美羅培南不同給藥方案有效性與耐藥風(fēng)險的蒙特卡洛模擬*

鄒雅敏，張迪，董亞琳

(1.西安交通大學(xué)醫(yī)院藥械科，西安 710049；2.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院藥學(xué)部，西安 710061)

革蘭陰性菌(gram-negative bacteria，GNB)為醫(yī)院感染主要病原菌，其中最常見的菌株分別為大腸埃希菌(Escherichiacoli，EC)、肺炎克雷伯菌(Klebsiellapneumonia，KP)、銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa，PA)及鮑曼不動桿菌(Acinetobacterbaumannii，AB)[1]。美羅培南是II類碳青霉烯類抗菌藥物[2-4]，在臨床上應(yīng)用普遍，是防治GNB感染的重要藥物，但耐美羅培南菌株不斷涌現(xiàn)，耐藥形勢十分嚴(yán)峻。美羅培南的大量使用對微生物菌群產(chǎn)生的選擇性壓力，是其耐藥性日趨嚴(yán)重的重要原因。然而，選擇性壓力是個較為抽象的概念，如何量化評估和管理，仍是個懸而未決的難題。

蒙特卡羅模擬(Monte Carlo simulation，MCS)是一種基于“隨機數(shù)”的計算方法，其基本原理是從不同變量的函數(shù)分布中隨機抽樣，并代入數(shù)據(jù)模型，以獲得研究問題的近似解。近年來，藥動學(xué)/藥效學(xué)(PK/PD)模型結(jié)合MCS的新模式，在沒有臨床轉(zhuǎn)歸研究的情況下，綜合考慮特定菌群的最低抑菌濃度(MIC)分布與患者藥動學(xué)變異，為給藥方案的評價、比較、優(yōu)化提供了重要參考[5-6]。目前該模式更多地聚焦于臨床療效，筆者尚未發(fā)現(xiàn)有研究用于對臨床治療方案引起的耐藥突變風(fēng)險的評估。

本研究運用PK/PD模型結(jié)合MCS的模式，依據(jù)醫(yī)院非重癥監(jiān)護室(intensive care unit，ICU)與 ICU 中微生物菌種和MIC分布，分別模擬非危重和危重患者美羅培南對EC、KP、PA及AB感染的15種給藥方案的有效性及抑制耐藥突變的達(dá)標(biāo)概率(probability of target attainment，PTA)和累積反應(yīng)分?jǐn)?shù)(cumulative fraction of response，CFR)，比較不同給藥方案的有效性，并嘗試對現(xiàn)有美羅培南臨床暴露的耐藥風(fēng)險進(jìn)行初步量化評估，旨在為美羅培南的合理應(yīng)用提供參考。

1 資料與方法

1.1微生物數(shù)據(jù)的采集收集2017年某三甲綜合教學(xué)醫(yī)院檢驗科微生物室臨床送檢標(biāo)本(包括血液、無菌體液、痰液、尿液、傷口滲出液和厭氧標(biāo)本)的相關(guān)數(shù)據(jù)。同一患者重復(fù)樣本和來源于社區(qū)、門診或急診室中的菌株被排除。所有的樣本都儲存在-80 ℃中，以進(jìn)行藥物敏感性試驗。藥物敏感性試驗用儀器MIC法測定。PA(ATCC 27853)、EC(ATCC 25922)和SA(ATCC 25923)為質(zhì)量控制菌株。敏感、中介或耐藥的折點依據(jù)2017年版美國臨床實驗室標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會文件確定[7]。

1.2確定需模擬的給藥方案查閱藥品說明書及臨床常用方案，確定0.5，0.75，1 和2 g分別每12 h給藥一次(q12 h)、每8h給藥一次(q8 h)和每6 h給藥一次(q6 h)的12種方案。另外，TACCONE等[8]報道，治療泛耐藥(extensively drug-resistant，XDR)-PA引起的感染性休克患者，使用美羅培南3 g、q6 h治療，日劑量高達(dá)12 g。因此，確定3 g q12 h、q8 h和q6 h 3種給藥方案。所有方案均模擬傳統(tǒng)輸注法給藥，即為0.5 h靜脈滴注給藥。

1.3PK參數(shù)的確定根據(jù)文獻(xiàn)獲得美羅培南的 PK 參數(shù)，非危重患者以健康志愿者的PK參數(shù)模擬[9-10]，危重患者以膿毒癥患者(肝酐清除率>3 L·h-1)PK參數(shù)模擬[11]，具體PK參數(shù)見表1。

表1 美羅培南的PK參數(shù)

1.4PD指標(biāo)的確定

1.4.1有效性目標(biāo)靶值的確定美羅培南是時間依賴性抗菌藥物，常以給藥間隔內(nèi)游離血藥濃度超過致病菌MIC的時間(% T>MIC)作為PK/PD參數(shù)。普遍認(rèn)為%T>MIC>40%才能維持其殺菌活性；也有學(xué)者認(rèn)為，對于危重患者%T>MIC>100%或%T>4MIC>50%才能更好地達(dá)到臨床和病原學(xué)治愈[12]。因此，本研究中，非危重患者以%T>MIC>40%作為預(yù)測有效性的目標(biāo)靶值，危重患者以%T>MIC>100%、%T>4MIC>50%作為預(yù)測有效性的目標(biāo)靶值。

%T>MIC按照公式(1)計算。

Dose：給藥劑量；f：游離藥物比例；Vd：表觀分布容積；CL：清除率；DI：給藥間隔。

1.4.2抑制耐藥突變目標(biāo)靶值的確定研究表明，若要預(yù)防耐藥性傳播，需維持谷濃度與MIC比率(Cmin/MIC)達(dá)到4以上[13-15]。因此，非危重和危重患者均以%T>4MIC>100%作為抑制耐藥突變的目標(biāo)靶值。

1.4.3蒙特卡洛模擬應(yīng)用 Oracle Crystal Ball(V11.1.2.3.0版)軟件對美羅培南不同給藥方案治療4種GNB(EC、KP、PA及AB)感染進(jìn)行MCS。計算各 MIC 值對應(yīng)給藥方案的有效性、抑制耐藥突變的PTA，進(jìn)而計算各給藥方案的CFR，見公式(2)。

PTAi：在給定 MIC 值的中靶估計概率，F(xiàn)i：在群體菌株中各個MIC 分布的相對概率。

2 結(jié)果

2.1微生物數(shù)據(jù)及MIC分布非ICU共檢出9303株，其中，檢出的EC、KP、PA及AB分別為5711，1603，1274，715株，占比分別為61.4%，17.2%，13.7%和7.7%。ICU共檢出4244株，其中EC、KP、PA及AB分別為758，836，930，1720株，占比分別為17.9%，19.7%，21.9%和40.5%。非ICU和ICU美羅培南對常見GNB的MIC分布見表2。

表2 非ICU 和ICU中4種常見GNB檢測株數(shù)及對美羅培南不同MIC的分布

2.2不同給藥方案有效性的MCS

2.2.1非危重患者非危重患者以%T>MIC>40%為目標(biāo)靶值，不同給藥方案對EC、KP、PA及AB的CFR見表3。對于EC和KP，僅0.5 g、q12 h的方案CFR不能達(dá)到90%，其余方案CFR均>90%。對于PA，只有2 g、q6 h和3 g、q6 h的CFR能達(dá)到90%。對于AB，只有3 g、q6 h的CFR能達(dá)到90%。

表3 非危重患者不同給藥方案對4種GNB累計反應(yīng)分?jǐn)?shù)(以%T>MIC >40%為目標(biāo)靶值)的蒙特卡洛模擬

2.2.2危重患者危重患者以%T>MIC>100%為目標(biāo)靶值，不同給藥方案對EC、KP、PA及AB的CFR見表4。對于EC和KP，0.5 g、q6 h，0.75 g、q6 h，1 g、q6 h，2 g、q8 h，2 g、q6 h，3 g、q8 h和3 g、q6 h的方案CFR能達(dá)到90%，其余方案均不能達(dá)標(biāo)。對于PA及AB，所有方案CFR均不能達(dá)到90%，PA最高(3 g、q6 h)僅能達(dá)到67.7%，AB最高(3 g、q6 h)僅能達(dá)到31.1%。

表4 危重患者不同給藥方案對4種GNB累計反應(yīng)分?jǐn)?shù)(以%T>MIC >100%為目標(biāo)靶值)的蒙特卡洛模擬

以%T>4MIC>50%為目標(biāo)靶值，不同給藥方案對EC、KP、PA及AB的CFR見表5。對于EC，除了0.5 g、q12 h，0.75 g、q12 h，1 g、q12 h，其余方案CFR均能達(dá)到90%。對于KP，僅0.5 g、q12 h，0.5 g、q8 h，0.75 g、q12 h，1 g、q12 h不能達(dá)標(biāo)，其余方案均能達(dá)標(biāo)。對于PA及AB，所有方案CFR均不能達(dá)到90%，PA最高(3 g，q6 h)僅能達(dá)到62.6%，AB最高(3 g，q6 h)僅能達(dá)到11.2%。

表5 危重患者不同給藥方案對4種GNB的累計反應(yīng)分?jǐn)?shù)(以%T>4MIC >50%為目標(biāo)靶值)的蒙特卡洛模擬

2.3不同給藥方案抑制耐藥突變的MCS

2.3.1非危重患者以%T>4MIC>100%計算非危重患者抑制耐藥突變的CFR，不同給藥方案對EC、KP、PA及AB的CFR見表6。

表6 非危重患者不同給藥方案對4種GNB的累計反應(yīng)分?jǐn)?shù)(以%T>4MIC >100%為目標(biāo)靶值)的蒙特卡洛模擬

2.3.2危重患者同樣以%T>4MIC>100%計算危重患者抑制耐藥突變的CFR，不同給藥方案對EC、KP、PA及AB目標(biāo)治療的CFR，見表7。

表7 危重患者不同給藥方案對4種GNB的累計反應(yīng)分?jǐn)?shù)(以%T>4MIC>100%為目標(biāo)靶值)的蒙特卡洛模擬

3 討論

美國疾病控制和預(yù)防中心估計美國每年有200萬人發(fā)生耐藥菌感染，其中，23 000人因耐藥菌感染致死[16]。有專家認(rèn)為全球每年約70萬人死于耐藥菌感染，預(yù)計2050年將超過1000萬人[16-17]。據(jù)2017年CHINET的監(jiān)測結(jié)果顯示，國內(nèi)主要地區(qū)34 所醫(yī)院臨床分離的190 610株菌中，KP對亞胺培南和美羅培南的耐藥率分別從2005年的3.0%和2.9%上升到了2017年的20.9%和24.0%，耐藥率上升幅度高達(dá)8倍，與此同時，KP每年的分離率亦呈穩(wěn)步上升趨勢。PA對亞胺培南和美羅培南的耐藥率分別為23.6%和20.9%。不動桿菌屬(AB占91.5%)對亞胺培南和美羅培南的耐藥率分別為66.7%和69.3%[18]。盡管如此，碳青霉烯類抗菌藥物仍被譽為臨床防治GNB感染的最后一道防線，其臨床地位依然無可替代。目前能夠幫助改善嚴(yán)重GNB感染的療效唯一可行的策略就是使可用藥物達(dá)到最佳利用。

目前，臨床上美羅培南的用藥方式有3種：傳統(tǒng)輸注法、延長輸注法和持續(xù)靜脈滴注法。3種方式各有利弊。迄今為止，既能達(dá)到有效性的目標(biāo)靶值，又能延緩耐藥性進(jìn)展的給藥方案，在臨床上尚未達(dá)成共識并廣泛開展。

對于非危重患者，以%T>MIC>40%作為有效性目標(biāo)靶值，根據(jù)MCS結(jié)果，對于EC和KP，除0.5 g、q12 h的方案，其余方案CFR均>90%。對于PA，只有2 g、q6 h和3 g、q6 h的CFR能達(dá)到90%。對于AB，只有3 g、q6 h的CFR能達(dá)到90%。但同時，15種方案均不能有效地抑制耐藥突變(以%T>4MIC>100%作為抑制耐藥突變的目標(biāo)靶值，CFR<90%)。對于危重患者，分別以%T>MIC>100%和%T>4MIC>50%作為有效性目標(biāo)靶值，結(jié)果相似。對于EC和KP，只有部分方案CFR能達(dá)到90%。而對于PA和AB，所有方案CFR均不能達(dá)到90%，即使3 g、q6 h的方案治療PA的CFR也僅能達(dá)到62.6%，治療AB的CFR亦僅能達(dá)到11.2%。同時，危重患者僅有3 g、q6 h方案對EC和KP目標(biāo)治療能較好地抑制耐藥突變(以%T>4MIC>100%作為抑制耐藥突變的目標(biāo)靶值，CFR≥90%)。由此可見，美羅培南目前的傳統(tǒng)輸注模式是增加其耐藥風(fēng)險的重要因素。需要綜合考慮患者的生理病理狀態(tài)、病原菌、MIC分布等數(shù)據(jù)，建立適宜的PK/PD模型，進(jìn)一步優(yōu)化當(dāng)前的用藥模式，尤其是危重患者推薦基于治療藥物監(jiān)測采取延長輸注或持續(xù)靜脈滴注的方式以提高血藥谷濃度的達(dá)標(biāo)率，才能獲得滿意的治療效果，同時將耐藥突變風(fēng)險最小化。

評估基于以下幾個假設(shè)。

第一，PK參數(shù)的假設(shè)。根據(jù)文獻(xiàn)獲得美羅培南的 PK 參數(shù)，非危重感染患者以健康志愿者的PK參數(shù)模擬，危重患者以膿毒癥患者PK參數(shù)模擬。而其他特殊的生理病理狀態(tài)，例如老年患者、兒童及新生兒、肥胖患者、腎臟損傷患者、肝損傷患者、膿毒癥及膿毒癥休克患者、低蛋白血癥等，PK參數(shù)均有差異，不能一一評估和羅列；而膿毒癥患者是危重患者中一種典型而重要的病理狀態(tài)，因此本研究僅選取PK參數(shù)明確并被引用較多的健康受試者和膿毒癥患者兩類人群進(jìn)行實驗室模擬，從而初步評估不同給藥方式的優(yōu)劣。

第二，菌種分布的假設(shè)。僅統(tǒng)計了分離率最高的4個菌種，即EC、KP、PA及AB，其他菌種耐藥性不是特別突出，且所占比例較少，為便于模擬，忽略不計。

第三，給藥方案的確定。本研究為美羅培南給藥方案優(yōu)化的系列研究之一，本部分研究僅模擬了使用最多的傳統(tǒng)輸注法，即均為0.5 h靜脈滴注給藥。延長輸注法和持續(xù)靜脈滴注法將在其他部分研究中詳細(xì)討論，本部分未納入評估。美羅培南在臨床相關(guān)指南中推薦常用量為每次0.5～1 g，每8～12 h給藥一次；細(xì)菌性腦膜炎患者可增至2 g、q8 h給藥，每日最大劑量不得超過6 g。美羅培南3 g、q6 h方案在指南中并未做出推薦，而是來自于1例70歲泛耐藥銅綠假胞菌感染性休克患者的個案報道[8]，患者，男，120 kg，美羅培南用量高達(dá)100 mg·kg-1·d-1。本研究對3 g，q12 h、q8 h和q6 h 3種給藥方案也進(jìn)行了模擬，將傳統(tǒng)輸注法的各個劑量方案一一列舉，從而初步總結(jié)和闡述目前傳統(tǒng)輸注法的弊端，即使是使用3 g、q6 h的大劑量方案也難以達(dá)到兼顧有效性和抑制耐藥突變的雙重目標(biāo)。

目前，PK/PD原理結(jié)合MCS制定給藥方案的模式更多地聚焦于臨床療效。而本研究嘗試?yán)迷撃Ｊ剑状沃贫烁鼮閲?yán)苛的目標(biāo)靶值(即T>4MIC>100%)，從抑制耐藥突變能力的角度，評估美羅培南傳統(tǒng)輸注法不同給藥方案的耐藥風(fēng)險。本研究分別對15種給藥方案抑制耐藥突變的PTA和CFR進(jìn)行MCS。除危重患者3 g、q6 h方案對EC和KP目標(biāo)治療，其余方案均不能達(dá)到抑制耐藥突變的目標(biāo)(CFR<90%)。因此，傳統(tǒng)輸注法的給藥方案存在較大的耐藥突變風(fēng)險，需要進(jìn)一步優(yōu)化當(dāng)前的用藥模式，例如采取基于治療藥物監(jiān)測的延長輸注或持續(xù)靜脈滴注的方式，建立給藥方式與群體藥動學(xué)之間的數(shù)理關(guān)系，并加以驗證，嘗試構(gòu)建簡單可行、便于臨床接受的劑量調(diào)整的優(yōu)化方案，將用藥引起的耐藥突變風(fēng)險最小化。這些有待于更深入的研究。

需要說明的是，菌種與MIC分布、PK參數(shù)的偏倚以及PK/PD目標(biāo)靶值的差異均可對MCS結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，在臨床實踐中，要充分考慮本地區(qū)本醫(yī)療機構(gòu)的細(xì)菌耐藥情況、患者的生理病理狀態(tài)對給藥方案做出調(diào)整。然而，在缺乏微生物及PK數(shù)據(jù)的初始經(jīng)驗性用藥時，本研究仍具有重要的參考價值。此外也需要多專業(yè)科室和研究機構(gòu)合作，由檢驗科及時提供藥物敏感試驗數(shù)據(jù)及更新MIC 數(shù)值，由藥動學(xué)專家建立和細(xì)化更合理的PK/PD模型，以達(dá)到合理化給藥服務(wù)于患者的目標(biāo)。

總之，美羅培南目前的給藥模式是增加其耐藥風(fēng)險的重要因素，需要進(jìn)一步優(yōu)化當(dāng)前的用藥模式，才能獲得滿意的治療效果，同時將用藥引起的耐藥突變風(fēng)險最小化。