《脉冲式冲洗作为一种预防血管通路置管细菌定植的方法》文献翻译
摘要
中心静脉导管感染与身心疾病发生率、死亡率、留置时间和费用的增加相关。
本研究的目的是证明脉冲式冲洗能有效预防血管通路置管中细菌定植的发生。本研究使用576支聚氨酯静脉置管（短）进行了144组试验。在每组的4支导管中，配制纤维结合蛋白-血清白蛋白溶液培养基。将其中三支灌满金黄色葡萄球菌肉汤，另外一支作为阴性对照。在灌满金黄色葡萄球菌肉汤的三支导管中，一支不做冲洗处理（阳性对照），另外两支用生理盐水进行冲洗处理（10mL/s），其中一支每次1mL连续冲洗十次，另一支每次10mL进行冲洗。根据上述描述对每组静脉导管进行培养。
在培养后通过观察发现，使用连续式冲洗的金黄色葡萄球菌的数量明显高于脉冲式冲洗（P＜0.001）。未经过冲洗处理导管的感染程度分别是脉冲式冲洗和连续式冲洗的20.71倍和6.42倍。在减少金黄色葡萄球菌的计数方面，脉冲式冲洗的效果至少是连续式冲洗的两倍。
因此，相比于连续式冲洗，脉冲式冲洗能更有效的减少腔内感染。脉冲式冲洗是一种简单、有效、便宜，且能够有效减少单管细菌定植的方法。
关键词：
周围或中心静脉置管，流体力学，预防细菌定植，脉冲式冲洗
一
引言
血管内置管是医院最常用的医疗器械。然而，它们与危及生命的导管相关血流感染（CR-BSI）有关。CR-BSI是主要的医院获得性感染之一，其发病率为每1000个置管中有0.1-11.3例发生。CR-BSI与发病率、心理健康、死亡率和额外医疗费用都有关。导管相关血流感染率高的原因包括留置导管中存在细菌定植，有文献表明25%的静脉留置导管将会成为细菌的殖民地。
为了减少CR-BSI的发生，可以对医护人员进行行为干预，但这种干预的影响差异很大，其发生率的减少效果也并非完全显著。目前在法国，建议用10mL无菌盐水以脉冲式方法冲洗置管接头以防止阻塞，而置管接头通常是潜在的感染源。有研究表明，与连续式冲洗相比，脉冲式冲洗导管能够更有效的去除导管腔内壁上的蛋白质层。但这种冲洗方法是否能够更有效减少腔内细菌定植还是一个值得思考的问题。本研究旨在控制流速的条件下，评估脉冲式冲洗在加入已知浓度金黄色葡萄球菌肉汤的同一蛋白溶液导管中的细菌学效果。本研究的目的是证明在生物膜形成之前，相比于连续式冲洗技术，脉冲式冲洗技术在防止细菌在导管腔内壁上定植方面的优势。本研究在实验后将收集冲洗后导管管腔中的金黄色葡萄球菌数量，并通过其测定的数量来确定细菌定植效果。
二
实验材料与方法
本研究使用的静脉导管是聚氨酯导管BD-Insyte™ （Becton Dickinson）。此型号的导管最高流速为330mL/min，长度为45mm。内外径分别为2.1mm和1.74mm，内表面为2.46cm2，内容积为0.142±0.003mL。
按照Pellenc等人的实验计划，50 mg/mL牛血清白蛋白（Sigma-Aldrich，法国）和5μg/mL纤维连接蛋白（FN）（Sigma-Aldrich）两种蛋白质溶液将被使用。研究中使用的菌株是金黄色葡萄球菌ATCC 2523。经预实验，为获得具有临床意义的接种物，将浓度选择为105集落形成单位（CFU）/mL金黄色葡萄球菌。
本实验设计共使用576支导管进行了144组实验（每组实验4支导管）。每组实验持续4进行。实验第1天，用0.1%十二烷基硫酸钠溶液冲洗导管后注入FN溶液，在35°C下培养2小时，并利用重力进行沉降。在第二阶段，用牛血清白蛋白溶液填充导管，在35℃下培育24小时，并在重力作用下沉降。其中三支导管灌入金黄色葡萄球菌溶液，剩下一支导管作为阴性对照（无细菌感染，无冲洗）。然后将四支导管在35℃下培育24小时，并将三支被感染的导管进行沉降处理。在这三支导管中，一支作为阳性对照，不进行冲洗处理。另外两支采用冲洗处理的导管中，一支是连续10次注射1mL生理盐水（脉冲式冲洗），另一支是单次注射10mL（连续式冲洗）。操作步骤如图1所示。
图1 实验设计流程
实验中用0.9%生理盐水的注射器（Becton Dickinson）进行冲洗。注射器采用法国巴黎狄德罗大学（University Paris-Diderot）提供的能够控制流速的适配泵。
Royon等人的研究定义了冲洗的注入时间为τf=0.1秒，延迟时间为τi=0.9秒。从被测装置内腔收集到的金黄色葡萄球菌的数量将采用细菌学方法测量：收集导管并放置于无菌容器中，向每支导管中加入1mL的生理盐水缓冲液，用注射器排空导管中的残余液体，将容器旋转30秒，将100微升溶液接种在血琼脂培养基上。在35℃的条件下培养24小时，其菌落计数单位为CFU/mL。
统计分析
使用R语言进行统计学分析（R语言在统计计算的语言环境中代表以R语言为基础的统计学计算方法，奥地利维也纳）。经Shapiro正态性检验表明，不同处理的感染量（CFU/mL）分布不均。因此对数据进行了非参数检验（单侧Wilcoxon秩和检验）。将脉冲式冲洗方式与连续式冲洗方式所得的数据对比，p值≤0.05为差异具有统计学意义。
计算每种方式的中位数。此外，通过bootstrap法计算中位数的比率和95%置信区间。通过脉冲式和连续式数据的中位数和95%置信区间的比率来比较两种方法的可重复性。计算脉冲式计数和连续式中位数计数在95%置信区间的比率，以比较两种方法的重现性。
三
结果
本研究共使用了576支导管。四种不同的导管之间的感染分散情况如图2所示。
图2 每次冲洗处理后的感染柱状图
在144组实验中，连续式和脉冲式得到的总体数据比较表明，连续式的计数明显高于脉冲式的计数（P＜0.001）。连续10次注射1mL比单次注射10mL更有效。导管感染结果汇总见表1。连续式与脉冲式的整体中位数的比率为3.26，其95%置信区间为2.24–4.61。这意味着，在减少数量方面（CFU/mL），脉冲式冲洗的效果至少是连续式冲洗的两倍。
表1 144组导管的结果（菌落形成单位（CFU）/mL）
中位数（连续式冲洗）/中位数（脉冲式冲洗）置信区间的宽度之比等于3.33，这意味着脉冲式冲洗观察到的重现性是连续式冲洗观察到的重现性的3.33倍。中位数计数比较显示，未冲洗导管的感染率是脉冲式冲洗导管的20.71倍，是连续式冲洗导管的6.42倍。
四
讨论
实验证明，脉冲式冲洗后金黄色葡萄球菌的数量小于连续式冲洗后的金黄色葡萄球菌的数量。虽然我们没有机会通过电子显微镜观察导管的腔内表面，但通过研究结果能得到这样的假设：与连续式冲洗相比，脉冲式冲洗能更有效的清除表面的金黄色葡萄球菌。在以往的文献中没有发现类似的研究。虽然在本研究中使用了外周导管，但结果可以外推到所有导管，因为冲洗效果取决于所使用的技术。因此，可以说脉冲式冲洗具有物理流体力学特性，可应用于所有血管通路置管。
我们注意到，两种方法在感染率上存在明显差异。不仅如此，即使所有实验均使用相同的金黄色葡萄球菌接种物，但在不同实验组的同一种方法中，菌落数量的差异也很大。这些结果的可变性可能是由于细菌是活的有机体，其代谢和粘附能力可能随着时间的推移而发生一些变化。
由于选择葡萄球菌属易与血管内导管相结合，因此选取葡萄球菌群。金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌作为主要的皮肤感染物，都是CR-BSI中最常见的细菌。而选择金黄色葡萄球菌是由于它作为接种细菌，更容易在感染导管的共生细菌感染中被识别。
生物模的形成与导致留置医疗器械葡萄球菌感染相关。这些感染是慢性的或具有复发性，通常在感染后医疗设备需要被移除。由于金黄色葡萄球菌引起的CR-BSI的发病率很高，因此必须拔除导管。
葡萄球菌对生物或非生物表面的粘附是建立感染的第一个关键事件。细菌细胞粘附在由血清蛋白构成的腔内基质上。由于FN和白蛋白都是生理性的血液蛋白，因此本研究选择了FN和白蛋白。此外，FN容易且强烈地粘附在生物材料和血液制品上，并促进白蛋白和其他蛋白质的粘附。
金黄色葡萄球菌的粘附性依赖于存在的宿主-组织配体，包括FN和胶原。血浆中的FN含有金黄色葡萄球菌的强结合位点以及对惰性塑料的显著亲和力，因此，可为细菌粘附于留置导管提供条件。FN蛋白在体外血液中能复制葡萄球菌的粘附性。Russel等人的研究表明，FN在体外显著增加了金黄色葡萄球菌对聚氯乙烯和聚氨酯导管的粘附性。Vaudaux等人的研究发现，在有血清存在的情况下，葡萄球菌在外植盖玻片上的粘附水平比在未移植盖玻片上的粘附水平高20倍。外植盖玻片的粘附是由FN沉积在异物表面引起的，而不同的剂量可能会抑制FN特异性抗体。与粘附性最小的非植入式导管相比，植入式导管促进了静脉置管中感染患者葡萄球菌分离株的显著粘附。
葡萄球菌的高度粘附能力需要使用一种有效的方法在不可逆的生物膜形成之前分离细菌，如脉冲式冲洗。消除血管内导管上的生物膜确实是一个挑战。根除生物膜的困难是在生物膜形成的第一步（浮游生物细胞的附着和微菌落的形成）之前，只有如此才能迅速清除导管腔内表面的细菌定植。此外，如果在生物膜形成过程中不可逆附着阶段之前，冲洗去除掉可能存在的细菌，这样就能降低大量细菌接种到血液的风险（大量细菌接种到血液是菌血症的危险因素）。
在文献中，很少有关于冲洗流体力学的研究，直到目前为止，还没有证据证明脉冲式冲洗技术对导管的抗菌效果。在先前的一项研究中，Guiffant等人使用与本研究相同的方法得出结论，流体力学能有效去除导管腔内壁的蛋白质，并且在流动中附加间歇成分会增加这种效果。
Donlan认为，细菌细胞在液体中以颗粒的形式存在，它在水下表面上的沉降和沉积速度，很大程度上取决于液体在水下表面附近的速度分布特征。在极低的线速度下，细胞可以很容易地穿过流体动力边界层。随着速度的增加，蛋白质和微生物的沉积减少。高的线速度会产生大量的剪切力，导致细胞分离。静脉导管冲洗是一个复杂的过程，其中对流和扩散与蛋白质粘附和脱粘相关的化学内在相互作用。此外，如Guiffant等人所示，将冲洗液加热到体温可以提高冲洗效果。
在冲洗方面，必须考虑细菌粘附和细菌定植。Royon等人认为，随着时间的推移，蛋白质之间的化学相互作用增加，导致冲洗效率低下，所以必须考虑附着在导管壁上的蛋白质的质量平衡。因此，这意味着在临床实践中，冲洗应该经常重复。
在所有与外周静脉和中心静脉导管相关的CR-BSI预防策略中，脉冲式冲洗是一种简单、有效和花费少的技术，且实验效果较好。脉冲式冲洗在减少导管细菌定植以预防菌血症方面是有效的。今后为确定脉冲式冲洗的效果，可进一步在体内进行研究。
原文：Ferrioni A,Guidin F,Guiflant G,et al. Pulsative flushing as a strategy to prevent bacterial colonization of vascular access devices. Med Devices(Auckl),2014,7(7)379-383.
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