不同剂量木糖醇添加剂对抗生素骨水泥药物释放的影响

田志敏,韩树峰,石佳佳

(山西医科大学第一医院,山西太原 030001)

载抗菌素的骨水泥已经被广泛地应用于临床治疗慢性骨髓炎,但其释放率偏低为5%～8%。持续低浓度释放可能使骨髓炎治疗效果差,也可能引起耐药菌的产生。有报道称在抗生素骨水泥中掺入添加剂能促进药物的释放[1]。添加剂溶解留下的互连孔隙增加骨水泥(polymethylmethacrylate,PMMA)的通透性,使得更多的药物溶解入骨水泥周围的液体中[2]。添加剂的物理特性如溶解度、颗粒大小、剂量均可影响骨水泥的通透性。本实验研究添加剂的剂量对药物释放的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料

ASTM E-11美国标准筛 15目(昆山市玉山镇松本机械商行),木糖醇颗粒(浙江华康药业有限公司),骨水泥(PMMA天津市合成材料工业研究所),万古霉素(美国礼来制药有限公司0.5 g),100 mL烧杯若干。

1.2 实验分组与模型制备

实验分 5组,每组 8个标本。首先用美国标准实验筛 ASTM E-11筛出210μm～250μm的木糖醇颗粒若干。Ⅰ组:40 g骨水泥粉中加入2 g万古霉素和28 g颗粒大小为210μm～250μm木糖醇,干时在无菌条件下充分混匀,聚合反应后,在环境温度24℃和相对湿度不低于40%的无菌条件下,8个标本以自制模具模铸成直径 (8.0±0.1)mm、高(9.0±0.1)mm的圆柱状骨水泥试件,贮于24℃干燥。Ⅱ组:40 g骨水泥粉加2 g万古霉素和21 g颗粒大小为210μm～250μm木糖醇。Ⅲ组:40 g骨水泥粉加2 g万古霉素和14 g颗粒大小为210μm～250μm的木糖醇。Ⅳ组:40 g骨水泥粉加2 g万古霉素和7 g颗粒大小为210μm～250μm的木糖醇。对照组:40 g骨水泥粉加2 g万古霉素。Ⅱ组、Ⅲ组、Ⅳ组、对照组的试件制备方法同Ⅰ组。

1.3 释放液的制备

把做好的圆柱体抗生素骨水泥浸没于10m L的磷酸盐缓冲生理盐水(phosphate buffered saline,PBS)中,水温37℃,每次取2 mL样品,取样时间分别为1 d,2 d,3 d,4 d,1周,2周,3周,4周。取样时,先顺时针搅动浸泡液 10次,再逆时针搅动 10次,取出骨水泥珠后用 PBS液冲洗凉干后放回新鲜的10 mL PBS液中。取出的样本保存在 -4℃。

1.4 药物浓度 -抑菌圈直径标准曲线建立及最低抑菌浓度测定

稀释药物:取无菌试管,将万古霉素用 pH 7.4 PBS缓冲液稀释,使其最终浓度分别为:1 000μg/m L、500μg/mL、 250 μg/m L、 100μg/mL、 50μg/m L、25μg/mL、10 μg/mL、5μg/mL、2.5μg/mL、1 μg/m L,0.5μg/mL、0.25μg/mL、0.1μg/mL。制备20 g/LM琼脂培养基,高压灭菌。取无菌90 mm培养皿,每个平皿中加入20m L M琼脂培养基,25℃下凝固。每个平皿中涂布1.25×10/mL金黄色葡萄球菌(ATCC25730山西医科大学附属第一临床医院检验科提供),并均匀用直径为5mm的不锈钢空心管在琼脂层打 6只孔,孔间距离均等。孔内用微量加样器加入20μL不同浓度稀释液,使每个浓度在不同培养皿有 4个样品,于37℃孵箱中培养18 h后,用游标卡尺测量抑菌圈直径,每个抑菌圈从不同角度测 3次,取平均值,同一浓度稀释液抑菌圈直径取平均值,并测定最低抑菌浓度。抑菌圈直径与药物浓度对数作图,求得标准曲线回归方程。

1.5 标本浓度的测定

按制作标准曲线方法进行抑菌试验,游标卡尺测定抑菌圈直径,取平均值。将抑菌圈直径代入回归方程,计算各时间点的药物浓度,并制作标本药物浓度与时间关系曲线。

1.6 统计学处理

2 结果

2.1 标准曲线与最低抑菌浓度

不同浓度的万古霉素与抑菌圈直径关系标准曲线,标准曲线回归方程为:Y=0.734 1+0.852X,r=0.995 0,X为浓度的对数,Y为抑菌圈直径。万古霉素的最低抑菌浓度为≥2μg/m L。见图 1。

2.2 各组药物浓度

各组不同时间点释放的万古霉素浓度见表 1。结果显示:Ⅰ组与Ⅱ组的释放浓度较高且持续时间较长,在第 20天时各自药物浓度仍大于 6倍的最低抑菌浓度。方差分析显示:各组间药物浓度差异具有统计学意义(P＜0.05)。组间两两比较,在各时间点药物浓度Ⅱ组大于Ⅲ组、Ⅳ组、对照组(P＜0.05),而与Ⅰ组比较无统计学意义(P＞0.05);第 1天、第 2天、第 3天、第 4天Ⅲ组药物释放浓度大于Ⅳ组与对照组(P＜0.05),而1周 ～3周三组间比较差异无统计学意义(P＞0.05);第 1天Ⅳ组药物释放大于对照组(P＜0.05),而第 2天、第 3天、第 4天两组差异无统计学意义(P＞0.05)。

表1 各组不同时间点万古霉素释放浓度(±s) μg/m LTable 1 Release Concentration of vancom ycin of Each Group at Different Time Points

表1 各组不同时间点万古霉素释放浓度(±s) μg/m LTable 1 Release Concentration of vancom ycin of Each Group at Different Time Points

组别 1 d 2 d 3 d 4 d 1周 2周 3周Ⅰ组 373.98±41.57 102.43±9.86 85.61±6.61 48.08±4.33 40.74±3.46 29.24±1.24 18.31±1.33Ⅱ组 354.77±32.77 95.66±7.64 82.12±5.74 43.87±5.39 38.55±3.38 27.99±1.90 17.48±1.06Ⅲ组 223.07±29.14 62.75±5.59 33.28±3.38 26.42±2.95 16.63±2.87 3.69±1.03 2.43±0.50Ⅳ组 142.39±30.20 30.25±5.81 13.92±3.39 10.34±2.30 6.95±1.08 3.21±0.69 2.09±0.61对照组 105.38±28.74 20.87±4.01 11.32±4.29 9.08±2.21 5.49±1.30 2.74±0.87 1.76±0.72

3 讨论

抗生素珠链用于治疗慢性骨髓炎的疗效得到一致肯定。通过静脉系统用药,抗菌素很难穿过硬化骨和瘢痕,进入病变部位的量较少且有较多的全身毒副作用。而抗生素珠链最初几天以高于 MIC浓度几十至几百倍的浓度杀死致病菌,但是否能维持较长时间的有效抑菌浓度以防止耐药菌的产生,值得注意[3～5]。对于慢性骨髓炎,抗生素珠链除了可以治疗感染,还可以填充死腔。本实验的结果说明40 g骨水泥粉末加2 g万古霉素和21 g木糖醇颗粒既可以实现最初的高浓度释放(第 1天释放浓度≥355μg/m L),又可以维持较长时间的有效抑菌浓度(第 20天浓度≥17.5μg/m L)。这两值分别是敏感菌最低抑菌浓度(≥2μg/mL)的 175倍和 8.75倍。此外21 g木糖醇不会影响骨水泥的聚合反应及基本性状,如果再增加木糖醇的剂量可能影响骨水泥的聚合和性状。本实验为体外实验,其结果与体内实验是否一致还需进一步研究。这种珠链很可能为国内慢性骨髓炎及其他慢性炎症伴死腔的治疗增加一种手段。

载庆大霉素骨水泥已广泛应用于临床,但近年来报道有庆大霉素耐药菌出现[6]。万古霉素作为一种糖肽类抗生素,对革兰氏阳性球菌敏感,对其耐药的菌少。研究表明万古霉素对成骨细胞毒性和骨的再生有抑制作用,且低于先锋唑啉和其他氨基糖苷类抗生素[7]。载21 g小颗粒木糖醇的万古霉素骨水泥可能有很好的临床应用价值。

本实验仅研究了添加剂颗粒剂量对抗生素释放的影响,而添加剂溶解性是否影响抗生素有待进一步研究。

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