抗菌药物耐药性的产生及遏制耐药性微生物的对策

星火

作者：许景峰,徐琳
【摘要】 目的 合理使用抗菌药，减少耐药性的产生，阻滞耐药性感染的传播。方法 从耐药性产生及蔓延的规律研究制定遏制耐药性的方法。 结果 耐药性的产生，医院是重要环节，医院应该遏制和控制多重耐药性微生物的高发比例，建立良好的微生物实验室，不要为了预防感染而使用抗菌药，加强PK/PD的研究,关闭或缩小MSW。结论 抗菌药耐药性是一种自然的生物学现象，是细菌等微生物受到抗菌药物使用的选择性压力的反应。因此，遏制耐药性发生的根本方法是减少抗菌药物不必要、不适当或不合理的使用。

    【关键词】 抗菌药；耐药性的产生；抗菌药的PK/PD


      耐药性(resistance)是微生物对抗菌药物的相对抗性，是微生物进化过程的自然界规律，也是微生物耐药基因长期进化的必然结果。由于抗菌药物杀死了敏感菌群，而对耐药菌的存活和繁殖无效，所以耐药性是过度使用和滥用抗菌药的必然后果。


    当前，耐药菌的产生和蔓延已经成为世界性问题。如肺炎、结核病和疟疾等，由于其微生物对许多现有药物产生了耐药性而变得越来越难以治疗。耐药性是如何形成和发展的？如何遏制这一威胁？已经成为全球关注的热点问题。


    1 耐药性的类型


    耐药性分为：天然耐药性、获得耐药性、多重耐药性以及交叉耐药性［1］。


    天然耐药性，又称原发性耐药性，遗传性耐药性,内源性耐药性,它决定抗菌谱。如全部肠杆菌科细菌对大环内酯类、克林霉素、利萘唑酮、奎奴普丁和莫匹罗星；鲍曼不动杆菌对氨苄西林、阿莫西林和第一代头孢菌素；铜绿假单胞菌对氨苄西林、阿莫西林、阿莫西林/克拉维酸、第一、二代头孢菌素、头孢噻肟、头孢曲松、萘啶酸和甲氧嘧啶；肺炎链球菌对甲氧嘧啶和氨基糖苷类；嗜麦芽窄食单孢菌对亚胺培南；沙雷菌属对氨苄西林、阿莫西林、阿莫西林/克 拉维酸、第一代头孢菌素、头孢呋辛和多黏菌素E均属天然耐药。天然耐药性是某种细菌固有的特点，其原因可能是此类细菌具有天然屏障，药物无法进入细菌体内或由于细菌缺少对药物敏感的靶位所至。


    获得性耐药性是在微生物接触抗菌药物后,由于遗传基因的变化、生存代谢途径的改变而产生的耐药性。获得性耐药性可分为相对耐药性(又称中间耐药性)和绝对耐药性(又称高度耐药性),前者 是在一定时间内MIC逐渐升高,后者即使高浓度也没有抗菌活性,如耐庆大霉素的铜绿假单胞菌［2，3］。


    获得性耐药性又有社会获得性耐药性和医院获得性耐药性之分。常见的医院获得性耐药菌株为耐甲氧西林金葡菌（MRSA）和凝固酶阴性葡萄球菌、耐万古霉素肠球菌（VRE），多重耐药菌有克雷伯杆菌属、肠杆菌属以及假单孢菌。常见的社会获得性耐药菌株有产β内酰胺酶的大肠杆菌属、耐阿莫西林的卡他莫拉菌，耐药肺炎球菌，多重耐药结核杆菌、沙门菌属、志贺菌属、弯曲菌属以及耐青霉素淋病奈瑟菌属。医院获得性感染，仅在美国一年就有40，000病例死亡，几乎都是由耐药菌所致；国内对2000～ 2001年从13家医院分离的805株革兰阳性菌进行耐药监测。结果,MRSA检出率为37.4%,其中医院获得性耐药菌株的检出率为89.2%，社会获得性耐药菌株为30.2%;MRSE为33.8%,耐青霉素肺炎球菌（PRSP）为26.6%,屎肠球菌(AREF)对氨苄青霉素耐药率为73.8%。大肠杆菌对各种喹诺酮类呈交叉耐药,耐药率高达60%。


    多重耐药性是指同时对多种抗菌药物发生的耐药性。是外排膜泵基因突变和外膜渗透性的改变及产生超广谱酶所致［4，5 ］。最多见的是耐多药结核杆菌和耐甲氧西林金葡菌, 以及在ICU中出现的鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌,仅对青霉烯类敏感;嗜麦芽窄食单胞菌几乎对复方新诺明以外的全部抗菌药耐药。


    交叉耐药性是指药物间的耐药性互相传递,主要发生在结构相似的抗菌药物之间。如目前大肠杆菌对喹诺酮类的交叉耐药率已超过60%。


    2 耐药性的产生及蔓延


    细菌耐药性可通过在某一核苷酸碱基对发生突变，导致抗菌药物作用靶位的改变，或通过细菌DNA 的全部重排，包括倒位、复制、插入、中间缺失或细菌染色体DNA的大段序列的“转座子”或插入顺序来完成，也可由质粒或其他遗传片段所携带的外来DNA 片段，导致细菌产生耐药性［4］。


    质粒是一种染色体外的DNA，耐药质粒广泛存在于革兰阳性和阴性细菌中，几乎所有致病菌都有耐药质粒。因此通过耐药质粒传递的耐药现象最为主要，也最常见。耐药质粒有两种主要类型，即接合型质粒和非接合型质粒。接合型质粒的耐药因子包括具有一个至数个耐药基因，通过改变细菌细胞壁或细胞膜的通透性，或阻断抗菌药到达作用靶位等作用，使细菌对抗菌药产生耐药的决定因子，以及负责耐药因子转移时所需物质的制备和合成的耐药转移因子。非接合型质粒的耐药因子仅有耐药决定因子而无耐药转移因子，故不能通过细菌接合转移。


    抗菌药有多种类型，但细菌在抵抗各个药物的作用时，可通过一种或多种途径对一种或多种不同类型的抗菌药产生耐药性。主要有：


    （1）产生药物失活酶或钝化酶。如β内酰胺酶(β-lactamase)使β内酰胺类抗菌药的酰胺键断裂而失去抗菌活性［4，6］。目前最重要的β内酰胺酶是超广谱β内酰胺酶(ESBLs)、染色体异型酶(AmpC)和OXA。ESBLs主要由质粒介导, 大约有160余种，分为TEM、SHV、OXA等类型。TEM 型由广谱酶TEM-1 和TEM-2 的基因发生突变，造成1～4 个氨基酸改变形成的一系列酶蛋白，目前大约有70余种。SHV 型有30余种，由广谱酶SHV-1 的基因发生突变，造成1～4 个氨基酸改变而形成。OXA 型有13 种，主要的水解底物是苯唑西林，故又命名为OXA，是来源于OXA-1、OXA-2和OXA-10三种基因发生突变所至。ESBLs 主要在肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌中发现，在肠杆菌属、变形杆菌属、沙雷菌属等其他肠杆菌科及铜绿假单胞菌中也多有发现。ESBLs导致细菌对第三代头孢菌素、氨曲南及第四代头孢菌素耐药。AmpC既可由染色体介导,也可由质粒介导,因对头孢菌素水解率高于青霉素类,故又称为头孢菌素酶,迄今已达30余种，已报道［7～9］的质粒介导AmpC 型酶有MIR-1、 ACT-1、 CMY-2、 LAT-1、 LAT-2 等;OXA是 ESBLs酶的一种，又称金属β内酰胺酶或碳青霉烯水解酶，能灭活青霉素、头孢菌素和碳青霉烯类抗菌药,甚至能灭活酶抑制剂,包括克拉维酸、舒巴坦和他唑巴坦等。


    氨基苷类钝化酶是细菌对氨基苷类产生耐药性的最常见也是重要的机制。许多革兰阴性杆菌、金葡菌和肠球菌属等均可产生钝化酶，对氨基苷类分子结构中的氨基糖分子的活性基因进行修饰而使之失去抗菌作用。目前已知有乙酰转移酶(AAC)、磷酸转移酶(APH)和核苷转移酶(AAD 或ANT)3类钝化酶。不同的氨基苷类可为同一种酶所钝化，而同一抗菌药又可为多种钝化酶所钝化。这是因为一种抗菌药的分子结构中可能存在多个结合点所致。例如妥布霉素可为6 种酶所钝化，庆大霉素可为5 种酶所钝化，而阿米卡星则主要为一种AAC所钝化。


    （2）靶部位发生改变。细菌可改变抗菌药与核糖体的结合部位而导致大环内酯类、林可霉素类和氨基苷类等药物不能与其作用靶位结合，也可阻断抗菌药抑制细菌合成蛋白质的能力。细菌对大环内酯类的耐药主要是因为核糖体50S的腺嘌呤残基转录后甲基化，使药物不能与核糖体结合而抑制了蛋白质的合成。细菌核糖体30S 亚单位的S12 蛋白可发生突变，使链霉素不能与核糖体结合而导致耐药。革兰阳性菌可由于其青霉素结合蛋白(PBPs)的改变，使其与β内酰胺类抗菌药的亲和力降低，导致细菌耐药。例如肺炎链球菌可以从耐青霉素链球菌属中获得耐药基因片段与自身基因组合成镶嵌式耐药基因， 使之成为耐青霉素肺炎链球菌。金葡菌与屎肠球菌中

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的一些菌株可诱导产生新的PBPs，与β内酰胺类的亲和力明显降低，造成细菌耐药。在淋病奈瑟球菌和流感嗜血杆菌等革兰阴性菌的某些菌株中也存在与β内酰胺类亲和力降低的PBPs 而导致细菌耐药［3］。


    （3）膜泵外排。细菌普遍存在着主动外排系统，它们能将进入细胞内的多种抗菌药物主动泵出细胞外，导致细菌耐药。目前已知有5个家族、20多种外排泵。主动外排系统首先是在大肠埃希菌对四环素的耐药机制研究中发现的。细菌中的主动外排系统可分为4类： MF 类、RND 类、Smr 类和ABC 类。在铜绿假单胞菌、淋病奈瑟球菌、肺炎克雷伯菌、包皮垢分支杆菌、金葡菌、大肠埃希菌、肺炎链球菌、化脓链球菌等细菌以及白念珠菌中均存在主动外排系统。氯霉素、红霉素、氟喹诺酮类和β内酰胺类等抗菌药物均可由一种或数种主动外排系统泵出细胞外。


    （4）其他。如建立靶旁路系统，使金葡菌产生青霉素结合蛋白PBP2a，取代了固有的青霉素结合蛋白PBPs，与β内酰胺类抗生素的亲和力减低，致甲氧西林对金葡菌耐药； 改变代谢途径, 使抗菌药物与细菌生长所必须物质如叶酸结合,影响其生长繁殖;降低细胞膜(或壁)的通透性，导致细菌膜蛋白变性、膜孔蛋白缺损或形成生物膜，使亚胺培南对铜绿假单孢菌耐药等［9］。


    通常情况下，由染色体介导的耐药性，耐药基因是由染色体编码介导,即DNA或RNA突变所致，耐药菌往往有一定缺陷，其特点是发生率较低(1/105)。但质粒(又称R-质粒)介导产生的耐药菌则与敏感菌一样，特点是通过转化、转导、结合及易位等方式,其发生率高，通常表现在产生失活酶或修饰酶而耐药。可迅速生长繁殖，并可在正常人和体弱者中引起感染。无论质粒或染色体介导的耐药性，一般只发生于少数细菌中，难于与占压倒优势的敏感菌竞争，故其危害性不大。只有当敏感菌因抗菌药物的选择性作用而被大量杀灭后，耐药菌才得以大量繁殖而成为优势菌，并导致各种感染的发生。因此，细菌耐药性的发生和发展是抗菌药物广泛应用，特别是无指征的过度使用和滥用的后果。


    耐药基因和耐药菌株在人与人或人与畜之间均能够传播与蔓延。当一个病人感染耐药菌株，就可以成为重要的传播源。在医院，一个感染了MRSA的病人，往往成为其他许多人感染或带菌的来源。因此，在采取行动遏制耐药性时，除了应该考虑耐药性的出现，也必须考虑耐药菌株的传播。


    单一微生物细胞能够携带耐药基因对付整个系列的、完全不相关的抗菌药物。例如引起痢疾的志贺菌，它的基因链的每一个耐药性编码都能对抗一种不同的抗菌药，所以它对任何一种抗菌药可产生耐药性。而且这一基因链能够从一个细菌细胞传递到另一个细胞。因此，一种以往敏感的志贺菌，在一次攻击过程中，就可以获取5个或6个耐药基因。一个细菌在24h内可将耐药基因留下1,677,722个后代，还横向传给其他细菌［3，9］。


    抗菌药物本身并不产生耐药性，只是在抗菌药物被不合理使用时才加剧这一过程。当抗菌药物自然选择有利于产生耐药性基因的细菌生存时，耐药性便产生了。所有抗菌药物的使用，无论适宜与否，都对细菌群有一种选择性的压力，而且抗菌药物使用越多，压力越大。所以，不适当地使用，包括药品的错误选择、剂量不正确或不良的治疗顺应性等都能造成耐药菌的产生。如肺炎，及时用青霉素治疗，肺炎链球菌就会被杀死，感染在耐药性出现之前得到治愈。然而，若药物剂量或给药间隔时间不准确，青霉素对肺炎链球菌的耐受突变株就有时间产生、繁殖、并替代对青霉素易感的菌群，不仅治疗结果不好，而且使急性感染中的肺炎链球菌也就成了许多第一线药品的耐药菌。


    据WHO最新估计，发达国家医院抗菌药物的使用率为30%，美国是20%、英国是22%。而我国抗菌药物的使用率为60%～70%，过度使用和滥用的情况已很突出，细菌耐药问题也十分突出［10，11］。葡萄球菌中耐甲氧西林的菌株已占金葡萄菌株的64%，占凝固酶阴性葡萄球菌的77%。这些细菌对青霉素类、头孢菌素类、红霉素、庆大霉素等常用抗菌药多数耐药。在我国目前用于MRSA治疗的药物主要用糖肽类、万古霉素、替考拉宁、链阳霉素和利奈唑烷。肠球菌的主要耐药问题是耐万古霉素的肠球菌（VRE）和高耐氨基糖苷类的高耐药菌株（HLAR）。全国26家医院，HLAR占耐庆大霉素菌株的60%～80%，粪肠球菌与对万古霉素和替考拉宁的耐药率分别为2.95%、0.83%，屎肠球菌则为5%和3%。大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌是易产超广谱β内酰胺酶（ESBLs）的主要菌株［9］，在我国1994年ESBLs分别为10%和12%，2000年分别为25%和30%，2001年分别为35.3%和32.7%。由于产ESBLs菌常对青霉素类、头孢菌素类和单酰胺类药物治疗不佳，使病死率升高。


    另据国家细菌耐药性监测中心2002年的报告(60余家医院)［12，13］。MRSA的平均耐药率，1988年为34.8%，1999年为33.8%，2000年为29.7%。MRSA对庆大霉素的耐药率为65.7%，氯霉素为44%，环丙沙星为73.7%,红霉素为89.1%,复方新诺明为67%,四环素为61%。





    我国结核病人耐药率已达到28.1%～41.1%，其中一部分病人对目前常用的抗结核药物已无效，成为长期细菌的感染源和结核控制中的一大难题。


    3 耐药性的预防和遏制


    抗菌药耐药性是一种自然的生物学现象，是细菌等微生物受到抗菌物药使用的选择性压力的反应。最主要的办法是预防感染，其后才是遏制问题。自从抗菌药使用以来，它就促使了耐药性的产生，因此，任何遏制战略都应该归结于尽量减少抗菌药物不必要、不适当或者不合理的使用。


    对于药耐药性的产生，医院是一重要环节，因为高度易感染病人常常需要延长抗菌药治疗，并出现交叉感染的问题。每家医院都应该遏制和控制多重耐药菌的高发比例，有效的控制医院感染，具体的做法是：


    （1）建立良好的微生物实验室，并发挥其诊断服务的重要作用。（2）加强抗菌药物处方的管理，限制抗菌药临床适应证范围。（3）预防多重耐药菌在院内的传播，加强院内感染的控制。（4）提高患者正确使用抗菌药的认识，即抗菌药不能随便用。用抗菌药来对付感冒，基本上是没有用的。（5）抗菌药使用的原则是能用窄谱的就不用广谱的，能用低级的就不用高级的，用一种能解决问题的就不要几种联合用。（6）一般情况下，不要为了预防而使用抗菌药，特别是广谱抗菌药。还要避免外用青霉素类、头孢菌素类及氨基糖苷类抗生素，不要把这些抗菌药配成液体冲洗伤口，避免诱发耐药细菌的产生。（7）严格控制抗生素的预防使用和非医疗中农、林、牧、副、渔以及饲料的抗生素使用。（8）采取限用策略，如轮作制，即将某些抗菌药停用一段时期后再用，以恢复细菌对药物的敏感性。（9）根据药效学/药动学（PK/PD）特征制订方案等［14～16］。


    抗菌药分为浓度依赖型和时间依赖型二种类型，所以在根据PK/PD参数制订给药方案时，也有较大的不同。浓度依赖型抗菌药，浓度越高杀菌力越强，如喹诺酮类、氨基糖苷类、两性霉素B和甲硝唑等。其药效学参数是：24h药物浓度时间曲线下面积（AUC）/MIC，即AUIC>125～250时不但起效快,且能有效地杀灭细菌和抑制耐药菌株产生,临床有效率可达>90%，故应该大剂量每日1次给药。以及血清药物峰浓度（Cmax）/MIC的比值>8～12。如氨基糖苷类为每日1次,喹诺酮类为每日1～2次为宜。研究表明，如果喹诺酮类的AUIC>100时，细菌即使未被清除，其对药物的敏感率仍维持在90%以上；倘若AUIC<100，则耐药菌会逐日增加，最终细菌几乎全部耐药。


    时间依赖型抗菌药，包括青霉素类、头孢类和大环内酯类的多数品种。其Cmax相对不重要，而药物浓度维持在MIC以上的时间对预测

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杀菌力更为重要［8，15］。时间依赖型抗菌药要求血清药物浓度大于最低抑菌浓度（T>MIC），其持续时间应超过给药间期的40%～50%。不同菌种要求给药间隔时间的百分比不同。头孢菌素类的最佳疗效为T>MIC 60%～70%,青霉素为50%。所以，时间依赖型抗菌药需要每日多次给药，或持续滴注，以维持MIC在间隔时间的50%～60%内，避免诱发耐药细菌的产生。


    根据药物的PK/PD参数制定给药方案，以MIC为依据的抗菌治疗策略，除了有效地消除感染外，对阻止耐药突变菌株被选择而导致耐药率上升有着重要作用。近年来在对金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌和结核杆菌等的研究中，提出了防“突变浓度”（MPC）、关闭或缩小“突变选择窗”(MSW)，最大限度的延长MSW的新概念。所谓MSW就是MPC与MIC之间的范围,即以MPC为上限，以MIC为下限的浓度范围。MPC是防止耐药突变菌株被选择所需的最低抗菌药物浓度，或是抗菌药物的阈值浓度，即耐药菌株突变折点［15，17］。


    MSW为可产生耐药菌株的范围，MSW越宽越可能筛选出耐药菌株，MSW越窄，产生耐药菌株的可能性就越小。如药物浓度仅仅大于MIC,容易选择耐药菌株。为此,欲防止耐药菌株产生,在选择药物时,应选择药物浓度既高于MIC,又高于MPC的药物,这样就可关闭MSW,既能杀灭细菌,又能防止细菌耐药。研究证实,氟喹诺酮类的MPC一般保持在MIC的7倍以上,就可避免选择出耐药菌。如莫西沙星的AUC/MIC之比是加替沙星的2倍,是左氧氟沙星的6倍。所以治疗药物浓度高于MPC，不仅可以获得成功的治疗，而且不会出现耐药突变。凡是MPC低、MSW窄的药物是最理想的抗菌药物，或者药物在MSW以上的时间越长越好，如莫西沙星在MSW以上的时间长达24h，吉米沙星为14h，加替沙星为6h，左氧氟沙星只有3h［10，12］。


    细菌耐药性是细菌进化过程的自然界规律，也是病原微生物与抗菌药物之间永恒的矛盾。人类要想减少病原微生物对自身健康的威胁，必须制定和采取合理使用抗菌药物的严格措施，包括研究开发新药、制定管理法规和提高用药水平等。避免人类被迫回到抗菌药物前的年代。


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