"Тольяттинский медицинский консилиум" 2011г. № 3-4

Микробиологический мониторинг – основа рациональной стратегии
и тактики антибактериальной терапии инфекции костей
и протезированных суставов

С.А. Божкова, В.Л. Разоренов, Т.М. Петрова

Российский НИИ травматологии и ортопедии им. Р.Р.Вредена, Санкт-Петербург, РФ

Актуальность проблемы оптимизации антибактериальной терапии (АБТ) в стационаре обусловлена тем, что на долю антиинфекционных препаратов приходится 50-60% от доли расходов на лекарственные средства [1]. Постоянно расширяющиеся возможности использования антимикробных препаратов сталкиваются с рядом серьезных проблем. Наиболее важной из них является необоснованно широкое и нерациональное использование антибиотиков, которое приводит к селекции антибиотикорезистентных штаммов микроорганизмов [2], увеличению затрат на медицинскую помощь при клинической неэффективности, повышает риск развития нежелательных реакций [3]. Значимость рационального использования антибиотиков в стационаре ортопедо-травматологического профиля во многом обусловлена особенностями инфекции костей и суставов: как правило, АБТ глубокой инфекции области хирургического вмешательства (ГИОХВ) и хронического остеомиелита эффективна только в сочетании с хирургическим лечением, т.к. инфицированные, лишенные кровоснабжения костные фрагменты недоступны действию препаратов, а наличие имплантата на фоне развивающегося гнойно-септического процесса является дополнительным фактором риска как генерализации, так и хронизации инфекции. В тоже время, АМТ должна быть этиотропной и длительной.

Цель настоящего исследования – определить спектр антимикробных препаратов для стационара травматолого-ортопедического профиля на основе этиологической структуры ведущих возбудителей ИОХВ после эндопротезирования тазобедренного или коленного суставов уровня антибиотикорезистентности выделенных изолятов.

Материалы и методы. Исследование основано на анализе структуры и резистентности к антибиотикам 938 штаммов микроорганизмов, выделенных из раневого отделяемого, пунктатов, отделяемого из свищей 618 пациентов с глубокой ИОХВ после эндопротезирования тазобедренного или коленного сустава (парапротезной инфекцией), проходивших лечение в отделении гнойной хирургии Российского НИИ травматологии и ортопедии им. Р.Р.Вредена с 1 января 2007 по 31 декабря 2009 г.

Микробиологическое исследование биоматериала от пациентов проводилось в соответствии с Методическими указаниями по определению чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам (МУК 4.2.1890-04. 2004) с использованием полуавтоматизированной системы идентификации выделенных микроорганизмов на тест-системах Lachema (Чехия), с учетом результатов на планшетном микрофотометре iEMSReader (ThermoLabsystem, Финляндия), включающего системы микробиологического мониторинга «Микроб-Автомат» и «Микроб-2». Определение чувствительности к антибактериальным препаратам проводилось диско-диффузионным методом с использованием дисков фирм Bio-Rad Laboratories (США) и bioMerieux (Франция), а также полуавтоматизированным методом с использованием стандартных панелей «СТАФИ-тест ТПК-6» (Россия).

Определяли чувствительность выделенных штаммов Staphylococcus spp. к бензилпенициллину, оксациллину, ингибиторзащищенным аминопенициллинам (ИЗ-аминопенициллины): ампициллину/сульбактаму и амоксициллину/клавуланату, ванкомицину, гентамицину, линкомицину, рифампицину, ципрофлоксацину, фузидиевой кислоте, эритромицину. Перечень антибактериальных препаратов для Enterococcus spp. включал ампициллин, ИЗ-аминопенициллины, ванкомицин, гентамицин, имипенем/циластатин, меропенем, ципрофлоксацин.

В 2009 году дополнительно для плановой коррекции формулярного перечня, определялась чувствительность грамположительных микроорганизмов к антибактериальным препаратам, которые могут использоваться для терапии парапротезной инфекции: клиндамицин, линезолид, моксифлоксацин, триметоприм/сульфаметоксазол (ко-тримоксазол), фосфомицин, тетрациклин.

Чувствительность выделенных штаммов грамотрицательных микроорганизмов определяли к ампициллину, ампициллину/сульбактаму, пиперациллину, пиперациллину/тазобактаму, цефотаксиму, цефтриаксону, цефтазидиму, цефоперазону, цефоперазону/сульбактаму, цефепиму, имипенему, меропенему, гентамицину, амикацину, тобрамицину, нетилмицину, ципрофлоксацину, диоксидину, доксициклину, тетрациклину, ко-тримоксазолу, колистину.

Полученные результаты. Анализ структуры выделенных за исследуемый период штаммов показал (рис.1), что ведущие позиции в спектре возбудителей парапротезной инфекции занимают Гр(+) микроорганизмы (70,5%), доля Гр(-) бактерий составила 16,4%. При этом установлено, что в видовой структуре возбудителей парапротезной инфекции с участием Гр(+) микроорганизмов стафилококки были выделены в 84,9%, энтерококки – в 11,0 % случаев. Доля стрептококков была крайне незначительна (22 штамма различных видов за анализируемый период). Выявлено, что в 67% случаев стафилококковых инфекций этиологическая роль принадлежит S. aureus (рис. 1), 18,4% - S. epidermidis. Другие виды коагулазонегативных стафилококков выделены в 14,5% случаев, в том числе S. haemolyticus (3,2%), S. warneri (2,7%), S hominis (1,8%).

Рис. 1. Видовая структура стафилококков при парапротезной инфекции.

Частота выделения метициллинорезистентных штаммов S. aureus (MRSA) составила 31,2%, S. epidermidis (MRSE) 55,7%. Наиболее активными в отношении штаммов стафилококков были ванкомицин, фузидиевая кислота, рифампицин (рис.2). Активность ампициллина/сульбактама и амоксициллина/клавуланата в отношении грамположительных бактерий существенно не различалась, что позволило объединить данные по этим АМП. Частота выделения штаммов S. aureus и S. epidermidis, резистентных к ИЗ-аминопенициллинам, соответствует частоте выделения штаммов MRSA и MRSE. Таким образом, при выделении метициллино-чувствительных штаммов стафилококков ИЗ-аминопенициллины, с учетом хорошей биодоступности форм для перорального применения, могут быть препаратами выбора для длительных курсов антибактериальной терапии при парапротезной инфекции.

Рис. 2. Антибиотикорезистентность (%) госпитальных штаммов S.aureus (n=372)и S.epidermidis (n=102) за период 2007-2009 гг.

Как видно из рисунка 2 штаммы S. epidermidis по сравнению с изолятами S. aureus характеризуются большей резистентностью ко всем исследуемым антимикробным препаратам за исключением ванкомицина. Анализ антибиотикорезистентности других видов коагулазонегативных стафилококков не проводился в связи с малым количеством выделенных штаммов (суммарно за 3 года от 3 до 13 штаммов).

Частота выделения штаммов Enterococcus spp. при парапротезных инфекциях, вызванных грамположительными микроорганизмами, за исследуемый период составила 10,9%, из них 59,1% - штаммы E. faecalis, 21,1% – E. fecium, остальные виды выделены из раневого отделяемого в 19,8% случаев. Большинство изолятов Enterococcus spp. входили в состав микробных ассоциаций (63,4%). Наиболее активными в отношении изолятов E. faecalis (таб.1) были ванкомицин, имипенем/циластатин. ИЗ-аминопенициллины показали большую активность в отношении данного микроорганизма по сравнению с ампициллином. Установлено, что большая часть (60-70%) штаммов E. faecalis сохраняют чувствительность к ципрофлоксацину, гентамицину и ампициллину. Штаммы E. faecium отличались более высокой резистентностью к исследуемым антибактериальным препаратам за исключением ванкомицина (таб. 1).

Таблица 1.
Уровень антибиотикорезистентности штаммов E. faecalis и E. faecium за 2007-2009 гг.

Как видно из таблицы 2, все выделенные штаммы основных представителей грамположительных возбудителей парапротезной инфекции были чувствительны к линезолиду. Хорошую активность в отношении стафилококков показали фосфомицин, моксифлоксацин. Кроме того, большинство выделенных штаммов были чувствительны к ко-тримоксазолу и тетрациклину. Высокий уровень резистентности установлен для клиндамицина.

Таблица 2
Резистентность ведущих грамположительных возбудителей парапротезной инфекции
к дополнительному перечню антибактериальных препаратов в 2009 гг.

Ведущее положение в спектре грамотрицательных возбудителей глубокой ИОХВ после эндопротезирования коленного или тазобедренного суставов занимает семейство энтеробактерий (в среднем 6,6%), в т. ч. штаммы E.cloacae – 3,2%, E.coli – 1,7%, K. pneumoniae – 1,7%. Неферментирующие бактерии представлены штаммами P.auroginosa и A.calcoaceticus/baumannii complex, доля которых составила 3,5 и 4,4% соответственно.

Высокая резистентность изолятов E. cloacae отмечена к ампициллину, приперациллину, доксициклину, цефазолину, цефтазидиму. АМП с ингибиторами ?-лактамаз показывают несколько большую активность в отношении данного микроорганизма (таб.3), однако, чувствительность выделенных штаммов к амоксициллину/сульбактаму остается низкой. Наиболее эффективными были пиперациллин/тазобактам, цефоперазон/сульбактам, цефепим, ципрофлоксацин, карбапенемы, тобрамицин, диоксидин и колистин, хорошая чувствительность сохраняется к цефалоспоринам 3 поколения. Выделенные изоляты E.coli обладают наибольшей резистентностью к пенициллинам, ампициллину/сульбактаму, цефалоспоринам, гентамицину, ципрофлоксацину, доксициклину, тетрациклину и ко-тримоксазолу. Максимально активным в отношении E. coli были цефоперазон/сульбактам, карбапенемы, амикацин, тобрамицин, диоксидин и колистин, к которым были чувствительны все штаммы данного микроорганизма. Большинство штаммов E.coli было чувствительно к нетилмицину. Выделенные изоляты K. pneumoniae обладают наибольшей среди представленных видов энтеробактерий резистентностью к АМП (таб.5). Наибольшую активность против штаммов K. pneumoniae сохраняют пиперациллин/тазобактам, карбапенемы, диоксидин и колистин.

Таблица 3
Антимикробная резистентность (%) изолятов энтеробактерий, выделенных от пациентов
с парапротезной инфекцией за период 2007-2009 гг.

Выделенные штаммы P.aeruginosa отличались высоким уровнем резистентности к амикацину, гентамицину, пиперациллину, цефалоспоринам III-IV поколений, ципрофлоксацину, меропенему, азтреонаму (таб.4). Наиболее активными в отношении P.aeruginosa являлись тобрамицин, пиперациллин/тазобактам, цефоперазон/сульбактам, колистин, имипенем. Высокую активность в отношении выделенных штаммов показал диоксидин.

Таблица 4
Антибактериальная резистентность изолятов P.aeruginosa, выделенных у пациентов
с парапротезной инфекции за период 2007-2009 гг.

Выделенные штаммы A. calcoaceticus/baumannii complex отличались высоким уровнем резистентности к аминогликозидам, пиперациллину, цефалоспоринам III-IV поколений, ципрофлоксацину (таб.5). Наиболее активными в отношении данных патогенов являлись карбапенемы, колистин, диоксидин.

Таблица 5
Антибактериальная резистентность изолятов A. calcoaceticus/baumannii complex,
выделенных у пациентов с парапротезной инфекции за период 2007-2009 гг.

Обсуждение. Этиология инфекционных болезней является основой для формирования стратегии и тактики антибактериальной терапии. Однако, несмотря на значительное разнообразие возбудителей, основную группу (около 70% в среднем за исследуемый период), на которую приходится подавляющая часть этиологии глубокой ИОХВ после эндопротезирования крупных суставов, составляют грамположительные микроорганизмы, в основном штаммы Staphylococcus spp. и Enterococcus spp..

Штаммы стафилококков способны продуцировать значительное количество факторов вирулентности (поверхностные белки, способствующие колонизации тканей, полисахаридная капсула, белок А, каротиноиды, каталазу, токсины, экзотоксины и др.) большинство из которых встречается у S. aureus. При условии целостности эпителиальных покровов иммунокомпетентный организм успешно противостоит развитию стафилококковых инфекций. Однако, в условиях травмы, хирургического стресса на фоне тяжелой операции, к которым относят эндопротезирование суставов и реконструктивные операции на костях, особенно сопровождающиеся массивной кровопотерей, снижением иммунореактивности, условно-патогенные микроорганизмы проявляют свои вирулентные свойства и вызывают развитие гнойно-септических инфекций.

Несмотря на то, что в настоящее время описано более 30 видов стафилококков, основное клиническое значение, как наиболее вирулентный, имеет S. aureus, штаммы которого в данном исследовании были изолированы в 67% случаев выделения стафилококковой флоры. S .epidermalis и другие коагулазонегативные стафилококки по данным литературы характеризуются значительно меньшей клинической значимостью [4]. Теми немногими факторами вирулентности, которые имеют данные микроорганизмы, являются капсульные и другие адгезины, обеспечивающие прикрепление микроорганизмов к белкам внеклеточного матрикса (фибриногену, фибронектину и др.). Отложение данных белков практически на всех имплантатах создает благоприятные условия для адгезии стафилококков и формирования биопленки, в составе которой становятся недоступными для воздействия факторов иммунной системы пациента и антибактериальных препаратов. Микроорганизмы в составе биопленок обладают повышенной выживаемостью в присутствии антибиотиков как за счет снижения доступа препарата, так и перераспределения генов антибиотикорезистентности через внеклеточную ДНК и/или прямую передачу генов из клетки в клетку [5]. По-видимому, именно это свойство приводит к тому, что, санация гнойного очага при парапротезной инфекции без удаления компонентов эндопротеза, как правило, неэффективна даже на фоне этиотропной АБТ, и зачастую приводит в последующем к рецидиву гнойно-септического процесса.

Из 372 изолятов S.aureus, выделенных от пациентов с парапротезной инфекцией, более 80% были резистентны к бензилпенициллину, а, следовательно, к амино-, карбокси- и уреидопенициллинам. Стафилококковые β-лактамазы эффективно подавляются ингибиторами (клавуланатом, сульбактамом), в связи с чем ИЗ-аминопенициллины в ходе исследования показали в отношении золотистого и эпидермального стафилококка существенно большую активность чем бензилпенициллин (рис. 2). Остальные β-лактамы с потенциальной антистафилококковой активностью (цефалоспорины I, II и IV поколений и карбапенемы) сохраняют активность в отношении β-лактамазпродуцирующих штаммов.

По данным Л.С. Страчунского (2002) в России частота выделения изолятов MRSA в травматолого-ортопедических отделениях составила 41,6%. Согласно результатам, полученным в настоящем исследовании (рис. 2), устойчивость к оксациллину возбудителей парапротезной инфекции составила для S. aureus 31,2%, для S. epidermidis – 55,7%. Аналогичная ситуация наблюдается и в отношении других групп антибактериальных препаратов – в 1,5-2 раза выше резистентность изолятов S. epidermidis в отношении эритромицина, ципрофлоксацина, гентамицина, что, по-видимому, свидетельствует о перекрестной резистентности штаммов MRSE к препаратам разных групп. Таким образом, выделение штаммов MRSE из гнойного очага при парапротезной инфекции является неблагоприятным прогностическим признаком для эффективности антибактериальной терапии, так как длительное введение ванкомицина или прием линезолида в амбулаторных условиях представляется крайне затруднительным.

В ходе исследования было показано (рис.2), что около 70-80% изолятов S.aureus сохраняют чувствительность к гентамицину, ципрофлоксацину, эритромицину, линкомицину. В то же время, их применение существенно ограничивается тем, что, во-первых, все перечисленные препараты уступают β-лактамам в антистафилококковой активности, а, во-вторых, как уже говорилось выше, отмечается крайне высокая частота перекрестной резистентности у штаммов метициллинорезистентных стафилококков.

Несмотря на многолетнее использование в терапии парапротезной инфекции ванкомицина, до настоящего времени в клинике института не выявлено штаммов стафилококков, резистентных к данному препарату, и он остается препаратом выбора для АБТ инфекций, вызванных метициллинорезистентными стафилококками. Кроме того, установлено, что возможно расширить спектр антимикробных препаратов c антистафилококковой активностью для комбинированной этиотропной терапии парапротезной инфекции стафилококковой этиологии за счет моксифлоксацина, ко-тримоксазола, фосфомицина, доксициклина при подтвержденной чувствительности к ним выделенных возбудителей (таб.2).

Микробиологический мониторинг в отделении гнойной хирургии показал, что около 10% случаев инфекций протезированных суставов протекают с участием энтерококков. При этом в 63,4% случаев данные микроорганизмы входят в состав микробных ассоциаций, что подтверждает данные литературы о том, что при развитии клинически выраженной инфекции энтерококки могут участвовать в ее начальной стадии, индуцируя воспалительную реакцию при синергидных взаимодействиях с другими микроорганизмами, в дальнейшем не влияя на течение процесса [5, 6,]. Таким образом, только около 5% случаев парапротезных инфекций имеют энтерококковую этиологию, в связи с чем нецелесообразно говорить об эмпирической терапии энтерококковых инфекций после эндопротезирования крупных суставов, а при установленном участии штаммов Enterococcus spp. антибактериальная терапия должна быть этиотропной.

Наиболее активным в отношении энтерококков до настоящего времени остается ванкомицин. Остальными препаратами, обладающими антиэнтерококковой активностью в порядке её снижения, являются имипенем/циластатин, ампициллин/сульбактам, ципрофлоксацин, гентамицин и ампициллин. Однако все перечисленные препараты оказывают в отношении энтерококков только бактериостатическое действие. Необходимость в назначении схем АБТ, оказывающих бактерицидное действие в клинике травматологии и ортопедии возникает при развитии инфекции на фоне нейтропении или при невозможности удаления эндопротеза. Наиболее выраженный бактерицидный эффект можно получить при комбинированной терапии β-лактамами или ванкомицином в сочетании с аминогликозидом (гентамицином) [7], однако, надо учитывать, что последнее сочетание обладает крайне высокой нефротоксичностью, и при необходимости его применения требуется регулярный контроль клиренса креатинина у пациента, чтобы не допустить развитие острой почечной недостаточности.

Для терапии рецидивирующих глубоких ИОХВ после эндопротезирования крупных суставов, вызванных полирезистентными грамположительными микроорганизмами, можно применять линезолид, к которому в течение 2009 г. не было выделено ни одного резистентного штамма, и высокая эффективность которого при лечении инфекции костей и суставов показана в ряде исследований [8, 9, 10]. Однако надо учитывать, что рекомендуемая продолжительность приема линезолида – 28 суток, является недостаточной для терапии парапротезной инфекции.

В результате проведенного анализа показано, что грамотрицательные микроорганизмы гораздо реже являются возбудителями парапротезной инфекции. Выявлено, что из ?-лактамных антибиотиков наибольшую активность в отношении выделенных изолятов энтеробактерий сохраняют пиперациллин/тазобактам, цефоперазон/сульбактам и карбапенемы. При этом установлено, что полученные штаммы E. cloacae обладают лучшей чувствительностью к цефалоспоринам III поколения и ципрофлоксацину по сравнению с изолятами E.coli и K. pneumoniae. Чувствительность энтеробактерий к аминогликозидам различается в зависимости от вида микроорганизма: наибольшая резистентность к данной группе установлена у штаммов K. pneumonia, и антибактериального препарата: наименьшей активностью обладает гентамицин, наибольшей тобрамицин и амикацин (за исключением штаммов K. pneumonia). Кроме того, для пролонгированной антибактериальной терапии инфекций, вызванных энтеробактериями, при подтвержденной чувствительности, можно использовать в составе комбинированной терапии доксициклин и ко-тримоксазол.

Наибольшая антисинегнойная активность была установлена у тобрамицина, пиперациллина/тазобактама, цефоперазона/сульбактама, имипенема. При этом надо отметить, что наличие в составе АМП ингибиторов β-лактамаз повысило их активность в отношении штаммов A. calcoaceticus/baumannii complex: к пиперациллину резистентны были 75% изолятов, к пиперациллину/тазобактаму – 50%, к цефоперазону и цефоперазону/сульбактаму соответственно 69,2 и 33,3% штаммов. Наибольшая активность в отношении Acinetobacter spp. установлена для карбапенемов.

Высокоактивными АМП в отношении грамотрицательных патогенов являются колистин и диоксидин – антисептик, разрешенный для системного применения. Однако, колистин в настоящее время не зарегистрирован в РФ для системной антибактериальной терапии, а диоксидин обладает низким профилем безопасности и его назначение может быть оправданно, только выделением штамма, резистентного ко всем остальным антибиотикам.

В 20% случаев парапротезной инфекции были выделены ассоциации микроорганизмов, при этом около половины ассоциаций имели в своем составе грамотрицательные бактерии, что необходимо учитывать при назначении эмпирической терапии пациентам в случае острой клинической ситуации. На основе полученных результатов бактериологического мониторинга и анализа антибиотикорезистентности определен перечень антибактериальных препаратов для этиотропной терапии глубокой ИОХВ после эндопротезирования крупных суставов (табл. 6).

Таблица 6
Перечень антибактериальных препаратов для этиотропной терапии парапротезной инфекции

Примечание:
* - при аллергии на β-лактамные антибиотики;
1 - в комбинации с рифампицином или ко-тримоксазолом или фосфомицином;
2 - в комбинации гентамицином;
3 - в комбинации с амикацином, тобрамицином

Заключение. При отсутствии выраженных признаков гнойного процесса и интоксикации назначение АБТ инфекции протезированного сустава до проведения хирургического лечения является нерациональным и неэффективным. Применение АМП в таких случаях должно быть основано на результатах бактериологического исследования раневого отделяемого, аспирата или костного биоптата. В случае тяжелого состояния пациента препаратами выбора для незамедлительного назначения эмпирической АБТ парапротезной инфекции являются ванкомицин или линезолид, в сочетании с цефоперазоном/сульбактамом, пиперациллином/тазобактамом или карбапенемом, с последующим пересмотром антибактериальной терапии после идентификации возбудителя.

Таким образом, внедрение в клиническую практику рационально ограниченного списка антибиотиков является одним из способов управления антимикробной терапией в стационаре. Основой построения формуляра должны быть нозологическая структура пациентов, микробный пейзаж возбудителей инфекции и уровень их антибиотикорезистентности.

Литература

1. Розенсон О.Л. Страчунский Л.С. Оценка стоимости и эффективности антибактериальной терапии. Русский медицинский журнал. 1998; 6(4): С. 251-258.
2. Страчунский Л.С., Дехнич А.В., Белькова Ю.А. и др. Сравнительная активность антибактериальных препаратов, входящих в лекарственные формы для местного применения в отношении Staphylococcus aureus: результаты российского многоцентрового исследования. КМАХ. 2002; 4(2): С. 157-163.
3. Зайцев А. А. Анализ методов снижения расходов на антибактериальную терапию в стационаре. ГлавВрач. 2008; 11: С. 83-86.
4. Сидоренко С.В. Микробиологические аспекты хирургических инфекций. Инфекции в хирургии 2003; 1: С. 22-27.
5. Eaton T.J., Gasson M.J. Molecular screening of Enterococcus virulence determinants and potentional for genetic exchange between food and medical isolates. Appl. Environ. Microbiol. 2001; 67: Р. 1628-1635
6. Сидоренко С.В., Яковлев С.В. Инфекции в интенсивной терапии. М.: Бионика. 2003; 208 с.
7. Рак А.В. Амирасланов Ю.А., Борисов И.В. Хирургические инфекции опорно-двигательного аппарата. Остеомиелиты. В: Хирургические инфекции: практическое руководство под ред. И.А.Ерюхина, Б.Р. Гельфанда. С.А.Шляпникова. М.: Литтерра. 2006; С. 635-678.
8. Rao N., Ziran B.H., Hall R.A., et al. Successful treatment of chronic bone and joint infections with oral linezolid. Clin. Orthop. Relat. Res. 2004; 427: Р. 67–71.
9. Rayner C.R., Baddour L.M., Birmingham M.C. et al. Linezolid in the treatment of osteomyelitis: results of compassionate use experience. Infection. 2004; 32: Р. 8–14.
10. Till M., Wixson R.L., Pertel P.E. Linezolid treatment for osteomyelitis due to vancomycin-resistant Enterococcus faecium. Clin.Infect Dis. 2002; 34: Р. 1412-1414