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细菌耐药与微生态平衡
中华实用儿科临床杂志, 2016,31(4) : 272-274. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-428X.2016.04.010
摘要

细菌耐药性增加是抗菌药物使用的结果,抗菌药物还可以引起正常菌群产生耐药性,成为耐药基因库,将会导致更多的耐药菌产生和扩散。控制使用抗菌药物是目前的首要措施。

引用本文: 郑跃杰. 细菌耐药与微生态平衡 [J] . 中华实用儿科临床杂志, 2016, 31(4) : 272-274. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-428X.2016.04.010.
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在人体的皮肤与黏膜表面以及与外界相通开放的腔道如鼻腔、口腔、食管、胃和肠道、气管支气管、泌尿道和生殖道内寄居着不同种类和数量的微生物,这不是指哪一种单一的微生物,而是多种微生物的群体,所以统称为正常微生物群(normal microflora),或共生微生物群(commensal microbiota ),又因为主要是细菌,故简称共生细菌群(commensal bacteria)或菌群(microbiota)。研究正常微生物群的结构、功能,以及与其宿主相互关系的学科就是微生态学(microecology)。微生态学与传统的医学微生物学(medical microbiology)不同,后者主要研究与医学有关的病原微生物。

正常菌群种类繁多,数量巨大。以前根据细菌培养技术证实正常菌群的种类有400多种,现在根据最新的分子生物学技术发现人体正常菌群有1 150余种。正常菌群的数量大约是100万亿,其数量是人体自身细胞的10倍。随着高通量测序技术和生物信息学的发展,目前发现人体微生物的基因总和,即人体宏基因组(human metagenome)或微生物组(microbiome)是人体自身基因的100~150倍。

正常微生物群对人体有益无害,而且是必需的。人体的生长发育、生理调节、免疫、营养吸收与代谢等各种生命活动,以及人体健康的维持和疾病的发生发展,均是人体与自身菌群共同作用的结果。在长期历史进化过程中,通过适应和自然选择,人体菌群中不同种类之间,菌群与人体之间,菌群、人体与环境之间,始终处于动态平衡状态中,维持着机体的健康,如果这种平衡状态被破坏,则引起亚健康,甚至导致疾病的发生。在影响人体微生态平衡的因素中,抗菌药物的使用是目前最重要的因素之一。

1 抗菌药物使用是细菌耐药性增加的主要因素

抗菌药物的广泛应用曾经挽救了亿万人的生命,但近几十年来由于抗菌药物的过度使用带来的耐药细菌的产生和传播给人类带来了新的挑战。细菌对抗菌药物产生耐药性是细菌的天然本领,在地球上细菌出现的时间比人类早千年,细菌的数量是人类的亿万倍,人类最早发现和利用的抗菌药物青霉素是由青霉菌产生的,仅仅是被人类偶然发现而已。出于生存的本能,细菌等微生物除了能够产生抗菌物质等抑制和攻击其他的细菌以外,还具有对抗菌物质不敏感以保护自己的能力,这就是对抗菌药物的耐药性。

其实早在1928年英国细菌学家弗莱明首先发现了世界上第一个抗菌药物——青霉素以后,他就预言:"当任何人在商店能够购买到青霉素时,由于人们无知地使用药物医治自己,使细菌暴露于低剂量的药物,将使细菌产生耐药性",他的预言很快就变成了现实。就在青霉素广泛使用不到10年,肺炎链球菌和金黄色葡萄球菌就出现了对青霉素的耐药。为了针对不断涌现的耐药性细菌,人类不断地研制新的抗菌药物来对付,但是出于本能,细菌又会不断地针对新的抗菌药物产生耐药。这就使我们陷入了"抗菌药物-细菌产生耐药性-研制新的抗菌药物-细菌产生新耐药"这一怪圈。从客观的规律看,在这场人类与细菌的"比赛"中,人类研制新抗菌药物的速度远远赶不上细菌产生耐药性,因为细菌繁殖1代仅需要30 min,而人类研制抗菌药物需要3~5年或更长的时间,最近出现的"超级细菌"就印证了这个问题。"超级细菌"是指一类对目前几乎所有的抗菌药物耐药的细菌,如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐万古霉素的肠球菌、耐多药肺炎链球菌、多重抗药性结核杆菌、产生碳青霉烯酶的大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌等,"超级细菌"的可怕之处在于几乎无药可治,一旦感染病死率很高。"超级细菌"的出现是人类过度或滥用抗菌药物的结果,"超级细菌"的频频出现,再次警告人类不要过度地使用抗菌药物,破坏自然界的生态平衡。世界卫生组织的专家甚至担心:新出现的、能抵抗所有抗菌药物的超级病菌,将把人类带回到"后抗生素时代",即回到抗菌药物发现之前的人们面对细菌性感染束手无策的黑暗时代[1]。抗菌药物诱导耐药性细菌的产生和传播,已经成为当前全世界高度关注的问题之一。

最近10余年的研究显示,细菌对抗菌药物的耐药基因早在远古时期就已经存在于人类生活的自然界中,如动物、微生物、土壤沉积物等,近几十年耐药性的快速出现和急聚增加是微生物群落、抗菌药物和抗菌药物耐药基因这个生态系统复杂的相互作用的结果[2,3],显然抗菌药物的广泛使用在这个系统中扮演着更为重要的角色。

2 抗菌药物的使用是破坏人体微生态平衡的主要因素

抗菌药物是一把"双刃剑",一方面能够抑制或杀灭致病性细菌,有效地治疗和控制细菌感染性疾病,但另外一方面抗菌药物是不会区分致病细菌和正常菌群的,在治疗细菌性感染性疾病的同时,不可避免地会杀灭人体的正常菌群,造成菌群紊乱,引起抗生素相关性腹泻,严重的会引起二重感染。鲜为人知的是抗菌药物还可能影响人体的免疫反应,近年大量研究证实,抗菌药物可通过改变肠道菌群而改变机体黏膜的免疫应答模式,包括破坏肠道菌群平衡,影响肠道黏液分泌及细胞因子和抗微生物肽的产生,显著削弱肠上皮细胞的屏障保护功能,破坏肠黏膜内在免疫功能而致肠道免疫应答调节系统Treg/ Th17失衡。肠道菌群结构变化也影响肠道内稳态,如增加感染和炎症性肠道疾病等风险[4,5]

抗菌药物在诱导致病菌产生耐药性的同时,引起正常菌群产生耐药性,并且使正常菌群成为人体耐药基因的"蓄水池",构成未来临床各种耐药性细菌感染的来源,引起了广泛的关注。一项研究显示,对幽门螺杆菌感染的患者使用克拉霉素和甲硝唑治疗14 d以后,患者肠道和咽部菌群的多样性明显减少,肠道菌群中大环内酯类耐药基因(ermB)呈10万倍增加,部分患者可长达4年不消退,提示即使短期使用抗菌药物,也可对人体的正常菌群构成及其耐药性造成长远的影响[6]。另外一项研究则显示,在健康人口咽部和肠道正常菌群中,使用非培养技术检测到的耐药基因大多数是以前没有报道的,但是与致病菌的耐药基因存在着密切的进化关系,而使用厌氧菌培养技术检测到的耐药基因有近一半与致病菌的相同,提示正常菌群中耐药基因可以转移到致病菌,人类微生物组(菌群基因的总和)储存着大量的抗菌药物耐药基因,这种耐药基因的多样性可能造成将来人类更多耐药性的出现[7,8,9]

在畜牧养殖业中使用抗菌药物也是造成人体中细菌产生耐药性的重要原因。最近有学者对我国162例受试者肠道中的耐药基因进行了检测,共发现1 093个耐药基因,占总基因组的0.266‰,明显高于同一研究中的丹麦人和西班牙人,并且发现中国人肠道耐药基因不同于欧洲国家,但是均以大环内酯类/林可胺类和四环素类的耐药基因丰度最高,这很可能与近20~30年来全世界在动物中广泛使用这些抗菌药物有关[10]。一项关于饲喂抗菌药物对猪肠道内微生物群系的影响研究表明,在喂养金霉素、磺胺嘧啶和青霉素14 d的猪体内,与使用这些抗菌药物相关的耐药基因的丰度和多样性均增加,且本试验中没有使用的氨基糖苷类抗菌药物的耐药基因——氨基糖苷类-O-磷酸基转移酶也有富集,说明抗菌药物的使用除了能够增加对所使用药物的耐药性,还具有对其他抗菌药物产生耐药性的间接的选择性潜力[11]。动物肠道中耐药菌及其基因的增加,可以通过多种途径(如食物链、水和土壤)最终传递到人体中,一旦某些耐药基因横向转移到人体病原菌中,将会导致更多的耐药菌产生和扩散。

抗菌药物使用后,不仅能够短期和长期地改变人类肠道原籍菌群的构成、基因组学和功能,而且能够选择出抗菌药物耐药性菌群,增加耐药基因的横向性转移,使得耐药性菌群占据自然的微生态环镜,对耐药性的出现和传播将产生长远的影响。由于人体与正常菌群存在着普遍的共生关系,因此,抗菌药物治疗对微生态系统的影响是值得我们认真考虑的,需要通过了解肠道菌群间的竞争排斥、种间保护和基因的适应性转移等生物学,设计新的抗感染策略以保护有益的微生态系统[12]

3 用微生态学理论指导合理使用抗菌药物

不可否认,针对细菌和真菌感染性疾病,抗菌药物是目前最有效的药物,但是使用抗菌药物又不可避免地诱导细菌产生耐药性,并且增加耐药菌的传播,所以在目前的情况下,合理使用抗菌药物是减少细菌耐药性的关键措施和环节,作者认为需要从以下几个方面强调。

首先,要明确并不是感染疾病均需要使用抗菌药物。感染可以由细菌、支原体、真菌和病毒等引起,病毒感染使用抗菌药物是无效的。儿童常见的上呼吸道感染大多数是由病毒感染引起的,无需常规使用抗菌药物,仅考虑由细菌引起的急性扁桃体炎、急性鼻窦炎、急性中耳炎和急性感染性喉炎时才是使用抗菌药物的指征[13]。儿童急性感染性腹泻病或急性胃肠炎的治疗以预防和纠正脱水、持续喂养防治营养不良为主,常规不使用抗菌药物,仅对细菌性痢疾、霍乱、产肠毒素大肠杆菌或致病性大肠杆菌,以及有高并发症风险、脓毒症症状的沙门菌感染患者,特别是3个月以下的儿童,推荐肠道外使用抗菌药物[14,15]

其次,要明确并不是所有检出的细菌均为致病性细菌。对于检测到的细菌要考虑是定植的正常菌群还是感染致病细菌,对于定植的细菌使用抗菌药物是没有必要的。区分定植菌和致病菌需要考虑以下因素:(1)分离部位:是从正常有菌部位还是无菌部位?如果细菌分离自正常的有菌部位如口咽部上呼吸道分泌物、粪便等,则大多数为定植菌,如果从血液、脑脊液、胸腹腔等正常无菌部位检出细菌,就是致病菌;(2)检出细菌的种类和致病性:如果检出的细菌是从正常菌群中来源的条件致病菌如大肠杆菌等,有可能是定植菌或致病菌;如果检出的细菌是具有高致病性的外源性细菌如结核杆菌,则一定是致病菌。

第三,要明确并不是所有检出细菌均需要抗菌药物治疗。对于检测到的细菌是否需要治疗,要综合患者的临床表现、实验室检查结果和细菌的种类判断。没有表现,实验室检查无异常者,如果检出的是外源性致病菌则属于隐性感染或携带,是否治疗取决于致病菌的种类。此外是否治疗还要结合患者的免疫状况,如果对于免疫功能完整的患者检出条件致病菌,大多数情况下属于定植菌,无需抗菌药物治疗,而对于免疫功能受损如器官移植(包括骨髓移植)、免疫缺陷、危重监护等高危患者检出条件致病菌,则致病的可能性很大,需要治疗。

第四,要明确需要使用抗菌药物的必须规范使用。对于明确的细菌感染性疾病,如果需要治疗,一要根据感染的部位、来源(社区还是医院获得性)、可能的病原菌及其耐药性、病情的严重度等,选择使用正确的抗菌药物;二要根据感染的病原菌、感染的部位、抗菌药物的药效学及药动学(PK/PD)特性,确定规范的给药方式,包括使用的剂量、间隔时间和疗程。用量不足、使用方法不得当、时间不足一方面使治疗半途而废,另一方面促使细菌产生耐药。

第五,要对家长进行宣传和教育。我国抗菌药物的过度使用,甚至滥用,相当一部分与社会和家长的认识不正确有关。要向家长宣传合理和控制使用抗菌药物的重要性,特别是要区分炎症与感染、"消炎药"与抗菌药物的不同。炎症(inflammation)是指具有血管系统的活体组织对损伤因子所发生的防御反应。损伤因子各种各样,既包括了细菌、病毒、真菌等病菌的感染(infections),又包括了许多的非病原菌因素如免疫反应、物理性和化学性因子等。针对不同的炎症机制,需要使用不同的抗炎症药物,即所谓的"消炎药",如针对免疫性炎症,需要使用抑制免疫反应的药物如激素,针对过敏性炎症需要使用抗过敏药物等,而只有细菌和真菌引起的感染性炎症,才需要使用抗菌药物,对病毒感染引起的炎症使用抗菌药物是没有效果的。许多常见的疾病均有炎性反应,如咽炎、气管炎、肺炎、胃炎、肠炎、肝炎、肾炎等,尽管这些疾病的名称都冠以"炎",但其实并不均是由于细菌或真菌感染引起的,如肝炎绝大多数是由病毒引起,肾炎是由免疫反应引起,胃炎大多数情况下是由饮食不当引起,所以这些疾病根本不需要使用抗菌药物治疗。

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