Vývoj in vitro modelu pre štúdium vplyvu hyperbarickej oxygenoterapie na antimikrobiálne účinky vybraných antibiotik

Česká verzia English info

Development of an in vitro model to study the effect of hyperbaric oxygen therapy on the antimicrobial effects of selected antibiotics

Bacterial soft tissue infections represent the most common infections. Usually, they are caused by anaerobic, microaerophilic, facultative anaerobic and aerobic bacteria. In pathogenesis, a tissue is initially colonized by aerobic bacteria, which create a suitable environment for secondary colonization of anaerobic bacterial strains. Successful therapy of soft tissues infections consist of appropriate surgery treatment, targeted anti-microbial therapy and application of hyperbaric oxygen therapy (HBOT), i.e. breathing of pure oxygen under elevated ambient pressure. Nowadays, despite a lot of positive clinical evidence of HBOT in soft tissue infection treatment, no valid experimental model is established. The aim of our project was the development of an experimental model to study host-pathogen interaction during HBOT.

Keywords:

HBOT – antibiotics – Bacteria – hyperoxia

Autoři: M. Rozložník ^1,2,3; S. Havliková ¹; J. Kociánová ¹; M. Hájek ^1,4; A. Lochmanová ^1,5; B. Balcarková ¹; J. Kuzma ¹; D. Chmelař ¹
Působiště autorů: Katedra biomedicínských oborů, Lékařská fakulta Ostravské univerzity, Ostrava, vedoucí katedry prof. MUDr. David Stejskal, Ph. D., MBA ¹; DNB consult, s. r. o, Kežmarok, vedoucí pracoviště Dr. Miroslav Rozložník ²; DAN Europe Slovensko, město ³; Městská nemocnice, Ostrava, MUDr. Petr Uhlig ⁴; Institut ochrany veřejného zdraví, Ostrava ⁵
Vyšlo v časopise: Pracov. Lék., 70, 2018, No. 3-4, s. 156-158.
Kategorie: Hyperbarická medicína – přehledové práce

Souhrn

Bakteriálne infekcie kože a mäkkých tkanív zahŕňajú rozsiahlu problematiku a predstavujú najčastejšie vyskytujúce sa infekcie vo všetkých vekových skupinách. Obvykle ide o infekcie zmiešané vyvolané anaeróbnymi, mikroaerofilnými, fakultatívne anaeróbnymi a aeróbnymi baktériami. Pri patogenéze je možné v ložisku infekcie pozorovať prítomnosť aeróbnych baktérií, ktoré produktmi svojho metabolizmu a redukciou koncentrácie kyslíka umožnia pomnoženie striktne anaeróbnym patogénom. Úspešná terapia infekcií mäkkých tkanív je závislá od adekvátneho chirurgického prístupu, vhodnou antimikrobiálnou terapiou a adjuvantnej terapie infekcie mäkkých tkanív pomocou hyperbarickej oxygenoterapie (HBOT), t. j. dýchanie 100% kyslíka pod zvýšeným tlakom. V súčasnosti, aj napriek dostatočným empirickým znalostiam o benefitoch využitia HBOT pri liečbe infekcií mäkkých tkanív, neexistuje vhodný model pre detailnejšie štúdium interakcií organizmu a patogénov. Cieľom tohto projektu je vývoj in vitro modelu vhodného pre štúdium mechanizmov účinku antibiotík v kombinácii s HBOT, ako aj optimalizáciu používaných liečebných postupov.

Klíčová slova:

HBOT – antibiotiká – baktérie – hyperoxia

ÚVOD

Bakteriálne infekcie mäkkých tkanív predstavujú relatívne komplikovaný medicínsky problém, či už z hľadiska terapie, možných komplikácií, ale aj socio-ekonomických a psychologických dopadov na kvalitu života pacienta. Bakteriálne infekcie kože a mäkkých tkanív zahŕňajú rozsiahlu problematiku a predstavujú najčastejšie vyskytujúce sa infekcie vo všetkých vekových skupinách. Z etiologického hľadiska môžeme bakteriálne infekcie mäkkých tkanív rozdeliť na traumatologického a environmentálneho pôvodu. Kým traumatické infekcie vznikajú na základe porušenia integrity kožného krytu, environmentálne sú obvykle spôsobené zmenou lokálnych environmentálnych faktorov, napr. zmena pH, prekrvenia apod. Klinický prejav je veľmi variabilný a môže mať charakter od ľahkých infekcií až po ťažké nekrotizujúce infekcie s prípadným fatálnym koncom pre pacienta. Z hľadiska klasifikácie rozoznávame povrchové (zahrňujúce epidermis a dermis) a hĺbkové infekcie (zahrňujúce fasciu až svalovina). Z mikrobiologického hľadiska môže ísť o infekcie, aeróbne, anaeróbne a zmiešané. Obvykle ide o infekcie zmiešané vyvolané anaeróbnymi, mikroaerofilnými, fakultatívne anaeróbnymi a aeróbnymi baktériami. Výnimočne sú infekcie spôsobené samotnými anaeróbnymi patogénmi bez kooperácie s ďalšími druhmi. Vzájomná kooperácia má oxidačno-redukčný a metabolický charakter, a môže byť spojená s využívaním enzýmov aeróbnych baktérií. Pri patogenéze je možné v ložisku infekcie pozorovať prítomnosť aeróbnych baktérií, ktoré produktmi svojho metabolizmu a redukciou koncentrácie kyslíka umožnia pomnoženie striktne anaeróbnym patogénom [1]. Z bakteriologického pohľadu sa často zastúpené Streptococcus sp, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacteroides fragilis a Clostridium perfrigens. Do organizmu vstupujú z vonkajšieho prostredia pri kontaminácii rany, alebo z vnútorného prostredia (črevná mikroflóra). Úspešná eradikácia infekcií mäkkých tkanív je podmienená kvalitným chirurgickým vyčistením ložiska a adekvátnou antimikrobiálnou terapiou [2, 3]. Jednou z progresívnych možností adjuvantnej terapie infekcie mäkkých tkanív je aj liečba pomocou hyperbarickej oxygenoterapie (HBOT), t.j. dýchanie 100% kyslíka pod zvýšeným tlakom. Zvýšený parciálny tlak kyslíka, okrem svojho priameho pôsobenia na anaeróbne kmene, zlepšuje mikrocirkuláciu, podporuje angiogenézu a prostredníctvom ROS/MAPK/MMP kaskády redukuje degeneráciu tkaniva a zlepšuje hojenie ischemickej rany. Takisto napomáha pri následnej regenerácii poškodeného tkaniva, najmä prostredníctvom zvýšenej proliferácie fibroblastov so súčasnou zvýšenou produkciou kolagénu. Použitie HBOT má značný vplyv na prežívanie pacientov s ťažkými infekciami mäkkých tkanív. Devaney et al. [4] opisuje vo svojej jednocentrovej, retrospektívnej štúdii významnú redukciu mortality pri pacientoch s nekrotizujúcou fascitis (12% s HBOT vs. 24,3% bez HBOT). Obdobne Mathieu [5] uvádza redukciu priemernej úmrtnosti pacientov s ťažkou nekrotizujúcou infekciou mäkkých tkanív pri použití kombinácie chirurgickej, antibiotickej liečby a HBOT [22 %] v porovnaní s chirurgickou, antibiotickou liečbou bez HBOT (36 %). Aj na základe týchto výsledkov, konsenzuálna konferencia European Committee for Hyperbaric Medicine konaná v roku 2016 veľmi doporučuje HBOT na liečbu nekrotizujúcich infekcií mäkkých tkanív. V súčasnosti, aj napriek relatívne dostatočným empirickým znalostiam o benefitoch využitia HBOT pri liečbe infekcií mäkkých tkanív, ne-existuje vhodný in vitro model, ktorý by umožnil štúdium mechanizmov účinku antibiotík v kombinácii s HBOT, ako aj optimalizáciu používaných liečebných postupov.

METODIKA

Vývoj in vitro modelu na štúdium vplyvu HBOT na antimikrobiálnu účinnosť antibiotík na bude zahŕňať viacero krokov:

vytypovanie vhodných aeróbnych a anaeróbnych antimikrobiálnych kmeňov pre tvorbu modelu
stanovanie antimikrobiálnych účinkov HBOT na vybraných aeróbnych a anaeróbnych antimikrobiálnych kmeňoch
stanovanie antimikrobiálnych účinkov vybraných druhov antibiotík na vybraných aeróbnych a anaeróbnych antimikrobiálnych kmeňoch v laboratórnych podmienkach
stanovanie antimikrobiálnych účinkov vybraných druhov antibiotík na vybraných aeróbnych a anaeróbnych antimikrobiálnych kmeňoch v experimentálnych podmienkach počas HBOT

CIEĽ

Cieľom projektu je vytvorenie in vitro modelu pre štúdium antimikrobiálnych vlastností HBOT v kombinácií s antibiotikami.

Tento výskum je podporený študentským grantom Lekárskej fakulty Ostravskej univerzity č. SGS09/LF/2018.

Do redakce došlo dne 5. 9. 2018.

Do tisku přijato dne 11. 9. 2018.

Adresa pro korespondenci:

Dr. Miroslav Rozložník

Katedra biomedicínských oborů

Lékařská fakulta Ostravské univerzity

Dvořákova 7

701 03 Ostrava

e-mail: miroslav.rozloznik@osu.cz

Zdroje

1. Brook, I. Microbiology and management of abdominal infections. Dig Dis Sci., 2008 Oct;53(10):2585–91.

2. Edmiston, C. E., McBain, A. J., Kiernan, M., Leaper D. J. A narrative review of microbial biofilm in postoperative surgical site infections: clinical presentation and treatment. J Wound Care, 2016 Dec 2;25(12):693–702.

3. Signoretto, C., Bianchi, F., Burlacchini, G., Canepari, P. Microbiological evaluation of the effects of hyperbaric oxygen on periodontal disease. New Microbiol., 2007 Oct;30(4):431–437.

4. Devaney, B., Frawley, G., Frawley, L., Pilcher, D. V. Necrotising soft tissue infections: the effect of hyperbaric oxygen on mortality. Anaesth Intensive Care, 2015 Nov;43(6):685–692.

5. Mathieu, D. (ed): Handbook on Hyperbaric Medicine. Springer, Dordrecht 2006, s. 31–48.