Контроль образования биопленок в урологической практике

Инфекции мочевыводящих путей (ИМП) на протяжении долгого периода времени составляют число наиболее широко распространенных заболеваний. В структуре общей инфекционной заболеваемости ИМП занимают 2-е место после ОРВИ. Ежегодно исследователи отмечают возрастающее количество мутаций в геномах бактерий, вызывающих инфекционные заболевания, что приводит к образованию все более агрессивных форм возбудителей. Пациенты с инфекционными заболеваниями органов мочевыделительной системы имеют наиболее высокий риск формирования биопленок, частота формирования которых прямо пропорциональна длительности нахождения уретрального катетера и составляет более половины от числа всех нозокомиальных инфекций. Наличие устойчивых штаммов патогенных бактерий и развитие бактериальных биопленок являются основной проблемой в лечении инфекций органов мочевыделительной системы. Возрастающее число госпитальных штаммов нозокомиальных бактерий увеличивает койко-день в послеоперационном периоде, частоту повторной госпитализации и количество используемых антибактериальных препаратов. В свете возрастающей антибактериальной резистентности резко увеличивается количество использования медицинских ресурсов, что в конечном счете приводит к увеличению стоимости лечения. Наряду с этим селекция резистентных штаммов ставит на первый план как рациональное применение антибактериальных препаратов, так и поиск альтернативных методов терапии. Проведенный обзор публикаций по проблеме образования бактериальных биопленок в урологической практике демонстрирует обновленную информацию о роли ферментов, пробиотиков и бактериофагов, препятствующих формированию биопленок на различных медицинских биоматериалах, таких как уретральные катетеры.

На рубеже ХХ в. сформировалось представление об особой форме организации микрофлоры организма человека – взаимодействующем сообществе микроорганизмов, покрывающем поверхности слизистых оболочек внутренних органов. Проведенные экспериментальные исследования показали, что большинство бактерий существует в виде не только свободно циркулирующих клеток, но и микробных сообществ, расположенных на различных абиотических и биотических поверхностях [1, 2]. Термин «биопленка», первоначально использовавшийся в микробиологии окружающей среды, был введен в клиническую медицину сравнительно недавно. В 1982 г. группой исследователей под руководством T. J. Marrie обнаружена биопленка, образованная группой бактерий Staphylococcus aureus на проводе кардиостимулятора [3]. В настоящее время доказана роль микробных биопленок в возникновении и развитии инфекций, связанных с катетеризацией сосудов, дренированием органов мочевыделительной си-стемы, установкой клапанов сердца и электрокардиостимуляторов, протезов суставов и др. Из общего числа инфекционных осложнений на первом месте по частоте встречаемости находятся катетер-ассоциированные инфекции мочевыводящих путей (КАИМП) [4].

В начале XX в. произошло широкое распространение различных полимерных каучуковых материалов, используемых в конструкции катетеров. Так, были широко внедрены специализированные уретральные катетеры, мочеточниковые стенты, нефростомические дренажи и другие инородные биоматериалы, на поверхностях которых могут образовываться биопленки. Большинство современных биоматериалов, используемых в урологии, изготовлено из синтетических полимерных соединений, исходная биосовместимость которых предрасполагает к адгезии бактериальных частиц и последующей колонизации бактерий. В связи с этим к создаваемым биоматериалам выдвигаются определенные требования, такие как биологическая инертность, химическая стабильность, стабильность к воздействию инфекционных агентов и кристаллизации солей на внутренней и наружной поверхности биоматериала. Кроме этого биоматериал не должен вызывать значительный дискомфорт и должен быть доступным с экономической точки зрения. К сожалению, ни один из представленных в настоящее время биоматериалов не обладает данными характеристиками. Дополнительной проблемой, с которой приходится сталкиваться врачам-клиницистам, является образование кристаллических биопленок, в последующем приводящих к инкрустации, как следствие – к обтурации внутреннего просвета биоматериала [5]. Высокая частота КАИМП предопределяет поиск эффективных способов борьбы, направленных на снижение адгезивной способности бактерий, основными из которых следует считать модификацию поверхности и использование различных комбинаций покрытий биоматериала. В свете растущей антибиотикорезистентности использование альтернативных средств, обладающих антибиотической активностью, набирает все большую популярность. К таким веществам по праву могут быть отнесены ферменты, пробиотики и их метаболиты, а также применение бактериофагов.

Нами были проанализированы литературные источники, поиск которых проводился по базам данных Cochrane Library’s, Medline, Scopus и Biosis с использованием комбинации ключевых слов «формирование биопленки», «инфекция мочевыводящих путей», «бактериурия на фоне уретрального катетера», «катетер-ассоциированные инфекции», «инкрустация уретрального катетера», «профилактика образования биопленки», «терапия биопленок».

Клетки в биопленках подвергаются строгим условиям роста, механизм которого в целом хорошо известен и подробно описан в работе Т. С. Перепановой [6]. Первым этапом образования биопленки является отложение компонентов мочи на биоматериале, ведущее к постепенному образованию кондиционирующей (временной) пленки. Последующее отложение гликопротеинов (белка Тамма–Хорсфалла, различных ионов и полисахаридов) создает благоприятные условия для бактериальной адгезии, тем самым изменяя поверхностные характеристики биоматериалов.

В связи с этим становится очевидным, что биоматериалы с измененными характеристиками поверхности могут быть недостаточно эффективными в качестве мер предотвращения бактериальной адгезии. Вторым этапом образования биопленки является приближение и прикреп-ление микроорганизмов. За счет того, что планктонные бактериальные клетки высвобождают протоны и сигнальные молекулы, начинается активный процесс адгезии, который под воздействием бактериальных полисахаридов считается необратимым.

Некоторые факторы вирулентности бактерий играют важную роль в патогенезе образования биопленок. Фактор адгезина «Fimbriae type 1» (FimA) играет важную роль в индукции адгезии к эпителиальным клеткам хозяина на ранних стадиях образования биопленки, а фактор PapC формирует образование структур для прикрепления к клеткам-хозяина или материалам катетера [7]. Fimbriae S (SfaS) также может связываться с эпителием верхних и нижних мочевыводящих путей, что приводит к колонизации бактерий [8].

Понимание патогенеза позволяет выделять ряд механ...

А.В. Зайцев, А.О. Васильев, А.А. Ширяев, Ю.А. Ким, О.А. Арефьева, А.В. Говоров, Д.Ю. Пушкарь