28 липня, 2021
Пригнічення біоплівок умовно-патогенних бактерій на сечових катетерах*
Катетеризація сечовивідних шляхів є досить поширеною у медичній практиці процедурою. Короткочасна катетеризація, як правило, не призводить до ускладнень, однак за більш тривалого перебування катетера в організмі хворого підвищується ризик розвитку інфекційного процесу, так званої катетер-асоційованої інфекції (КАІ). На частку КАІ сечовивідних шляхів припадає до 40% усіх внутрішньолікарняних інфекцій [9].
Проблема інфікування катетерів за їх тривалого використання насамперед пов’язана з розвитком біоплівок власних ендогенних мікроорганізмів пацієнта. Крім того, у разі недотримання правил гігієни високою є ймовірність контамінування катетерів медичним персоналом, що може призводити до розвитку інфекційного процесу, викликаного збудниками внутрішньолікарняних інфекцій. Встановлено, що найбільш часто КАІ спричинені Escherichia coli (80%) і Proteus mirabilis (45%) [14]. Рідше відзначаються Klebsiella pneumoniae, Enterobacter spp., Staphylococcus spp. У пацієнтів після повторних курсів антибіотикотерапії КАІ найчастіше бувають викликані Pseudomonas aeruginosa і Candida spp. [10].
У даний час препаратами вибору для лікування й профілактики інфекційних захворювань сечовивідної системи є лікарські засоби із групи нітрофуранів. Клінічно доведено, що перевагами препаратів нітрофуранового ряду є поєднання протимікробного (перешкоджає в першу чергу адгезії мікроорганізмів), протизапального та діуретичного ефектів, що особливо важливо при хронічних процесах у сечовивідних шляхах.
В останні роки поряд із антимікробними препаратами в урологічній практиці дедалі ширше використовуються препарати рослинного походження, що зумовлено досить низьким ризиком розвитку ускладнень і небажаних побічних ефектів [13]. З огляду на це у пацієнтів із гострими й хронічними інфекційними захворюваннями сечовивідних шляхів рекомендовано одночасне застосування препаратів нітрофуранового ряду та рослинного походження (Семенов Б.В. та співавт., 2008).
Мета роботи – дослідити закономірності розвитку бактеріальних біоплівок умовно-патогенних бактерій на сечових катетерах, а також можливості пригнічення цих біоплівок офіцинальним препаратом рослинного походження Канефрон® Н і препаратом нітрофуранового ряду фурамаг.
Матеріал та методи
Об’єктами дослідження служили культури мікроорганізмів Е. coli М17 (промисловий штам) і S. aureus 193 (колекція НДЦЕМ ім. М.Ф. Гамалії, Росія). У роботі використовували офіцинальний препарат рослинного походження у вигляді розчину Канефрон® Н («Біонорика СЕ», Німеччина) та препарат нітрофуранового ряду фурамаг.
На першому етапі експерименту досліджували вплив Канефрону Н і фурамагу на повноцінні, сформовані біоплівки кишкової палички та стафілококів. Для цього бактеріальні біоплівки вирощували на внутрішній поверхні катетерів Фолея, розрізаючи їх упоперек на фрагменти довжиною близько 1 см, з яких потім готували половинки з відкритою внутрішньою порожниною. Всі маніпуляції з катетерами проводили у стерильних умовах. Далі культури Е. coli М17 і S. aureus 193 засівали в колби з рідким поживним середовищем (бульйон із серцево-мозковою витяжкою, HiMedia, Індія), в які попередньо поміщали фрагменти катетерів. Культивування проводили в умовах термостатування (при температурі 37 °С протягом 24 год), у результаті чого на поверхні катетерів відбувалося формування біоплівок. Далі фрагменти катетерів із мікробною біоплівкою на внутрішній поверхні переносили в розчини для інкубації, що містили у першому випадку Канефрон® Н, а у другому – фурамаг. Інкубацію біоплівок проводили в різних рідких субстратах (розчинах): живильний бульйон, фізіологічний розчин та штучна сеча. Час інкубації становив 5 і 24 год.
На другому етапі експерименту проводили дослідження впливу препаратів Канефрон® Н і фурамаг на формування та розвиток мікробних біоплівок на внутрішніх поверхнях катетерів Фолея. Для цього фрагменти катетера, отримані як описано вище, поміщали у рідке поживне середовище (бульйон із серцево-мозковою витяжкою із вищезазначеними препаратами), потім вводили культури Е. coli М17 або S. aureus 193 у концентрації 108 КУО/мл у кількості 10% від об’єму проби й вирощували у термостаті при температурі 37 °С протягом 24 год. Вирощені бактеріальні біоплівки змивали з поверхні катетерів фізіологічним розчином в об’ємі 1 мл і титрували у фізіологічному розчині за методом Коха з паралельним висіванням на тверде поживне середовище (колумбійський агар) для визначення КУО після 24-годинного культивування.
Електронно-мікроскопічні дослідження ультраструктурних змін у клітинах та бактеріальних біоплівках Е. coli М17 і S. aureus 193 після впливу препаратів Канефрон® Н і фурамаг проводили з використанням трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ) методом ультратонких зрізів. Матеріал для ТЕМ брали з поверхні катетерів.
Електронно-мікроскопічний аналіз динаміки розвитку мікробних популяцій Е. coli М17 і S. aureus 193 на поверхні катетерів під впливом препаратів Канефрон® Н і фурамаг проводили, використовуючи сканувальний електронний мікроскоп.
Результати
Спочатку визначали мінімальні інгібуючі концентрації (МІК) Канефрону Н й фурамагу при впливі на суспензійні культури. У ході дослідження дії розчину Канефрону Н було показано, що для суспензійної культури Е. coli М17 МІК становила 0,2 мл на 1 мл середовища, при цьому МІК для суспензійних клітин S. aureus 193 збільшувалася у два рази – 0,4 мл на 1 мл середовища. При визначенні МІК сухого препарату фурамаг щодо суспензійної культури кишкової палички і стафілококів було встановлено, що для обох культур вона виявилася однаковою – 1 мкг/мл.
Потім визначали МІК Канферону й фурамагу при впливі на клітини в біоплівках Е. coli М17 і S. aureus 193.
Далі автори вивчали вплив Канефрону Н й фурамагу на модельні сформовані біоплівки Е. coli М17 і S. aureus 193 на поверхні сечових катетерів. При інкубації сформованих на поверхні катетерів біоплівок S. aureus 193 у розчині Канефрону Н вихідної концентрації через 5 год спостерігали зниження кількості КУО на 6 порядків, через 24 год інкубації – ще на 1 порядок. До 5-ї години інкубації біоплівок S. aureus 193 із застосуванням фурамагу в концентрації 10 мкг/мл кількість КУО знижувалася на 7,4 порядку, при цьому через 24 год дослідники спостерігали повне пригнічення життєздатності клітин S. aureus 193.
Інкубація біоплівок Е. coli М17 на внутрішній поверхні катетерів із додаванням нерозведеного розчину Канефрону Н через 5 год призводила до зниження числа життєздатних клітин на 7 порядків, а через 24 год життєздатні клітини не виявлялися.
При впливі препарату фурамаг у концентрації 10 мкг/мл на біоплівки Е. coli М17, сформовані на внутрішній поверхні катетерів, відбувалося повне пригнічення життєздатності кишкових паличок уже через 5 год інкубації.
Вирощування біоплівок S. aureus 193 і Е. coli М17 протягом 24 год у нерозведеному розчині Канефрону Н в кінцевому підсумку призводило до формування біоплівок, проте кількість КУО була на 6 порядків для S. aureus 193 і на 7 порядків для Е. coli М17 нижчою, ніж у контролі. У розчині фурамагу при концентрації 10 мкг/мл розвитку обох культур умовно-патогенних бактерій у вигляді біоплівок протягом 24 год не спостерігалося. Отримані дані вказують на здатність Канефрону Н і фурамагу пригнічувати формування біоплівок умовно-патогенних мікроорганізмів на стінках сечових катетерів.
СЕМ підтвердила дані, отримані у результаті проведення мікробіологічного аналізу.
На ультратонких зрізах клітин Е. coli М17 і S. aureus 193, узятих із внутрішньої поверхні сечових катетерів Фолея після вирощування в бульйоні із серцево-мозковою витяжкою та обробки Канефроном Н і фурамагом, виявлено велику кількість деструктурованих клітин, фрагментів бактеріальних клітинних стінок та клітинного детриту, що є свідченням активного процесу лізису клітин обох досліджуваних культур.
Обговорення
Аналіз ультратонкої будови клітин умовно-патогенних бактерій при впливі Канефрону Н й фурамагу дає підставу припустити, що загибель клітин відбувається в результаті їх деструкції внаслідок прямого або опосередкованого впливу на цитоплазматичну мембрану та клітинну стінку зазначених лікарських препаратів.
Дослідження, представлені у цій роботі, показали, що Канефрон® Н і фурамаг – це препарати, які здатні не тільки перешкоджати розвитку біоплівок патогенних мікроорганізмів на поверхні сечових катетерів, а й пригнічувати вже сформовані біоплівки, що істотно знижує ризик виникнення висхідної інфекції за тривалої катетеризації сечового міхура. Важливим фактом є підтверджене одночасно мікробіологічними та електронно-мікроскопічними методами пригнічення розвитку біоплівок S. aureus 193 – культури з виявленим геном біоплівкоутворення (ica +), який зумовлює агресивність цього штаму відносно організму-господаря.
Обробка сечових катетерів препаратами Канефрон® Н і фурамаг (у вигляді розчину вихідної концентрації 10 мкг/мл) сприяла руйнації сформованих бактеріальних біоплівок, що призводило до зниження обсіменіння мікроорганізмами, а також до зменшення процесу мікробної контамінації всього організму. Використання Канефрону Н й фурамагу доповнює класичну антисептичну обробку або доцільне у тих випадках, коли вона є небажаною. Порівняно із класичними схемами обробки сечових катетерів застосування зазначених препаратів є ефективнішим у пригніченні сформованих бактеріальних біоплівок і прискорює процес одужання пацієнтів.
Список літератури знаходиться в редакції.
* «Мікробіологія», 2017, № 3. Друкується зі скороченнями.
Тематичний номер «Урологія. Нефрологія. Андрологія» № 2 (23), 2021 р.
