王醒，江筱莉，周昱薇，陳明祺2，呂海2，顧寧

1.東南大學(xué) 生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，江蘇 南京 210009；2.江蘇省中醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科，江蘇 南京 210029

納米銀/聚氨酯覆膜新型抗菌氣管導(dǎo)管在家兔體內(nèi)的抑菌效果研究

王醒1，江筱莉1，周昱薇1，陳明祺2，呂海2，顧寧1

1.東南大學(xué) 生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，江蘇 南京 210009；2.江蘇省中醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科，江蘇 南京 210029

目的觀察納米銀/聚氨酯覆膜抗菌氣管導(dǎo)管在家兔體內(nèi)的抑菌效果。方法健康家兔16只，隨機分為實驗組和對照組，兩組均行氣管切開，實驗組置入納米銀/聚氨酯覆膜抗菌氣管導(dǎo)管，對照組置入普通氣管導(dǎo)管，均帶管生存，正常飼養(yǎng)。72 h后觀察兩組家兔肺泡灌洗液菌落計數(shù)及氣管導(dǎo)管壁生物膜形成情況。結(jié)果實驗組菌落計數(shù)較對照組明顯減少（P＜0.001）。兩組導(dǎo)管壁均有生物膜形成，實驗組生物膜厚度與對照組相比具有顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.001）。結(jié)論納米銀/聚氨酯覆膜新型抗菌氣管導(dǎo)管對家兔呼吸道細菌生成和氣管導(dǎo)管壁生物膜的形成均具有明顯的抑制作用。

納米銀/聚氨酯覆膜；覆膜技術(shù)；抗菌氣管導(dǎo)管；抑菌實驗

呼吸機相關(guān)性肺炎（Ventilation Associated Pneumonia，VAP）是重癥監(jiān)護病房（Intensive Care Unit, ICU）最常見的、且難治的院內(nèi)感染。許多曾被認(rèn)為能有效預(yù)防VAP的措施，如全身靜脈應(yīng)用抗生素、持續(xù)聲門下吸引、密閉式吸痰、選擇性口咽部去污染、選擇性消化道去污染等，均已證明不能減少臨床VAP的發(fā)生[1-6]。針對導(dǎo)管相關(guān)感染方向開展的研究認(rèn)為，細菌生物膜形成，是導(dǎo)致導(dǎo)管相關(guān)感染的主要原因[7]。因此，研發(fā)抗菌氣管導(dǎo)管，抑制細菌生物膜的形成，對有效防止VAP的發(fā)生、預(yù)防院內(nèi)感染具有重要意義。本研究選擇安全低毒、抗菌譜廣的納米銀作為抗菌材料，采用聚氨酯（PU）進行導(dǎo)管表面處理并負載納米銀方式，制備出新型納米銀/聚氨酯覆膜抗菌氣管導(dǎo)管，觀察其在健康家兔體內(nèi)的抑菌作用，為該導(dǎo)管的臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

健康家兔16只，體重2.0～2.8 kg，雄性，由江蘇省中醫(yī)院實驗動物中心提供，顆粒飼料配合食用蔬菜喂養(yǎng)1周。普通氣管導(dǎo)管，型號4.0 mm I.D.，購自愛爾蘭Mallinckrodt Medical公司；納米銀/聚氨酯覆膜氣管導(dǎo)管，是普通氣管導(dǎo)管經(jīng)表面處理技術(shù)負載納米銀/聚氨酯復(fù)合材料而成，由東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程實驗室加工制備，無菌保存。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗動物分組

將16只家兔隨機分為對照組和實驗組兩組，每組8只。對照組采用普通氣管導(dǎo)管，實驗組采用納米銀覆膜氣管導(dǎo)管。

1.2.2 實驗方法

所有動物經(jīng)耳緣靜脈靜注20%烏拉坦1 g/kg麻醉后，行氣管切開，對照組置入普通氣管導(dǎo)管，實驗組置入納米銀/聚氨酯覆膜氣管導(dǎo)管。導(dǎo)管置入深度：6～7 cm，逐層縫合固定，保留氣管導(dǎo)管；正常飼養(yǎng)。

1.2.3 觀察指標(biāo)

氣管切開后72 h，用生理鹽水20 mL反復(fù)行肺泡盥洗（BAL法）3次，應(yīng)用吸痰器回收盥洗液，取得灌洗液，進行菌落計數(shù)；處死實驗家兔，留取氣管導(dǎo)管前端觀察生物膜形成情況。

2 結(jié)果

2.1 肺泡灌洗液菌落計數(shù)情況

兩組肺泡灌洗液菌落計數(shù)，見表1。在同稀釋條件下，對照組菌落計數(shù)為（264.13±44.67）個，實驗組的菌落計數(shù)為（24.25±20.96）個，兩組具有顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.001），實驗組的菌落計數(shù)較對照組明顯減少（圖1）。

表1 兩組肺泡灌洗液菌落計數(shù)

圖1 兩組肉眼及鏡下所見肺泡灌洗液菌落圖

2.2 兩組生物膜形成情況比較

研究發(fā)現(xiàn)，在實驗前，兩組導(dǎo)管表面均無生物膜形成（圖2）。實驗后72 h，對照組和實驗組的氣管導(dǎo)管表面均有生物膜形成（圖3），其厚度見表2。對照組生物膜厚度為（0.806±0.127）in，實驗組生物膜厚度為（0.336±0.073）in，兩組具有顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.001）。提示納米銀覆膜導(dǎo)管可顯著抑制生物膜形成。

圖2 實驗前光鏡下無菌導(dǎo)管圖

圖3 實驗后72h光鏡下無菌導(dǎo)管圖

表2 兩組生物膜形成厚度比較

3 討 論

氣管導(dǎo)管是ICU最常用的醫(yī)療材料之一，在挽救危重病人生命的過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。然而，由氣管導(dǎo)管帶來的相關(guān)感染問題，仍然是ICU的難題之一。臨床發(fā)現(xiàn)，即使全身應(yīng)用抗生素治療并加強氣道管理，仍無法完全避免氣管導(dǎo)管相關(guān)感染的發(fā)生。同時，由于廣譜抗生素的使用、腸道菌群易位以及免疫抑制等原因，導(dǎo)管相關(guān)感染常見的致病菌，如金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯桿菌、鮑曼不動桿菌、白色念珠菌等，均為廣泛耐藥菌，增加了臨床治療的難度[8]。

細菌生物膜形成，是導(dǎo)致導(dǎo)管相關(guān)感染的主要原因。生物膜是細菌在生長過程中附著于物體表面而形成的由細胞及其分泌的親水基質(zhì)（主要為細胞外多糖）等所組成的膜樣多細菌復(fù)合體[9-11]。生物膜是細菌適應(yīng)生存環(huán)境而形成的與游走態(tài)細胞相對應(yīng)的存在形式，具有很強的抵抗機體免疫和抗生素的能力，從而在臨床上形成難治性感染。

研究表明[12-13]，VAP發(fā)生的時間為機械通氣后48～72 h，與生物膜形成的過程、時間是一致的，機械通氣時間越長，發(fā)生VAP機率越大。因此，通過研發(fā)抗菌氣管導(dǎo)管，抑制并延緩細菌生物膜的形成，可能成為預(yù)防VAP的重要措施之一。

生物膜首先形成于生物醫(yī)學(xué)材料表面。針對這一特性，國外已出現(xiàn)一些新的技術(shù)，如開發(fā)新的生物聚合材料，采用特殊內(nèi)涂層以使細菌的黏附性減至最小，或通過抗生素飽和滲透處理導(dǎo)管技術(shù)等，但目前均在研究階段，尚未見臨床應(yīng)用。目前已上市的一些通過抗菌涂層以增加導(dǎo)管表面抗菌性能的產(chǎn)品雖然取得了良好效果，但也存在抗菌成分的表面覆蓋效率較低和較易被洗脫的問題。同時，應(yīng)用抗生素涂層氣管導(dǎo)管雖可抑制導(dǎo)管相關(guān)感染，但其抗菌譜相對較窄，只對一些特定菌株具有殺滅作用。

納米銀抗菌譜廣，對G+球菌和G-球菌均有良好的抑制作用，還可以抗病毒和抗其他真核微生物。納米銀對呼吸機相關(guān)性肺炎常見的致病菌如金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯桿菌、鮑曼不動桿菌以及白色念珠菌等均有良好的抑制和殺滅作用，其特點為長效、緩釋，且不易產(chǎn)生耐藥性。聚氨酯（Polyurethane，PU）材料因為其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)、良好的物理機械性能及良好的生物相容性和血液相容性，被廣泛用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。納米銀/聚氨酯復(fù)合材料安全無毒、抗菌譜廣，能減少導(dǎo)管表面細菌的粘附，推遲生物膜的形成時間，從而減少和延緩VAP的發(fā)生。本研究觀察了置管后72 h兩組氣管導(dǎo)管管壁生物膜形成情況。結(jié)果表明，兩組生物膜形成厚度具有顯著性差異，提示該抗菌導(dǎo)管能夠顯著抑制生物膜的形成。

有研究顯示[13-15]，涂銀氣管導(dǎo)管可顯著降低導(dǎo)管壁、管腔內(nèi)、氣道和肺組織細菌定植數(shù)量，延緩氣道細菌定植發(fā)生的時間，降低VAP的發(fā)生率。本研究采用納米銀/聚氨酯覆膜技術(shù)進行導(dǎo)管表面處理，通過對肺泡灌洗液的菌落計數(shù)證實了納米銀覆膜導(dǎo)管的抗菌性能。

總之，復(fù)合納米銀/聚氨酯覆膜抗菌材料作為具有復(fù)合抗菌效用的一種新型醫(yī)用材料，具有很好的抗菌性能和應(yīng)用前景，可作為多種臨床醫(yī)療器械的原材料和復(fù)合抗菌涂層。新型納米銀/聚氨酯覆膜抗菌氣管導(dǎo)管對家兔呼吸道細菌生成和氣管導(dǎo)管壁生物膜的形成均具有明顯的抑制作用，提示其可能預(yù)防和延緩VAP的發(fā)生，值得進一步深入研究并推廣應(yīng)用。

[1] Mermel LA,Allon M,Bouza E,et al．Clinical practice guidelines for the diagnosis and management of intravascular catheterrelated infection:2009 Update by the Infectious Diseases Society of America[J]．Clin Infect Dis,2009,49(1):1-45．

[2] Muscedere J,Dodek P,Keenan S,et al．Comprehensive evidencebased clinical practice guidelines for ventilator-associated pneumonia: prevention[J]．J Crit Care,2008,23(1):126-137．

[3] Bouza E,Pérez MJ,Mu?oz P,et al．Continuous aspiration of subglottic secretions in the prevention of ventilator-associated pneumonia in the postoperative period of major heart surgery[J]．Chest,2008,134(5):938-946．

[4] Fields LB．Oral care intervention to reduce incidence of ventilator-associated pneumonia in the neurologic intensive care unit[J]．J Neurosci Nurs,2008,40(5):291-298．

[5] Siempos II,Vardakas KZ,Falagas ME．Closed tracheal suction systems for prevention of ventilator-associated pneumonia[J]．Br J Anaesth,2008,100(3):299-306．

[6] De Smet AM,Hopmans TE,Minderhoud AL,et al．Decontamination of the digestive tract and oropharynx: hospital acquired infections after discharge from the intensive care unit[J]．Intensive Care Med,2009,35(9):1609-1613．

[7] Zingg W,Imhof A,Maggiorini M,et al．Impact of a prevention strategy targeting hand hygiene and catheter care on the incidence of catheter-related bloodstream infections[J]．Crit Care Med,2009,37(7):2167-2173．

[8] IDSA/ATS．Guidelines for the management of adults with hospital-acquired,ventilator-associated, and healthcare-associated pneumonia[J]．Am J Respir Crit Care Med,2005,171(4):388-416．

[9] Costerton J W,Stewart P S,Greenberg E P．Bacterial biofilms:a common cause of persistent infections[J]．Science,1999,284(5418):1318-1322．

[10] Anderson GG,Palermo JJ,Schilling JD,et al．Intracellular bacterial biofilm-like pods in urinary tract infections[J]．Science,2003, 301(5629):105-107．

[11] Costerton J W,Cheng K J,Geesey GG,et al．Bacterial biofilms in nature and disease[J]．Annu Rev Microbiol,1987,41:435-464．

[12] Blot S,Lisboa T,Angles R,et al．Prevention of VAP:is zero rate possible?[J]．Clin Chest Med,2011,32(3):591-599．

[13] Kollef MH,Afessa B,Anzueto A,et al．Silvercoated endotracheal tubes and incidence of ventilator-associated pneumonia:the NASCENT randomized trial[J]．JAMA,2008,300(7):805-813．

[14] Rello J,Afessa B,Anzueto A,et al．Activity of a silvercoated endotracheal tube in preclinical models of ventilatorassociated pneumonia and a study after extubation[J]．Crit Care Med,2010,38(4):1135-1140．

[15] Rello J,Kollef M,Diaz E,et al．Reduced burden of bacterial airway colonization with a novel silver-coated endotracheal tube in a randomized multiple-center feasibility study[J]．Crit Care Med,2006,34(11):2766-2772．

Research on the Effect of a Novel Antibacterial Nano-silver/PU Coated Endotracheal Tube in Rabbits

WANG Xing1, JIANG Xiao-li1, ZHOU Yu-wei1, CHEN Ming-qi2, LV Hai2, GU Ning1
1. School of Biological Science & Medical Engineering, Southeast University, Nanjing Jiangsu 210009, China; 2. Intensive Care Unit, Jiangsu Province Hospital of Traditional Chinese Medicine, Nanjing Jiangsu 210029, China

ObjectiveTo observe the antibacterial effect of novel nano-silver/PU coated endotracheal tube in rabbits.Methods 16 healthy rabbits were randomly divided into experimental group and the control group. After received tracheotomy and inserted antibacterial endotracheal tube in experimental group and normal tube in control group, all rabbits were living with tubes and feeding as usual. The colony count of bronchoalveolar lavage fluid and the formation of biofilm on the tracheal tube wall were observed in both groups at 72h after intubation.ResultsColony counts in experimental group decreased significantly compared to the control group (P＜0.001). Both groups can be found the formation of biofilm on the tube wall, but the thickness of biofilm were significantly different between two groups(P ＜0.001).ConclusionThe novel antibacterial nano-silver/PU coated endotracheal tube could markedly inhibit the bacterial generation in respiratory tract and biofilm formation on tube wall in rabbits.

nano silver/polyurethane; coating technology; antibacterial endotracheal tube; bacteriostatic experimentation

R318

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.08.007

1674-1633(2013)08-0020-03

2013-06-14

國家重大科學(xué)研究計劃項目（973計劃）（2011CB933500）；江蘇省科技支撐計劃社會發(fā)展項目（BE2010674）。

顧寧，教育部長江學(xué)者特聘教授，東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院院長。

通訊作者郵箱： guning@seu．edu．cn