低频超声联合抗菌药物治疗细菌生物被膜感染文献计量分析

刘 旭，项荣武

（1.沈阳药科大学，辽宁 沈阳 110016； 2.中国人民解放军总医院临床药理药学研究室，北京 100853）

低频超声联合抗菌药物治疗细菌生物被膜感染文献计量分析

刘 旭1，2，项荣武1

（1.沈阳药科大学，辽宁 沈阳 110016； 2.中国人民解放军总医院临床药理药学研究室，北京 100853）

目的 分析各类数据库自建库至2016年6月有关低频超声联合抗菌药物治疗细菌生物被膜感染的文献，为抗感染工作领域研究者提供参考。方法 检索PubMed，EMbase，中国知网数据库，采用文献计量学方法，对纳入文献的年代、通讯作者、文章类型、期刊、研究内容、被引频次等进行统计分析；对文献研究内容进行讨论分析。结果 共检出文献194篇，符合要求文献58篇；文献量总体呈上升趋势；发文量最多通讯作者Pitt WG；主要文章类型为基础研究，占50%以上；单篇文章被引频次最高为81次；发文量最多期刊Antimicrobial Agents and Chemotherapy；体内体外基础研究证明了低频超声与抗菌药物的协同效果，但作用机制尚不明确；临床效果有待确定。结论 低频超声联合抗菌药物治疗生物被膜感染处于初步研究阶段，有前景作为新的治疗生物被膜感染方法。

低频超声；生物被膜；抗菌药物

抗菌药物耐药情况日益严峻，《抗生素耐药：全球监测报告2014》《2015年全国细菌耐药监测报告》显示，在我国多重耐药菌检出率较高，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌检出率分别为41.1%和35.8%[1－2]。而细菌形成生物被膜，耐药性又会大大增加。生物被膜是细菌分泌物将自身包绕其中，其耐药能达到浮游态细菌的10～1 000倍，临床感染迁延不愈[3]。近年有报道，低频超声可通过空化作用等提高抗菌药物的杀菌或抑菌能力，有望成为新的治疗细菌生物被膜（BBF）感染手段。本研究中通过对低频超声联合抗菌药物治疗BBF感染进行文献剂量分析，旨在方便广大抗感染领域工作者了解相关现状和发展动向。

1 资料与方法

1.1 纳入和排除标准

纳入低频超声在细菌生物被膜感染应用的基础及临床研究文章；排除会议、摘要、外文文献中非英文文章，与主题无关文章。

1.2 检索策略

计算机检索 PubMed，Embase，中国知网（CNKI），从建库到 2016年6月止所发表的文章。中文检索策略包括，主题词检索，“超声”或“低频超声”，“生物被膜”或“生物膜”，“抗菌药物”或“抗生素”；外文检索策略，PubMed and Embase:((((biofilm[MeSH Terms]) OR biofilm[Title／Abstract]))AND(((ultrasonics[MeSH Terms])OR ultrasonics[Title／Abstract]OR ultrasound [Title／Abstract]))AND(((Anti－Bacterial Agents[Mesh terms])OR antibiotic*[Title／Abstract])OR antimicrobial*[Title／Abstract])，将所有数据库文章合并，以endnote×6进行重复文献筛查结合人工筛查，剔除重复文献。

1.3 研究方法

对临床研究及纳入的基础研究，采用文献计量学方法提取数据，分析文献的年份分布、作者单位、研究内容等。数据提取过程由2个评价员独立进行，并填入预先设计的资料提取表，而后交叉核对，缺少的数据通过与作者联系获得；任何分歧将通过讨论或第三者仲裁来解决。

1.4 统计学处理

采用SPSS 17.0软件建立评价表数据库，录入文献质量评价信息并进行全面统计分析。

2 结果

2.1 文献检出情况

共检出外文文献194篇，其中包括PubMed 43篇，Embase 151篇，重复39篇；排除与主题无关文献105篇，摘要1篇，最终纳入英文文献49篇。共检出中文文献63篇，重复6篇；排除与主题无关文献46篇，2篇会议，最终纳入中文文献9篇。统计为本研究共纳入58篇文献，包括49篇外文，9篇中文。

2.2 文献量的年份分布

结果见图1。

图1 文献发表的年份分布情况

2.3 文章类型、通讯作者和国家分布

文章类型：纳入49篇外文文献中，基础研究26篇（53.06%），临床研究4篇（8.16%），综述19篇（38.78%）。纳入9篇中文文献中，基础研究5篇（55.56%），综述4篇（44.44%）。

国家：纳入外文文献的国家分布于10个国家，美国12篇，中国10篇，德国1篇，巴西1篇，意大利1篇，加拿大1篇，荷兰1篇，瑞典1篇，土耳其1篇，丹麦1篇。

2.4 期刊分析

纳入外文文献49篇，分布于39种期刊上，其中发文量2篇及2篇以上的期刊为Antimicrobial Agents and Chemotherapy 4篇（IF 4.415），Clinical Orthopaedics and Related Research 2篇（IF 3.127），Colloids and Surfaces B:Biointerfaces 2篇（IF 3.921），Journal of Antimicrobial Chemotherapy 2篇（IF 4.919），Ultrasound in Medicine and Biology 2篇（IF 2.298），Ultrasonics Sonochemistry 2篇（IF 4.556）。IF来自2015年JCR。

纳入中文文献9篇，分布于7种期刊上，中国抗生素杂志2篇，中国超声医学杂志2篇，中国临床药理学杂志1篇，中国介入影像与治疗学1篇，中国药物应用与监测1篇，国际骨科学杂志1篇，大连医科大学学报1篇。

2.5 引文频率

被引频率前5位的文献见表1。

表1 被引频率前5位文献情况

2.6 低频超声联合抗菌药物治疗BBF感染总结

本研究共纳入58篇文献，低频超声联合抗菌药物治疗BBF相关文章见表2，外文文献共纳入49篇，排除综述19篇和基础研究 4篇（未提供超声具体信息），中文文献共纳入9篇，排除综述5篇。共计外文文献26篇，中文5篇，见表2。可见，目前低频超声联合抗菌药物主要集中在体内、外基础研究上，占87.09%，临床研究占 12.91%；菌种主要集中在铜绿假单胞菌（32.3% ），表皮葡萄球菌（32.3% ），大肠埃希菌（29.03%），金黄色葡萄球菌（9.6%）；抗菌药物中，庆大霉素研究最多，占 45.16%，其次为万古霉素，占16.12%。体外研究中，生物被膜培养模型多采用流动连续培养，平板培养，动物建立BBF感染模型多采用膜片植入法，所选动物多为白兔。而低频超声的参数设置各文献间差异较大，目前并未形成统一标准，这与模型的建立和工作环境等相关。

表2 低频超声联合抗菌药物对BBF作用基础及临床研究

3 分析

3.1 文献外部特征分析

本研究共纳入中、外文文献58篇，外文49篇，中文9篇。发文数基本呈逐年上升趋势，美国发文数量最多，其次是中国。中外文献类型均以体内、外基础研究为主，发文数占总文献数的55.56%和53.06%。外文文献发表分布在39种期刊上，发文数最多的是Antimicrobial Agents and Chemotherapy 4篇（IF 4.415）。1994年，Pitt WG发表了第1篇本领域文章“Ultrasonic enhancement of antibiotic action on gram－negative bacteria”引用率达81次。Pitt WG也是发文数最多的通讯作者，其研究机构为Brigham Young University。1994年至2005年，该科研团队共计发表9篇相关文章，并提出“声学生物效应”的概念，为本领域奠定了基础[4]。2011年至2016年，中国重庆医科大学余加林团队在这一领域发表文章4篇，进一步拓宽了研究方向。

3.2 临床研究分析

BBF是细菌为适应环境，有利于生存而特有的生命现象。BBF的细菌特点是对大多数抗生素具有耐药性，能长期存活，不断释放，成为感染源。其所造成的感染常见于各种导管（呼吸机导管、导尿管等）、体内的人工置留物（如起搏器、人工股骨头、人工瓣膜等）。一旦造成感染，治疗相当困难。如BBF造成植入假体感染，目前临床上最常用的有效手段是更换新的植入假体，但是这一方法不仅花费大而且不能保证不会再感染，临床急需非手术、有效治疗植入假体BBF感染的方法[5]。低频超声具有靶向、非侵入性特点，有前景突破目前临床治疗BBF感染瓶颈，成为新的治疗手段。近年来，研究者不断尝试低频超声在临床上的应用，如应用低频超声促进骨水泥中抗生素的杀菌或抑菌效果显著。同时，在糖尿病足、静脉下肢溃疡、牙周炎、鼻窦炎的治疗中都取得了一定的进展[6]。本研究统计了低频超声联合抗菌药物治疗BBF感染文献4篇，其中包括1篇随机对照研究，1篇临床回顾性分析。其中2篇与口腔BBF感染相关。研究结果显示，超声已能有效地清除口腔内的BBF感染，联合杀菌剂没有协同效果[7－8]；Carmo等[9]应用超声治疗人工血管BBF感染，认为超声是有效的方法，但该试验并未对超声联合抗菌药物的效果作出评价；Tewarie等[10]应用超声联合抗菌药物（根据药物敏感性试验结果选择）治疗sternocutaneous fistula，疗效较好。故临床上应用低频超声联合抗菌药物治疗文章较少，协同效果尚不确定，需进一步验证。

3.3 基础研究分析

1994年，Pitt WG发表第1篇有关低频超声与抗菌药物联合治疗BBF感染的研究，证明了低频超声联合庆大霉素对革兰阴性菌（铜绿假单胞菌、大肠埃希菌）具有协同作用，但对革兰阳性菌（金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌）无效，并提出这种协同作用可能只对革兰阴性菌有效[4]。之后，该科研团队一直致力于低频超声联合庆大霉素对革兰阴性菌BBF感染的体内外研究。直到2004年，该团队成员Carmen JC发现低频超声联合万古霉素对表皮葡萄球菌BBF具有协同作用，打破了这一说法[11]。在协同机制研究方面，Pitt WG通过共聚焦激光显微镜扫描证明低频超声单独作用不能破坏BBF，为解释这种协同作用，该团队提出“声学生物效应”概念[12]，指出这可能是由于以下几个原因产生：1）空化效应。是指周期性变化的高、低声压导致液体中微泡的周期性膨胀和压缩；细菌BBF可能由于空化效应致通透性增加，从而增强抗菌药物的杀菌或抑菌效果。2）声孔效应。由于空化效应产生的冲击波、微射流对细胞膜作用，细胞膜上产生可逆的小孔，抗菌药物通过这种“临时通道”进入细菌内部，增强抗菌效果。3）恢复生物被膜内细菌的敏感性。BBF内的细菌处于厌氧和缺少养分的环境中，处于低代谢状态，超声促进氧分子和营养物质穿过生物膜，同时加快细菌代谢产物排出，使“饥饿”状态的细菌得到必要的氧分子和营养物质，低代谢细菌从“冬眠”中复苏，恢复对抗菌药物的敏感性。4）声化学效应，低频超声作用产生的自由基攻击细菌细胞膜，增加细胞膜通透性，增强抗菌效果。5）促进抗菌药物与靶点结合或抑制细菌蛋白质合成。至今，该领域机制研究主要围绕前四点进行研究。在所发表的外文文献中，重庆医科大学余加林作为通讯作者发表文献1篇，另发表中文文献3篇，共计4篇，是我国在这一研究领域发文数量最多的作者。其研究方向集中在低频超声联合环丙沙星，万古霉素等对铜绿假单胞菌，表皮葡萄球菌BBF感染的体内外研究[13－14]。近年来，外文文献中发表5篇有关低频超声介导微泡联合抗菌药物治疗BBF感染的协同作用研究，如低频超声介导微泡联合万古霉素对表皮葡萄球菌BBF作用，低频超声介导微泡联合人β－防御素3对葡萄球菌BBF作用[15]，超声介导微泡联合氨基苷类药物对铜绿假单胞菌BBF感染作用[5]，研究证明三者联合杀菌或抑菌效果更强，这可能是由于微泡增加了空化效应导致。微泡不仅能作为一种超声造影剂在临床上广泛应用，还可携带基因或药物，超声介导微泡靶向治疗BBF感染，这有可能成为新的治疗途径。

综上所述，低频超声联合抗菌药物治疗BBF感染的研究较少，还处于初步发展阶段，体内、外基础研究证明了低频超声与抗菌药物的协同作用，但临床研究效果还需进一步确证。低频超声联合抗菌药物有可能成为一种高效、经济、靶向的新型BBF感染治疗方法。

[1]国家卫生计生委合理用药专家委员会，全国细菌耐药监测网.2015年全国细菌耐药监测报告 [J].中国执业药师，2015，13(3):3－8.

[2]世界卫生组织 .抗菌素耐药：全球监测报告[EB／OL].(2014－04－30).http／／www.who.int／drugresistance／documents／surveillancereport／en／.

[3]Miquel S，Lagrafeuille R，Souweine B，et al.Anti－biofilm Activity as a Health Issue[J].Frontiers in Microbiology，2016，7：592.

[4]Pitt WG，Mcbride MO，Lunceford JK，et al.Ultrasonic enhancement of antibiotic action on gram－negative bacteria[J].Antim-icrobial Agents and Chemotherapy，1994，38(11):2 577－2 582.

[5]Ronan E，Edjiu N，Kroukamp O，et al.USMB－induced synergistic enhancement of aminoglycoside antibiotics in biofilms[J].Ultrasonics，2016，69：182－190.

[6]刘 旭，蔡 芸，李 娇，等.低频超声在细菌生物被膜相关感染中应用研究进展[J].中国临床药理学杂志，2014，30（1): 45－47.

[7]Leonhardt，Bergström C，Krok L，et al.Microbiological effect of the use of an ultrasonic device and iodine irrigation in patients with severe chronic periodontal disease:A randomized controlled clinical study[J].Acta Odontologica Scandinavica，2007，65(1): 52－59.

[8]De Andrade IM，Cruz PC，Da Silva CH，et al.Effervescent tablets and ultrasonic devices against Candida and mutans streptococci in denture biofilm[J].Gerodontology，2011，28(4):264－270.

[9]Carmo M，Mazzaccaro D，Barbetta I，et al.Use of Ultrasound Debridement as an Adjunctive Tool for Treating Infected Prosthetic Vascular Grafts in the Lower Extremities[J].Annals of Vascular Surgery，2015，29(3):607－615.

[10]Tewarie L，Moza AK，Zayat R，et al.Ultrasound－assisted treatment of sternocutaneous fistula in poststernotomy cardiac surgery patients[J].Eur J Cardiothorac Surg，2015，47(5):e180－e187.

[11]Carmen JC，Roeder BL，Nelson JL，et al.Ultrasonically enhanced vancomycin activity against Staphylococcus epidermidis biofilms in vivo[J].Journal of Biomaterials Applications，2004，18(4): 237－245.

[12]Qian Z，Stoodley P，Pitt WG.Effect of low－intensity ultrasound upon biofilm structure from confocal scanning laser microscopy observation[J].Biomaterials，1996，17(20):1 975－1 980.

[13]Dong Y，Chen S，Wang Z，et al.Synergy of ultrasound microbubbles and vancomycin against Staphylococcus epidermidis biofilm[J].Journal of Antimicrobial Chemotherapy，2013，68(4): 816－826.

[14]刘立婷，余加林，郜向娜，等.低频超声联合环丙沙星对铜绿假单胞菌生物被膜的杀菌作用及其结构的影响 [J].中国超声医学杂志，2011，27（7):577－580.

[15]Li S，Zhu C，Fang S，et al.Ultrasound microbubbles enhance human －defensin 3 against biofilms[J].Journal of Surgical Re-Search，2015，199(2):458－469.

Bibliometric Analysis of Low－Frequency Ultrasound Combined with Antimicrobial Agents in Treating Bacterial Biofilm Infection

Liu Xu1,2,Xiang Rongwu1
(1.Shenyang Pharmaceutical University,Shenyang,Liaoning,China 110016; 2.Department of Clinical Pharmacology and Pharmacy,PLA General Hospital,Beijing,China 100853)

Objective To investigate the combination of low－frequency ultrasound combined with antimicrobial agents in treating bacterial biofilm infection in the databases since establishment to June 2016 based on a bibliometric approach,to provide reference in the anti－infection research.M ethods PubMed,EMbase and CNKI were searched.The amount of year,corresponding authors,literature types, journal,content and cited frequency were statistically analyzed.The contents of the researches were discussed.Results A total of 194 papers were found and 58 papers were included in this study.The number of papers published showing an overall upward trend.Pitt WG was the corresponding author that published the most number of papers.The main publication type was basic research,accounting for more than 50%.The highest cited frequency of paper was 81 times.The maximum number of journal was Antimicrobial Agents and Chemotherapy.The contents of basic researches suggested that low frequency ultrasound and antimicrobial agent combination had synergy efficacy,but the mechanism was not clear and the synergistic effect in clinic needed further research.Conclusion The research of low－frequency ultrasound and antimicrobial agent combination against bacterial biofilm is in the stage of preliminary study and could be a promising method to treat biofilm infection.

low－frequency ultrasound;bacterial biofilm;antibacterial agents

R969.4；R978.1；R454.3

A

1006－4931(2016)21－0020－05

外文文献中发文数量最多的通讯作者Pitt WG（10篇）也是这一领域第1篇文章作者，作者机构为Brigham Young University，其文章均发表于1994～2005年之间，为该领域的研究奠定了基础。其余通讯作者发文数均为1篇。中文文献中发文数最多的通讯作者为余加林，作者机构为重庆医科大学。

刘旭（1990－），女，大学本科，研究方向为抗感染及药物合理应用，（电子信箱）liuxu199061＠sina.com；项荣武（1977－），男，副教授，硕士研究生，主要研究方向为循证医药学生物医药信息3D虚拟技术应用，本文通讯作者，（电话）024－23986529（电子信箱）xrwlove＠163.com。

2016－07－11)

中国人民解放军总医院临床扶持基金，项目编号：2015FC－TSYS－1042。