抗生素骨水泥緩釋及抑菌活性的臨床研究

[摘要]"目的"通過探討大劑量萬古霉素、美羅培南兩種抗生素聯合及單獨與骨水泥混合在人體模擬體液中洗脫規律，觀察對5種骨科感染常見細菌抗菌效果。方法"將萬古霉素2g與美羅培南3g聯合或單獨與普通骨水泥20g進行配比混合，制成抗生素骨水泥顆粒件6份，浸泡在人體體液模擬液中（simulated"body"fluids，SBF），每48h更換SBF液，每24h取樣2μl滴在耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant"staphylococcus"ayreus，MRSA）、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、大腸埃希菌、廣譜β內酰胺酶（extended-spectrum"beta-lactamase，ESBL）陽性大腸埃希菌的培養皿中，觀察24h，測量各時間節點洗脫液的抑菌環大小。比較不同配比抗生素骨水泥對5種常見骨科感染菌的抗菌效果。結果"復合抗生素組抑菌效果更佳，持續釋藥達30d；單獨使用萬古霉素不能覆蓋大腸埃希菌、ESBL陽性大腸埃希菌、銅綠假單胞菌，單獨使用美羅培南對MRSA僅在第3～6天有輕度抑菌效果，對金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌作用持續15d。結論"聯合用抗生素骨水泥相對單獨用抗生素骨水泥抑菌作用更全面，持續時間更長，抑菌效果更好。

[關鍵詞]"抗生素骨水泥；骨科感染；抗菌作用

[中圖分類號]"R331""""""[文獻標識碼]"A""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2025.11.006

Clinical"study"of"sustained-release"effect"and"antibacterial"activity"of"antibiotic"bone"cement

WANG"Feng1，"ZHANG"Chao1，"JIANG"Lili2，"DONG"Kun2，"SUI"Xiuli2

1.Department"of"Trauma"Orthopedics，"Shandong"Wendeng"Osteopathic"Yantai"Hospital，"Yantai"264000，"Shandong，China;""""""""2.Department"of"Laboratory，"Shandong"Wendeng"Osteopathic"Yantai"Hospital，"Yantai"264000，"Shandong，"China

[Abstract]"Objective"To"investigate"washing"patterns"in"human"simulated"body"fluids"（SBF）"by"combining"high"doses"of"vancomycin，"manuperenan"and"single"compound"with"bone"cement."The"antibacterial"effect"of"fivenbsp;common"bacteria"in"orthopaedic"infections"were"observed."Methods"Vancomycin"2g"and"meropenem"3g"were"combined"or"alone"mixed"with"ordinary"bone"cement"20g"in"aseptic"operation."Six"copies"of"antibiotic"bone"cement"pellets"were"made，"immersed"in"SBF，"replaced"with"SBF"buffer"every"48"hours，"sampled"every"24"hours"2μl"drops"in"methicillin-resistant"staphylococcus"aureus"（MRSA），"petries"of"staphylococcus"aureus，"pseudomonas"aeruginosa，"E."coli，"and"extended-spectrum"beta-lactamase"（ESBL）-positive"E."coli"were"observed"for"24"hours"and"measured"the"size"of"the"bactericidal"rings"of"the"washing"fluid"at"each"time"point."The"antibacterial"effect"of"different"ratios"of"antibiotic"bone"cement"on"5"common"orthopedic"infections"were"compared."Results"Compound"antibiotic"group"had"a"better"bactericidal"effect，"and"the"drug"continues"to"be"given"for"about"30"days."Wancomycin"alone"could"not"cover"E."coli，"ESBL"positive"E."coli，"pseudomonas"aeruginosa，"and"melopicillin"alone"had"only"a"partial"mild"bactericidal"effect"on"MRSA"around"3"to"6"days"after"use."The"effect"on"staphylococcus"aureus"and"pseudomonas"aeruginosa"lasted"only"about"15"days."Conclusion"The"combined"antibiotic"bone"cement"has"a"more"comprehensive，"longer"duration"and"better"bactericidal"effect"than"the"alone"antibiotic"bone"cement.

[Key"words]"Antibiotic"bone"cement;"Orthopedic"infections;"Antimicrobial"effect

局部抗生素骨水泥應用可消除骨缺損空腔，持續緩慢釋放抗生素，很好地解決骨缺損、骨感染的治療難題[1]。目前國內對該方向的研究多集中在關節置換術后感染、感染性骨缺損及開放性骨折骨缺損治療的有效性等，對聯合使用大劑量抗生素骨水泥抗菌效果及釋放特性的研究相對較少[2-7]。本研究設計觀察大劑量萬古霉素＋美羅培南的復合抗生素骨水泥在體液模擬環境下的緩釋特性及抗菌效果，以期為臨床感染菌不明確和混合菌感染情況下骨水泥抗生素的應用提供參考。

1""材料與方法

1.1""一般材料

注射用鹽酸萬古霉素（批準文號：國藥準字H20033366，生產單位：浙江醫藥公司，規格：0.5g，50萬U）；注射用美羅培南（批準文號：國藥準字H20065284，生產單位：石藥集團歐意藥業集團有限公司，規格：0.5g）；骨水泥（批準文號：國藥準字60891082，生產單位：德國Heraeus"Medical"GmbH"公司，規格：PALACOS?）；萬古霉素2g與美羅培南3g兩種抗生素聯合與普通骨水泥20g進行配比混合，制成形狀、質量、體積及個數均等的抗生素骨水泥顆粒件6份。一組：2份配比為萬古霉素2g加美羅培南3g與普通骨水泥20g（1、2號骨水泥件）；二組：2份配比為萬古霉素2g與普通骨水泥20g（3、4號骨水泥件）；三組：2份配比為美羅培南3g與普通骨水泥20g（5、6號骨水泥件）。所有骨水泥件均在實驗室內無菌環境下制作。洗脫液為體液模擬液（simulated"body"fluids，SBF）（批準文號：R24029-500ml，生產單位：中國上海源葉生物科技有限公司，規格：1.5×，無菌）。

1.2""方法

1.2.1""洗脫實驗""將三組6份骨水泥顆粒件置于無菌帶蓋廣口瓶內，各加入50ml的SBF緩沖液沒過骨水泥顆粒，置于37℃恒溫箱中，每48h更換SBF"""1次：分別于1d、2d、3d、4d、5d、6d、7d、8d、9d、10d、11d、12d、13d、14d、15d、16d、17d、18d、19d、20d、21d、22d、23d、24d、25d、26d、27d、28d、29d、30d的18：00時間節點取洗脫液進行抗菌活性檢驗。

1.2.2""抗菌活性檢測""用接種環挑取18～24h內培養的新鮮菌落于5ml無菌接種水內，調制成相當于0.5麥氏標準的細菌濃度（務必于15min內使用），用無菌棉拭子沾取菌液，并經管壁旋轉擠壓去除過多的菌液，均勻涂抹于培養基表面，旋轉瓊脂平板60°涂抹3次，然后沿平皿內緣涂抹一周，蓋上皿蓋，置室溫干燥3～5min后，用無菌微量移液器取各時間節點洗脫液2μl分別點在耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant"staphylococcus"ayreus，MRSA）、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、大腸埃希菌、廣譜β內酰胺酶（extended-spectrum"beta-"lactamase，ESBL）陽性大腸埃希菌5種細菌培養皿中，每種細菌培育3個培養皿（每皿6個點，每點2μl），35℃培養24h。觀察并測量各培養皿每種藥物的抑菌環直徑，每種藥物取所種3個平板抑菌環直徑的平均值。

1.2.3""觀察數據""每天記錄5種細菌共計15個培養皿抑菌環直徑，記錄平均值，得出不同配比抗生素骨水泥對5種細菌產生抗菌效果的曲線圖。

1.3""統計學方法

采用SPSS"22.0統計學軟件對數據進行處理分析，符合正態分布的計量資料以均數±標準差（"）表示，組間比較采用t檢驗，不符合正態分布的數據以中位數（四分位數間距）[M（Q1，Q3）]表示，組間比較采用秩和檢驗。Plt;0.05為差異有統計學意義。

2""結果

2.1""抗生素骨水泥的抑菌時限

不同配比抗生素骨水泥的抗生素釋放量和抗菌效果時間曲線見圖1。3組抗生素骨水泥對5種常見致病菌均在5～7d抑菌效果達到峰值，后逐漸降低，25～30d逐漸失去抑菌效果。一組抑菌譜更廣更佳，持續時間較長，可達到30d，這與兩種藥物混合后劑量更大、在骨水泥中形成骨水泥微孔結構更多更豐富、釋放更充分有關；二、三組抑菌譜窄及持續時間略差，在20～26d左右逐漸失去抑菌效果；二組不能覆蓋大腸埃希菌、ESBL陽性大腸埃希菌、銅綠假單胞菌，三組對金葡菌僅在14d有較低的抑菌效果。抗生素骨水泥體外釋放效果表現出早期爆發釋藥、中期平穩釋藥、持續釋藥達30d的特點。

2.2""抗生素骨水泥的抑菌效果

一、二組抗生素骨水泥對MRSA的抗菌效果無差異。對金黃色葡萄球菌，三組抗生素骨水泥均有抗菌效果，其中一組、三組組間差異有統計學意義。一組抗生素骨水泥的抗菌譜最廣，對5種骨科常見感染菌均有作用，兩種抗生素大劑量聯合使用并未因相互作用而減低抗菌作用。

3""討論

在嚴重創傷救治初期和初次、二次手術清創過程中，大量骨缺損、皮膚軟組織無法覆蓋創面，后期感染風險成倍增大[8]。抗生素聯合復合骨水泥可覆蓋多種骨科常見感染菌，減少手術次數，減輕患者痛苦和家庭經濟負擔。關節置換術后感染多為革蘭陽性菌，開放性骨折導致的感染多為混合感染，以革蘭陰性菌為主[9-11]。目前，國內初次全關節置換中應用的絕大多數抗生素骨水泥均為載有慶大霉素的丙烯酸甲酯骨水泥，其抗菌譜主要對大腸桿菌、綠膿桿菌等革蘭陰性菌有抗菌作用。革蘭陽性菌中，除金黃色葡萄球菌對慶大霉素敏感外，鏈球菌對慶大霉素耐藥，對MRSA無效。因此迫切需要找到一種抗菌譜廣，抗菌作用強、熱穩定性好的抗生素或兩種抗生素聯合。有研究證實混合應用兩種抗生素較單獨應用一種抗生素的洗脫率高[12-13]。

萬古霉素復合骨水泥治療骨科術后感染熱穩定性好，安全有效[14-15]。萬古霉素可覆蓋革蘭陽性菌，與其他種類抗菌藥物無交叉耐藥，體外傳代培養顯示其誘導耐藥性很低，具有良好的藥代動力學特性，能滲透進骨髓、骨組織、關節液中，是一種較理想的治療骨科感染的抗生素。不足之處是在體外藥敏實驗中，萬古霉素對革蘭陰性桿菌無效。研究發現骨感染細菌培養革蘭陰性桿菌占49%[16]，骨水泥復合一種抗生素已不能滿足臨床抗菌需要。美羅培南是一種抗菌譜極廣的殺菌劑，對革蘭陰性菌和厭氧菌具有極強的殺菌作用，特別是對包括綠膿桿菌在內的葡萄糖非發酵革蘭陰性菌均有極強的抗菌活性，且美羅培南對大部分常見的革蘭陽性菌也有殺菌作用。不足之處是對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌無效，其在骨組織、關節液中分布濃度低。有研究表明萬古霉素聯合美羅培南的骨水泥抗菌譜更廣，可產生協同作用，且不降低骨水泥的材料學特性[17]。本研究選擇骨科感染常見的5種致病菌：MRSA、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、大腸埃希菌、ESBL陽性大腸埃希菌作為實驗菌種。初次關節置換、嚴重開放創傷骨缺損清創中應用抗生素骨水泥旨在預防術中的污染菌及控制術后早期感染，預防細菌生物保護膜形成，抗生素骨水泥中的抗生素洗脫特點是早期爆發釋藥、中期平穩釋藥、持續釋藥達30d[18]。本研究3組抗生素骨水泥對5種常見致病菌的抑菌效果在5～7d達到峰值，后逐漸降低，25～30d逐漸失去抑菌效果。其中，一組抑菌譜更廣更佳，持續時間較長，能達到30d，早期爆發釋藥，在局部形成持續的、較高的抗生素濃度，可有效殺滅清創后殘余細菌。為臨床治療骨感染提供參考。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2024–06–30）

（修回日期：2025–02–26）