.001，p = 0.043），GNRのBCPRは春に低く，夏に最も高く，夏のBCPRは春と比較して1.28倍（95%CI: 1.08–1.47）であった（Figure 5）。図には示していないが，GNRの中ではE. coliにこの傾向が顕著であった（p = 0.019）。またK. pneumoniaeのBCPRは春に低く，秋に高かった（p = 0.029）。Bacillus属のBCPRは冬に低く，夏に最も高く，冬と比較した夏のBCPRは2.03倍（95%CI: 0.93–3.12）であった（Figure 5）。

Figure 4 季節別の血液培養陽性率（BCPR）

BCPRに有意な季節別変動を認める。春のBCPRが低く，夏のBCPRが高い。

Figure 5 グラム陰性桿菌（GNR）とBacillus属の季節別の血液培養陽性率（BCPR）

GNR，Bacillus属のBCPRに有意な季節別変動を認める。GNRのBCPRは春に低く，夏に高い。Bacillus属のBCPRは冬に低く，夏に高い。

4． 気候とBCPRの関係

名古屋市の気温・湿度とBCPRとの関係をFigure 6, 7に示す。月別のBCPRと名古屋市の月別平均気温，平均湿度には弱い有意な正の相関を認めたが（それぞれR = 0.276，p = 0.0026，R = 0.198，p = 0.031），気圧，降水量，雨天日数，日照時間との間には有意な相関を認めなかった。

Figure 6 気温と血液培養陽性率（BCPR）との関係

BCPRと気温に弱い有意な正の相関を認める。

Figure 7 湿度と血液培養陽性率（BCPR）との関係

BCPRと湿度に弱い有意な正の相関を認める。

菌種別のBCPRと気温・湿度との相関をTable 2に示す。GNR，CNS，Bacillus属，Enterococcus属のBCPRは気温との間に弱い有意な正の相関を認め，GNR（特にK. pneumoniae），Candida属のBCPRは湿度との間に弱い有意な正の相関を認めた。一方，S. aureusのBCPRと湿度の間には弱い有意な負の相関を認めた（Figure 8）。Table 3に菌種別にBCPRの月別変動，季節別変動，気温・湿度との相関をまとめた。

Table 2  菌種別の血液培養陽性率（BCPR）と気温・湿度との相関

	気温との相関		湿度との相関
	R	p-value	R	p-value
Gram-negative rod（GNR）	0.299	0.0011	0.383	< 0.001
Esherichia coli	0.119	0.20	0.171	0.063
Klebsiella pneumoniae	0.157	0.086	0.313	< 0.001
Pseudomonas aeruginosa	0.147	0.11	0.161	0.080
Enterobacter属	0.097	0.29	0.161	0.080
Staphylococcus属	0.088	0.34	0.007	0.94
Coaglase-negative Staphylococci	0.187	0.042	0.106	0.25
Staphylococcus aureus	−0.129	0.16	−0.201	0.028
Streptococcus属	−0.160	0.080	−0.074	0.42
Bacillus属	0.365	< 0.001	0.131	0.15
Enterococcus属	0.208	0.023	0.076	0.41
Candida属	0.085	0.35	0.204	0.026
全菌種	0.276	0.0026	0.198	0.031

Table 3  血液培養陽性率（BCPR）の月別・季節別変動，気温・湿度との相関

	月別変動	季節別変動	気温との相関	湿度との相関
Gram-negative rod（GNR）	7月に高い	夏に高い	正	正
Esherichia coli	―	夏に高い	―	―
Klebsiella pneumoniae	10月に高い	秋に高い	―	正
Pseudomonas aeruginosa	―	―	―	―
Enterobacter属	―	―	―	―
Staphylococcus属	―	―	―	―
Coaglase-negative Staphylococci	―	―	正	―
Staphylococcus aureus	―	―	―	負
Streptococcus属	―	―	―	―
Bacillus属	―	夏に高い	正	―
Enterococcus属	―	―	正	―
Candida属	―	―	―	正
全菌種	8月に高い 3，4月に低い	夏に高い 春に低い	正	正

―：変動なし，もしくは有意な相関なし

Figure 8 S. aureusにおける湿度と血液培養陽性率（BCPR）との関係

S. aureusのBCPRと湿度の間に弱い有意な負の相関を認める。

IV　 考察

本研究は10年間にわたって血培陽性菌を調査し，血培陽性率には季節性変動があり，これは主にGNR，Bacillus属が主因であること，また血培陽性率は菌種によって気温，湿度と関連があることを明らかにした。

我々が検索しえた限りでは（医学中央雑誌（1977年－2017年）およびPubMed（1950年－2017年），キーワード：「血流感染／bloodstream infection」，「血液培養／blood culture」，「季節／season」（会議録を除く）），血流感染症あるいは血培陽性菌の季節性変動に関するこれまでの報告は9編であった（Table 4）^6)～14)。E. coliやK. pneumoniaeなどのGNRによる血流感染症の季節性変動が複数の論文で報告されている^{6)～9),11),13)～14)}。本邦からは，加藤ら¹²⁾によってBacillus cereusによる血流感染症が夏に多いことが報告されている。これらの結果は，本研究結果とおおむね一致している。

Table 4  血液培養陽性菌の季節変動に関するこれまでの報告

No.	年	著者	地域，国	緯度	気候	血液培養検体数	菌種	頻度の高い時期
1	2008	Anderson DJ6)	Northcarolaina, USA	35°59'N	温帯	1,189	K. pneumoniae	warm months
			Marseille, France	43°18'N
			Melbourne, Australia	37°49'N
			Taipei, Taiwan	25°01'N
2	2009	Al-Hasan MN7)	Kentucky, USA	38°01'N	温帯	461	E. coli	warm months (June–September)
3	2011	Chazan B8)	Jezreel Valley, Israel	32°37'N	温帯	983	E. coli	Summer (May–October)
4	2011	Eber MR9)	132 hospitals in USA		亜熱帯	211,697	E. coli	Summer
							K. pneumoniae
							P. aeruginosa
							Acinetobacter sp.
5	2011	Al-Hasan MN10)	Kentucky, USA	38°01'N	温帯	38	Enterobacter sp.	変動なし
6	2013	Alcorn K12)	Queensland, Australia	27°57'S	温帯	841	GNB	Summer (December–February)
7	2014	Kato K12)	Kyoto, Japan	35°00'N	温帯	51	B. cereus	Summer (June–September)
8	2015	Deeny SR13)	London, UK	51°30'N	温帯	79,155	E. coli	Summer
9	2015	Caldeira SM14)	Brazil	22°53'S	温帯	1,417	GNB	season with high temperature
							A. baumannii
10		Oya	Nagoya, Japan	35°10'N	温帯	30,945	GNR	Summer (June–August)
							Bacillus sp.

GNB: Gram-negative bacilli, GNR: Gram-negative rods

本研究では菌種によって血培陽性率と気温，湿度との間に有意な相関を認めた。これはヒト（宿主）の環境，菌種による至適発育条件が異なるためであろう。血液培養が陽性となる原因として，一般にGNRによる尿路感染症が多いことと関連があると報告されてきた^16),17)。Falagasら¹⁸⁾は尿路感染症は気温と正の相関があるとし，Rossignolら¹⁹⁾は尿路感染症は夏に多いと報告している。一方，Trentら²⁰⁾，Raetzら²¹⁾は，気温の上昇はGNRの病原性増強と関連すると報告している。

GNRとCandida属の血培陽性率は湿度と正の相関を認めた。これらの菌は一般に湿潤環境を好み，湿度が高い時期は菌の定着，増殖に有利であるからであろう。また名古屋市では気温の高い夏には湿度も高いため，GNRの血培陽性率は気温と湿度の両者に有意な相関を示したと考えられる。

Enterococcus属はGNRと同様，尿路感染症や胆道感染症の原因菌となる。Hosseiniら²²⁾は胆嚢炎は夏に多いと指摘し，Liuら²³⁾は胆嚢摘出術件数と気温との正の相関を報告している。これらの報告はEnterococcus属の血培陽性率と気温に正の相関を認めた本研究結果を支持している。

CNSやBacillus属は皮膚や環境中に生息する。気温の高い時期には皮膚の衛生状態が悪化し，環境中の菌が増殖しやすくなるため，カテーテル関連の血流感染症，血培陽性率が高くなると考えられる。また夏は衛生状態が悪化しやすいため，血液採取時のコンタミネーション増加と関連している可能性がある。一方，乾燥はこれらの細菌の不活化に関連するため，本研究では湿度の低い3，4月（春）に血液培養陽性率が低かったと考えられる。

興味深いことに，本研究ではS. aureusの血培陽性率は湿度との間に負の相関を認めた。我々が検索しえた限りでは，同様の報告はない。S. aureusは乾燥ストレスに耐性をもち，湿度の低い環境では他の菌よりも増殖しやすいこと^24),25)，あるいは肺炎などの気道感染症が湿度の低い時期に多いことと関連している可能性がある²⁶⁾。

この研究にはいくつかの考慮すべき制限がある。第一に，血培陽性例において市中発症と院内発症を区別していない。空調設備の整った院内環境でもBCPRに季節性が認められるかを今後，検討すべきであろう。第二に，年齢，性別，基礎疾患などの患者背景や，血培陽性に至った原因疾患，感染症を調査していない。どのような患者・病態に血培陽性率が高いかを明らかにすることで，血培陽性率の季節性変動の原因がより明らかとなるだろう。第三に，本研究は血培陽性率を検討項目としており，コンタミネーション・血流感染症を区別していない。両者の判別のためには複数セットでの血培採取結果，血培採取状況，臨床所見などの情報が必要だが，本研究では考慮していないからである。これらの制限はあるが，本研究は10年間の3万件を超える血液培養検体を対象として，血培陽性菌の季節性変動を明らかにした。加えて，本研究は菌種によって気温，湿度と関連があることを示した数少ない研究の1つである。血培陽性率，陽性菌の季節性変動を理解することは，診断，治療，感染対策などの観点から意義がある。季節により特定の細菌による血培陽性率が上昇するとの認識があれば，感染対策やエンピリック治療の向上につながる可能性があるからである。

季節や気候の変化は細菌と宿主の両方に影響を及ぼすため，血培陽性率の季節性変動には様々な要因が関連している。血培陽性率の季節性変動をより理解するためには，患者背景，原因疾患，病態，環境，細菌の病原性の観点から，さらなる研究が必要である。

COI開示

本論文に関連し，開示すべきCOI 状態にある企業等はありません。

文献

• 1)   Rothwell  PM et al.: “Is stroke incidence related to season or temperature? The Oxfordshire Community Stroke Project,” Lancet, 1996; 347: 934–936.
• 2)   Sheth  T et al.: “Increased winter mortality from acute myocardial infarction and stroke: The effect of age,” J Am Coll Cardiol, 1999; 33: 1916–1919.
• 3)   Lewis  JD et al.: “Seasonal variation in flares of inflammatory bowel disease,” Gastroenterology, 2004; 126: 665–673.
• 4)   Adler  JT et al.: “Seasonal variatino in diverticulitis: Evidence from both hemispheres,” Dis Colon Rectum, 2016; 59: 870–877.
• 5)   Fares  A: “Global patterns of seasonal variation in gastrointestinal diseases,” J Postgrad Med, 2013; 59: 203–207.
• 6)   Anderson  DJ et al.: “Seasonal variation in Klebsiella pneumoniae bloodstream infection on 4 continents,” J Infect Dis, 2008; 197: 752–756.
• 7)   Al-Hasan  MN et al.: “Seasonal variation in Escherichia coli bloodstream infection: A population-based study,” Clin Microbiol Infect, 2009; 15: 947–950.
• 8)   Chazan  B et al.: “Seasonal variation in Escherichia coli bloodstream infections in northern Israel,” Clin Microbiol Infect, 2011; 17: 851–854.
• 9)   Eber  MR et al.: “Seasonal and temperature-associated increases in gram-negative bacterial bloodstream infections among hospitalized patients,” PLoS One, 2011; 6: e25298.
• 10)   Al-Hasan  MN et al.: “Temporal trends in Enterobacter species bloodstream infection: A population-based study, 1998–2007,” Clin Microbiol Infect, 2011; 17: 539–545.
• 11)   Alcorn  K et al.: “Seasonal variation in health care-associated bloodstream infection: Increase in the incidence of gram-negative bacteremia in nonhospitalized patients during summer,” Am J Infect Control, 2013; 41: 1205–1208.
• 12)   Kato  K et al.: “Seasonal trend and clinical presentation of Bacillus cereus bloodstream infection: Association with summer and indwelling catheter,” Eur J Clin Microbiol Infect Dis, 2014; 33: 1371–1379.
• 13)   Deeny  SR et al.: “Seasonal changes in the incidence of Escherichia coli bloodstream infection: Variation with region and place of onset,” Clin Microbiol Infect, 2015; 21: 924–929.
• 14)  Caldeira SM et al.: “Weather parameters and nosocomial bloodstream infection: A case-referent study,” Rev Saude Publica, 2015; 49: 19.
• 15)   酒井  力，他：「悪性腫瘍に合併したBacillus cereus菌血症19例の臨床細菌学的検討―最近の多発の背景について―」，臨床と微生物，2009; 36: 373–378.
• 16)   押田  裕喜，他：「尿路性敗血症を呈する尿路感染症の特徴」，感染症学雑誌，2014; 88: 678–684.
• 17)   山本  新吾，他：「JAID/JSC感染症治療ガイドライン2015―尿路感染症・男性性器感染症―」，日本化学療法学会雑誌，2016; 64: 1–30.
• 18)   Falagas  ME et al.: “Effect of meteorological variables on the incidence of lower urinary tract infections,” Eur J Clin Microbiol Infect Dis, 2009; 28: 709–712.
• 19)   Rossignol  L et al.: “A method to assess seasonality of urinary tract infections based on medication sales and google trends,” PLoS One, 2013; 8: e76020.
• 20)   Trent  MS: “Biosynthesis, transport, and modification of lipid A,” Biochem Cell Biol, 2004; 82: 71–86.
• 21)   Raetz  CR et al.: “Lipid A modification systems in gram-negative bacteria,” Annu Rev Biochem, 2007; 76: 295–329.
• 22)   Hosseini  SV et al.: “The effect of season and Ramadan fasting on the onset of acute cholecystitis,” Saudi Med J, 2006; 27: 503–506.
• 23)   Liu  CM et al.: “The correlation between cholecystectomy and seasonal impact in Taiwan,” Chin J Physiol, 2014; 57: 48–56.
• 24)   Maudsdotter  L et al.: “Staphylococcus aureus dry stress survivors have a heritable fitness advantage in subsequent dry exposure,” Microbes Infect, 2015; 17: 456–461.
• 25)   Chaibenjawong  P et al.: “Desiccation tolerance in Staphylococcu aureus,” Arch Microbiol, 2011; 193: 125–135.
• 26)   Mäkinen  TM et al.: “Cold temperature and low humidity are associated with increased occurrence of respiratory tract infections,” Respir Med, 2009; 103: 456–462.