生物膜对抗菌剂的敏感性随抗菌剂使用时间而增加

2016-09-01 18:20 来源:丁香园 作者:何勇槟
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美国的 Castaneda 学者等对 5 种骨科常见病原菌进行研究,旨在探究增加抗菌剂的使用时间是否会影响最小生物膜清除浓度。相关结果发表在 2016 年 7 月的 Clin Orthop Relat Res 杂志上。

先来看几个概念:

  • 最低抑菌浓度(MIC)

指在体外培养细菌 18~24 h 后能抑制培养基内病原菌生长的最低药物浓度,利用宿主机制来抑制微生物的繁殖, 其具有时间依赖性。感染未形成生物膜时,可用 MIC 指导抗菌治疗,若想杀灭微生物,则需要更高浓度的抗菌剂。

  • 最低杀菌浓度(MBC)

定义为能够杀灭 99.9%(降低 3 个数量级)病原菌的最低药物浓度,仍留存有 0.1% 与宿主抗争。如果 MBC 浓度高于四倍的 MIC 浓度,则认为此抗菌剂无杀菌作用。

  • 最小生物膜清除浓度(MBEC)

指的是在体外试验中可杀灭生物膜中包括「persister」休眠细胞在内的所有微生物的最低抗菌剂浓度,其浓度往往是 MIC 浓度的几百倍甚或几千倍。

使用 MBEC 还是 MIC 或 MBC 指导治疗,取决于是否杀灭「persister」休眠细胞。治疗生物膜形成的感染,抗菌剂浓度需要达到 MBEC 甚或更高。标准化 MIC 治疗是细菌暴露于抗菌剂 24 小时,抑制细菌繁殖的全身性治疗是持续暴露于 MIC 浓度之上直至痊愈。

目前,尚无资料表明 MIC 抑菌效果会随抗菌剂使用时间而有差异。治疗生物膜形成的感染需要局部给药后达到一定的持续浓度,但抗菌剂浓度往往会随时间递减。杀灭全部「persister」休眠细胞需要多大浓度、多长时间仍有待探究。

MBEC 测定时,细菌从生物膜中暴露到抗菌剂下所需时间不多于 24 小时,但局部药物浓度达到 MBEC 则需要几天时间。尽管 MBEC 有 24 小时内清除生物膜的潜在能力,但治疗时间长于 24 小时是否能获得同样的抗菌剂浓度仍是个未知数,抗菌剂使用时间和 MBEC 的相关关系仍是个谜。因此 Castaneda 等进行了这项研究。

纳入实验的病原菌包括 3 种革兰阳性菌(甲氧西林敏感的金葡菌、耐甲氧西林的金葡菌、表皮葡萄球菌)和 2 种革兰阴性菌(大肠埃希杆菌、铜绿假单胞菌),培养 24 小时形成生物膜后,暴露于四种抗菌剂:妥布霉素、万古霉素、妥布霉素和万古霉素 3:1 双抗、妥布霉素和万古霉素 1:1 双抗,浓度设定为 62.5、125、250、500、1000、2000、4000 和 8000ug/mL 共 8 个浓度级,暴露时间为 1、3、5 天共 3 个时间段,各样本一式三份。传代培养 21 天后,检测到的杀灭生物膜全部病原菌的最低抗菌剂浓度作为 MBEC。

结果显示:

研究中的 5 种病原菌随着抗菌剂使用的延长,其 MBEC 下降。葡萄球菌属 12 份样本中有 11 份显示抗菌剂暴露 5 天的其 MBEC 比暴露 1 天的值低。在此 11 份样本中,暴露 1 天的 MBEC 范围为:4000 至>8000ug/mL,暴露 5 天的 MBEC 范围为:<250 至 8000ug/mL;妥布霉素/铜绿假单胞菌暴露 1 天的 MBEC 为 2000ug/mL,暴露 5 天的 MBEC ≤ 250ug/mL;大肠埃希杆菌暴露 1 天后 MBEC 为 125ug/mL,暴露 5 天后 MBEC ≤ 62.5ug/mL。

先前的研究(定量 MRI 以及体内组织局部给药)表明,高浓度给药可使局部药物浓度维持在 100~2000ug/mL 多达 5 天甚至以上,因此作者将 5 天作为药物使用的一个时间点。

随着抗菌剂使用时间的延长,病原菌的 MBEC 下降;这也意味着病原菌所形成的生物膜对抗菌剂的敏感性会随抗菌剂使用时间的延长而增加。临床上治疗生物膜相关感染是一大难题,抗菌剂浓度一旦不够,则幸存的「persister」休眠细胞很快就会重建军队攻击人体。

本实验结果能否指导临床?需要对其它病原菌行进一步探究才能下定论。本试验存在高估杀灭生物膜内生物的局部抗菌剂水平的可能性,其是否可持续达到 MBEC 或以上超过 24 小时?在各时间点,临床上局部给药抗菌剂水平能否达到 MBEC 或以上呢?临床感染体内生物的 MBEC 是否与体外实验的 MBEC 一致?这些问题亦亟待进一步探究。

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编辑: 刘芳

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