抗菌醫(yī)用導尿管的抗感染性能測試

張 利，劉 春，魏麗喬，陳曉麗，許并社

（1.太原理工大學 新材料界面科學與工程教育部重點實驗室，材料科學與工程學院，太原030024；2.山西醫(yī)科大學，太原030001）

隨著現代醫(yī)療技術的發(fā)展，醫(yī)用體內植入物已廣泛應用，且范圍日漸擴大，大大提高了醫(yī)療水平。導尿管使用相當普遍，大約25%的住院病人需要留置導尿管，同時又有相當一部分病人需長期留置導尿管［1］。

留置導尿管所發(fā)生的導尿管相關性尿路感染（CAUTIs）是一種常見的醫(yī)院內感染。導尿管相關性尿路感染約占醫(yī)院內感染的40%［2－3］，其發(fā)生率稍低于呼吸道感染的醫(yī)源性感染［4］。留置導尿管的病人中有30%的病人因導尿管相關性尿路感染而出現泌尿生殖系統(tǒng)或全身癥狀，有4%的患者發(fā)生菌血癥，死亡率可高達30%，嚴重影響患者的生活質量和生命安全［5］。

然而，以往對于導尿管抗菌性能的研究并不理想［6］。本研究旨在制備新型抗感染導尿管，使其具有較強的抗菌性能，且作用持久，合成工藝簡單，具有較強的臨床實用價值。

1 材料和方法

1.1 抗菌導尿管的制備

以自制O-羧甲基殼聚糖－納米銀復合抗菌劑為有效抗菌成分，將復合抗菌劑與天然膠乳共混制備抗菌天然膠乳。將導尿管置50℃蒸餾水中浸泡10 min，清洗，用400目的砂紙打磨，用去離子水和無水乙醇清洗，室溫晾干。將處理好的導尿管置于制備的共混型抗菌膠乳中浸泡5min，慢慢提拉出，間隔2min，重復浸漬提拉2～3次。室溫晾干，得到具有均勻抗菌膠乳涂層的導尿管［7］。

1.2 抑菌環(huán)試驗

選取大腸桿菌（ATCC11229）和金黃色葡萄球菌（ATCC6538）（由山西醫(yī)科大學微免教研室提供），依照衛(wèi)生部《消毒技術規(guī)范》2.1.8.2抑菌環(huán)試驗方法，對樣品進行抗（抑）菌試驗。

在瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)皿上打孔，直徑約0.6cm，去掉瓊脂。用接種針將105個／mL營養(yǎng)肉湯大腸桿菌和金黃色葡萄球菌菌懸液分別均勻地涂到培養(yǎng)基上，再把長1cm的抗菌導管直立于瓊脂培養(yǎng)基的孔腔中，同時用普通導管（青島世運醫(yī)療器械）做對照。將培養(yǎng)皿置于37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)24h，測量抑菌圈直徑。

將制備的導尿管剪成1cm長的小段，浸泡于尿液中，置于37℃恒溫箱內，每天更換尿液，于放置后1，3，7，14，21，28d，分別進行抑菌環(huán)試驗，測定其對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性能。

1.3 動物實驗

實驗動物采用雄性家兔40只，月齡3～4月，體重2.0～3.5kg，由山西醫(yī)科大學動物中心提供。根據留置導尿管的不同時間，將家兔按照隨機分為1周組、2周組、3周組、4周組，每組雄性家兔各10只；將每組隨機分為抗菌導尿管組和普通導尿管組，每組各5只。

按0.1mL／kg劑量肌注速眠新Ⅱ注射液，麻醉家兔，消毒尿道外口；插管；在家兔尿道外口導尿管兩側行“U”字縫合，縫線貫穿導尿管壁，進行固定；每日對家兔尿道外口消毒2次；留置導尿管，分別于第1周、第2周、第3周和第4周采血2mL，進行酶聯免疫吸附（ELISA）實驗；之后以空氣栓塞法處死實驗動物，完整剝離尿道，用體積分數為4%中性甲醛溶液固定。進行蘇木素－伊紅（HE）染色實驗。

1.4 HE染色

常規(guī)石蠟切片，進行HE染色，觀察炎性細胞浸潤情況。光鏡下觀察尿道組織病理切片。鏡下可見：尿道黏膜上皮細胞排列規(guī)整，胞核呈深藍色，胞漿及纖維組織顯示為淡紅色；中性粒細胞核呈桿狀或分葉；單核細胞體積較大，胞漿豐富，呈藍色，細胞大小不一；淋巴細胞胞核很大，圓形藍染，胞質極少；漿細胞較小，核偏于細胞一側，呈圓形，染色質粗，沿核膜排列成車輪狀，胞質藍染。

1.5 ELISA

采用ELISA法檢測血液中的腫瘤壞死因子α（TNF-α）和白介素10（IL-10）（北京博奧森）的含量。按試劑盒說明書操作，酶標儀（ELX800，美國寶特）讀值，波長450nm。

1.6 統(tǒng)計學處理

數據采用均值標準差（ˉx±s）表示，并進行設計方差分析和t檢驗，認為P＜0.05有顯著性差異。

2 結果與討論

2.1 體外抗菌性能

從體外抑菌環(huán)試驗可見，制備的抗菌導尿管對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有較好的抗菌性能，而且對金黃色葡萄球菌的抗菌性能優(yōu)于大腸桿菌，而普通導尿管則未見抗菌性能。見圖1表1所示。

表1 抗菌導尿管和普通導尿管體外

抗菌作用的比較（n＝20）

從體外抗菌持續(xù)時間觀察可以看出，抗菌導尿管對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌產生抗菌作用，到4周時仍能保持一定的抗菌能力。但隨著時間的推移，抗菌作用逐漸減弱。這可能和抗菌材料在尿液中逐漸消耗有關（見表2）。

表2 抗菌導管不同時間的抗菌性能（n＝5）

2.2 尿道黏膜HE染色

留置導尿管1周時，抗菌導尿管組尿路上皮細胞達3～5層，排列整齊，間質內血管擴張、充血，可見個別淋巴細胞浸潤；普通導尿管組尿路上皮細胞2～3層，排列整齊，間質內可見較多慢性炎細胞浸潤（見圖2）。

留置導尿管2周時，抗菌導尿管組尿路上皮細胞達3～5層，排列整齊，間質內可見少量的以漿細胞為主的炎細胞浸潤；普通導尿管組尿路上皮細胞達1～3層，排列整齊，間質內可見多量慢性炎細胞浸潤，少量炎癥細胞向上侵入到尿路上皮底層（見圖3）。

留置導尿管3周時，抗菌導尿管組尿路上皮細胞達3～5層，排列較整齊，間質內可見少量以淋巴細胞、漿細胞為主的炎細胞浸潤。普通導尿管組尿路上皮細胞達3～5層，排列較整齊，間質內可見較多量慢性炎細胞浸潤（見圖4）。

留置導尿管4周時，抗菌導尿管組尿路上皮細胞達3～5層，排列較整齊，間質內可見較多的慢性炎細胞浸潤。普通導尿管組尿路上皮細胞達5～8層，排列齊性較差，間質內可見大量以淋巴細胞、漿細胞為主的慢性炎細胞浸潤，少數炎癥細胞向上侵入尿路上皮中表層（見圖5）。

2.3 留置導尿管不同時間點兔血清IL-10和TNF-α的變化

隨著時間的推移，兩組家兔尿道黏膜IL-10表達的密度值均逐漸降低（P＜0.01）；不同時間段內，抗菌導管組IL-10的表達均高于對照組（P＜0.01）?？咕鷮蚬芙M在第4周時的表達與普通導尿管組第1周的表達差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。如圖6所示。

圖6 留置導尿管不同時間點兔血清IL-10的變化

隨著時間的推移，兩組家兔血清TNF－α表達的密度值均逐漸升高（P＜0.01）；不同時間段內，抗菌導管組IL-10的表達均低于對照組（P＜0.01）?？咕鷮蚬芙M在第4周時的表達與普通導尿管組第1周的表達差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。如圖7所示。

圖7 留置導尿管不同時間點兔血清TNF－α的變化

2.4 留置導尿管引起的相關性炎癥

留置導尿管打破了機體正常的免疫機制［8］。尿道通?？梢宰鳛橐环N防御微生物入侵的屏障，正常情況下，機體能夠阻止或最小化細菌和上皮細胞的相互作用。當微生物進入尿道，約99.9%可以通過尿液而排出，殘余的部分被多核白細胞和膀胱黏膜的抗菌性能破壞分解。導尿管妨礙了微生物的有效清除，從而誘發(fā)了感染。任何一種導尿管都增加了導尿管相關性尿路感染的機會，增加了發(fā)生菌尿癥的危險性。留置導尿管的病人在留置期間細菌會進入尿道，會促使導尿管和尿道黏膜之間形成一層生物膜，這為外界細菌入侵和繁殖提供了良好的環(huán)境。本研究自制的抗菌導尿管在第4周時，仍具有抗菌性，有效地延緩了細菌生物膜的形成。

炎癥反應是臨床常見的一個病理過程，是指具有血管系統(tǒng)的活體組織對損傷因子的防御反應。發(fā)生炎癥反應的重要原因，可能是某些因素打破了抗炎癥反應的細胞因子和促炎癥發(fā)生的細胞因子之間的平衡。前者主要包括IL-10和IL-6，由活化的T細胞分泌，可以抑制炎癥反應的發(fā)生；后者主要包括TNF-α和IL-8等，由活化的巨噬細胞分泌，可以促進炎癥反應的發(fā)生［9－10］。

留置導尿管后，炎癥反應就逐漸地啟動，炎癥在始動因素的作用下產生細胞因子，一方面由活化的巨噬細胞分泌TNF－α等促炎癥細胞因子，它可以引起血管內皮細胞和白細胞的黏附，趨化白細胞向炎癥部位聚集，有利于炎性細胞殺傷病源微生物，誘發(fā)炎癥反應，導致組織損傷。另一方面分泌抗炎性細胞因子IL-10等，它在免疫抑制和內毒素的耐受中起重要作用，抑制活化的巨噬細胞分泌促炎性細胞因子如TNF－α和IL-8等，它可以抑制炎癥反應的發(fā)展，促進組織修復和再生，較促炎性細胞因子反應延遲［10-12］。

研究結果顯示，家兔在留置導尿管不同時間（分別為1周、2周、3周、4周）內，血清IL-10的表達不同，隨著時間的改變，其數值逐漸降低，表明抗炎癥反應的能力逐漸下降。但各時間段內，抗菌導尿管組的IL-10仍高于普通導尿管組，持續(xù)4周時，仍具有一定的抗炎癥反應的能力（P＜0.05）。IL-10的升高有助于機體修復炎癥反應。

家兔在留置導尿管不同時間（分別為1周、2周、3周、4周）內，血清TNF－α的表達不同，隨著時間的改變，其數值逐漸升高，表明炎癥反應越來越明顯。但各時間段內，抗菌導尿管組的TNF-α均低于普通導尿管組，持續(xù)4周時，仍較普通導尿管組低，說明炎癥反應的強度較低，經統(tǒng)計學分析均具有統(tǒng)計學意義。

尿道黏膜中的抗炎因子IL-10和促炎癥因子TNF-α，也顯示同樣的變化趨勢，說明了炎癥反應的輕重程度。在導尿管相關性尿路感染中，抗菌導尿管發(fā)揮著重要的作用，且抗菌作用較為持久，在留置4周時，仍具有一定的抗菌效果，遠遠超出普通導尿管的抗菌性能。

3 結論

本研究采用自制的抗菌膠乳涂層制備的抗菌導尿管具有良好的抗菌性能，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均具有較強的抗菌能力，且抗菌性能持久。在動物實驗中，抗菌導尿管組顯示了良好的感染性能，與普通導尿管組相比，炎癥反應輕微。無論在體外實驗還是在動物實驗中，抗菌導尿管在第4周時仍持有較好的抗菌性能。

［1］ Patel HRH，Arya M.The urinary catheter：‘a voiding catastrophe’［J］.Hosp Med，2000，62（3）：148-149.

［2］ Bologna RA，Tu LM，Polansky M，et al.Hydrogel／silver ion－coated urinary catheter reduces nosocomial urinary tract infection rates in intensive care unit patients：a multicenter study［J］.Urology，1999，54（6）：982-987.

［3］ Trautner BW，Darouiche RO.Role of biofilm in catheter-associated urinary tract infection［J］.Am J Infect Control，2004，32（3）：177-183.

［4］ Sedor J，Mulholland S G.Hospital-acquired urinary tract infections associated with the indwelling catheter［J］.Urol Clin North Am，1999，26（4）：821-828.

［5］ Bryan CS，Reynolds KL.Hospital acquired bacteraemic urinary tract infection：epidemiology and outcome［J］.J Urol，1984，132：494-498.

［6］ Zhou NL，Liu Y，Li L，et al.A new nanocomposite biomedical material of polymer／Clay-Cts-Ag nanocomposites［J］.Current Applied Physics，2007，7（1）：e58-e62.

［7］ 劉常勝，張利，王倩，等.液相還原法制備抗菌天然膠乳材料［J］.太原理工大學學報，2001，42（s1）：70-73.

［8］ Warren JW.Urethral catheter，condom catheters and nosocomial urinary tract infections［J］.Infect Control Hosp Epidemiol.1996，17（4）：212-214.

［9］ Guo H，Xu YM，Ye ZC，et al.Heat-shock protein70expression in the seminal plasma of patients with chronic bacterial prostatitis and chronic prostatitis／chronic pelvic pain syndrome［J］.J Prostate Cancer Prostatic Dis，2010，13（4）：338-342.

［10］ Ding XG，Li SW，Zheng XM，et al.IFN-γand TGF-β1levels in Expressed prostate secretion of chronic abacterial prostatitis［J］.Chin J Urol，2006，27（sppl2）：73-75.

［11］ Xie GQ，Jiang JX，Chen YH，et a1.Induction of acute hepatic injury by endotoxin in mice［J］.Hepatobiliary Pancreat Dis Int，2002，1（4）：558.

［12］ Shannon E，Noveck R，Sandoval F，et al.Thalidomide suppressed IL1beta while enhancing TNF-alpha and IL-10，when cells in whole blood were stimulated with lipopolysaccharide［J］.Immunopharmacol Immunotoxicol，2008，30（3）：447-457.

［13］ Stenvinkel P，Ketteler M，Johnson R J，et a1.IL-10，IL-6，and TNF-alpha：central factors in the altered cytokine network of uremia-the good，the bad，and the ugly［J］.Kidney Int，2005，67（4）：1216-1233.