Trends in central line-associated bloodstream infections in pediatric intensive care units: a single-center study

Yu Gyoung Bak; Won Kyoung Jhang

doi:10.32990/apcc.2024.00185

Arch Pediatr Crit Care > Volume 2(2); 2024 > Article

소아 중환자실에서 중심정맥관 관련 혈류 감염의 양상: 단일 기관 연구

Original Article

Arch Pediatr Crit Care 2024; 2(2): 96-102.

Published online: December 27, 2024

DOI: https://doi.org/10.32990/apcc.2024.00185

소아 중환자실에서 중심정맥관 관련 혈류 감염의 양상: 단일 기관 연구

박유경

, 장원경

울산대학교 의과대학 소아청소년과학교실

Trends in central line-associated bloodstream infections in pediatric intensive care units: a single-center study

Yu Gyoung Bak

, Won Kyoung Jhang

Department of Pediatrics, Asan Medical Center Children’s Hospital, University of Ulsan College of Medicine, Seoul, Korea

Correspondence to: Won Kyoung Jhang Division of Pediatric Critical Care, Department of Pediatrics, Asan Medical Center Children’s Hospital, University of Ulsan College of Medicine, 88 Olympic-ro 43-gil, Songpa-gu, Seoul 05505, Korea Email: wkjhang@amc.seoul.kr

Received December 7, 2024 Revised December 12, 2024 Accepted December 15, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

Background

Central line-associated bloodstream infection (CLABSI) is the most common type of healthcare-associated infection in children. It can cause several morbidities and mortality, prolonging the hospital stay and increasing health care costs. Therefore, the effective management of CLABSI is crucial, especially in critically ill pediatric patients.

Methods

This was a retrospective single-center cohort study in a 14-bed multidisciplinary pediatric intensive care unit (PICU). Patients admitted to the PICU from January 1, 2014 to December 31, 2023 who had a central venous catheter and were diagnosed with CLABSI were included. We reviewed the electrical medical records of these patients, focusing on trends in CLABSIs and the evaluation of management interventions.

Results

In total, 119 CLABSI cases were identified. There were 67 (56.3%) Gram-negative infections. However, the most common causative organism was Staphylococcus aureus in 22 (18.5%). Thirty cases (25.2%) were infected by multi-drug resistant organisms. During the 10 years, the number of CLABSIs per 1,000 device-days decreased with several management interventions, including central line bundle, changes in dressing methods, education, and monitoring with monthly reports. In particular, the implementation of 2% chlorhexidine bathing significantly decreased CLABSIs.

Conclusion

CLABSI remains a significant health care issue leading to morbidity and mortality. From 2014 to 2023, CLABSIs decreased with the implementation of several management interventions in our PICU. A further nationwide multicenter prospective study on the characteristics of CLABSI and the effect of management interventions for prevention in critically ill children are required.

Key Words: Pediatrics; Central venous catheter; Bloodstream infection; Health care associated infection

서론

현대 의학이 발전함에 따라 중환자 관리도 향상되면서 중환자들의 생존율은 많이 향상되었지만, 여러 침습적 기구의 사용 빈도 또한 증가하면서 의료 관련 감염(healthcare-associated infections)이 중요한 문제로 대두되게 되었다. 그중 중심정맥관 관련 혈류 감염(central line-associated bloodstream infections)은 소아 환자들에게 있어서 가장 흔한 의료 관련 감염으로 여러 가지 합병증을 초래하면서 이환율, 병원 재원 기간 및 의료비용의 상승을 초래하게 된다[1-3].

소아 중환자의 경우 선천성 질환을 포함하여 다양한 기저 질환들에 따른 항암제, 항균제, 정맥 영양제 등을 포함한 다양한 고농도, 고위험 약물들이 자주 사용되고, 다량의 수액이나 혈액 제제를 투여해야 하는 경우가 많다. 또한, 빈번한 혈액 검사가 필요하지만, 채혈이 어려운 경우도 많으며 혈액 투석이나 혈장 교환술과 같이 침습적 처치가 필요한 경우 중심정맥관의 사용이 필수적인 경우가 많다. 그러나 소아는 성인에 비해 작은 크기에 따른 제한적인 혈관 접근성으로 인해 시술이 더 어렵고, 삽입된 중심정맥관을 장기간 유지해야 하는 경우도 많으므로 이와 관련한 삽입 및 유지 과정에서 혈류 감염 발생의 위험이 커지게 된다.

미국의 경우 50여 년 전부터 미국 질병통제예방센터(Centers for Disease Control and Prevention)에서 표준화된 방법과 정의에 따라 의료 관련 감염률을 보고하고 있고 국제적으로는 2002년 국제 병원 내 감염 관리 협회(International Nosocomial Infection Control Consortium)가 설립되어 의료 관련 감염률 조사와 관리를 위한 큰 노력을 해오고 있다[4,5]. 그러나 우리나라의 경우 이에 비해서는 뒤늦게 의료 관련 감염에 관한 관심을 가지게 되었고 특히 소아 중환자들의 의료 관련 감염에 대한 체계적인 조사 및 보고는 드문 실정이다.

이에 본 연구에서는 지난 10년간 본원 소아 중환자실에 입실하여 중심정맥관 관련 혈류 감염으로 진단된 환아들을 대상으로 소아 중환자에서의 중심정맥관 관련 혈류 감염의 임상 양상에 대해 알아보고자 한다.

방법

본 연구는 헬싱키 선언(Declaration of Helsinki)에 따라 서울 아산 병원 임상 연구 심의위원회의 승인(IRB No. 2024-1372)을 받았으며, 연구 동의는 면제 받았다.

자료 수집

본 연구는 2014년 1월 1일부터 2023년 12월 31일까지 서울 아산 병원 어린이병원 소아 중환자실에 입실하여 중심정맥관 관련 혈류 감염으로 진단된 19세 미만의 환아 119명을 대상으로 하였다. 중심정맥관 관련 혈류 감염의 진단은 미국 질병통제예방센터(National Healthcare Safety Network)의 진단 기준에 따라 (1) 중심정맥관이 삽입되어 있는 환자에서 임상 진단이나 치료 목적으로 시행한 배양 검사 결과 혈액 검체에서 1개 이상 인정된 병원체가 분리된 경우, (2) 38 °C 이상의 발열, 오한, 저혈압 중 최소 한 가지 이상의 증상 및 징후를 보이면서 임상 진단이나 치료 목적으로 시행한 배양 검사 결과 2회 이상 따로 채혈한 혈액 검체에서 보통의 피부 상재균이 확인된 경우, (3) 1세 이하 영아에서 38 °C 이상의 발열, 오한, 저혈압, 서맥 중 최소 한 가지 이상의 증상 및 징후를 보이면서 임상 진단이나 치료 목적으로 시행한 배양 검사 결과 2회 이상 따로 채혈한 혈액 검체에서 보통의 피부 상재균이 확인된 경우로 정의하였다.

대상 환아들에 대한 후향적 의무 기록 검토를 통해 환아들의 소아 중환자실 입실 당시 기본 정보, 중심 정맥관 삽입 날짜, 삽입 장소, 삽입 위치, 유지 기간, 중심정맥관 관련 혈류 감염 발생일, 원인 동정균, 중심정맥관 말단 배양 검사 여부 및 균 동정 결과, 소아 중환자실 재실 기간 중 사망 여부, 사망 일자, 중심정맥관 관련 혈류 감염 사망 여부, 매해 중심정맥관 사용 비율, 1,000 기구 일수 감염률, 중심정맥관 관련 혈류 감염 감소를 위한 중재 활동 등의 자료들을 조사하였다.

통계 분석

모든 자료의 정리는 IBM SPSS version 21.0 (IBM Corp.)을 이용하여 시행하였다. 기술 통계 및 빈도 분석을 시행하였고 연속 변수의 경우 평균 및 표준 편차 또는 중간값 및 사분위수 범위로 기록하였다.

결과

대상 환자들의 특성

대상 환자 119명의 나이 중간값(25–75 백분위 값)은 26.9개월(5.7–94.1)이었고 남아가 67명(56.3%)이었다. 기저질환으로는 심장질환 환아가 46명(38.7%)으로 가장 많았다. 중심정맥관 관련 혈류 감염의 원인균으로는 그람 음성균에 의한 경우가 56.3%로 가장 많았다. 중심정맥관 삽입 부위는 내경정맥과 대퇴정맥이 동일하게 37.8%로 나타났다. 소아 중환자실 입실 기간 중 사망은 42명(35.3%)이었고 그 중 중심정맥관 관련 혈류 감염 발생 30일 이내 사망은 25명이었다(Table 1). 감염의 원인 균주 중에는 Staphylococcus aureus가 22명에서 가장 많이 동정 되었고 이 중 68.2%는 다제내성균으로 나타났다. 그람 음성균 중에서 가장 많이 분리된 균은 Pseudomonas aeruginosa로 이 중 62.5%가 다제내성균으로 확인되었다(Table 2).

연도별 1,000 기구 일수당 중심정맥관 관련 혈류 감염률 및 중재 노력

지난 10년간 본원 소아 중환자실의 중심정맥관 관련 혈류 감염률은 전반적으로 감소 추세를 보였다(Fig. 1). 2013년 중심정맥관 번들(삽입, 유지, 필요성 검토)의 도입을 시작으로 이후에도 중심정맥관 관련 혈류 감염 감소를 위한 다양한 중재적 노력을 지속해 왔는데, 기본적인 중심정맥관 번들 준수 지침에도 불구하고 2016년 1,000 기구 일수당 중심정맥관 관련 혈류 감염률이 증가 추세를 보임에 따라, (1) 항생제 함유 중심정맥관 사용, (2) 대퇴정맥용 중심정맥관 삽입(드레싱) 시 피부 소독 방법 개선 및 교육, (3) 중심정맥관 삽입 부위 chlorhexidine gluconate 함유 드레싱 시행, (4) 대퇴정맥용 중심정맥관 라인 소독 방법 도입, (5) 중심정맥관 필름 드레싱 범위 확대, (6) 대퇴용 중심정맥관 드레싱 보호 비닐 사용, (7) 중심정맥관 허브(hub)에 무침캡(needleless connector) 사용, (8) 혈액 투석관 유지 환자 중 혈액 배양 양성 환자의 경우 투석용 중심정맥관 제거 시까지 삽입 부위 베타딘 연고 적용, (9) 혈액 배양 검사 결과가 양성이나 중심정맥관 제거 또는 교환이 어려운 환자의 경우 항생제 잠금 치료(antibiotic lock therapy) 시행 등 중심정맥관 관련 혈류 감염 감소 지침을 추가 적용하였고 그 결과 다음 해인 2017년에는 1,000 기구 일수당 중심정맥관 관련 혈류 감염률이 2.6%까지 감소하였다(Table 3). 이후에도 의료진 교육 강화 및 가장 최근 2% 클로르헥시딘 침상 목욕 소아 지침 마련 등 꾸준한 개선 노력을 지속하여 2023년 1,000 기구 일수당 중심정맥관 관련 혈류 감염률은 1.2%까지 감소하였다.

고찰

소아 중환자들에서 중심정맥관 관련 혈류 감염은 여러 가지 합병증 및 중환자실 재실 기간의 연장, 병원 재원 기간의 장기화 및 사망까지도 초래할 수 있는 중요한 의료 관련 감염 문제이다[6-8]. 중심정맥관 관련 혈류 감염에 영향을 미치는 요소로는 크게 환자 관련 인자들, 기구 관련 요소들, 의료인 또는 환경 관련 요소들로 나누어 볼 수 있는데 지금까지 보고된 발생 위험 인자로는 환자의 기저 질환의 종류, 중증도, 중심정맥관의 종류, 개수, 삽입 위치, 거치 기간, 관 내강의 개수 등이 보고된 바 있다[3,7,9-12]. 최근에는 빈번한 항생제 사용에 따른 다제내성균에 의한 감염이 증가 추세를 보이고 있는데 본 연구에서도 소아 중환자실에서의 중심정맥관 관련 혈류 감염 중 25.2%가 다제내성균에 의한 감염이었다[11].

환자의 중증도 관련하여 침습적 처치의 증가, 장기간 중심정맥관 유지 필요성 등으로 소아 중환자에서의 중심정맥관 관련 혈류 감염의 위험성은 점차 증가할 수밖에 없는 상황이다. 그러나, 한편으론 이에 대한 관심이 높아지면서 국제 병원 내 감염 관리 협회와 같은 대규모 다국적 감염 관리 조직이 설립되는 등 국제적인 의료 관련 감염률의 조사 및 보고와 함께 증거 기반의 실무 지침을 마련하여 예방 및 감소를 위한 적극적인 노력이 이루어지고 있다[5,13-15].

국제 병원 내 감염 관리 협회에서 보고한 2015년부터 2020년까지 1,000 기구 일수당 중심정맥관 관련 혈류 감염률은 4.55로 본원 소아 중환자실은 동일 기간 3.63으로 더 낮은 감염률을 보이고 있으나 여러 다른 소아 중환자실의 1,000 기구 일수당 중심 정맥관 관련 혈류 감염률은 1.4에서 30.42에 이르기까지 광범위하게 보고되고 있다[9,10,15-19]. 본원의 경우, 지난 10년간 전반적인 중심정맥관 관련 혈류 감염률은 감소 추세를 보이고 있는데, 이전 여러 연구에서도 예방 및 감소를 위한 많은 중재적 노력을 통해 점차 감염률이 감소하고 있음이 보고되었다. 그중에서도 중심정맥관 삽입 및 유지 관리 번들은 가장 기본적인 요소로서 지금까지 발표된 여러 연구에서 번들의 도입 및 의료진 교육, 체크리스트의 활용, 의무 기록 및 전담 의료인 배치 등을 통한 높은 수준의 준수는 효과적으로 중심정맥관 관련 혈류 감염을 줄일 수 있는 것으로 나타났다[18,20-27]. 본원 소아 중환자실의 경우도 2013년 중심정맥관 번들 개발 및 적용을 시작으로 여러 가지 중재 활동들을 해오고 있고 특히 2016년 감염률 증가 이후 더 적극적인 중재 활동의 적용으로 효과적인 감염률 감소를 경험할 수 있었다. 2023년부터는 이전 몇몇 연구 결과에서 그 효과가 보고 되었던 2% 클로르헥시딘 침상 목욕에 대한 소아 지침 마련 및 적용을 시행하여 1,000 기구 일수당 중심정맥관 관련 혈류 감염률이 1.2까지 감소하였다[28-32].

이러한 여러 중재 노력에도 불구하고 중심정맥관 관련 혈류 감염이 발생한 경우 치료는 우선적으로 중심정맥관의 제거 가능 여부를 판단하고 적절한 항균제의 선택 및 치료 기간을 결정하는 것을 근간으로 하고 있다. 가능한 중심정맥관을 제거하는 것이 가장 확실한 치료가 되겠고 특히, 중심정맥관 관련 혈류 감염으로 인해 중증 패혈증 또는 중증의 감염 합병증이 발생하였거나 적절한 항균제 사용에도 72시간 이상 혈류 감염이 지속되는 경우, 중심정맥관 관련 터널 또는 포켓 감염이 있는 경우는 원인균과 상관없이 중심정맥관을 제거하는 것을 원칙으로 제시하고 있으나 소아 중환자들의 경우 장기적으로 중심정맥관이 필요하거나 적절한 대체 삽입 위치가 없는 등 제거가 어려운 경우가 종종 있어 지침에서는 항균제 잠금 치료(antibiotic lock therapy)를 대안으로 제시하고 있다[33]. 본 연구에서도 중심정맥관 관련 혈류 감염 발생 후 중심정맥관을 제거할 수 있었던 경우는 37.8%밖에 되지 않았다.

이렇듯 우선적으로는 국제적으로 제시된 증거 기반의 중심정맥관 관리 지침을 따를 수 있도록 해야겠으나 가능한 기관별로 실제 적용 가능한 범위에서 번들 프로토콜을 정립하고 관련 의료인들 간의 공유, 지속적인 교육 및 철저한 모니터링을 통해 번들 준수율을 높이고 감염률 감시 및 중재 활동에 대한 효과 분석을 통해 중심정맥관 관련 혈류 감염의 예방 및 감소를 위한 꾸준한 노력이 필요하겠다.

본 연구는 단일 기관에서 10년간의 cohort 관찰 연구를 통해 중심정맥관 관련 혈류 감염 발생의 예방 및 감소를 위한 중재 활동과 함께 1,000 기구 일수당 중심정맥관 관련 혈류 감염 발생률의 변화 경향을 추적 관찰함으로써 중재 활동의 영향 및 효과에 대한 평가가 가능하였다는 장점이 있다. 그러나, 중심정맥관 관련 혈류 감염이 발생한 환자들만을 연구 대상으로 하여 전체 중심정맥관을 삽입하였던 환자들에 대한 자료를 같이 분석하지 못함으로써 중심정맥관 관련 혈류 감염 발생의 위험 요인 및 이와 관련한 사망에 영향을 미치는 요인에 대한 분석은 하지 못하였다. 추후 전체 중심정맥관을 삽입하였던 환자들에 대한 자료를 보완, 분석하여 중심정맥관 관련 혈류 감염 발생의 위험 요인에 대해 알아봄으로써 추가로 필요한 적절한 중재 활동의 마련 및 환자의 예후 향상에 도움이 될 수 있도록 해야겠다.

소아 중환자 관리에 있어서 중심정맥관은 꼭 필요한 경우가 많으나 삽입 및 유지 관련 감염 발생으로 여러 가지 합병증을 초래할 수 있다. 그러나, 이전의 여러 연구 결과와 마찬가지로 본 연구에서도 중심정맥관 번들의 준수 및 적극적인 여러 중재 활동을 통해 효과적으로 중심정맥관 관련 혈류 감염 발생의 감소에 도움이 되는 것으로 나타났다. 이번 연구를 바탕으로 국내 소아 중환자들에 있어 좀 더 대규모의 체계적인 감염감시 및 중재 활동에 대한 효과 분석을 통해 증거 기반의 적절한 실무적 지침을 마련, 적용할 수 있도록 함으로써 중심정맥관의 효율적인 관리를 통해 관련 혈류 감염 발생을 최소화하고 환자의 임상 예후 향상에 도움이 될 수 있도록 해야겠다.

CONFLICT OF INTEREST

Won Kyoung Jhang is an editor-in-chief of the journal but was not involved in the peer reviewer selection, evaluation, or decision process of this article. No other potential conflicts of interest relevant to this article were reported.

ACKNOWLEDGMENTS

The authors thank all the staff members, physicians, and statistical consultants who contributed to this study.

AUTHOR CONTRIBUTIONS

Conceptualization: WKJ. Methodology: WKJ. Formal analysis: YGB. Data curation: YGB. Writing - original draft: YGB, WKJ. Writing - review & editing: YGB, WKJ. All authors read and agreed to the published version of the manuscript.

Fig. 1.

Chart showing the central line-associated bloodstream infection (CLABSI) rates per 1,000 catheter line days and central line utilization ratio with the timeline of management interventions for prevention and reducing CLABSI (① to ⑦, refer to Table 3) over the past decade.

Table 1.

Baseline characteristics of the study population

Variable	Total (n=119)
Male sex	67 (56.3)
Age (mo)	26.9 (5.7–94.1)
Duration of PICU stay (day)	46 (21.7–115.0)
Underlying disease
Respiratory	26 (21.8)
Cardiac	46 (38.7)
Hemato-oncology	31 (21.6)
Others	16 (13.4)
Central line type
Central line	84 (70.6)
Hickmann catheter	15 (12.6)
Chemo-port	10 (8.4)
Quinton catheter	5 (4.2)
Peripherally inserted central catheter	5 (4.2)
Central line insertion site
Internal jugular vein	45 (37.8)
Femoral vein	45 (37.8)
Subclavian vein	23 (19.3)
Cephalic vein	6 (5.0)
Procedure site
PICU	71 (60.2)
Operating room	25 (21.2)
Angio room	14 (11.9)
Other hospital	8 (6.8)
Duration from insertion to infection (day)	46 (21.7–115.0)
Pathogens
Gram (–) bacteria	67 (56.3)
Gram (+) bacteria	37 (31.1)
Fungus	15 (12.6)
MDRO	30 (25.2)
Duration from infection to central line tip culture (day)	3 (0–6)
Central line tip culture	45 (37.8)
Gram (–) bacteria	12 (10.1)
Gram (+) bacteria	26 (21.8)
Fungus	7 (5.9)
Mortality	42 (35.3)
CLABSI 30-day mortality	25 (21.0)

Values are presented as number (%) or median (interquartile range).

PICU, pediatric intensive care unit; MDRO, multi-drug resistant organism; CLABSI, central line-associated bloodstream infection.

Table 2.

Distribution of microorganisms from central venous catheter infection

Organism	No. (%)	MDRO, no. (%)
Gram-negative	67 (56.3)
Pseudomonas aeruginosa	8	5 (62.5)
Escherichia coli	4	1 (25.0)
Ralstonia mannitolilytica	4	-
Klebsiella pneumoniae	3	-
Acinetobacter baumannii	3	3 (100)
Stenotrophomonas maltophilia	3	-
Enterobacter cloacae	2	-
Burkholderia cepacia	2	-
Klebsiella oxytoca	1	-
Neisseria cinerea	1	-
Neisseria flavescens	1	-
Sphingomonas paucimobilis	1	-
Haemophilus influenzae	1	-
Aeromonas hydrophila	1	-
Chryseobacterium meningosepticum	1	-
Gram-positive	37 (31.1)	-
Staphylococcus aureus	22	15 (68.2)
Enterococcus faecium	18	6 (33.3)
Staphylococcus epidermidis	9	-
Enterococcus faecalis	8	-
Enterococcus casseliflavus	2	-
Actinomycetia spp.	1	-
Corynebacterium spp.	1	-
Staphylococcus hominis	1	-
Staphylococcus warneri	1	-
Streptococcus mitis	1	-
Gemella haemolysans	1	-
Granulicatella adiacens	1	-
Lactococcus lactis	1	-
Enterococcus avium	1	-
Fungi	15 (12.6)	-
Candida parapsilosis	4	-
Candida albicans	3	-
Candida glabrata	3	-
Saccharomyces cerevisiae	2	-
Candida tropicalis	2	-
Candida lipolytica	1	-

MDRO, multi-drug resistant organism; spp., species.

Table 3.

Management interventions for preventing and reducing central line-associated bloodstream infections over the past decade

Implementation time (year)	Interventions
2014	① Digitization of the CVC bundle checklist
2016	② Establishment of a dedicated team for CVC dressing
	③ Development of guidelines for reducing CLABSI
	(1) Utilization of antibiotic-impregnated CVCs
	(2) Improvement on skin disinfection methods during the insertion and maintenance of femoral CVC
	(3) Implementation of chlorhexidine gluconate-impregnated dressings at the catheter insertion site
	(4) Introduction of disinfection methods for the individual femoral central lines
	(5) Expansion of the coverage area for CVC film dressings
	(6) Use of protective vinyl for dressings on femoral CVCs
	(7) Employment of needleless connectors at the central venous catheter hub
	(8) Application of povidone-iodine ointment at the insertion site until the removal of the catheter in patients with positive blood cultures undergoing hemodialysis
	(9) Implementation of antibiotic lock therapy in patients with positive blood culture results when catheter removal or exchange is not feasible
2019	④ Conducting educational programs on CVC insertion bundles
2020	⑤ Introduction of alcohol-impregnated sterile caps (Curos Cap) for CVCs
2022	⑥ Sharing of monthly infection surveillance results, hand hygiene compliance, and bundle adherence
2023	⑦ Development of guidelines for bedside bathing with 2% chlorhexidine for pediatric patients

CVC, central venous catheter; CLABSI, central line-associated bloodstream infection.

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