耐藥革蘭陰性桿菌在腹腔感染中作用研究進展

崔建 王毅 劉威 于湘友

腹腔感染是膿毒癥發病及導致患者高病死率的重要原因[1-2]。資料顯示[3],約1/4的膿毒性休克是由腹腔感染引起的,腹腔感染是繼肺部感染后,膿毒性休克的第二大病因。腹腔感染的診療目前仍存在諸多難題,需要多學科協作。盡管外科技術的發展及腸內營養的改良改善了此類患者的治療預后,但在復雜腹腔感染(complicated intra-abdominal infection,c-IAI)患者的管理中及時恰當的抗生素治療對于預防發生膿毒性休克及減少晚期相關并發癥仍起著重要作用[4-5]。然而細菌耐藥,尤其是革蘭陰性桿菌,嚴重影響了臨床感染診療的成功率[6-7]。革蘭陰性桿菌的耐藥率不斷上升，已成為醫院感染管理的難題,也是全球健康的重大威脅,主要包括肺炎克雷伯菌、鮑曼不動桿菌和銅綠假單胞菌的流行[8]。筆者就腹腔感染中耐藥革蘭陰性桿菌的流行病學及抗菌藥物的應用策略進行綜述。

一、腹腔感染的相關定義及分類

(一)一般腹腔感染

腹腔感染是一種可致腹腔內器官發生嚴重功能損害的感染性病變,常表現為單個器官的炎癥反應、不同形式的腹膜炎或腹膜內、腹膜后、實質膿腫等[9]。按照病理機制可分為:(1)單個器官的感染(如膽囊炎、闌尾炎、胰腺炎等),盡管不伴有腹腔臟器穿孔,但也有可能發生腹膜炎。(2)感染性腹膜炎(原發性腹膜炎、繼發性腹膜炎和第三型腹膜炎)。(3)腹腔內膿腫。按照感染環境可分為社區獲得性腹腔感染(community-acquired intra-abdominal infection,CA-IAI)和醫院獲得性腹腔感染(healthcare-acquired intra-abdominal infection,HA-IAI)。按照感染累及范圍主要分為非復雜腹腔感染和復雜腹腔感染。

(二)復雜腹腔感染

c-IAI是指感染灶穿透腹腔內的空腔臟器,進入腹膜腔,伴有腹腔內膿腫形成或腹膜炎,治療上需要感染源的有效控制和合理抗生素的聯合應用,分為腹腔膿腫型和腹膜炎型[1]。

(三)感染性腹膜炎

感染性腹膜炎是指腹腔內感染過程中由細菌、真菌或其毒素引起的局部炎癥[9]。主要分為:(1)原發性腹膜炎是指無胃腸道穿孔的情況下發生的腹膜炎,如肝硬化、慢性腹膜透析、結核性肉芽腫等所致的自發性腹膜炎。(2)繼發性腹膜炎是指繼發于胃腸道等穿孔導致的腹膜炎:①由于腹腔內器官急性炎癥、腸缺血、盆腔炎等造成的穿孔。②術后腹腔器官吻合口裂開、吻合縫線裂開或腸手術殘端裂開等造成的穿孔。③開放性或閉合性腹部創傷導致的穿孔。(3)第三型腹膜炎是指在經過一次以上感染源清除治療來控制感染但失敗而造成復發或持續的腹腔內感染。多與被低致病性微生物污染有關,如無菌性、真菌性及低致病性細菌引起的腹膜炎等。

(四)腹腔膿腫

腹腔膿腫是指在異物和微生物等因素共同作用下導致局部的低pH環境,損害了吞噬細胞的功能,也阻礙了免疫細胞和抗生素的滲透,進而導致腹腔內膿腫的形成,由于有腹膜包裹,全身炎癥反應可能很小或沒有。根據膿腫位置可分為:(1)腹膜內膿腫(如膈下、肝下、盆腔膿腫等)。(2)腹膜后膿腫。(3)腹腔實質器官膿腫(如肝、脾、腎膿腫等)[1, 9]。需要指出的是,腹腔膿腫可單發,也可多發,甚至不同類型的腹腔膿腫可同時存在。

二、常見腹腔感染致病微生物特點

一個世紀前,臨床醫師只能將引起腹腔感染的可能原因分為需氧細菌和厭氧細菌。隨著細菌檢驗技術的進步,到20世紀70年代中期,人們逐漸認識到嚴重的腹腔感染可能涉及多種細菌的協同效應[10]。

(一)消化道常見共生菌

引起腹腔感染的細菌主要源于胃腸道的內源性菌群,因此了解胃腸道內的正常微生物群是預測腹腔感染致病菌的關鍵因素之一。人體腸道的正常共生菌可達500多種,消化道不同部位的菌種不同[11]。(1)胃內主要包括鏈球菌、乳桿菌屬等。(2)膽道正常狀態下無菌,也可能包括大腸埃希菌、腸球菌等。(3)近端小腸主要包括大腸埃希菌、克雷伯菌屬、乳桿菌屬等。(4)遠端小腸主要包括脆弱擬桿菌、梭菌屬、大腸埃希菌等。(5)結腸主要包括擬桿菌屬、梭菌屬、大腸埃希菌等。因此,各部位腹腔感染的主要致病菌存在差異,導致患者的預后也存在差異[12]。

(二)腹腔感染常見分離菌

一項關于中國三級醫院胃腸瘺患者細菌學和細菌耐藥性變化趨勢的研究顯示[13],共有47.2%的患者同時感染了多種微生物菌株,革蘭陰性菌占總體分離菌的73.0%,以大腸埃希菌最常見,占總體分離菌的24.2%;其次是肺炎克雷伯菌占總體分離菌的14.1%;其他分離菌包括腸球菌屬(10%)、鮑曼不動桿菌(9%)、銅綠假單胞菌(8%)等。調查結果表明[13-14],目前革蘭陰性桿菌仍是腹腔感染最常見的致病菌。需要注意的是,根據抗菌藥物耐藥性趨勢監測研究(study for monitoring antimicrobial resistance trends,SMART)的相關數據,與CA-IAI不同,HA-IAI革蘭陰性桿菌致病菌耐藥的形勢近年來愈發嚴重,臨床醫師選擇抗生素的難度也越來越大[15]。導致腹腔感染的主要致病革蘭陰性桿菌包括大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、鮑曼不動桿菌、銅綠假單胞菌等。

1.大腸埃希菌

大腸埃希菌是腹腔感染致病菌中檢出率最高的菌種[12-13]。根據CHINET監測數據[16],大腸埃希菌占總體分離菌株的19.47%,其中產超廣譜β-內酰胺酶(extended spectrum beta-lactamases, ESBL)菌株的檢出率為45.2%,對青霉素、頭孢菌素等抗生素的耐藥率明顯高于非產ESBL菌株。腹腔感染患者中產ESBL的大腸埃希菌檢出率呈逐年上升趨勢,中國地區達55.6%,顯著高于亞洲其他地區[17]。中國不同地區的檢出率也存在不同。2019年全國大腸埃希菌對第三代頭孢菌素的耐藥率平均為51.9%,較2018年下降了1.1%,但仍然處于相對較高的水平,其中河南省最高(62.0%),天津市最低(45.7%)[18]。值得注意的是,大多數編碼ESBL酶的基因位于質粒上。因此,產ESBL的細菌通常對其他如氨基糖苷類和喹諾酮類藥物也具有附加耐藥機制,進而導致細菌多重耐藥[19]。另一項腹腔感染革蘭陰性桿菌相關調查結果也顯示[20],對于產ESBL的大腸埃希菌分離株,碳青霉烯類及阿米卡星是其最有效的抗菌藥物,鑒于喹諾酮類藥物耐藥性較高,建議臨床實踐中審慎對待。

耐碳青霉烯腸桿菌科細菌(carbapenem-resistant enterobacteriaceae,CRE)主要由細菌產碳青霉烯酶等引起,某些菌株可因產ESBL和(或)頭孢菌素酶(AmpC酶)及存在外排泵過度表達或膜孔蛋白突變而導致耐藥[21]。目前，中國大腸埃希菌對碳青霉烯類藥物的耐藥率多在10%以下[16]。SMART研究中尚沒有中國產碳青霉烯酶腸桿菌科細菌導致腹腔感染的數據,將來需要繼續對腹腔感染致病菌進行流行病學調查進一步加強監測[22]。

2.肺炎克雷伯菌

克雷伯菌屬屬于腸桿菌科,肺炎克雷伯菌是臨床上最常見的克雷伯菌屬細菌,常分布于人體的胃腸道、皮膚和鼻咽部,是人類感染的常見致病菌[22]。在腹腔感染分離菌株中,肺炎克雷伯菌的檢出率僅次于大腸埃希菌[12-13]。2016年CHINET數據顯示[16],肺炎克雷伯菌的檢出率為13.86%。在呼吸道標本的分離菌株中,肺炎克雷伯菌的檢出率已經超過鮑曼不動桿菌,上升至第1位。2019年全國細菌耐藥監測報告提示[18],肺炎克雷伯菌對碳青霉烯類藥物的耐藥率全國平均為10.9%,較2018年上升了0.8%;其中河南省最高(32.8%),西藏自治區最低(0.6%),總體耐藥率呈緩慢上升趨勢。根據CHINET最新數據[24],2021年上半年肺炎克雷伯菌分離菌株對亞胺培南和美羅培南的耐藥率分別達到了25.5%和27.1%,較前有明顯上升。產碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌(carbapenemase-producing klebsiella pneumonia,CR-KP)全球范圍內的流行已經成為各國各地區的重大難題[25-26]。

CR-KP的耐藥性涉及多種機制,包括碳青霉烯酶的產生(如KPC、NDM、VIM等)、膜孔蛋白缺失導致細胞膜通透性降低及外排泵功能上調降低抗生素在細胞質的濃度,后兩種機制通常伴有高水平的其他類型β-內酰胺酶(如AmpC酶等)的產生[27]。由多重耐藥性肺炎克雷伯菌(multidrug resistant Klebsiella Pneumoniae,MDR-KP)引起的感染與臨床實踐中患者病死率高于40%～50%具有相關性,特別是對于重癥患者和接受實體器官移植的患者[28-29]。此外,自1986年在中國臺灣首次分離報道高毒力肺炎克雷伯菌(hypervirulent klebsiella pneumonia,hvKp)以來,hvKp引起的感染呈上升趨勢[30-31]。hvKp常同時引起多部位的感染或出現感染后傳播轉移的現象,且經常需要進行感染源控制(如膿腫引流等)。與經典肺炎克雷伯菌(classical klebsiella pneumonia,cKp)不同的是,hvKp可能會引起中樞神經系統和眼內感染,對其引發的感染需要快速識別并進行感染灶的定位[31]。目前hvKp經常在年輕和健康的宿主中引起危及生命的社區獲得性感染,盡管通常對抗生素敏感,但有研究顯示[32],hvKp和MDR-KP的克隆均具有細菌代謝普遍存在的特征,在環境等因素的影響下兩者可能會結合產生高耐藥性和高毒力的雙重風險菌株。

Zhang等[20]的研究結果顯示,HA-IAI患者中產ESBL的肺炎克雷伯菌的檢出率高于CA-IAI患者,CA-IAI中產ESBL肺炎克雷伯菌的易感性低于HA-IAI。這與先前的SMART研究結果一致[33]。鑒于肺炎克雷伯菌耐藥性的逐年增加,建議臨床中對于高危腹腔感染患者常規實施CR-KP的篩查,以期能夠早期識別干預[34]。

3.鮑曼不動桿菌

鮑曼不動桿菌也是一種革蘭陰性球桿菌,已成為醫院感染甚至社區感染日益普遍的致病菌,引起了全球醫療衛生領域極度重視[35-36]。對于鮑曼不動桿菌,最令人擔憂的是其積累了多種產生抗生素耐藥性機制的能力,目前已經出現對所有商品化抗生素均耐藥的菌株[37-38]。根據中國CHINET數據[16],不動桿菌屬占總體分離菌株的10.77%,而其中的90.6%為鮑曼不動桿菌。2019年全國細菌耐藥監測報告數據顯示[18],鮑曼不動桿菌對碳青霉烯類藥物的耐藥率全國平均為56%,較2018年下降了0.1%,其中河南省最高(78.6%),西藏自治區最低(24.4%)。CHINET最新數據顯示[24],2021年鮑曼不動桿菌對亞胺培南和美羅培南的耐藥率分別達到了69.21%和70.5%。在WHO公布針對耐藥細菌的新抗生素研發優先等級中,按照致病菌感染的可治療性、病死率、醫療負擔及10年耐藥趨勢計算,排名第一位的細菌即為耐碳青霉烯的鮑曼不動桿菌[7]。鮑曼不動桿菌可以定植于人體皮膚、傷口及呼吸道和胃腸道,干燥環境下可以存活數周,這一特性增加了其院內傳播致病的機率[39]。

院內鮑曼不動桿菌最常見的耐藥機制也涉及產ESBL、細胞壁膜孔蛋白的改變及外排泵的過度表達,還可以通過gyrA和parC基因的突變對喹諾酮類藥物耐藥,通過表達氨基糖苷類修飾酶對氨基糖苷類藥物耐藥[40]。也有研究描述[41],在鮑曼不動桿菌的基因組中含有45個耐藥性基因的“耐藥性島”。這些研究促使臨床醫師對其新型耐藥性相關因子的識別鑒定,也極大地改變了研究人員對細菌耐藥性進化的思考方式。

鮑曼不動桿菌的感染多發生于衰弱的患者。而c-IAI接受手術、中心靜脈置管、機械通氣、腸內喂養以及碳青霉烯類或第三代頭孢菌素等抗生素治療的患者,復合鮑曼不動桿菌感染的機率會明顯增加[42-43]。院內爆發流行鮑曼不動桿菌?？梢宰匪莸轿廴驹?因此臨床中有針對性的院感控制措施應繼續加強[44]。

4.銅綠假單胞菌

銅綠假單胞菌是一種機會致病菌,能夠在各種環境條件下生存和生長。該細菌能夠通過內在和獲得性機制對抗生素產生耐藥性且有多樣的致病機制[45]。銅綠假單胞菌可以引起血流、肺部、腹腔等感染。既往史中長期住院、機械通氣、伴有其它基礎疾病(APACHE-II評分>16分)及不恰當的廣譜抗菌藥物治療均是其致病的高危因素[46]。根據中國CHINET數據[16],銅綠假單胞菌的檢出率為8.66%。根據2019年全國細菌耐藥監測報告數據[18],中國銅綠假單胞菌對碳青霉烯類藥物的耐藥率全國平均為 19.1%,較2018年下降了0.2%,上海市最高(28.8%),西藏自治區最低(7.1%)。近幾年銅綠假單胞菌對碳青霉烯類藥物的耐藥率穩中有降。而CHINET最新數據提示[24],2021年銅綠假單胞菌對美羅培南和亞胺培南的耐藥率達到了20.2%和24.7%,較去年有一定程度的反彈,值得臨床醫師對其加以防控警惕。

銅綠假單胞菌的耐藥機制復雜,包含先天對某些抗生素耐藥,如野生型菌株對阿莫西林、部分頭孢菌素及厄他培南等藥物天然耐藥;也可以類似腸桿菌科細菌產生AmpC酶對β-內酰胺類抗生素耐藥;通過對膜孔蛋白、外排泵的調節導致細胞通透性降低、外流增加對碳青霉烯類藥物產生耐藥;基因水平的突變、攜帶耐藥基因的染色體或質粒在細胞間的轉移、核糖體甲基化及脂多糖修飾等機制也使得銅綠假單胞菌對氨基糖苷類及粘菌素類等多種藥物產生耐藥[19, 21, 45]。對于銅綠假單胞菌流行率高的地區應加強醫院環境中該菌定植的篩查,有效的院感防控聯合規范的抗菌藥物使用可能更有助于其流行趨勢的控制[47]。

三、耐藥革蘭陰性桿菌腹腔感染的抗菌藥物應用策略

(一)腹腔感染抗菌藥物的選擇策略

隨著可視化技術的發展,從疑似患者的識別到腹部(增強)CT、超聲引導下細針穿刺活檢以及剖腹探查等診斷策略使得腹腔感染的早期診斷成為可能。而治療上除了通過外科手段進行感染源控制外,如何用好抗生素仍然是臨床醫師的一個難題。近年來，細菌耐藥形勢越發嚴峻,耐藥菌導致的感染發病率居高不下,其中近一半發生于危重患者[48]。細菌耐藥會大大增加住院成本,尤其是ICU患者的病死率和感染相關的醫療成本[49]。對于腹腔感染患者,特別是c-IAI患者亦是如此。

對于高危及耐藥菌高流行地區的腹腔感染患者建議應用抗菌藥物之前留取腹水或感染組織進行培養,發現可能的耐藥或機會性致病的病原體,積累并分析數據用以指導治療,但對于低危腹腔感染患者,筆者不建議僅為留取標本而進行有創操作檢查。在初始經驗性治療的抗菌藥物選擇上,應考慮當地微生物流行病學和抗生素的敏感性,在對患者疾病嚴重程度和耐藥菌感染風險的評估后選擇合適的抗感染治療方案(圖1)[4]。經驗性抗感染治療的過程中,應考慮到:(1)根據感染部位和藥物特點調整藥物及劑量,保證藥物組織滲透濃度達標。(2)危重患者,藥物的藥效學會發生明顯變化。(3)應用常見致病菌的最低抑菌濃度(minimum inhibitory concentration,MIC)指導抗菌藥物初始劑量。(4)根據抗菌藥物的藥代動力學/藥效學(pharmacokinetic/pharmacodynamic,PK/PD)特點滴定至藥物的最佳目標劑量[50]。

(二)腹腔感染聯合抗菌藥物治療策略的應用時機

抗菌藥物聯合治療是指對于一種目標病原體同時使用兩種不同類別預期有效的抗生素治療,以加快清除病原體。多藥治療是指應用多種抗菌藥物以實現經驗抗感染治療的廣譜覆蓋或加快已知或疑似病原體的清除[2]。對于腹腔感染,一般經過有效的感染源控制后不需要常規進行抗菌藥物的聯合治療。若患者出現膿毒性休克時,可考慮應用此策略迅速改善其疾病狀態。對于初始經驗性抗感染啟動了聯合治療的患者,應在其臨床癥狀體征好轉和/或感染緩解的數天內盡快停止聯合治療,并根據相關實驗室檢查結果進行降階梯治療[51]。需要指出的是,對于明確感染鮑曼不動桿菌的患者,不建議給予抗菌藥物的聯合治療[52]。最新膿毒癥指南指出[53],對于未證實的膿毒癥或膿毒癥休克的成人患者,建議評估患者有無非感染性診斷。最好識別膿毒癥或膿毒癥休克1 h內啟動抗生素治療,否則推遲使用抗菌藥物。當患者還具有多重耐藥高風險時,建議抗菌藥物覆蓋兩種革蘭氏陰性菌。一旦明確病原體和藥敏結果,不再建議雙重覆蓋[53]。

(三)腹腔感染抗感染治療療程

抗感染治療療程仍是困擾廣大臨床醫師的難題。STOP-IT研究結果顯示[54],對于經過恰當的感染源控制的腹腔感染患者,短療程(約4 d)抗生素治療與長療程(約8 d)抗生素治療的結果差異無統計學意義。另一項研究結果顯示[55],短療程(8 d)抗生素治療有效減少了腹腔感染術后抗生素的暴露率,相比之下長療程(15 d)并未顯示出更多的臨床獲益。因此,建議限制感染源得到充分控制的腹腔感染患者接受抗菌藥物治療的時間在4 d以內,但對于尚未接受確切感染源控制的患者或繼發性菌血癥經充分控制感染源后已不再存在菌血癥的患者,抗菌藥物治療時間可延長至5～7 d[4]。值得注意的是,降鈣素原和臨床評估聯合有利于判斷抗菌藥物的療程。

四、展望

耐藥革蘭陰性桿菌感染是影響腹腔感染患者預后的重要因素,未來迫切需要開展相關臨床研究來監測腹腔感染感染趨勢的變化,切實落實院感防控措施,做好耐藥菌爆發流行的預防對于耐藥菌的治療極為重要[4, 56]。如何優化抗菌藥物的使用也是醫院管理的重大難題,在未來應繼續加強對臨床醫師的培訓和考核,使其更好地掌握抗菌藥物劑量優化、最佳治療療程及聯合治療時機等,以期能夠達到同質化應用抗菌藥物的目標。此外,鑒于細菌耐藥的現狀,未來需要新型抗菌藥物的研發,截至目前已有多種藥物進入臨床試驗,相信未來臨床醫師在耐藥細菌感染的藥物選擇上會有更多余地[56]。

圖1 腹腔感染經驗性抗菌藥物的選擇策略

五、總結與展望

耐藥是細菌進化的必然途徑,自人類發現并應用抗菌藥物以來,細菌耐藥的形勢逐漸加重,其中不可忽視的因素即為抗生素對耐藥菌的篩選作用,抗菌藥物不合理地應用使得耐藥菌對人類健康的威脅愈發嚴重。在腹腔感染患者中,耐藥革蘭陰性桿菌已成為最常見的致病菌,各級醫院及廣大臨床醫師應關注cIAI致病菌的耐藥現狀,切實做好抗生素管理,“治療疾病”與“預防耐藥”并舉。