Morbidity and treatment of Opisthorchis viverrini, Schistosoma mekongi, hookworm and other helminth infections in Lao People's Democratic Republic

Abstract: Background. Opisthorchiasis, schistosomiasis and soil-transmitted helminthiasis (STH) caused by Opisthorchis viverrini, Schistosoma mekongi and hookworm are neglected diseases in Southeast Asia. An estimated 40 million people are infected with opisthorchiasis, 207 million with schistosomiasis and more than 740 million individuals are infected with hookworm worldwide. There is growing recognition of substantial morbidity and mortality induced by these parasites. Nevertheless, the burdens of trematodes and hookworm are difficult to gauge due to their long subclinical disease and often insidious morbidity. While Cholangiocarcinoma (CCA) has been attributed to chronic O. viverrini, S. mekongi is the main cause of portal hypertension, liver cirrhosis and oesophageal varices. Hookworm infections are responsible for iron-deficiency anemia, physical and cognitive retardation, premature newborns, and low birth weights in at-risk populations (i.e., pre- and school-aged children; pregnant women). While O. viverrini and S. mekongi are mainly endemic in the central and southern Lao PDR, STH are ubiquitous, especially infections with hookworm, which is the most common STH species in Lao PDR. Health education on changing human eating behaviour, access to clean water as well as hygiene and sanitation remain challenging.
No evidence for the appropriate interval between community-wide praziquantel treatments against O. viverrini, S. mekongi and mixed infections are available. Although regular deworming programmes have been emphasized as a pillar of helminth control in Lao PDR for a few decades already, the importance of quality drugs is still neglected. There is an urgent need for safe and efficacious drugs against helminth infections.
Aim and Objectives. This Ph.D. had the aim to deepen our understanding on the importance of helminthic parasitic infections in Lao PDR and challenges of their treatments by documenting severe morbidity due to parasitic infections in Lao PDR and assessing the effects of available and new treatments on infection and morbidity status of common helminth infections and pursued three main objectives. First, to document severe morbidity of parasitic infection in Lao PDR: Capillaria philippinensis and S. mekongi. Second, to assess the burden of parasitic infections due to S. mekongi, O. viverrini and co-morbidity of S. mekongi and O. viverrini and resolution of morbidity after treatment. Third, to assess efficacy of present anthelmintic drugs and potentially new drug candidates.
Methods. All data of this Ph.D were obtained from two major epidemiological settings: community and hospital-based studies. The case series reports were identified from community and hospital-based studies. Three cases of Capillaria philippinensis were identified from 2005 to 2007 in three referral hospitals (provincial hospital, Savannakhet and Mahosot and Sethathirath hospitals, Vientiane capital, Lao PDR). Severe S. mekongi cases were obtained from community helminth survey on Khong district from 2006-2010. Detailed clinical, micro-biological and imaging technique examinations, including ultrasound (US) and intestinal aspiration or biopsy through endoscope (C. philippinensis) were performed at baseline and during yearly follow-up (S. mekongi).
The cross-sectional study on morbidity due to S. mekongi and co-infections with O. viverrini was conducted in three villages, Khong district, Champasak province from March 2006 to March 2008. The participants were individuals who were infected with S. mekongi over the age of 6 months. Infection status and infection intensity were determined by 3 Kato-Katz thick smears (3 stool samples examined with single Kato-Katz each). The individuals were given a single dose of 40 mg/kg praziquantel (PZQ) and/or Albendazole (ABZ) at the baseline. At midpoint (at 11 months since the last praziquantel) and endpoint (at 23 months post treatment) of the morbidity assessment, patients were evaluated by stool and ultrasound examination. Those individuals who completed at least 2 Kato-Katz and the US examinations at each follow-up were included at the final evaluation. Futhermore, the morbidity induced by O. viverrini was addressed with two sub-studies: the community- and hospital-based studies carried out in 2011. a community-based, cross-sectional study in a high prevalence area for O. viverrini in which adult community members with parasitologically confonfirmed O. viverrini infection was screened for hepatobiliary morbidity, including suspected lesions of CCA using ultrasonography. Additional data on risk factors etc. were obtained from each study participant. The second hospital-based study was carried out in six referral hospitals across country (Laungprabang, Vientiane capital, Savannakhet, Champasack). All medical records of patients admitted from 2006 to 2010 in Lao PDR included in the hospital-based, retrospective study in which suspected cases of CCA were identified in patient records of all referral hospital in Lao PDR.
A randomized open-label two-arm trial was assessed the efficacy of single albendazole and mebendazole in Bachieng, Champasack province, southern Laos. In total, 200 schoolchildren infected with hookworm (determined by quadruplicate Kato-Katz thick smears derived from two stool samples) were randomly assigned to albendazole (n=100) and mebendazole (n=100) in Bachieng district, Champasak province in 2006. The second study was a randomized, exploratory open-label trial assessing the efficacy and safety mefloquine (25 mg/kg), artesunate (10 mg/kg as 3 split doses within 12 h), mefloquine-artesunate (100 mg artesunate plus 250 mg mefloquine once daily for 3 consecutive days), and tribendimidine (200 or 400 mg single dose) compared to praziquantel (75 mg/kg in 2 divided doses) in schoolchildren, in Attapeu, O. viverrini-endemic areas, southern Laos. Primary outcomes of both clinical trials studies were cure rates and egg reduction rates at 21-23 days posttreatment. Adverse events were assessed at 3h, 48h, and 120h after treatment.
Principle findings/results. Our case series report on C. philippinensis was conducted at the referral hospital in Savannakhet and Vientiane. The three patients were unrelated previously healthy young men (24-27 years of age). Chronic diarrhea, abdominal pain, edema, and severe weight loss were the symptoms reported. Two of them acquired the infection in Thailand; one patient had acquired it indigenously in Lao PDR. Co-infections with trematode and nematodes were found. All patients recovered with albendazole treatment (400 mg/day for a month). The study on severe S. mekongi cases indentified nine patients. Male was the predominant sex, the mean age was 36 years. All patients had dwelled in Khong Island since birth and had previously been treated with several praziquantel rounds. Most of the patients developed hepato-splenic diseases. At the final follow-up, three patients improved, two adult patients remained unchanged or reversal after treatment. Two patients died due to rupture of oesophageal varices. Two were lost to follow-up. Liver regression improved after treatment in particular in young patients.
The study on morbidity due to S. mekongi and co-infections with O. viverrini showed that there were significant changes after therapy such as reversals of periportal fibrosis among mild and moderate cases (p<0.001), as well as decreased size of the left liver lobe, the spleen and splenic veins (p<0.01). However, re-infection was common at 11 months after therapy. The community- and hospital-based studies indicated a high prevalence of hepatobiliary diseases attributable to O. viverrini infection. Of 431 individuals with parasitologically confirmed O. viverrini infections screened during the community-based ultrasound study, five cases demonstrated lesion suggestive of CCA. Other hepatobiliary lesions were detected (gall bladder and kidney anormalities fatty liver, cirrhosis and so on). In the hospital-based study in O. viverrini endemic areas of Laos, lesions suggestive of CCA were found by means of US and CT scan in 274 patients admitted. Males and people aged 50 years and above were more commonly diagnosed with suspected CCA. Of 274 suspected CCA cases, 267 (97.4%) had dilated bile duct, 240 (74.1%) had gallstone(s) or intrahepatic stone(s), but only 33 (12%) were parasitologically confirmed O. viverrini cases. Histopathology is not available in Laos and consequently, we could not have the final diagnosis of CCA.
Compared to a recent meta-analysis, single dose of ABZ and MBZ resulted in disappointing efficacy against hookworms in terms of cure rates in our study (36.0% and 17.6% respectively). But single-dose of ABZ cleared significantly more hookworm infections than mebendazole with ERR of 86.7% and 76.3%, respectively. In addition, both ABZ and MBZ showed effects against O. viverrini with high egg reduction rates. In the second clinical trial, single dose of tribendimidine at the recommended dosage for the treatment of STH infections achieved higher cure and egg reduction rates compared to PZQ (CRs=70.4%, 56.0% and ERRs= 99.3%, 98.4%, respectively) in schoolchildren infected with O. viverrini. No or only very moderate effects were observed with mefloquine, artesunate and mefloquine-artesunate against O. viverrini. All children experienced drug-induced adverse events. The most frequent adverse events were among those patients treated with mefloquine and mefloquine-artesunate. Only mild and transient adverse events were observed in the tribendimidine group.
Conclusion/significance. The case reports raises awareness of the re-emergence of S. mekongi and potential risk of outbreak of C. philippinensis in Lao PDR. Hence, These parasites require more attention. Substantial S. mekoni-, O. viverrini- and coinfection-induced morbidity were present and caused various hepato-biliary and -splenic lesions, including lesion suggestive of CCA, liver cirrhosis and oesophageal varices. Monitoring on efficacy of current drugs used for mass drug administration campaigns (ABZ, MBZ and Praziquantel) is needed. Tribendimidine could be a potential drug of choice for liver fluke treatment as well as other parasitic infections. ---------- III. Zusammenfassung:
Hintergrund. Opisthorchiasis, Schistosomiasis und durch Bodenkontakt übertragene Helminthiasis (STH, Wurmerkrankungen) werden durch Opisthorchis viverrini, Schistosoma mekongi und Hakenwürmer und anderen verursacht und gehören zu den vernachlässigten Krankheiten. Geschätzte 40 Millionen Menschen sind weltweit mit Opisthorchis infiziert, 207 Millionen mit Schistosoma und mehr als 740 Millionen mit Hakenwürmern. Zunehmend wird die beachtliche Morbidität und Mortalität, die durch diese Parasiten verursacht wird, anerkannt. Nichtsdestotrotz ist die durch Trematoden und Hakenwürmer verursachte Krankheitslast aufgrund der langen subklinischen Erkrankung und unterschwelligen Morbidität schwierig abzuschätzen. Während Cholangiokarzinoma (CCA) chronischen Infektionen mit O. viverrini zugeschrieben wird, ist S. mekongi ein wichtigster Kausalfaktor für Pfortaderhochdruck, Leberzirrhosen und Ösophagus-Varizen.
Hakenwurminfektionen sind für Eisenmangelanämie, physische und kognitive Entwicklungsverzögerung, Frühgeburten und geringe Geburtsgewichte in gefährdeten Bevölkerungsschichten (Kinder im Vorschul- und Schulalter, schwangere Frauen) verantwortlich. Während O. viverrini und S. mekongi mehrheitlich in Zentral- und Süd-Laos endemisch sind, sind STH allgegenwärtig, insbesondere Infektionen mit dem Hakenwurm, der häufigsten STH-Art in Laos. Gesundheitskampagnen zur Änderung der Essgewohnheiten, Zugang zu sauberem Wasser sowie Hygiene bleiben Herausforderungen.
Regelmässige Behandlungen mit Praziquantel ist die wichtigste Bekämpfung-massnahme gegen S. mekongi und O. viverrini. Jedoch bis heute gibt es keine Angaben für das am Besten geeignete Intervall zwischen Praziquantel-Behandlungen. Obwohl regelmässige Entwurmungsprogramme seit mehreren Jahrzehnten als eine Stütze der Helminthen-Kontrolle in durchgeführt werden, wird die Überwachen der Effizienz Medikamenten vernachlässigt. Sichere und wirksame Medikamente gegen Helminthen-Infektionen werden dringend benötigt.
Ziele. Diese Doktorarbeit hatte das Ziel, unser Verständnis der Bedeutung von Parasiteninfektionen in Laos und Schwierigkeiten in ihrer Behandlung zu verbessern, in dem sie die schwere Morbidität aufgrund der Parasiteninfektionen dokumentiert und die Wirkung von bisher verfügbaren und neuen Behandlungen auf Infektion und Morbidität untersucht. Sie verfolgte deshalb drei Ziele. Erstens, die schwere Morbidität aufgrund von Parasiteninfektionen, nämlich Capillaria philippinensis und S. mekongi in Laos zu dokumentieren. Zweitens, die Krankheitslast der Parasiteninfektionen aufgrund von S. mekongi, O. viverrini und Mischinfektionen der beiden Parasiten zu dokumentieren sowie die Besserung der Morbidität nach der Behandlung zu messen. Drittens, die Wirksamkeit aktuell erhältlicher Medikamente und neuer Medikamenten-Kandidaten zu untersuchen.
Methoden. Alle Daten für diese Doktorarbeit wurden in zwei epidemiologischen Milieus gesammelt: Studien in der Bevölkerung und in Krankenhäusern. Drei Fälle von Capillaria philippinensis wurden zwischen 2005 und 2007 in drei Referenzkrankenhäusern identifiziert (Provinzkrankenhäuser, sowie die Krankenhäuser Savannakhet, Mahosot und Sethathirath, in Vientiane). Schwere Fälle von S. mekongi wurden zwischen 2006 und 2010 währen einer Querschnittsstudie im Distrikt Khong gefunden. Detaillierte klinische, mikrobiologische und Ultraschall-Untersuchung (Endoskop-Biopsie für C. philippinensis) wurden zu Beginn und bei der jährlichen Kontrolle durchgeführt (S. mekongi).
Die Querschnittsstudie gefolgt von einer Kohort Studie zur Morbidität von S. mekongi und O. viverrini Infektionen wurde in drei Dörfern im Khong Distrikt, Provinz Champasak, zwischen März 2006 und März 2008 durchgeführt. Die Studienteilnehmer waren mit S. mekongi infiziert und über 6 Monate alt. Die Infektion und ihre Intensität wurden mit 3 Kato-Katz-Ausstrichen (3 Stuhlproben mit jeweils einmaligem Kato-Katz) bestimmt. Die Studienteilnehmer erhielten zu Beginn der Studie eine Einzeldosis von 40mg/kg Praziquantel (PZQ) und/oder Albendazole (ABZ). Zur Halbzeit (11 Monate nach der Behandlung mit PZQ) und am Ende der Studie (23 Monate nach der Behandlung) wurden die Patienten mit einer Stuhlprobe und einer Ultraschalluntersuchung evaluiert. Diejenigen Teilnehmer, von denen zu jedem Untersuchungszeitpunkt mindestens 2 Kato-Katz-Ausstriche und die Ultraschalluntersuchung vorlagen, wurden in die Schlussanalyse einbezogen. Zudem wurde die durch O. viverrini verursachte Morbidität in zwei Teilstudien angegangen: den Studien in der Bevölkerung und in den Krankenhäusern, die 2011 durchgeführt wurden. In einer Querschnittstudie in der Saravan Provinz, in einem Gebiet mit hoher O. viverrini Prävalenz wurden alle erwachsenen Mitglieder der Dorfgemeinschaft mit parasitologisch bestätigter O. viverrini-Infektion auf Leber- Morbidität untersucht, im speziellen auf mögliche CCA-Läsionen. Zusätzliche Daten über Risikofaktoren wurden von jedem Studienteilnehmer erhoben. Eine zweite Krankenhaus-basierte Studie wurde in 6 Referenzkrankenhäusern im ganzen Land (Luangprabang, Vientiane, Savannakhet, Champasack) durchgeführt. Vermutete CCA-Fälle wurden im Rahmen einer retrospektiven Studie in allen Patientenakten von Patienten, die von 2006 bis 2010 in diesen Referenzkrankenhäusern hospitalisiert worden waren, identifiziert.
Eine randomisierte Studie mit zwei Behandlungsgruppen ohne Verblindung untersuchte 2006 die Wirksamkeit einer Einzeldosis von Albendzole (ABZ) und Mebendazole (MBZ) in Bachieng, Provinz Champasack, Süd-Laos. Insgesamt 200 Hakenwurm-infizierte Schulkinder (durch vierfachen Kato-Katz-Ausstrich basierend auf zwei Stuhlproben bestimmt) wurden zufällig ABZ (n=100) oder MBZ (n=100) zugeordnet. Eine zweite Studie war eine randomisierte, explorative Studie, welche die Wirksamkeit und Sicherheit von Mefloquine (25mg/kg), Artesunat (10mg/kg in 3 getrennten Dosen innerhalb 12 Std), Mefloquine-Artesunat (100mg Artesunat und 250mg Mefloquine einmal täglich während drei aufeinanderfolgenden Tagen) und Tribendimidine (200mg oder 400mg als Einzeldosis) im Vergleich zu Praziquantel (75mg/kg in 2 Dosen) in Schulkindern, in Attapeu, Süd-Laos, untersuchte. Primärergebnisse beider klinischen Studien waren die Heilungsrate und die Eizahl-Reduktionsrate 21-23 Tage nach der Behandlung. Nebenwirkungen wurden 3 Std., 48 Std. und 120 Std. nach der Behandlung untersucht.
Wichtigste Ergebnisse. Unsere Fallreihe von C. philippinensis wurde in den Referenzkrankenhäusern von Savannakhet und Vientiane durchgeführt. Die drei Patienten waren nicht verwandte, vormals gesunde junge Männer (24-27 Jahre alt). Die genannten Symptome waren chronischer Durchfall, Bauchschmerzen, Ödema und starker Gewichtsverlust. Zwei von ihnen hatten die Infektion in Thailand aufgelesen; ein Patient hatte sie in Laos angesteckt. Es wurden Koinfektionen mit Trematoden und Nematoden gefunden. Alle Patienten erholten sich unter ABZ-Behandlung (400mg/Tag während 30 Tagen).
In der Reihe von schweren Schistosoma-Fällen wurden neun Patienten gefunden. Das vorherrschende Geschlecht war männlich, das durchschnittliche Alter 36 Jahre. Alle Patienten hatten seit ihrer Geburt auf der Khong Insel gelebt und waren bereits zuvor mehrmals mit PZQ behandelt worden. Die meisten Patienten zeigten schwere Leber-Milz-Pathologien. Bei der letzten Kontrolle waren drei Patienten in besserem Zustand, zwei erwachsene Patienten zeigten unveränderten Zustand oder Rückfall nach Behandlung. Zwei Patienten starben im Verlaufe der Untersuchung aufgrund geplatzter Ösophagus-Varizen. Zwei Patienten konnten nicht mehr gefunden werden. Die Leberpathologien verbesserten sich nach der Behandlung insbesondere in jungen Patienten.
Die Studie der Morbidität aufgrund von S. mekongi und Koinfektion mit O. viverrini zeigte signifikante Unterschiede nach der Behandlung, wie Heilung periportaler Fibrosen bei leichten und mittelschweren Befall (p<0.001) sowie verkleinerte linke Leberlappen, Milz und Kolateralevenen (p<0.01). Allerdings wurden Neuinfektionen 11 Monaten nach der Behandlung beobachtet. Die Studien in der Saravabne Bevölkerung und in den Krankenhäusern deuteten auf eine hohe Prävalenz von Leberpathologien hin, welche O. viverrini zugeschrieben werden können. Von 431 Patienten mit parasitologisch bestätigter O. viverrini Infektion, die in der Ultraschall-Studie in der Bevölkerung untersucht wurden, wiesen fünf Fälle Läsionen auf, die auf CCA deuteten. Weitere Läsionen wurden ebenfalls entdeckt (Gallblasen- und Nieren-Anomalitäten, überfettige Leber, Zirrhose usw.). In der Krankenhaus-basierten Studie in Gebieten in Süd-Laos, in denen O. viverrini endemisch ist, wurden mithilfe von Ultraschall und Computertomographie bei 274 Patienten Läsionen gefunden, die auf CCA deuten. Männer und Patienten im Alter von 50 Jahren und mehr wurden gehäuft mit vermutlichem CCA diagnostiziert. Von 274 vermuteten CCA-Fällen hatten 267 (97.4%) einen erweiterten Gallengang, und 240 (74.1%) hatten Gallensteine, aber nur 33 (12%) waren parasitologisch bestätigte O. viverrini-Fälle. Histopathologie ist in Laos nicht verfügbar und folglich konnten wir keine definitive Diagnose von vermuteten CCA-Fällen erstellen.
Verglichen mit einer kürzlichen Meta-Analyse, führten Einzeldosen von ABZ und MBZ in unserer Studie zu enttäuschend niedriger Wirksamkeit gegen Hakenwürmer (Heilungsrate 36.0% respektive 17.6%). Aber die Einzeldosis ABZ heilte signifikant mehr Hakenwurm-Infektionen als MBZ mit einer Eier-Reduktionsrate von 86.7% respektive 76.3%. Zusätzlich zeigten ABZ und MBZ Wirkung gegen O. viverrini mit hohen Eizahl-Reduktionsraten. In der zweiten klinischen Studie, bewirkte eine Einzeldosis Tribendimidine in der für die Behandlung von STH empfohlenen Dosierung verglichen mit Praziquantel hohe Heilungs- und Eier-Reduktionsraten (HR=70.4% bzw. 56.0% und ERR=99.3% bzw. 98.4%) in Schulkindern, die mit O. viverrini infiziert waren. Keine oder nur sehr mittelmässige Wirkung wurden mit Mefloquin, Artesunat und Mefloquin-Artesunat gegen O. viverrini erreicht. Alle Kinder litten unter negativen Nebenwirkungen. Die häufigsten negativen Nebenwirkungen traten in den Patienten auf, die mit Mefloquin und Mefloquin-Artesunat behandelt wurden. Nur leichte und vorübergehende Nebenwirkungen wurden in der Tribendimidine-Behandlungsgruppe beobachtet.
Schlussfolgerung. Die Fallserien erhöhen das Bewusstsein für das Widerauftreten von S. mekongi und das potenzielle Risiko eines Ausbruchs von C. philippinensis in Laos. Deshalb benötigen Capillariasis und Schistosomiasis mehr Aufmerksamkeit. Substanzielle Morbidität aufgrund von S. mekongi und O. viverrini war vorhanden und verursachte verschiedene Leber-Gallen- und Leber-Milz-Läsionen, einschliesslich Läsionen, die auf CCA hindeuten. Ein Monitoring der Wirksamkeit der gebräuchlichen Medikamente, die für Massenbehandlungs-kampagnen verwendet werden (ABZ, MBZ und PZQ) ist nötig. Tribendimidine könnte ein potenzielles Medikament der Wahl für die Behandlung von Leberegel und anderen Parasiteninfektionen werden.