Early trajectories of antibiotic exposure and colonization pressure and risk of ICU-acquired carbapenem-resistant Gram-negative bacteria: A prospective cohort study - 07/04/26

Doi : 10.1016/j.aicoj.2026.100063 
Zhihui Chen a, b, 1, Xiangru Ye c, 1, Jing Wu a, 1, Zhonghua Li a, d, Sen Wang a, Jing Wang e, Yueru Tian f, Shirong Li f, Lei Zhou a, Jie Ni g, Yue Qu h, , Jialin Jin a, , Wenhong Zhang a, b, i, 2,
a Department of Infectious Diseases, Shanghai Key Laboratory of Infectious Diseases and Biosafety Emergency Response, National Medical Center for Infectious Diseases, Huashan Hospital, Shanghai Medical College, Fudan University, China 
b Shanghai Institute of Infectious Disease and Biosecurity, Fudan University, China 
c Department of Neurocritical Care Unit, Huashan Hospital, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai, China 
d Department of Infectious Diseases, Taicang First People's Hospital, Taicang, China 
e Department of Infection Control, Huashan Hospital, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai, China 
f Department of Laboratory Medicine, Huashan Hospital, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai, China 
g Department of Intensive Care Unit, Huashan Hospital, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai, China 
h Department of Infectious Diseases, School of Translational Medicine, Monash University, Melbourne, VIC, Australia 
i Shanghai Sci-Tech Inno Center for Infection and Immunity, Shanghai, 200052, China 

Corresponding authors.

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Abstract

Background

Carbapenem-resistant Gram-negative bacteria (CR-GNB) pose a critical threat in intensive care units (ICUs), with antibiotic exposure and colonization pressure identified as key associated factors. Prior studies have analyzed these two time-varying factors as static cumulative variables, obscuring heterogeneity in temporal patterns and their joint evolution. How distinct early trajectories of these factors jointly relate to CR-GNB acquisition risk remains unclear.

Methods

In this prospective cohort study conducted at four ICUs in a tertiary-care center in China from March 2024 to January 2025, we enrolled consecutive patients with systematic rectal surveillance cultures. We used group-based multi-trajectory modeling to identify distinct joint trajectories of daily antibiotic exposure (dose, duration, spectrum) and colonization pressure during the first five ICU days. Continuous-time Markov multi-state models with Day-5 landmark analysis were adopted to assess associations between trajectory groups and subsequent ICU-acquired CR-GNB, adjusting for baseline and cumulative covariates.

Results

Among 533 patients entering the Day-5 landmark analysis, three distinct trajectory groups were identified: Low exposure/low pressure (34.1%), escalating exposure/intermediate pressure (54.4%), and high exposure/high pressure (11.4%). CR-GNB acquisition occurred in 124 patients (23.3%), with rates of 9.3%, 26.2%, and 50.8% across trajectory groups, respectively. Compared with the low-exposure trajectory, adjusted hazard ratios were 1.68 (95% confidence interval [CI] 1.24–2.28) for escalating-exposure and 2.82 (95% CI, 1.53–5.19) for high-exposure trajectories (both P < 0.001).

Conclusions

This study identified distinct early trajectories of antibiotic exposure and colonization pressure that were associated with differential CR-GNB acquisition risk. This trajectory-based framework for early association-based risk stratification may inform targeted prevention strategies, but external validation is required before clinical implementation.

Trial registration

Chinese Clinical Trial Registry Identifier: ChiCTR2400081352. Registered 28 February 2024.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Carbapenem-resistant Gram-negative bacteria, Intensive care unit, Antibiotic exposure, Colonization pressure, Group-based multi-trajectory modeling


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