количество статей
2676
Клинические случаи

Бактериальные биопленки в оториноларингологии

Карпова Е.П. (д.м.н., проф.)
Тулупов Д.А. (к.м.н.)
ГБОУ ДПО «РМАПО» Минздравсоцразвития России
"ЭФФЕКТИВНАЯ ФАРМАКОТЕРАПИЯ. Педиатрия" №1 | 2012
  • Аннотация
  • Статья
  • Ссылки
  • Комментарии
В статье рассматривается роль биопленок в развитии хронической ЛОР-патологии. В настоящее время большинство классов антибактериальных препаратов не обладает достаточной эффективностью в отношении микроорганизмов, образующих биопленки. В этих условиях наиболее эффективным методом лечения является применение препаратов, вызывающих дезинтеграцию матрикса биопленки. К таким препаратам относится N-ацетилцистеин, эффективность которого в отношении бактериальных биопленок подтверждена результатами многочисленных исследований. 

При лечении ЛОР-заболеваний в педиатрической практике целесообразно применение топических препаратов N-ацетилцистеина. Комплексные препараты для местного применения Ринофлуимуцил (N-ацетилцистеин 1 г и туаминогептан 0,5 г) и Флуимуцил-антибиотик ИТ (тиамфеникола глицинат ацетилцистеинат 810 мг) разрешены к применению у детей и могут рассматриваться в качестве препаратов выбора в топической терапии хронического риносинусита, хронического аденоидита, хронического гнойного среднего отита и экссудативного среднего отита.
  • КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЛОР-заболевания, оториноларингология, инфекционные болезни, педиатрия
В статье рассматривается роль биопленок в развитии хронической ЛОР-патологии. В настоящее время большинство классов антибактериальных препаратов не обладает достаточной эффективностью в отношении микроорганизмов, образующих биопленки. В этих условиях наиболее эффективным методом лечения является применение препаратов, вызывающих дезинтеграцию матрикса биопленки. К таким препаратам относится N-ацетилцистеин, эффективность которого в отношении бактериальных биопленок подтверждена результатами многочисленных исследований. 

При лечении ЛОР-заболеваний в педиатрической практике целесообразно применение топических препаратов N-ацетилцистеина. Комплексные препараты для местного применения Ринофлуимуцил (N-ацетилцистеин 1 г и туаминогептан 0,5 г) и Флуимуцил-антибиотик ИТ (тиамфеникола глицинат ацетилцистеинат 810 мг) разрешены к применению у детей и могут рассматриваться в качестве препаратов выбора в топической терапии хронического риносинусита, хронического аденоидита, хронического гнойного среднего отита и экссудативного среднего отита.
Рис. 1. Первая стадия развития биопленки – адгезия планктонных форм бактерий к поверхности
Рис. 1. Первая стадия развития биопленки – адгезия планктонных форм бактерий к поверхности
Рис. 2. Вторая стадия развития биопленки – формирование матрикса и организация биопленки
Рис. 2. Вторая стадия развития биопленки – формирование матрикса и организация биопленки
Рис. 3. Третья стадия развития биопленки – отделение новых планктонных бактерий
Рис. 3. Третья стадия развития биопленки – отделение новых планктонных бактерий
Персистирующая бактериальная инфекция – один из важнейших факторов в развитии хронической патологии дыхательной системы. Помимо роста уровня приобретенной резистентности бактерий к антибиотикам существует еще ряд факторов, обусловливающих отсутствие или кратковременность эрадикации бактериальных патогенов. Одним из таких факторов является способность бактерий к образованию биопленок. В последние десятилетия благодаря развитию микроскопической техники накоплено огромное количество информации о бактериальных биопленках. Биопленка (англ. biofilm) представляет собой сообщество (конгломерат) микроорганизмов, расположенных на какой-либо поверхности, клетки которых прикреплены друг к другу или к субстрату и покрыты экзополисахаридным матриксом (гликокаликсом), вырабатываемым самими микробами для защиты бактерий внутри биопленки. Существуют как моновидовые, так и многовидовые биопленки. В клинической практике большее значение имеют моновидовые биопленки. Все основные респираторные патогены способны к образованию биопленок [3].

В настоящее время считается, что большинство микроорганизмов в естественных и искусственно созданных окружающих средах существует в виде биопленок. Теория о преобладании биопленок над свободно живущими формами микроорганизмов была постулирована в 1978 г. [1]. Согласно этой теории, бактерии основную часть времени развития и размножения находятся в матриксе биопленки, и эти прикрепленные клетки отличаются по физиологическим свойствам от клеток того же штамма, находящихся во взвешенном в среде состоянии (англ. planktonic state) [2]. Жизнедеятельность бактериальных биопленок подчинена некоторым общим закономерностям. Установлено, что бактериальная биопленка проходит три основных этапа своего развития [4]:

  1. прикрепление бактериальных клеток к поверхности и формирование бактериальной колонии (адгезия) (рис. 1);
  2. формирование защитного матрикса биопленки (созревание) (рис. 2);
  3. отделение от зрелой биопленки планктонных клеток (отделение) (рис. 3).
Считается, что планктонную стадию можно рассматривать лишь как способ перемещения микробной клетки от одной поверхности к другой, то есть это кратковременное состояние в жизни бактерий [3]. С практической точки зрения наиболее интересна именно первая стадия адгезии, так как бактериальная колония, защищенная матриксом биопленки, является неуязвимой для большинства антимикробных химиопрепаратов и факторов иммунитета макроорганизма. Концентрации антибиотиков, необходимые для достижения бактерицидного эффекта в отношении микроорганизмов, структурированных в биопленку, могут быть в 10–100 раз выше, чем для планктонных форм данной бактерии [5]. Также важно, что бактерии в биопленках могут обмениваться плазмидами, содержащими гены, ответственные за их резистентность к антибиотикам [6]. 

Таким образом, антибиотики большинства классов способны уничтожить только планктонные клетки, при этом бактерии, находящиеся в биопленках, способны выживать и размножаться и после окончания терапии. Наиболее эффективным методом борьбы с бактериальными биопленками является предотвращение адгезии бактериальных клеток к поверхности. Неприкрепленные планктонные клетки не могут сформировать колонию и синтезировать вещества, составляющие основу матрикса биопленки. Идеальной «платформой» для прикрепления бактериальных клеток является гладкий чужеродный материал, например тимпаностомическая или трахеостомическая трубка. Слизистая оболочка респираторного тракта или поверхность миндалин глотки в условиях длительно текущего воспалительного процесса (понижение рН секрета, понижение парциального давления кислорода, повышение осмолярности) также удовлетворяют условиям формирования и развития бактериальной биопленки [7].

Данные последних исследований свидетельствуют о значимой роли микроорганизмов, образующих биопленки, в развитии хронической ЛОР-патологии. Наибольшая доказательная база роли биопленок на сегодняшний день имеется в отношении хронического среднего отита, хронических аденотонзиллитов [8] и хронических риносинуситов. Так, по данным L. Hall-Stoodley и соавт. (2006), при обследовании материала, полученного с тимпаностомических трубок от 26 детей с хронической и рецидивирующей патологией среднего уха, биопленки патогенных бактерий были обнаружены в 92% случаев [9]. По данным B. Winther и соавт. (2009), на поверхности удаленных аденоидов бактериальные биопленки были обнаружены в 8 из 9 случаев [10]. В другом исследовании биопленки были получены в 70,8% с образцов небных миндалин [11]. В работе итальянских оториноларингологов при исследовании 16 образцов небных миндалин и аденоидов и 24 образцов слизистой, взятой при вскрытии клеток решетчатого лабиринта у пациентов с хроническим риносинуситом, биопленки были обнаружены в 57,5% и 41,7% случаев соответственно [12].

С учетом накопленного материала оториноларингологических исследований становится очевидно, что именно биопленки обусловливают персистенцию основных патогенных бактерий, снижая эффективность медикаментозной санации очага инфекции при хронической ЛОР-патологии. Неэффективность медикаментозной терапии в большинстве случаев обусловливает необходимость дальнейшего применения хирургических методов лечения. При этом нет убедительных данных о роли биопленок в развитии острой ЛОР-патологии [13]. К сожалению, на данный момент не найдены абсолютно эффективные методы борьбы с биопленками. Исходя из имеющихся сведений о механизмах образования и физиологии биопленок, наиболее перспективными считают следующие направления лечебной тактики:

  • отказ от необоснованного применения внебиотических имплантируемых устройств (например, тимпаностомического шунта);
  • использование в схемах антимикробной терапии у пациентов с хронической ЛОР-патологией антибактериальных препаратов, способных в той или иной степени разрушать структуру биопленок (макролиды) или проникать через биопленки (фторхинолоны), или использование данных препаратов в комбинации с другими группами антибиотиков (например, с бета-лактамами);
  • использование модифицированных имплантируемых устройств с антимикробным покрытием (посеребренные или «пропитанные» растворами антисептиков);
  • использование в комплексном лечении методов, обладающих дезинтегрирующим действием на биопленки (например, действие ультразвука) [3];
  • использование прямых муколитиков, способных воздействовать на адгезию бактерий и разрушать структуру биопленки, усиливая активность антибиотиков.

Одной из главных задач врача в лечении заболеваний, сопровождающихся биопленками, является назначение препаратов, способных воздействовать на биопленки. В последние годы возрос интерес к группе современных мукоактивных препаратов. За это время накоплены данные об их значимом влиянии на бактериальные биопленки. Наиболее изученным препаратом в отношении эффективности воздействия на биопленки является N-ацетилцистеин (Ринофлуимуцил, Флуимуцил, Флуимуцил-антибиотик ИТ). Еще в 1997 г. в экспериментальном исследовании испанских микробиологов было установлено, что при нанесении раствора N-ацетилцистеина на поверхность биопленки эпидермального стафилококка происходит дезинтеграция (нарушение структуры) матрикса биопленки. При этом отчетливо прослеживалась корреляция между выраженностью дезинтеграции матрикса с концентрацией N-ацетилцистеина. Установленная минимально необходимая концентрация N-ацетилцистеина составила 2 мг/мл [14]. 

В исследовании шведских микробиологов установлено: эффективность N-ацетилцистеина возрастает с увеличением дозы препарата [15]. Так, при воздействии N-ацетилцистеина в концентрации 0,5 мг/мл нарушается рост бактериальной колонии в 50% случаев, а при воздействии раствора N-ацетилцистеина в более высокой концентрации 2 мг/мл – в 100% случаев. Нарушение роста бактериальной колонии обусловлено нарушением адгезии микробных клеток к твердой поверхности, которая, как говорилось выше, является первым важнейшим этапом в механизме образования биопленок. Помимо бактериостатического эффекта (подавление роста бактерий на твердой поверхности) высокие концентрации раствора N-ацетилцистеина оказывают бактерицидное действие. В экспериментальном исследовании американских инфекционистов установлено, что раствор N-ацетилцистеина в концентрации 80 мг/мл обладает бактерицидной активностью в отношении 99,9% бактериальных клеток и дрожжеподобных грибов. Минимальный бактерицидный эффект отмечается при концентрации раствора N-ацетилцистеина 5–10 мг/мл. В клинической практике представляет интерес комбинация N-ацетилцистеина с антибактериальным препаратом (Флуимуцил-антибиотик ИТ) для достижения синергизма в преодолении механизмов защиты биопленок. Это особенно важно в борьбе с полирезистентными видами патогенных бактерий. 

В исследовании китайских ученых было установлено, что полное разрушение биопленки синегнойной палочки достигается при воздействии N-ацетилцистеина только в концентрации 10 мг/мл, тогда как использование комбинации N-ацетилцистеина с ципрофлоксацином позволяет достичь аналогичного эффекта уже при 2,5 мг/мл муколитика [16]. В педиатрической практике в связи с невозможностью применения фторхинолонов (в том числе в виде растворов местного действия) особое внимание уделяется комбинации N-ацетилцистеина и раствора тиамфеникола для местного применения (Флуимуцил-антибиотик ИТ). Так, в клиническом исследовании итальянских оториноларингологов приняли участие 102 пациента с рецидивирующей оториноларингологической патологией. У 24 из них (20%) были обнаружены биопленки. Возбудителями являлись Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumonia и Haemophilus influenzae. Всем пациентам, у которых были обнаружены биопленки, был назначен тиамфеникола глицинат ацетилцистеинат (Флуимуцил-антибиотик ИТ). В 1-й день препарат вводился внутримышечно, а со 2-го по 10-й день – ингаляционно. После курса лечения на основании исследования образцов сканирующей электронной микроскопией было установлено, что полная эрадикация патогенных микробов была достигнута в 21 (87,5%) случае. Только у 3 пациентов был обнаружен Staphylococcus aureus, при этом все выявленные возбудители in vitro сохраняли чувствительность к тиамфениколу [17].

Накопленный за прошедшие 5 лет материал клинических исследований подтверждает эффективность тиамфеникола глицинат ацетилцистеината (Флуимуцил-антибиотик ИТ), что позволяет рекомендовать его в качестве препарата выбора в топической терапии хронического риносинусита, хронического аденоидита, хронического гнойного среднего отита и экссудативного среднего отита (особенно у пациентов с тимпаностомической трубкой) [18].

На сегодняшний день в России зарегистрировано множество препаратов N-ацетилцистеина для приема внутрь. Дефицитной остается ниша лекарственных форм N-ацетилцистеина для местного применения. На 2011 г. в России зарегистрировано только 2 препарата N-ацетилцистеина для местного применения. Препарат Ринофлуимуцил является комплексным препаратом, содержащим раствор N-ацетилцистеина в концентрации 10 мг/мл и туаминогептан (сосудосуживающий компонент). Учитывая вышеизложенные данные о воздействии N-ацетилцистеина на бактериальные биопленки, можно утверждать, что Ринофлуимуцил является препаратом выбора в комплексном лечении обострений хронической патологии полости носа и носоглотки, а также острой ринологической патологии, сопровождающейся скоплением в полости носа вязкого секрета. Благодаря наличию топической лекарственной формы (назальный спрей) Ринофлуимуцил имеет особое значение в практике амбулаторного врача, поскольку далеко не во всех амбулаторных учреждениях есть необходимое оборудование для проведения более сложных процедур и комплексное лечение рецидивов муколитиками занимает важное место в лечении хронических заболеваний ЛОР-органов.

Не менее ценным в ЛОР-практике является оригинальный препарат тиамфеникола глицинат ацетилцистеината Флуимуцил-антибиотик ИТ. Препарат не имеет аналогов в России. Флуимуцил-антибиотик ИТ является единственным препаратом с официально зарегистрированным показанием для введения внутрь околоносовых пазух и в полость среднего уха. С учетом данных вышеперечисленных исследований Флуимуцил-антибиотик ИТ является препаратом выбора у пациентов с экссудативным средним отитом (в частности, после проведения тимпаностомии) и пациентов с острыми и хроническими риносинуситами.

  • КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЛОР-заболевания, оториноларингология, инфекционные болезни, педиатрия

1. Costerton J.W., Geesey G.G., Cheng G.K. How bacteria stick // Sci. Am. 1978. Vol. 238. № 1. P. 86–95.
2. Costerton J.W., Lewandowski Z., Caldwell D.E., Korber D.R., Lappin-Scott H. M. Microbial biofilms // Ann. Rev. Microbiol. 1995. Vol. 49. P. 711–745.
3. Белобородова Н.В., Байрамов И.Т. Микробные биопленки // Пятая ежегодная московская конференция «Гнойно-септические заболевания у детей» с участием регионов России и стран СНГ: Сборник докладов. 2009. С. 7–39.
4. O'Toole G., Kaplan H.B., Kolter R. Biofilm formation as microbial development // Annu. Rev. Microbiol. 2000. Vol. 54. P. 49–79.
5. Gilbert P., Das J., Foley I. Biofilms susceptibility to antimicrobials // Adv. Dent. Res. 1997. Vol. 11. № 1. P. 160–167.
6. Roberts A.P., Pratten J., Wilson M., Mullany P. Transfer of a conjugative transposon, Tn5397 in a model oral biofilm // FEMS Microbiol. Lett. 1999. Vol. 177. № 1. P. 63–66.
7. Pratt L.A., Kolter R. Genetic analysis of Escherichia coli biofilm formation: roles of flagella, motility, chemotaxis and type I pili // Mol. Microbiol. 1998. Vol. 30. № 2. P. 285–293.
8. Pintucci J.P., Corno S., Garotta M. Biofilms and infections of the upper respiratory tract // Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2010. Vol. 14. № 8. P. 683–690.
9. Hall-Stoodley L., Hu F.Z., Gieseke A., Nistico L., Nguyen D., Hayes J., Forbes M., Greenberg D.P., Dice B., Burrows A., Wackym P.A., Stoodley P., Post J.C., Ehrlich G.D., Kerschner J.E. Direct detection of bacterial biofilms on the middle-ear mucosa of children with chronic otitis media // JAMA. 2006. Vol. 296. № 2. P. 202–211.
10. Winther B., Gross B.C., Hendley J.O., Early S.V. Location of bacterial biofilm in the mucus overlying the adenoid by light microscopy // Arch. Otolaryngol. Head Neck Surg. 2009. Vol. 135. № 12. P. 1239–1245.
11. Kania R.E., Lamers G.E., Vonk M.J., Huy P.T., Hiemstra P.S., Bloemberg G.V., Grote J.J. Demonstration of bacterial cells and glycocalyx in biofilms on human tonsils // Arch. Оtolaryngol. Head Neck Surg. 2007. Vol. 133. № 2. P. 115–121.
12. Calò L., Passàli G.C., Galli J., Fadda G., Paludetti G. Role of biofilms in chronic inflammatory diseases of the upper airways // Adv. Otorhinolaryngol. 2011. Vol. 72. P. 93–96.
13. Vlastarakos P.V., Nikolopoulos T.P., Maragoudakis P., Tzagaroulakis A., Ferekidis E. Biofilms in ear, nose, and throat infections: how important are they? // Laryngoscope. 2007. Vol. 117. № 4. P. 668–673.
14. Pérez-Giraldo C., Rodríguez-Benito A., Morán F.J., Hurtado C., Blanco M.T., Gómez-García A.C. Influence of N-acetylcysteine on the formation of biofilm by Staphylococcus epidermidis // J. Antimicrob. Chemother. 1997. Vol. 39. № 5. P. 643–646.
15. Olofsson A.C., Hermansson M., Elwing H. N-acetyl-L-cysteine affects growth, extracellular polysaccharide production, and bacterial biofilm formation on solid surfaces // Appl. Environ. Microbiol. 2003. Vol. 69. № 8. P. 4814–4822.
16. Zhao T., Liu Y. N-acetylcysteine inhibit biofilms produced by Pseudomonas aeruginosa // BMC Microbiol. 2010. Vol. 10. P. 140.
17. Macchi A., Ardito F., Marchese A., Schito G.C., Fadda G. Efficacy of N-acetyl-cysteine in combination with thiamphenicol in sequential (intramuscular/aerosol) therapy of upper respiratory tract infections even when sustained by bacterial biofilms // J. Chemother. 2006. Vol. 18. № 5. P. 507–513.
18. Smith A., Buchinsky F.J., Post J.C. Eradicating chronic ear, nose, and throat infections: a systematically conducted literature review of advances in biofilm treatment // Otolaryngol. Head Neck Surg. 2011. Vol. 144. № 3. P. 338–347.
Войдите в систему
Пароль
Запомнить меня на этом компьютере
Забыли пароль?

ИНСТРУМЕНТЫ
PDF
Сохранить
комментарий
Письмо
Добавить в избранное
Аудио
Видео