哌拉西林他唑巴坦在重癥患者的肺組織滲透性

黃琳惠，黃奕江，敬攀，冀延春

（1.海南省人民醫院呼吸內科，海南海口570311；2.浙江省寧波市康寧醫院心身科，浙江寧波315201；3.浙江大學遺傳學研究所，浙江杭州310058）

新進展研究·論著

哌拉西林他唑巴坦在重癥患者的肺組織滲透性

黃琳惠1，黃奕江1，敬攀2，冀延春3

（1.海南省人民醫院呼吸內科，海南海口570311；2.浙江省寧波市康寧醫院心身科，浙江寧波315201；3.浙江大學遺傳學研究所，浙江杭州310058）

目的研究重癥患者哌拉西林和他唑巴坦的肺通透性，并分析影響藥物滲透性的相關因素。方法對重癥患者使用標準劑量哌拉西林他唑巴坦后血漿和肺組織內的藥代動力學（PK）進行研究。建立群體藥動學模型分析血漿和肺內哌拉西林、他唑巴坦的濃度，主要分析哌拉西林達到藥效學評估指標的比例，以及肺通透性對哌拉西林和他唑巴坦肺組織滲透性的影響。結果哌拉西林和他唑巴坦的平均肺組織滲透率分別為49.3%和121.2%。肺內哌拉西林和他唑巴坦的濃度不足，與肺通透性呈負相關。結論目前哌拉西林他唑巴坦用于治療敏感菌感染的重癥患者時可能療效不足。

哌拉西林；他唑巴坦；群體藥代動力學；重癥；肺炎

重癥患者中肺部感染的發病率高，重癥監護室（intensive care unit，ICU）中約有16%的患者伴隨肺部感染。使用有針對性地抗菌治療可改善患者的預后，但部分重癥患者的藥物代謝動力學（pharma cokinetic，PK）可能受疾病導致的生理因素影響，導致很高比例的患者使用固定抗菌方案時藥物暴露未達最佳[1-3]。

哌拉西林-他唑巴坦是由超廣譜β-內酰胺類抗生素（β-lactams）（哌拉西林）和β內酰胺酶抑制劑（β-lactamadeinhibitors）（他唑巴坦）組成的復方制劑。重癥患者肺部感染針對性用藥或經驗用藥時普遍選擇哌拉西林他唑巴坦。對哌拉西林抗菌濃度影響最大的藥效學參數是通過給藥間隔，使哌拉西林的藥物濃度高于最低抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）的時間。當游離哌拉西林的藥物濃度大于MIC的維持時間超過給藥間隔時間的50%（50%fT靶組織游離藥物濃度（free drug concentration of target tissve）＞MIC）可發揮近最大抗菌效果，但是對重癥患者而言需達到100% fT＞MIC。近期曾開展使用中空纖維感染模型研究哌拉西林他唑巴坦抗綠膿假單胞菌感染，研究證明最低血漿濃度與MIC的比值在3～10間可防止出現細菌耐藥[4]。因此，通過對哌拉西林他唑巴坦的研究要使其既能有效達到藥效學參數，又可防止出現細菌耐藥，不僅能提高臨床療效，也能增加該藥的臨床使用壽命。

有效的抗菌活性需要適當的藥物濃度[5]。健康志愿者中的數據顯示，哌拉西林他唑巴坦在肺泡上皮細胞襯液（epithelial lining fluid，ELF）內的藥時曲線下面積[area under(the plasma concentration time) curve，AUC]約為25%，血漿AUC約為50%。但是目前缺乏重癥患者ELF滲透性的相關研究資料。

本研究主要定量研究重癥患者哌拉西林和他唑巴坦的肺通透性，并分析影響藥物滲透性的相關因素。同時通過群體藥代動力學研究重癥患者血漿和ELF藥物濃度。使用蒙特卡羅模擬血漿和ELF哌拉西林藥物暴露的藥代動力學，得出理想的藥效學參數。

1 資料與方法

1.1 藥代動力學研究

本實驗是一項潛在的非盲單臂藥代動力學研究。哌拉西林他唑巴坦以4 g/0.5 g的劑量，每8 h給藥1次，每次靜滴不少于30 min。當肌酐清除率＜20 ml/min或者接受腎臟替代治療時，予相同劑量，每12 h給藥1次。所有患者簽署知情同意書，并記錄患者的人口統計學數據（包括年齡、性別、種族、身高及體重）、疾病嚴重程度急性生理評分、年齡評分及慢性健康評分Ⅱ（acute physiology and chronic health evaluationⅡ，APACHE II）和序貫器官衰竭估計（sequential organ failure assessment，SOFA）評分，記錄腎功能、腎替代治療的情況和臨床預后。

首次給藥0.50、1.50、2.50、3.75、5.00及6.00 h后采集血漿樣本，達到穩態給藥0.25、0.75、2.00、3.50及4.50 h后采集。所有血樣1 400 g離心12 min，置入-80℃冰箱冷凍保存待檢。

間接支氣管灌洗（non-directed bronchial lavage，NBL）可用于獲取肺內樣本。達穩態的給藥間隔內每名患者采集2個肺內樣本。給藥0.75和2.00 h或0.75和3.50h后采集樣本。當患者有以下情況時不采樣：吸入氧濃度需＞80%；呼氣末正壓通氣需＞12cmH2O；需要氣管內吸痰；嚴重的支氣管痙攣；未控制或持續的顱內壓增高；嚴重的彌散性血管內凝血。NBL樣本使用48 μm過濾器過濾，2 000 g離心10 min，置于-80℃冰箱冷凍保存待檢。

1.2 哌拉西林、他唑巴坦、尿素和蛋白檢驗

血漿和灌洗液的哌拉西林、他唑巴坦濃度使用液相二級質譜（LC/MS/MS）測定，哌拉西林、他唑巴坦血漿濃度線性范圍分別是0.02～10.00和0.02～5.00 mg/L，灌洗液濃度線性范圍為0.02～10.00 mg/L。咖啡因為內標，流動相0.1 mg/L。哌拉西林的變異系數＜17.4%，他唑巴坦＜15.5%。血漿和灌洗液檢測限為0.02 mg/L。

使用比色法檢測尿素濃度。尿素濃度線性范圍為0～100 mg/dl。檢測前以1∶5的比例稀釋血漿。使用尿素稀釋法測定NBL樣本，用于表示ELF藥物濃度。假定血漿和ELF內的尿素濃度相同，因此，通過比較血漿和灌洗液濃度可以估計灌洗液進入肺的稀釋系數。ELF內的哌拉西林和他唑巴坦濃度公式如下[6]：

肺通透性可通過血漿和ELF的蛋白濃度比值進行估計。使用雙縮脲試劑比色測定血漿的肽鏈，總蛋白檢測限為0.5 g/dl，定量限為0.76 g/dl。檢測的變異系數≤3%。使用尿蛋白定量測試（urinary protein，UPro）檢驗ELF，定量檢測限為6.75 mg/dl，變異系數≤7.8%。ELF蛋白濃度使用以上公式進行校正。

所有數據使用非參數自適應網格（nonparametric adaptive grid，NPAG）程序Pmetrics 1.1.3進行群體藥代動力學學分析。哌拉西林和他唑巴坦的三室結構數學模型[7]較適用于相關分析：

注：X1、X2、X3分別是中央室、外周和ELF哌拉西林濃度（mg）。R（1）代表哌拉西林的輸注量，Cl（L/h）代表清除率，Vc表示中央室的容積（L）。Kcp、Kpc、KcELF和KELFc分別代表中央室、外周室、中央室和ELF間的清除速率常數。

各室間的清除率和外周室容積根據以下公式估計：

Q表示清除率（L/h），VC、Vp表示中央室和外周室的容積，K12、k21表示清除速率常數。

2 結果

2.1 藥代動力學研究

研究納入2012年6月-2013年7月收治的18例重癥患者。平均56歲，其中，呼吸重癥患者10例，腦血管疾病重癥患者4例，腎疾病重癥患者4例。平均急性生理與慢性健康評分（acute physiology and chronic health evaluation-Ⅱ，APACHEⅡ）得分15分。其中1例腦血管疾病患者感染新型的冠狀病毒，考慮到生物研究安全性所以被排除。患者平均用藥劑量為8.8（范圍2～16）。其中4例患者接受腎臟替代治療。5例患者哌拉西林給藥時間超過5 min，12例患者給藥時間超過30 min。總共有128個血樣和31個ELF樣本用于藥代動力學分析。其中3個哌拉西林血漿樣本、3個哌拉西林ELF樣本和14個他唑巴坦血漿樣本低于定量限。

由于患者需要較高的吸入氧濃度（FiO2），所以3例NBL樣本（2例來自同一患者）未采集。1例患者氧飽和度從95%降至88%，需要暫時提高FiO2。其余NBL采樣4 h后未見呼吸和心血管參數的改變。

2.2 群體藥代動力學分析

血漿哌拉西林和他唑巴坦預測值和測量值的線性關系為：哌拉西林C測量=0.884*C預測+2.01；r2=0.901；他巴唑坦C測量=0.880*C預測+0.165，r2=0.839。ELF哌拉西林和他唑巴坦預測值和測量值的線性關系為：哌拉西林C測量=0.790*C預測-1.65；r2=0.812；他唑巴坦C測量=0.827*C預測+1. 21；r2=0.878。血漿哌拉西林和他唑巴坦的標準差分別為-0.00999、0.0214。平均加權偏差分別為25.5和1.22。ELF哌拉西林和他唑巴坦的標準差分別為-0. 057及0.169。平均加權偏差分別為0.124和7.23。群體分析的參數見表2。中央室、外周室和中央室、ELF間隔哌拉西林的清除率分別為153.87和2.64 L/h。中央室、外周室和中央室、ELF間隔他唑巴坦的清除率分別144.15和6.45 L/h。哌拉西林和他唑巴坦外周室分布容積分別為7.65和6.78 L。

2.3 血漿哌拉西林/他唑巴坦濃度和肺通透性

圖1 哌拉西林（左）和他唑巴坦（右）的濃度-時間曲線

通過輸注4 g哌拉西林和0.5 g他唑巴坦的5個模擬濃度，每8 h輸注30 min，經過模擬濃度-時間曲線，得出血漿和ELF第5、25、75和95百分位數藥物濃度（見圖1）。肺泡上皮細胞襯液內的藥時曲線下面積（area under the concenfration-time curve in epithelial lining fluid）/AUC血漿滲透率為49.3%（范圍2.0%～515.9%），他唑巴坦為121.2%（范圍11.0%～391.3%）。

模擬每個患者的血漿和ELF藥物暴露（使用Bayesian參數估計），并評估從血漿至ELF的藥物滲透性和兩藥之間的內在關系。結果顯示，ELF哌拉西林AUCELF和血漿哌拉西林AUC血漿無相關性（r= 0.369，P=0.159）。同樣，ELF他唑巴坦AUCELF和血漿他唑巴坦AUC血漿無相關性（r=0.306，P=0.248）。血漿他唑巴坦藥物暴露量與血漿哌拉西林藥物暴露量間呈正相關（r=0.864，P＜0.001）（見圖2）。同樣，ELF內兩藥的暴露量也有相關性（r=0.604，P=0.013）（見圖3）。

圖2 血漿中的哌拉西林他唑巴坦暴露值比較

平均肺通透性根據ELF總蛋白與血漿總蛋白濃度的比值估計，結果顯示為0.1226（中位數=0.0795，SD=0.1155）。哌拉西林滲透性比值（AUCELF/AUC血漿）和肺通透性間呈負相關（r=-0.593，P=0.016）。（見圖3）。相反，他唑巴坦滲透性比值（AUCELF/AUC血漿）與肺通透性間無相關性（r=0.064，P=0.815）（見圖3）。

2.4 達標的可能性分析

圖3 哌拉西林和他唑巴坦血漿/ELF比值與肺通透性的關系

蒙特卡羅模擬用于估計實現既定藥效學目標的可能性。哌拉西林的可能性分析結果見圖4。使用哌拉西林4 g，每日3次，30 min輸注完治療微生物感染，MIC為1 mg/L。結果顯示，有96%、77%及64%的患者分別達到藥效學目標：50%fT＞MIC、100%fT＞MIC和最小濃度（minimum concentration，Cmin）/最小抑菌濃度（minimal inhibitory concentration，MIC）＞3.4。治療另一種MIC 16 mg/L的微生物（如目前銅綠色假單胞菌的CLSI、EUCAST藥敏標準[8-9]），結果顯示54%、20%及6%的患者分別達到藥效學目標：50%fT＞MIC、100%fT＞MIC和Cmin/MIC＞3.4。

根據哌拉西林敏感菌的頻數分布，可以估計重癥患者呼吸機相關性肺炎的總有效率（見圖4）。經驗性使用哌拉西林（如MIC未知），80%的VAP患者可達血漿50%fT＞MIC，77%患者可達ELF 50%fT＞MIC。相反，如果用哌拉西林治療敏感菌（如MIC≤16 mg/L）導致VAP，86%患者可達血漿50%fT＞MIC，82%的患者可達ELF 50%fT＞MIC。從防止出現耐藥菌株的角度，經驗用藥后，38%的VAP重癥患者血漿Cmin/MIC＞3.4，41%的患者ELF Cmin/MIC＞3.4。若哌拉西林用于敏感菌導致的感染，則42%的患者血漿Cmin/MIC＞3.4，45%的患者ELF Cmin/MIC＞3.4。

圖4 蒙特卡羅模擬結果

3 討論

哌拉西林和他唑巴坦的濃度-時間曲線可看出重癥患者的藥代動力學差異有統計學意義。與血漿比較，藥代動力學差異在肺組織內更明顯。中央室清除率和容積與已發表的文獻數值一致[3，10]。見圖1。

哌拉西林和他唑巴坦的血漿、ELF藥物暴露呈正相關，但差異無統計學意義，可能與納入實驗的患者數較少有關。實驗中使用ELF與血漿內所有蛋白的比值作為肺通透性的測量指標，但是實驗中發現哌拉西林滲透性比值（AUCELF/AUC血漿）和肺通透性間呈顯著負相關（見圖3）。隨著肺通透性增加，哌拉西林滲透進入肺的比例減少。他唑巴坦滲透性比值（AUCELF/AUC血漿）與肺通透性間無相關性。有許多方式可用于解釋哌拉西林滲透性和肺通透性間的關系。方法學角度，本實驗是一個小樣本量的實驗，所以顯示極端的藥代動力學差異性。通過稀釋的方式（血漿、肺內樣本的尿素濃度比較）配置不同濃度的肺內樣本，可能導致肺內藥物濃度與血漿藥物濃度的巨大差異。此外，一種生物學角度的解釋是由于肺通透性增加，形成較大的ELF容積，肺內哌拉西林被稀釋。另一種是因為β-內酰胺類抗生素在其他器官（如腎臟）是有機陰離子轉運體的底物[11]，重癥患者由于肺損傷表現為對蛋白的通透性增加，但肺組織的主動運輸被抑制。也有可能是因為肺組織對蛋白的通透性增加首先影響哌拉西林和他唑巴坦在肺組織的擴散，因此，肺組織蛋白通透性低，哌拉西林進入肺組織的擴散速度更快。當肺組織蛋白通透性提高，則哌拉西林的擴散與前相反。進一步明確肺組織哌拉西林滲透性與肺通透性的負相關性，需要類似的臨床隊列研究。

本實驗采用NBL，是一種對重癥患者也安全有效的采樣及定量測定ELF藥物濃度的方式。NBL相較支氣管鏡和支氣管肺泡灌洗創傷更小，可在給藥間隔時間內采集更多樣本。僅有一例患者行NBL出現輕微的不良反應。

既往實驗證實，哌拉西林谷濃度與MIC的比值＞3.4可以防止出現耐藥性（Cmin/MIC＞3.4）[12]。根據達標的可能性分析（見圖4）發現予以哌拉西林4 g，每日3次，靜脈滴注30 min，50%fT＞MIC達標約80%，50%ELF T＞MIC達標約77%。當MIC已知且MIC≤16 mg/L時，血漿和ELF達標的可能性各增加至86%和82%。因此，14%～18%的敏感菌導致的感染并未達到最佳藥物暴露。以上分析說明：首先，哌拉西林4 g每日3次，靜滴30 min不能充分有效地治療大部分重癥患者，并防止耐藥性發生，尤其是治療非敏感菌導致的肺炎。其次，血漿和ELF達標（fT＞MIC、Cmin/MIC）的可能性相似，血漿哌拉西林濃度并不能準確預測ELF內藥物濃度。結果，一些患者的血漿哌拉西林藥物暴露量足夠，但可能ELF內藥物濃度不足，反之亦然。ELF內藥物暴露相較血漿更能預測抗菌藥物的療效[13]。實驗中未從17例患者中分離出致病菌，難以研究哌拉西林血漿、ELF藥代動力學、藥效學（fT＞MIC、Cmin/MIC）與臨床預后間的聯系。需要進一步臨床研究驗證血漿或ELF藥物暴露量，哪個更能預測臨床預后。

他唑巴坦可加強β-內酰胺類抗生素對產β內酰胺酶的細菌的殺菌作用，如對腸桿菌科、金黃色葡萄球菌、流感嗜血桿菌和卡他莫拉菌[14]。復合制劑哌拉西林他唑巴坦（8∶1）已得到體外研究的驗證。但是，反映β內酰胺酶抑制劑療效的藥效學指標尚不明確。β內酰胺酶抑制劑大于臨界值的時間占給藥間隔的比例（T＞臨界值）和β內酰胺酶抑制劑濃度-時間曲線下面積都被作為相關的藥效學指標[15]。他唑巴坦在大部分重癥患者中可進入肺臟，但是差異較大。因此，有部分患者肺內他唑巴坦的濃度不足，不能有效抑制β內酰胺酶，最終盡管哌拉西林的藥物暴露量充足，可會導致哌拉西林水解并影響臨床預后。一項腦膜炎體內實驗模型證實增加他唑巴坦的劑量（同時維持哌拉西林的劑量）可能可以抑制β內酰胺酶。血漿他唑巴坦的暴露量不能反映ELF內的藥物暴露量，所以難以識別他唑巴坦肺滲透性較差的患者，需要肺組織直接取樣進行驗證。

綜上所述，本實驗主要是發現并驗證重癥患者血漿和肺組織內哌拉西林他唑巴坦的濃度的數學模型。此外，研究意外發現肺通透性增加，反而哌拉西林的肺滲透性降低。同時證實使用血漿藥物暴露量反應肺內藥物濃度并不可靠。仍需進一步臨床研究說明血漿和肺組織藥物暴露量間的關系，并發現肺組織藥物暴露量對臨床預后的影響。另一方面，需要更多臨床前和臨床研究驗證肺炎患者肺滲透性的機制。為優化肺內藥物濃度，可以配制新的哌拉西林他唑巴坦復合制劑，單一的配制方案并不適用于每個患者。如果ELF暴露量可以預測臨床預后，并有較高的準確性，同時反映肺組織藥物滲透性的變量無法確定，那么可以直接測量肺內的藥物濃度，并針對個體調整用藥方案。

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Pulmonary penetration in critically ill patients with piperacillin and tazobactam

Lin-hui Huang1,Yi-jiang Huang1,Pan Jing2,Yan-chun Ji3
(1.Department of Respiratory Medicine,Hainan People's Hospital,Haikou,Hainan 570311, China;2.Department of Psychosomatic Medicine,Kangning Hospital in Ningbo,Ningbo, Zhejiang 315201,China;3.Genetics research institute,Zhejiang University, Hangzhou,Zhejiang 310058,China)

ObjectiveTo quantify the pulmonary penetration of piperacillin and tazobactam in critically ill patients and to investigate factors that may influence the penetration of drug into the lung.MethodsThe plasma and intrapulmonary pharmacokinetics(PK)of piperacillin-tazobactam in critically ill patients administered standard piperacillin-tazobactam regimens were studied.A population PK model was developed to describe plasma and intrapulmonary piperacillin and tazobactam concentrations.The probability of piperacillin exposures reaching pharmacodynamic end points and the impact of pulmonary permeability on piperacillin and tazobactam pulmonary penetration were explored.ResultsThe median piperacillin and tazobactam pulmonary penetration ratios were 49.3 and 121.2%,respectively.Pulmonary piperacillin and tazobactam concentrations were unpredictable and negatively correlated with pulmonary permeability.ConclusionsCurrent piperacillin-tazobactam regimens may be insufficient to treat pneumonia caused bypiperacillin-tazobactam-susceptible organisms in some critically ill patients.

piperacillin;tazobactam;population pharmacokinetics;severe case;pneumonia

R969.1

A

10.3969/j.issn.1005-8982.2017.08.013

1005-8982（2017）08-0059-07

2016-08-23