抗生素骨水泥緩釋及抑菌活性的臨床研究

[摘要]"目的"通過探討大劑量萬古霉素、美羅培南兩種抗生素聯(lián)合及單獨與骨水泥混合在人體模擬體液中洗脫規(guī)律，觀察對5種骨科感染常見細菌抗菌效果。方法"將萬古霉素2g與美羅培南3g聯(lián)合或單獨與普通骨水泥20g進行配比混合，制成抗生素骨水泥顆粒件6份，浸泡在人體體液模擬液中（simulated"body"fluids，SBF），每48h更換SBF液，每24h取樣2μl滴在耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant"staphylococcus"ayreus，MRSA）、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、大腸埃希菌、廣譜β內(nèi)酰胺酶（extended-spectrum"beta-lactamase，ESBL）陽性大腸埃希菌的培養(yǎng)皿中，觀察24h，測量各時間節(jié)點洗脫液的抑菌環(huán)大小。比較不同配比抗生素骨水泥對5種常見骨科感染菌的抗菌效果。結(jié)果"復(fù)合抗生素組抑菌效果更佳，持續(xù)釋藥達30d；單獨使用萬古霉素不能覆蓋大腸埃希菌、ESBL陽性大腸埃希菌、銅綠假單胞菌，單獨使用美羅培南對MRSA僅在第3～6天有輕度抑菌效果，對金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌作用持續(xù)15d。結(jié)論"聯(lián)合用抗生素骨水泥相對單獨用抗生素骨水泥抑菌作用更全面，持續(xù)時間更長，抑菌效果更好。

[關(guān)鍵詞]"抗生素骨水泥；骨科感染；抗菌作用

[中圖分類號]"R331""""""[文獻標(biāo)識碼]"A""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2025.11.006

Clinical"study"of"sustained-release"effect"and"antibacterial"activity"of"antibiotic"bone"cement

WANG"Feng1，"ZHANG"Chao1，"JIANG"Lili2，"DONG"Kun2，"SUI"Xiuli2

1.Department"of"Trauma"Orthopedics，"Shandong"Wendeng"Osteopathic"Yantai"Hospital，"Yantai"264000，"Shandong，China;""""""""2.Department"of"Laboratory，"Shandong"Wendeng"Osteopathic"Yantai"Hospital，"Yantai"264000，"Shandong，"China

[Abstract]"Objective"To"investigate"washing"patterns"in"human"simulated"body"fluids"（SBF）"by"combining"high"doses"of"vancomycin，"manuperenan"and"single"compound"with"bone"cement."The"antibacterial"effect"of"fivenbsp;common"bacteria"in"orthopaedic"infections"were"observed."Methods"Vancomycin"2g"and"meropenem"3g"were"combined"or"alone"mixed"with"ordinary"bone"cement"20g"in"aseptic"operation."Six"copies"of"antibiotic"bone"cement"pellets"were"made，"immersed"in"SBF，"replaced"with"SBF"buffer"every"48"hours，"sampled"every"24"hours"2μl"drops"in"methicillin-resistant"staphylococcus"aureus"（MRSA），"petries"of"staphylococcus"aureus，"pseudomonas"aeruginosa，"E."coli，"and"extended-spectrum"beta-lactamase"（ESBL）-positive"E."coli"were"observed"for"24"hours"and"measured"the"size"of"the"bactericidal"rings"of"the"washing"fluid"at"each"time"point."The"antibacterial"effect"of"different"ratios"of"antibiotic"bone"cement"on"5"common"orthopedic"infections"were"compared."Results"Compound"antibiotic"group"had"a"better"bactericidal"effect，"and"the"drug"continues"to"be"given"for"about"30"days."Wancomycin"alone"could"not"cover"E."coli，"ESBL"positive"E."coli，"pseudomonas"aeruginosa，"and"melopicillin"alone"had"only"a"partial"mild"bactericidal"effect"on"MRSA"around"3"to"6"days"after"use."The"effect"on"staphylococcus"aureus"and"pseudomonas"aeruginosa"lasted"only"about"15"days."Conclusion"The"combined"antibiotic"bone"cement"has"a"more"comprehensive，"longer"duration"and"better"bactericidal"effect"than"the"alone"antibiotic"bone"cement.

[Key"words]"Antibiotic"bone"cement;"Orthopedic"infections;"Antimicrobial"effect

局部抗生素骨水泥應(yīng)用可消除骨缺損空腔，持續(xù)緩慢釋放抗生素，很好地解決骨缺損、骨感染的治療難題[1]。目前國內(nèi)對該方向的研究多集中在關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染、感染性骨缺損及開放性骨折骨缺損治療的有效性等，對聯(lián)合使用大劑量抗生素骨水泥抗菌效果及釋放特性的研究相對較少[2-7]。本研究設(shè)計觀察大劑量萬古霉素＋美羅培南的復(fù)合抗生素骨水泥在體液模擬環(huán)境下的緩釋特性及抗菌效果，以期為臨床感染菌不明確和混合菌感染情況下骨水泥抗生素的應(yīng)用提供參考。

1""材料與方法

1.1""一般材料

注射用鹽酸萬古霉素（批準(zhǔn)文號：國藥準(zhǔn)字H20033366，生產(chǎn)單位：浙江醫(yī)藥公司，規(guī)格：0.5g，50萬U）；注射用美羅培南（批準(zhǔn)文號：國藥準(zhǔn)字H20065284，生產(chǎn)單位：石藥集團歐意藥業(yè)集團有限公司，規(guī)格：0.5g）；骨水泥（批準(zhǔn)文號：國藥準(zhǔn)字60891082，生產(chǎn)單位：德國Heraeus"Medical"GmbH"公司，規(guī)格：PALACOS?）；萬古霉素2g與美羅培南3g兩種抗生素聯(lián)合與普通骨水泥20g進行配比混合，制成形狀、質(zhì)量、體積及個數(shù)均等的抗生素骨水泥顆粒件6份。一組：2份配比為萬古霉素2g加美羅培南3g與普通骨水泥20g（1、2號骨水泥件）；二組：2份配比為萬古霉素2g與普通骨水泥20g（3、4號骨水泥件）；三組：2份配比為美羅培南3g與普通骨水泥20g（5、6號骨水泥件）。所有骨水泥件均在實驗室內(nèi)無菌環(huán)境下制作。洗脫液為體液模擬液（simulated"body"fluids，SBF）（批準(zhǔn)文號：R24029-500ml，生產(chǎn)單位：中國上海源葉生物科技有限公司，規(guī)格：1.5×，無菌）。

1.2""方法

1.2.1""洗脫實驗""將三組6份骨水泥顆粒件置于無菌帶蓋廣口瓶內(nèi)，各加入50ml的SBF緩沖液沒過骨水泥顆粒，置于37℃恒溫箱中，每48h更換SBF"""1次：分別于1d、2d、3d、4d、5d、6d、7d、8d、9d、10d、11d、12d、13d、14d、15d、16d、17d、18d、19d、20d、21d、22d、23d、24d、25d、26d、27d、28d、29d、30d的18：00時間節(jié)點取洗脫液進行抗菌活性檢驗。

1.2.2""抗菌活性檢測""用接種環(huán)挑取18～24h內(nèi)培養(yǎng)的新鮮菌落于5ml無菌接種水內(nèi)，調(diào)制成相當(dāng)于0.5麥?zhǔn)蠘?biāo)準(zhǔn)的細菌濃度（務(wù)必于15min內(nèi)使用），用無菌棉拭子沾取菌液，并經(jīng)管壁旋轉(zhuǎn)擠壓去除過多的菌液，均勻涂抹于培養(yǎng)基表面，旋轉(zhuǎn)瓊脂平板60°涂抹3次，然后沿平皿內(nèi)緣涂抹一周，蓋上皿蓋，置室溫干燥3～5min后，用無菌微量移液器取各時間節(jié)點洗脫液2μl分別點在耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant"staphylococcus"ayreus，MRSA）、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、大腸埃希菌、廣譜β內(nèi)酰胺酶（extended-spectrum"beta-"lactamase，ESBL）陽性大腸埃希菌5種細菌培養(yǎng)皿中，每種細菌培育3個培養(yǎng)皿（每皿6個點，每點2μl），35℃培養(yǎng)24h。觀察并測量各培養(yǎng)皿每種藥物的抑菌環(huán)直徑，每種藥物取所種3個平板抑菌環(huán)直徑的平均值。

1.2.3""觀察數(shù)據(jù)""每天記錄5種細菌共計15個培養(yǎng)皿抑菌環(huán)直徑，記錄平均值，得出不同配比抗生素骨水泥對5種細菌產(chǎn)生抗菌效果的曲線圖。

1.3""統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS"22.0統(tǒng)計學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析，符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（"）表示，組間比較采用t檢驗，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以中位數(shù)（四分位數(shù)間距）[M（Q1，Q3）]表示，組間比較采用秩和檢驗。Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2""結(jié)果

2.1""抗生素骨水泥的抑菌時限

不同配比抗生素骨水泥的抗生素釋放量和抗菌效果時間曲線見圖1。3組抗生素骨水泥對5種常見致病菌均在5～7d抑菌效果達到峰值，后逐漸降低，25～30d逐漸失去抑菌效果。一組抑菌譜更廣更佳，持續(xù)時間較長，可達到30d，這與兩種藥物混合后劑量更大、在骨水泥中形成骨水泥微孔結(jié)構(gòu)更多更豐富、釋放更充分有關(guān)；二、三組抑菌譜窄及持續(xù)時間略差，在20～26d左右逐漸失去抑菌效果；二組不能覆蓋大腸埃希菌、ESBL陽性大腸埃希菌、銅綠假單胞菌，三組對金葡菌僅在14d有較低的抑菌效果。抗生素骨水泥體外釋放效果表現(xiàn)出早期爆發(fā)釋藥、中期平穩(wěn)釋藥、持續(xù)釋藥達30d的特點。

2.2""抗生素骨水泥的抑菌效果

一、二組抗生素骨水泥對MRSA的抗菌效果無差異。對金黃色葡萄球菌，三組抗生素骨水泥均有抗菌效果，其中一組、三組組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。一組抗生素骨水泥的抗菌譜最廣，對5種骨科常見感染菌均有作用，兩種抗生素大劑量聯(lián)合使用并未因相互作用而減低抗菌作用。

3""討論

在嚴(yán)重創(chuàng)傷救治初期和初次、二次手術(shù)清創(chuàng)過程中，大量骨缺損、皮膚軟組織無法覆蓋創(chuàng)面，后期感染風(fēng)險成倍增大[8]。抗生素聯(lián)合復(fù)合骨水泥可覆蓋多種骨科常見感染菌，減少手術(shù)次數(shù)，減輕患者痛苦和家庭經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染多為革蘭陽性菌，開放性骨折導(dǎo)致的感染多為混合感染，以革蘭陰性菌為主[9-11]。目前，國內(nèi)初次全關(guān)節(jié)置換中應(yīng)用的絕大多數(shù)抗生素骨水泥均為載有慶大霉素的丙烯酸甲酯骨水泥，其抗菌譜主要對大腸桿菌、綠膿桿菌等革蘭陰性菌有抗菌作用。革蘭陽性菌中，除金黃色葡萄球菌對慶大霉素敏感外，鏈球菌對慶大霉素耐藥，對MRSA無效。因此迫切需要找到一種抗菌譜廣，抗菌作用強、熱穩(wěn)定性好的抗生素或兩種抗生素聯(lián)合。有研究證實混合應(yīng)用兩種抗生素較單獨應(yīng)用一種抗生素的洗脫率高[12-13]。

萬古霉素復(fù)合骨水泥治療骨科術(shù)后感染熱穩(wěn)定性好，安全有效[14-15]。萬古霉素可覆蓋革蘭陽性菌，與其他種類抗菌藥物無交叉耐藥，體外傳代培養(yǎng)顯示其誘導(dǎo)耐藥性很低，具有良好的藥代動力學(xué)特性，能滲透進骨髓、骨組織、關(guān)節(jié)液中，是一種較理想的治療骨科感染的抗生素。不足之處是在體外藥敏實驗中，萬古霉素對革蘭陰性桿菌無效。研究發(fā)現(xiàn)骨感染細菌培養(yǎng)革蘭陰性桿菌占49%[16]，骨水泥復(fù)合一種抗生素已不能滿足臨床抗菌需要。美羅培南是一種抗菌譜極廣的殺菌劑，對革蘭陰性菌和厭氧菌具有極強的殺菌作用，特別是對包括綠膿桿菌在內(nèi)的葡萄糖非發(fā)酵革蘭陰性菌均有極強的抗菌活性，且美羅培南對大部分常見的革蘭陽性菌也有殺菌作用。不足之處是對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌無效，其在骨組織、關(guān)節(jié)液中分布濃度低。有研究表明萬古霉素聯(lián)合美羅培南的骨水泥抗菌譜更廣，可產(chǎn)生協(xié)同作用，且不降低骨水泥的材料學(xué)特性[17]。本研究選擇骨科感染常見的5種致病菌：MRSA、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、大腸埃希菌、ESBL陽性大腸埃希菌作為實驗菌種。初次關(guān)節(jié)置換、嚴(yán)重開放創(chuàng)傷骨缺損清創(chuàng)中應(yīng)用抗生素骨水泥旨在預(yù)防術(shù)中的污染菌及控制術(shù)后早期感染，預(yù)防細菌生物保護膜形成，抗生素骨水泥中的抗生素洗脫特點是早期爆發(fā)釋藥、中期平穩(wěn)釋藥、持續(xù)釋藥達30d[18]。本研究3組抗生素骨水泥對5種常見致病菌的抑菌效果在5～7d達到峰值，后逐漸降低，25～30d逐漸失去抑菌效果。其中，一組抑菌譜更廣更佳，持續(xù)時間較長，能達到30d，早期爆發(fā)釋藥，在局部形成持續(xù)的、較高的抗生素濃度，可有效殺滅清創(chuàng)后殘余細菌。為臨床治療骨感染提供參考。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2024–06–30）

（修回日期：2025–02–26）