Characterization of pneumonia among children under five years of age hospitalized in Thimphu, Bhutan

Abstract

[eng] The general objective of this thesis was to describe the epidemiology, aetiology, clinical presentation, and radiological findings of pneumonia among Bhutanese children to better characterize childhood pneumonia in Bhutan and to contribute to the understanding of this disease in the local context. This thesis also aimed to assess the diagnostic and prognostic performance of host-response biomarkers alone, combined, or in addition to clinical scoring scales to risk-stratify children hospitalized with pneumonia and predict their outcome.

The first article acknowledges the need for local research in Bhutan and comments on the specific challenges experienced when trying to conduct it. The second article is a systematic review that summarizes current knowledge around childhood pneumonia in Bhutan and identifies knowledge gaps in this area. The findings of this review were used as the starting point to guide further research and to establish the objectives of the Respiratory Infections in Bhutanese Children (RIBhuC) study. We reported the findings of the RIBhuC study in articles 3 to 6 of this thesis. In brief, the RIBhuC study took place between 1 July 2017 and 30 June 2018. We prospectively enrolled all children between 2 and 59 months admitted to the Jigme Dorji Wangchuck National Referral Hospital (JDWNRH) in Thimphu with WHO-defined clinical pneumonia, provided parents or caregivers consented to study participation. On admission, we performed a comprehensive physical examination, including anthropometric and vital signs measurements. We recorded demographic and clinical data from medical files and through family interviews. We performed an antero-posterior chest radiograph within 24 hours of admission and classified children according to radiological findings following WHO radiological criteria. We collected blood samples upon enrolment or as soon as possible after enrolment for haematology, biochemistry, and bacterial culture, and two drops of blood on filter paper for the identification of Streptococcus pneumoniae by realtime polymerase chain reaction (RT-PCR). In addition, we measured plasma levels of eleven host-response biomarkers, including six markers of immune and endothelial activation: interleukin-6 (IL-6), interleukin-8 (IL-8), soluble triggering receptor expressed on myeloid cells-1 (sTREM-1), soluble tumour necrosis factor receptor 1 (sTNFR1), angiopoietin-2 (Angpt-2), and soluble fms-like tyrosine kinase 1 (sFlt1). Finally, we collected respiratory samples through nasopharyngeal washing for the molecular identification of seventeen respiratory viruses and four atypical bacteria and the detection and capsular typing of Streptococcus pneumoniae. The third article describes the aetiological profile and the demographic and clinical characteristics of this cohort of children admitted with WHO-defined clinical pneumonia.

The fourth article reports data on the prevalence of pneumococcal nasopharyngeal carriers and on the pneumococcal serotypes circulating among Bhutanese children with clinical pneumonia before the introduction of the pneumococcal conjugate vaccine in the country. We identified and compared respiratory viruses among children with and without pneumococcal nasopharyngeal colonization to contribute to the understanding of the interplay between pneumococcal nasopharyngeal colonization and viral coinfections. The fifth article describes the radiological findings of the RIBhuC cohort and the differences in radiological outcomes by demographic characteristics, aetiology, clinical features, and host-response biomarker levels. We also evaluated the utility of hostresponse biomarkers in discerning between bacterial and viral pneumonia, taking radiological endpoint pneumonia as a proxy for bacterial aetiology. The sixth and last article of this thesis assessed the performance of a wide range of clinical characteristics, laboratory testing, clinical scoring scales, and host-response biomarkers to risk-stratify children with clinical pneumonia in Bhutan and predict their outcome.

[spa] El objetivo principal de esta tesis fue identificar y reducir las lagunas de conocimiento sobre la epidemiologia, la etiologia, la presentacion clinica y los hallazgos radiologicos de la neumonia infantil en Butan para caracterizar esta enfermedad y contribuir a su comprension en el contexto local. Esta tesis tambien tuvo como objetivo evaluar el rol diagnostico y pronostico de ciertos biomarcadores por si solos, combinados o en adicion a escalas de puntuacion clinica para estratificar el riesgo de los ninos hospitalizados con neumonia y predecir su resultado clinico.

El primer artículo senala la necesidad de realizar investigacion a nivel local y comenta los desafios especificos encontrados en un pais como Butan para llevarla a cabo. El segundo artículo es una revision sistematica que resume el conocimiento actual sobre la neumonia infantil en Butan y que identifica las lagunas de conocimiento en este campo. Se utilizaron los resultados de esta revision y las carencias de conocimiento para enfocar los objetivos del estudio RIBhuC (del ingles Respiratory Infections in Bhutanese Children). Se detallan los principales hallazgos del estudio RIBhuC en los artículos 3 a 6 de esta tesis. El estudio RIBhuC se llevo a cabo entre el 1 de julio del 2017 y el 30 de junio del 2018 en el Hospital Nacional de Referencia Jigme Dorji Wangchuck, en Thimphu. Se recluto prospectivamente a todos los ninos entre 2 y 59 meses ingresados por neumonia clinica segun los criterios de la OMS, siempre que los padres o cuidadores aceptaran participar en el estudio. Al ingreso, se realizo un examen fisico completo incluyendo mediciones antropometricas y toma de signos vitales. Se recogieron datos demograficos y clinicos mediante entrevistas con los familiares y a partir del expediente medico. Se realizo una radiografia de torax anteroposterior en las primeras 24 horas del ingreso y se 20 clasificaron los ninos segun los criterios radiologicos de la OMS. Se recogieron muestras de sangre en el momento del reclutamiento, o lo antes posible despues del reclutamiento, para analisis de hematologia y bioquimica, cultivo bacteriano, e identificacion de Streptococcus pneumoniae mediante la reaccion en cadena de la polimerasa en tiempo real a partir de dos gotas de sangre recogidas en papel de filtro. Tambien se midieron los niveles plasmaticos de once biomarcadores de respuesta del huesped, incluyendo seis marcadores de activacion endotelial e inmune: la interleucina-6 (IL-6), la interleucina-8 (IL-8), el receptor de activacion soluble expresado en celulas mieloides-1 (sTREM-1), el receptor soluble del factor de necrosis tumoral 1 (sTNFR1), la angiopoyetina-2 (Angpt-2), y la tirosina quinasa-1 soluble similar a fms (sFlt1). Finalmente, se recogieron muestras respiratorias mediante lavado nasofaringeo para la identificacion molecular de 17 virus respiratorios y 4 bacterias atipicas, asi como para la deteccion y tipificacion capsular neumococica. El tercer artículo describe el perfil etiologico y las caracteristicas demograficas y clinicas de esta cohorte de ninos butaneses ingresados con neumonia clinica. El cuarto artículo presenta la prevalencia de portadores nasofaringeos neumococicos y los serotipos neumococicos circulantes entre los ninos butaneses ingresados con neumonia clinica antes de la introduccion de la vacuna antineumococica conjugada en el pais. Comparamos la prevalencia y tipos de virus respiratorios entre ninos con y sin colonizacion nasofaringea neumococica para contribuir a la comprension de la interaccion entre la colonizacion nasofaringea neumococica y las coinfecciones virales. El quinto artículo describe los hallazgos radiologicos y evalua las diferencias en cuanto a caracteristicas demograficas, etiologicas, clinicas y niveles de biomarcadores segun las caracteristicas radiologicas. En este articulo, tambien se evalua la utilidad de biomarcadores para diferenciar entre neumonia bacteriana y viral, considerando el hallazgo de neumonia radiologica (condensacion, derrame pleural o ambos) como indicador de neumonia bacteriana. El sexto y último artículo de esta tesis evalua el rendimiento de caracteristicas clinicas, pruebas de laboratorio, escalas de puntuacion clinica y biomarcadores para estratificar el riesgo pronostico de los ninos con neumonia clinica en el momento del ingreso y predecir su resultado clinico.