不同劑量木糖醇添加劑對抗生素骨水泥藥物釋放的影響

田志敏,韓樹峰,石佳佳

(山西醫科大學第一醫院,山西太原 030001)

載抗菌素的骨水泥已經被廣泛地應用于臨床治療慢性骨髓炎,但其釋放率偏低為5%～8%。持續低濃度釋放可能使骨髓炎治療效果差,也可能引起耐藥菌的產生。有報道稱在抗生素骨水泥中摻入添加劑能促進藥物的釋放[1]。添加劑溶解留下的互連孔隙增加骨水泥(polymethylmethacrylate,PMMA)的通透性,使得更多的藥物溶解入骨水泥周圍的液體中[2]。添加劑的物理特性如溶解度、顆粒大小、劑量均可影響骨水泥的通透性。本實驗研究添加劑的劑量對藥物釋放的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

ASTM E-11美國標準篩 15目(昆山市玉山鎮松本機械商行),木糖醇顆粒(浙江華康藥業有限公司),骨水泥(PMMA天津市合成材料工業研究所),萬古霉素(美國禮來制藥有限公司0.5 g),100 mL燒杯若干。

1.2 實驗分組與模型制備

實驗分 5組,每組 8個標本。首先用美國標準實驗篩 ASTM E-11篩出210μm～250μm的木糖醇顆粒若干。Ⅰ組:40 g骨水泥粉中加入2 g萬古霉素和28 g顆粒大小為210μm～250μm木糖醇,干時在無菌條件下充分混勻,聚合反應后,在環境溫度24℃和相對濕度不低于40%的無菌條件下,8個標本以自制模具模鑄成直徑 (8.0±0.1)mm、高(9.0±0.1)mm的圓柱狀骨水泥試件,貯于24℃干燥。Ⅱ組:40 g骨水泥粉加2 g萬古霉素和21 g顆粒大小為210μm～250μm木糖醇。Ⅲ組:40 g骨水泥粉加2 g萬古霉素和14 g顆粒大小為210μm～250μm的木糖醇。Ⅳ組:40 g骨水泥粉加2 g萬古霉素和7 g顆粒大小為210μm～250μm的木糖醇。對照組:40 g骨水泥粉加2 g萬古霉素。Ⅱ組、Ⅲ組、Ⅳ組、對照組的試件制備方法同Ⅰ組。

1.3 釋放液的制備

把做好的圓柱體抗生素骨水泥浸沒于10m L的磷酸鹽緩沖生理鹽水(phosphate buffered saline,PBS)中,水溫37℃,每次取2 mL樣品,取樣時間分別為1 d,2 d,3 d,4 d,1周,2周,3周,4周。取樣時,先順時針攪動浸泡液 10次,再逆時針攪動 10次,取出骨水泥珠后用 PBS液沖洗涼干后放回新鮮的10 mL PBS液中。取出的樣本保存在 -4℃。

1.4 藥物濃度 -抑菌圈直徑標準曲線建立及最低抑菌濃度測定

稀釋藥物:取無菌試管,將萬古霉素用 pH 7.4 PBS緩沖液稀釋,使其最終濃度分別為:1 000μg/m L、500μg/mL、 250 μg/m L、 100μg/mL、 50μg/m L、25μg/mL、10 μg/mL、5μg/mL、2.5μg/mL、1 μg/m L,0.5μg/mL、0.25μg/mL、0.1μg/mL。制備20 g/LM瓊脂培養基,高壓滅菌。取無菌90 mm培養皿,每個平皿中加入20m L M瓊脂培養基,25℃下凝固。每個平皿中涂布1.25×10/mL金黃色葡萄球菌(ATCC25730山西醫科大學附屬第一臨床醫院檢驗科提供),并均勻用直徑為5mm的不銹鋼空心管在瓊脂層打 6只孔,孔間距離均等。孔內用微量加樣器加入20μL不同濃度稀釋液,使每個濃度在不同培養皿有 4個樣品,于37℃孵箱中培養18 h后,用游標卡尺測量抑菌圈直徑,每個抑菌圈從不同角度測 3次,取平均值,同一濃度稀釋液抑菌圈直徑取平均值,并測定最低抑菌濃度。抑菌圈直徑與藥物濃度對數作圖,求得標準曲線回歸方程。

1.5 標本濃度的測定

按制作標準曲線方法進行抑菌試驗,游標卡尺測定抑菌圈直徑,取平均值。將抑菌圈直徑代入回歸方程,計算各時間點的藥物濃度,并制作標本藥物濃度與時間關系曲線。

1.6 統計學處理

2 結果

2.1 標準曲線與最低抑菌濃度

不同濃度的萬古霉素與抑菌圈直徑關系標準曲線,標準曲線回歸方程為:Y=0.734 1+0.852X,r=0.995 0,X為濃度的對數,Y為抑菌圈直徑。萬古霉素的最低抑菌濃度為≥2μg/m L。見圖 1。

2.2 各組藥物濃度

各組不同時間點釋放的萬古霉素濃度見表 1。結果顯示:Ⅰ組與Ⅱ組的釋放濃度較高且持續時間較長,在第 20天時各自藥物濃度仍大于 6倍的最低抑菌濃度。方差分析顯示:各組間藥物濃度差異具有統計學意義(P＜0.05)。組間兩兩比較,在各時間點藥物濃度Ⅱ組大于Ⅲ組、Ⅳ組、對照組(P＜0.05),而與Ⅰ組比較無統計學意義(P＞0.05);第 1天、第 2天、第 3天、第 4天Ⅲ組藥物釋放濃度大于Ⅳ組與對照組(P＜0.05),而1周 ～3周三組間比較差異無統計學意義(P＞0.05);第 1天Ⅳ組藥物釋放大于對照組(P＜0.05),而第 2天、第 3天、第 4天兩組差異無統計學意義(P＞0.05)。

表1 各組不同時間點萬古霉素釋放濃度(±s) μg/m LTable 1 Release Concentration of vancom ycin of Each Group at Different Time Points

表1 各組不同時間點萬古霉素釋放濃度(±s) μg/m LTable 1 Release Concentration of vancom ycin of Each Group at Different Time Points

組別 1 d 2 d 3 d 4 d 1周 2周 3周Ⅰ組 373.98±41.57 102.43±9.86 85.61±6.61 48.08±4.33 40.74±3.46 29.24±1.24 18.31±1.33Ⅱ組 354.77±32.77 95.66±7.64 82.12±5.74 43.87±5.39 38.55±3.38 27.99±1.90 17.48±1.06Ⅲ組 223.07±29.14 62.75±5.59 33.28±3.38 26.42±2.95 16.63±2.87 3.69±1.03 2.43±0.50Ⅳ組 142.39±30.20 30.25±5.81 13.92±3.39 10.34±2.30 6.95±1.08 3.21±0.69 2.09±0.61對照組 105.38±28.74 20.87±4.01 11.32±4.29 9.08±2.21 5.49±1.30 2.74±0.87 1.76±0.72

3 討論

抗生素珠鏈用于治療慢性骨髓炎的療效得到一致肯定。通過靜脈系統用藥,抗菌素很難穿過硬化骨和瘢痕,進入病變部位的量較少且有較多的全身毒副作用。而抗生素珠鏈最初幾天以高于 MIC濃度幾十至幾百倍的濃度殺死致病菌,但是否能維持較長時間的有效抑菌濃度以防止耐藥菌的產生,值得注意[3～5]。對于慢性骨髓炎,抗生素珠鏈除了可以治療感染,還可以填充死腔。本實驗的結果說明40 g骨水泥粉末加2 g萬古霉素和21 g木糖醇顆粒既可以實現最初的高濃度釋放(第 1天釋放濃度≥355μg/m L),又可以維持較長時間的有效抑菌濃度(第 20天濃度≥17.5μg/m L)。這兩值分別是敏感菌最低抑菌濃度(≥2μg/mL)的 175倍和 8.75倍。此外21 g木糖醇不會影響骨水泥的聚合反應及基本性狀,如果再增加木糖醇的劑量可能影響骨水泥的聚合和性狀。本實驗為體外實驗,其結果與體內實驗是否一致還需進一步研究。這種珠鏈很可能為國內慢性骨髓炎及其他慢性炎癥伴死腔的治療增加一種手段。

載慶大霉素骨水泥已廣泛應用于臨床,但近年來報道有慶大霉素耐藥菌出現[6]。萬古霉素作為一種糖肽類抗生素,對革蘭氏陽性球菌敏感,對其耐藥的菌少。研究表明萬古霉素對成骨細胞毒性和骨的再生有抑制作用,且低于先鋒唑啉和其他氨基糖苷類抗生素[7]。載21 g小顆粒木糖醇的萬古霉素骨水泥可能有很好的臨床應用價值。

本實驗僅研究了添加劑顆粒劑量對抗生素釋放的影響,而添加劑溶解性是否影響抗生素有待進一步研究。

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