脑积水是脑室系统中脑脊液的一种病理性积聚，脑积水的首选治疗方法是插入分流器以转移阻塞周围的液体，将其引流到腹腔或右心房。分流器旨在永久保持在原位。它们由有机硅弹性体制成，并包含一个控制流量的阀门。虽然这种治疗可以挽救生命，但如果在婴儿 6 个月大之前进行分流术，感染是影响 3% 至 8% 的儿童和成人以及多达 20% 的婴儿的主要并发症。最近一项研究的作者报道儿童感染率为10.4%。引起分流器定植的细菌主要起源于皮肤，并在插入过程中污染切口和分流器。大多数感染是由凝固酶阴性葡萄球菌引起的，主要起源于分流导管内表面的微生物定植。实验证据表明，凝固酶阴性葡萄球菌通过细胞免疫反应从分流导管的外表面清除，这 得到临床经验的支持。当这种内部感染发生时，脑脊液空间和腹膜腔会延伸，并且导管的外表面可能会在此后期受到累及，因为回流或沿导管轨道向下渗漏。那些表现为切口无法愈合或早期破裂的分流感染可以被认为是手术伤口感染，可能因导管的存在而加剧。生物膜在导管内形成，导致抗生素治疗失败和 移除设备。几乎所有感染都是在插入或翻修过程中感染的，因此此时有机会采取预防措施。围手术期预防性抗生素药物在许多国家被广泛使用，但没有统计上可靠的研究表明使用这些药物有明显的益处。此外，目前有关感染率的报告主要来自使用抗生素预防的机构。
为了减少感染，已经将各种涂层应用于中心静脉或导尿管。一种选择是将亲水聚合物 (Hydromer) 接枝到表面上，这样当导管在使用前浸泡在水中时，Hydromer 会吸收水分并膨胀，从而形成亲水表面，旨在 减少细菌粘附。这种导管已开发用于脑脊液分流（Bioglide；Medtronic，Inc.，Minneapolis，MN）。该导管的声称是其光滑的表面可最大限度地减少插入过程中的组织损伤；其亲水表面可减少细菌粘附，并且导管的内表面和外表面均经过涂层处理。此外，据推测，如果将抗生素添加到浸泡溶液中，它们会被吸收到膨胀的 Hydromer 中并在插入后释放，从而降低分流感染的风险。
已经进行了临床和实验室研究，并且根据结果，建议使用HCC来预防分流感染。鉴于该问题的重要性，以及我们对先前研究中选择测试方法所提出的主张的有效性的怀疑，我们决定使用我们已建立的测试系统来调查 HCC 的适用性。提出了以下问题。Hydromer 涂层是否会降低细菌粘附？导管内表面和外表面是否都有涂层？将导管浸泡在抗生素中是否提供了足以防止细菌在流动条件下定植的活动程度和持续时间？还进行了测试以确定在插入导管后不久沉积的等离子调节膜的存在的影响。
一、材料和方法
01.系列板转移测试
HCC 购自 Medtronic, Inc.。根据制造商的说明小心处理并切成 1 厘米的片段。然后将每个三联体在 10 ml 以下抗生素的溶液中浸泡 15 分钟：环丙沙星、利福平、克林霉素、甲氧西林、庆大霉素和万古霉素，均浓度为 500 mg/L。然后将它们吸干以去除多余的抗生素溶液，并将它们放置在 Isosensitest（Oxoid，Basingstoke，UK）琼脂平板（图 1）上的桥上，该平板上接种了表皮葡萄球菌（F22）的敏感菌株并孵育过夜。跨节段的长轴测量任何抑制区。然后取出这些片段并放置在新鲜的桥板上并重新孵育。重复该过程直到看不到任何区域。通过用黑点标记上表面来促进片段的定位，以便将相同的表面呈现给琼脂。
如图1. 连续平板转移试验显示三联体的抗生素浸泡 HCC 片段安装在琼脂桥上，以防止切割端的干扰或管腔中滞留的液体。该板已接种表皮葡萄球菌。在短轴上进行了抑制区的测量。
02.细菌附着力
用玻璃塞塞住 1 cm 片段的末端，将片段浸泡在无菌 PBS 中 15 分钟，然后将一组片段浸入人体血浆（National Blood Au-thority，Sheffield，UK）1 小时。使用了三个不同批次的血浆。然后将所有片段浸入 108 cfu/ml 表皮葡萄球菌 (F22) 的悬浮液中 1 小时。取出后，将它们在 PBS 中仔细冲洗，然后以 50 Hz 声波处理 5 分钟（Ultrawave Ltd.，Cardiff，UK）。每个阶段都包含普通硅胶导管以进行比较。
03.体外挑战
已建立的导管定植模型用于确定 HCC 内表面在浸泡在抗生素溶液中后在流动条件下抵抗细菌攻击的能力。该模型的示意图如图 2 所示。简而言之，将导管无菌引入受控环境室并连接到入口和出口管，以实现持续灌注。该装置允许持续灌注数周或数月，以研究长期抗菌作用并检测再生。
如图2. 体外挑战装置示意图。A：灌注泵和灌注液储液罐的布置。B：16个测试通道的模块化排列。每个通道允许单独灌注和挑战导管，同时导管的外表面和内表面都暴露在液体中，温度保持在 37˚C。
在这种情况下，根据 Boelens 等人描述的方法，将四个 HCC 和三个普通硅胶导管切成 33 cm 的长度并浸泡。选择的抗生素药物是庆大霉素和万古霉素。按照 Boelens 等人的方法，使用浓度分别为 600 和 200 g/L，并根据制造商的说明浸泡导管（包括注射管腔以确保与抗生素接触） 15 分钟。此时，Boelens 等人将导管冲洗了两次，并在空气中干燥 10 分钟，但认为这不是手术室程序，因此将导管吸干以去除多余的抗生素溶液，并立即无菌插入 挑战模型。通过填充106 cfu/ml的F22来接种导管的管腔。夹紧1小时后，开始用Tris缓冲盐水灌注。每天取流出液样品进行定量培养。Etests 用于检查庆大霉素和万古霉素对所有分离株的最小抑制浓度。在运行结束时将导管样品固定用于扫描电子显微镜检查。如前所述，在灌注前，还对浸泡在庆大霉素和万古霉素中的 1 cm 导管段进行 SPTT。
04.激光共焦显微术
为了确定 HCC 的管腔表面是否涂有水凝胶，切下导管部分并浸泡在 pH 值为 4 的四环素溶液中。在此 pH 值下，抗生素充当荧光团，可在紫外线中检测到 光。如果导管表面涂有水凝胶，当使用紫外激光共聚焦显微镜观察时，它们会吸收抗生素并指示水凝胶的存在。
二、结果
01.系列板转移测试
所有抗生素浸泡的片段都迅速失去活性（表 1），庆大霉素在第 2 天失效，克林霉素在第 2 天失效，环丙沙星在第 2 天失效，利福平在第 9 天失效，甲氧西林在第 2 天失效，万古霉素在第 2 天失效。在体外挑战实验中使用的浸泡在庆大霉素 (200 g/L) 或万古霉素 (600 g/L) 中的导管段上进行的 SPTT，尽管非常高，但在 2 天后未能给出无菌区抗生素浓度。
表 1 HCCs SPTTs 结果
02.细菌粘附
当 PBS 浸泡的部分暴露于 S. epider-midis 时，对 HCC 的粘附明显低于硅胶导管（图 3）。尽管在 HCC 的情况下通过血浆条件进一步显着降低了细菌粘附 (p = 0.0054)，但硅胶导管未见明显降低。三批血浆的结果存在数量上的差异；总体而言，它们都有相同的效果。
如图3. 图表显示表皮葡萄球菌 (F22) 对 HCC 和普通硅胶导管的粘附，有和没有等离子调节膜。附着力以相对光单位 (RLU) 进行测量。
03.体外挑战
体外攻击的结果显示在表 2 中。没有证据表明 HCC 中的定植具有抗性，所有的流出物都显示出持续阳性。仅浸泡在 PBS 中的 HCC 和普通硅胶对照导管也显示出持续阳性的流出物。对接种物和来自通道 1、2 和 3 的分离物（72 小时）进行的 Etest 显示最小抑制浓度没有变化（庆大霉素 0.094 mg/L 和万古霉素 2 mg/L）。
表 2. 72 小时内表皮葡萄球菌对导管的体外攻击和随后的灌注结果*
04.扫描电子显微镜
在体外挑战测试的导管上进行的扫描电子显微镜显示所有导管的管腔表面上都有典型的定植，与在对照导管上看到的没有区别（图 4）。
如图4. 用表皮葡萄球菌攻击和随后灌注后浸泡导管段的管腔表面的扫描电子显微照片。A：Hydromer 涂层导管和万古霉素。B：Hydromer 涂层导管和庆大霉素。C：Hydromer 涂层导管和 PBS。D：硅胶和 PBS。
05.激光共焦显微术
用四环素染色的HCCs片段仅在外表面显示出明亮的荧光。在管腔表面上没有看到 Hydromer 涂层的迹象（图 5）。
如图5. HCC 切片在 pH 值为 4 的四环素中浸泡后的紫外激光共聚焦显微照片。外表面（较大的曲率，箭头 A）显示出明亮的荧光，表明 Hydromer 吸收了抗生素。导管的其他部分，包括管腔表面（较小的曲率，箭头 B）仅显示轻微的自发荧光。
三、讨论
尽管浸泡在抗葡萄球菌抗生素中，但我们无法通过 SPTT 显示 HCC 外表面超过 1 天的任何抗菌活性，除了利福平。这种抗生素不是一个合适的选择，因为它在单独使用时容易选择抗性突变体。与普通硅胶导管相比，HCC 外表面的定量细菌粘附测试显示显着减少。有趣的是，与经过类似处理的有机硅相比，在存在调理膜的情况下，附着力进一步降低。这表明 HCC 可能会降低外分流感染的发生率。然而，在模拟模型中的流动条件下，将导管浸泡在抗生素中并不能防止或延迟 HCC 的细菌定植。这可以通过未能证明导管内表面上的 Hydromer 涂层来解释，尽管 SPTT 的结果表明，即使内表面已被涂上并浸泡在抗生素中，它们也可能没有效果。我们认为我们的体外研究已经解决了分流感染的这些方面。特别是，涉及分流感染发展及其预防的事件需要作为单独的组成部分进行检查，这在临床研究中是无法实现的。事实上，如果体外测试被设计为临床预测，正如我们认为这里使用的那样，那么临床前发现可能会禁止进一步的临床研究。
与生物材料相关的感染的发展由一系列事件组成。首先，在致病菌接触到生物材料后，它们必须粘附在其上，或者更常见的是粘附在患者来源的糖蛋白调节膜上，该膜总是在插入后的几秒钟内积聚在生物材料表面。糖蛋白调节膜也会积聚在分流导管的内表面上。这种调节膜有两个功能：它为细菌表面的结合蛋白提供附着位点，使它们能够粘附，它消除了生物材料上的任何表面修饰或涂层。根据其成分，它可能会根据细菌的表面特征促进或抑制细菌粘附。与金黄色葡萄球菌不同，等离子调节膜通常会减少（尽管没有消除）表皮葡萄球菌的粘附。细菌粘附发生后，缓慢增殖直至形成生物膜。生物膜的发展涉及细菌的根本表型变化，最重要的临床变化导致对抗生素缺乏敏感性。因此，任何预防策略都必须能够在生物膜形成之前防止附着或增殖即便如此，即使在生物膜形成之前，附着的细菌对抗菌剂的敏感性就已经显着降低，可能需要几天的活性才能根除它们。任何抗菌涂层还必须能够在生物膜中发挥抗菌作用。存在调节膜和在流动条件下，并且大多数涂层被流体流动迅速去除。
大多数分流感染是由葡萄球菌引起的，主要来自患者的皮肤。文献中的报道很少定义分流感染的含义，但为了讨论预防的目的，重要的是要区分 在内部和外部感染之间的煽动方面，请记住，在确定的感染中，通常不可能在临床上区分这些。外分流感染实际上是分流插入部位的术后伤口感染。它通常由金黄色葡萄球菌或革兰氏阴性杆菌引起，常规抗生素预防可能会降低其发病率。在大多数实践中，外部感染的比例不到 10%。其余的大部分分流感染是内部感染，由分流内表面的定植引起，通常是由凝固酶阴性葡萄球菌引起的。因此，任何抗菌药物都是必不可少的。用于防止分流感染的涂层应涂在分流管的内表面，最好是在外表面之外。在涂层中心静脉导管的情况下也提出了类似的原则。同样重要的是，任何评估涂层分流管抗菌效果的测试都应评估内表面。
分流导管上的水凝胶涂层会将疏水性有机硅表面转化为亲水性表面，并且应减少细菌直接粘附在分流材料上。在本研究中，我们能够显示细菌粘附到 HCC 外表面的显着减少，但不能显示硅胶导管的粘附；这可能是由于测试细菌的特性造成的。选择的表皮葡萄球菌菌株是从内部分流感染中分离出来的临床分离株，因此是一个有效的选择；然而，已知细菌中存在表达表面特征（如疏水性）的遗传和表型能力的巨大差异。对于凝固酶阴性葡萄球菌，血浆调理已被证明可减少细菌粘附，尤其是在白蛋白形成主要成分的情况下。结果表明，Hydromer 涂层可能会改变调理膜的性质以促进白蛋白沉积，这在减少外部感染方面可能是有益的。
在一项临床研究中检验了单独使用 Hydromer 涂层（没有抗生素浸泡）在减少感染方面的效果。Hydromer 组和对照组之间的感染率没有显着差异。在 Hydromer 组中的单个表皮葡萄球菌分流感染病例中，注意到分流内部被定植。在一项更大的连续研究中，Hydromer 分流导管在 1 g/L 庆大霉素溶液中浸泡 30 分钟。分流感染从 220 例对照病例中的 10 例减少到 287 例 HCC 治疗患者中的 4 例（p <0.05）。这项研究可能因使用历史对照以及在数据收集的第二个 Hydromer 阶段引入抗生素预防和其他程序的变化而受到批评。此外，在两组中都使用了由涂层和未涂层组件的混合物组成的分流系统。有鉴于此，其统计学意义的临床价值值得怀疑。
在他们的实验室研究中，Boelens 等人着手检查两种凝固酶阴性葡萄球菌菌株在抗生素溶液中浸泡后对普通或 Hydromer 涂层硅胶分流节段的粘附性及其抗菌活性。浸泡后，将这些片段在气流中干燥，这并不反映手术情况。然后将浸泡过的片段包埋在琼脂板上。每隔一段时间取出它们并测试抑制区。发现，即使浸泡在“溶解度极限”（分别为 600 和 200 g/L）浓度的庆大霉素或万古霉素中，这些片段也只能提供 20 到 30 小时的抑菌圈。与普通硅胶相比，发现在盐水中浸泡后的粘附性在 Hydromer 段上减少了 10 倍，我们发现减少了大约 50%（表 2）。Boe-lens 等人没有确定等离子调节对依从性的影响。然而，我们发现在 HCC 的情况下，由于血浆调节，依从性进一步显着降低。使用普通硅胶导管未发现依从性显着降低。值得注意的是，我们的粘附性测试仅在导管段的外表面进行，从而避免了由于悬浮细菌滞留在管腔中而造成的伪影。
我们决定使用 Boelens 等人使用的相同浓度的抗生素，尽管这些浓度比在手术室中使用的要大得多。然而，即使该测试涉及外表面的活性，SPTT 上的活性也会迅速丧失（表 1）。此外，涉及内表面活性的体外攻击的结果显示没有保护活性。我们的结果以及 Boelens 及其同事的结果不支持使用抗生素浸泡 HCC 来预防分流感染。
在 Boelens 等人的另一项研究中，将普通硅胶导管和 HCC 节段植入兔子和小鼠的皮下，并接种活的或热灭活的表皮葡萄球菌。有趣的是，无论接种物是活的还是热杀死的，在两种动物物种中都观察到了 HCC 周围的脓肿，但没有观察到普通的硅胶导管。在进一步的研究中，作者证实了这一发现，并将其复制到了聚酰胺 HCC。他们表明，细菌接种物集中在 HCC 周围的组织巨噬细胞中，而白细胞介素 1b 水平升高可能是它们持续存在的原因。这些发现对HCC的安全性提出了质疑。
四、结论
我们未能证明 HCC 内表面吸收四环素表明它们没有在两个表面上都涂有涂层，因此不能期望防止细菌粘附和在管腔表面形成生物膜，这是大多数 CSF 分流感染的原因。
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