糖尿病足溃疡患者多重耐药菌感染研究进展

郑洪伶 苏琼 蒋璐 肖燕 周颖

(1.重庆医科大学附属第二医院预防保健科,重庆 400010;2.重庆医科大学附属第一医院产科,重庆 400016)

糖尿病足溃疡(diabetic foot ulcer,DFU)是由于神经病变及不同程度血管病变而导致的下肢感染、溃疡形成和/或深部组织损伤,是糖尿病最严重的晚期并发症之一。全球DFU患病率约为6.3%(5.4%～7.3%),其中25%糖尿病患者在一生中会出现足部溃疡,据预测约50%的DFU患者患有足部感染(diabetic foot infection,DFI)[1-2]。在获得微生物培养结果之前,临床医生大多只能凭经验使用初始抗生素治疗DFI。由于抗生素使用不当、广谱抗生素的广泛使用以及抗生素耐药性基因的变化,DFI的病原体类型和耐药性率正在急剧上升,甚至导致多重耐药现象。多重耐药菌(multi-drug resistant organisms,MDROs)是指同时对≥3种抗生素药物都具有耐药性的致病病原菌[3]。由于MDROs菌株耐药性多变、感染率日益增加,致使感染防控的难度和成本均不断增加,同时也增加了患者的住院时间、截肢率和死亡率等不良结局[4-5],严重影响了患者的生活质量和经济负担,还会增加该医院其他就诊患者的潜在感染风险、发病率和死亡率,并将感染传播到社区,给该地区带来健康风险[6]。抗生素耐药已经成为当今全球健康社会和经济发展面临的最大威胁之一,本文旨在分析DFU患者MDROs感染危险因素及其风险预测模型的研究进展,为未来制定更为有效的针对性防控措施提供参考。

1 DFU患者MDROs感染危险因素

1.1 患者自身因素

1.1.1年龄 年龄在一定程度上可能会影响DFU患者MDROs的感染,但是仅少量研究报道了这一因素。既往研究表明,老年人(>65岁)相对而言更易发生MDROs感染[7],在<65岁人群中MDROs组平均年龄(60.0±17.0)岁也高于非MDROs组患者的(53.6±14.5)岁[8]。糖尿病患者本身属于免疫妥协人群,老年糖尿病患者的免疫功能更是严重受损,常常因感染控制达不到理想效果而频繁更换抗菌药物,从而大大增加诱导耐药基因突变的可能,耐药基因又可通过耐药基因元件的转移构成多重耐药基因的复合体,从而造成多重耐药现象[8]。

1.1.2性别 由于男性患者从事体力劳动或进行体育活动的概率较女性多,从而导致足部溃疡发生的可能性大大增加[9-10]。再加上受经济条件和教育水平的限制,患者疾病管理能力和就诊意识缺乏,致使创面无法及时获得正规有效的诊治。随着机体处于高血糖状态的时间延长,将更有可能导致伤口经久不愈而反复滥用抗生素,进一步诱导菌种改变、细菌耐药基因突变,从而增加MDROs的产生[11]。此外,MDROs感染患者中男性的血糖管理情况相比女性而言更差[11]。既往研究[12]显示,在男性和女性病例数量的基线水平有差异的前提下仍发现女性DF患者的病例和感染风险低于男性患者,然而可能由于样本量较小(总样本量199例)而导致这种差异并无统计学意义。未来仍需大样本量、多中心的前瞻性研究进一步确定性别对DFU患者感染MDROS的影响。

1.1.3生活习惯 吸烟、饮酒等不良生活习惯可使MDROs感染风险增加。美国Adeyemo等[5]指出吸烟是DFU感染MDROs的独立风险因素。吸烟将导致宿主免疫反应发生诸多改变,使得吸烟者更易感染和/或延迟伤口愈合,同时香烟烟雾增加了金黄色葡萄球菌粘附在宿主细胞和体外形成生物膜的能力。而DFI创面常常具有生物膜结构的多种细菌,并受到自身产生的胞外聚合物基质的保护,在生物膜覆盖下即使是非MDROs也会对抗生素产生更大的抗药性[12-13]。同时,吸烟会产生高水平的活性氧,这会诱发血管和神经系统的细胞氧化应激,导致炎症、细胞损伤和细胞凋亡[14]。2022年Li等[15]也报道吸烟是粪肠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和肠杆菌属等感染的危险因素,同时也得出饮酒是MDROs病原体感染的独立危险因素这一结论。酒精的乙基毒性作用可影响伤口愈合过程,从而促进了伤口感染[16]。此外,慢性或急性饮酒会损害粒细胞功能,而粒细胞是针对细菌感染的先天免疫防御的第一线,从而阻碍免疫反应,导致MDROs感染的风险显著提高[17]。

1.1.4自身免疫 DFU患者宿主免疫反应受损可能与MDROs感染相关。有研究[18]显示,尽管在感染敏感和MDROs的DFU患者中白细胞计数和中性粒细胞百分率都在正常范围内,但感染MDROs患者的白细胞计数和中性粒细胞比低于感染敏感细菌的患者。白细胞和中性粒细胞在生理和病理过程中都起着重要作用,如血管生成、造血、伤口愈合、炎症和传染病[19]。中性粒细胞在亲炎和抗炎相关细胞因子的产生和功能中具有重要作用,以炎症细胞数量和功能下降为表现的宿主免疫反应受损会影响创伤修复过程[20]。外周血白细胞计数和中性粒细胞百分率不仅是评估感染程度的指标,而且对早期评估耐药细菌感染风险也很有价值,需要进一步研究,以阐明低免疫细胞水平对MDROs感染的影响机制[17]。此外,自噬可满足细胞自身代谢需要、可参与细胞生长分化[21],能有效缓解DF发生慢性并发症,DFU患者金黄色葡萄球菌多重耐药性的发生与发展可能与自噬水平减弱有关,其中血清补体C3和IL-1β水平的改变可能与免疫反应低下有关,这可能是伤口延迟愈合和反复感染的原因,但感染患者的自噬特点尚不明确[22]。因此,在临床实践中医务人员有必要对DFU患者定期进行营养评估、关注临床相关指标,并通过补充营养、适当运动等增强免疫力帮助患者伤口愈合。

1.1.5其他 DFI患者体重、血糖和血脂在内的代谢管理指标低于标准会增加MDROs感染的风险[18],同时耐药基因的突变与表达也是不可忽视的因素。低BMI往往意味着糖尿病患者营养不良,营养不足的糖尿病患者(尤其老年)控制血糖、血脂和血压的能力将降低,这往往会导致DFU和相关并发症的发生发展。糖尿病患者的代谢控制能力差,长期高血糖导致患者身体长期过度消耗、血管动脉粥样硬化和血脂长期紊乱,高水平甘油三酯会影响脚的供血功能,并加重感染性溃疡。此外,铜绿假单胞菌多重耐药也与含有exoU基因有关,携带exoU的菌株常常表现出巨噬细胞、上皮细胞和纤维细胞迅速坏死的细胞毒性,ExoU导致宿主细胞迅速坏死死亡的特点,使铜绿假单胞菌感染迅速到达深层组织,引起骨髓炎,并与DF患者的免疫功能受损相结合[23]。

1.2 疾病相关因素

1.2.1糖尿病病程 糖尿病病程越长患者MDROs感染的风险更大[12, 24-25]。有研究[26]报道,糖尿病持续时间≥10年与产生超光谱β-内酰胺酶(ESBLS)病原体的感染显著相关。糖尿病患者的新陈代谢能力较差,长期高血糖会导致患者机体长期处于过度消耗状态,伴有血管动脉粥样硬化和血脂疾病,从而导致周围神经病变和周围血管疾,这是溃疡长期愈合和复发感染的原因之一,也是进一步增加MDROs感染的重要因素[27-28]。

1.2.2溃疡相关因素 溃疡类型、严重程度、伤口深度以及溃疡病程和大小都与MDROs感染的发生密切相关。不同的溃疡类型是DFU发生MDROs的危险因素之一[29],其中有研究单独报道了神经缺血性[25, 29]和单纯缺血性溃疡[30],这意味着局部缺血可能是不同溃疡类型MDROs感染危险因素增加的根本原因。同时,Wagner分级越高,DFU患者患者发生MDROs的风险就越大[30-31]。伤口严重程度较低时机体抵抗力大于细菌的侵袭力,而Wagner分级越高意味着局部组织破坏程度、感染及缺血更为严重,病原菌向深部蔓延的可能性越大,使得机体免疫力反应下降、抗菌治疗和愈合难度增加,从而导致长期使用抗生素及诱导耐药基因的产生[32-33]。此外,伤口深度与MDROs生长也有一定关联,这是因为深度溃疡更有可能种植两种及以上的病原微生物[27, 34]。DFU病程也是不可忽视的一大危险因素[33],足溃疡病程≥60 d的患者感染MDROs的可能性更大[7]。临床实践中往往是诸多患者在同一时间同一病区住院治疗DFU,院内环境中多种病原菌聚集、共存,若创面长期暴露于这一特殊环境中,加上个人免疫力降低,将导致MDROs感染可能性增加。此外,溃疡大小也是被广泛报道的一大危险因素,尤其是面积≥4 cm2的创面[15, 30, 35]。

1.2.3骨髓炎 大量研究[25, 28, 30-31, 36]表明,DFU合并骨髓炎也会增加MDROs感染的风险,在患骨髓炎后MDROs感染的风险可能会增加约四倍。与感染非MDROs病原体的患者相比,MDROs病原体与骨髓炎等并发症的相关性显著增加[37]。病原体可以通过血液循环迁移到骨组织,侵入骨细胞的缺陷网状形成,避免机械清创和抗生素的影响,在皮肤上形成囊肿,阻碍免疫细胞进入,并诱导MDROs感染的发生[37-38]。因此,当DFU患者患骨髓炎时,应谨慎使用抗生素以防止MDROs感染。可通过保守治疗和使用具有抑制细菌生长能力的生物玻璃(Bonalive)治疗MDROs合并骨髓炎相关病例[39]。

1.2.4周围血管疾病和周围神经病变 周围神经病变[18, 28]、外周血管病变[36, 40]是与DFU患者存在MDROs感染相关的因素。其中,周围神经病变都与产生ESBL的生物体感染显著相关[26]。周围神经病变不仅使糖尿病患者容易患足部溃疡,还使神经型足溃疡因持续无痛创伤而扩大创面,失去保护性疼痛可能会导致患者不能及时前往医疗保健机构就诊[5]。在发展中国家,这种慢性感染较多(持续时间> 1个月)的患者会长期滥用抗生素,引起MDROs足部感染发生[5]。此外,在土耳其的一项回顾性研究表明周围血管病变患者中MDROs感染率是无周围血管病变患者的4.9倍,伴周围血管病变的DFI患者(尤其是老年患者)机体可能通过降低抗生素对组织的转移率而间接导致耐药微生物的选择[40]。

1.2.5感染情况 反复感染、混合感染可能是危险因素之一。反复感染的患者将长期处于抗生素暴露状态,从而导致优势菌群不断繁殖进化,最终增加其耐药性[41]。此外,病原菌混合感染患者伤口细菌较为复杂,彻底清除难度较大,从而导致治疗难度增大、治疗时间延长[42],伤口更易暴露于医院MDROs的易感环境中[31]。但这两者仅在我国少数研究中有报道,缺乏大量高质量的研究设计来进一步确定反复感染和混合感染因素对MDROs感染的影响。

1.3 治疗因素

1.3.1抗生素使用情况 大量研究表明,长期使用抗生素[25, 34, 41]、既往抗生素治疗史[18, 26, 28, 30]、抗生素治疗持续时间[29]、既往抗生素摄入量[26]、既往使用氟喹诺酮类药物[27]、既往使用头孢类药物[36, 41]、抗生素使用不当、抗菌药物联合使用情况[41]等与抗生素使用情况相关的因素皆与MDROs感染的发生有关。但众多分析MDROs影响因素的研究中关于既往使用抗生素的种类、具体剂量以及具体时间分类和判断并不统一。如在约旦南部DFU患者中进行的一项前瞻性观察研究中,既往抗生素使用史定义的是“过去30 d内既往使用抗生素”[9],而其他研究则定义为“过去3个月内使用抗菌药物”[18],甚至是一年[42]等更长时间,也有研究结果表明抗菌药物疗程仅≥5 d便可成为其危险因素[29]。此外,一段时间内使用的抗生素总量与出现的耐药菌株数量之间存在直接关系[11]。同时,抗菌药物联合使用也有存在增加MDROs感染风险的可能,但是也有学者认为抗菌药物的联合使用有助于彻底清除病原菌,因此,对这一因素的论证未来仍需更多有力证据[41]。最后,不同时间点采样的标本之间MDROs的检出率也会有所差异。大多数患者在医疗保健机构出现前1个月使用抗生素,而93.3%在收集伤口样本之前开始使用抗生素[5]。而我国重庆地区的一项回顾性病例对照分析显示,抗生素治疗后MDROs的检出率高于治疗前[32]。

1.3.2住院次数及频率 既往住院史[28,30,35]、最近住院史[4,28]以及因同一伤口住院次数和频率[29]等相关因素与MDROs感染的发生存在相关性。其中,最近住院史是耐万古霉素肠球菌DFI的独立预测因素[43],而近一月内是否有住院史与产生ESBL的病原体感染显著相关[26]。DF患者可能会导致门诊抗生素治疗失败,并进一步增加重新入院的风险。在过去一年里曾经住过院的DFU患者MDROs感染的可能性更高且住院时间更长[42]。既往不同间隔时间的住院史都增加了MDROs的感染风险,这意味着病房环境恶劣、隔离措施实施不力等原因导致的医院获得性感染是MDROs感染的最常见原因之一,这将导致死亡率增加[44-45]。而且,医院发生的交叉感染菌种往往比内源性皮肤菌群更具耐药性[46]。因此,在治疗所有DFU患者时都应严格实施手卫生措施和穿戴非无菌手套,且对医护人员进行培训,确保所选抗生素治疗处方对患者适用[47]。

1.3.3侵入性操作 涉及非无菌仪器[34]以及手术治疗[28,35]等侵入性操作可能导致耐多药菌的繁殖。创面长期暴露、多次接受护理、换药以及手术等侵入性操作时,使得外源性感染的机会增加,增加了MDROs感染的可能性。其中,手术治疗可能导致足部生物力学的变化,外科治疗增加耐多药感染风险的方式仍有待进一步探索[35]。

1.3.4其他相关检查指标 部分研究也报道了一些临床检查指标对于提示DFU患者MDROs感染风险的意义,例如C反应蛋白、降钙素原、维生素D等。C反应蛋白是感染和炎症的标志物,其水平在细菌感染期间会增加,与MDROs感染有关,即C反应蛋白水平越高、MDROs感染的风险越大[35]。同时,降钙素原水平也是MDROs感染的独立风险因素之一[31]。它是一种反应机体炎症活跃程度的指标,与感染程度严重的细菌感染和败血症密切相关[48]。此外,陈丽华等[7]报道仅维生素D轻度缺乏(6.29～9.43 nmol/L)的糖尿病患者感染MDROs的可能性更大。作者推测这是因为临床医生未能重视血清维生素D缺乏初期、机体开始出现免疫力低下的情况,导致DFU患者感染MDROs的风险增加;随着维生素D缺乏逐渐严重、免疫力低下明显,症状才被临床医生察觉并采取相应措施提高患者自身免疫力。我国另一位学者[12]进行的单中心回顾性研究中报道骨质疏松症是MDROs感染的独立危险因素之一,这揭示了维生素D可能通过影响骨质生成诱导MDROs感染的发生,但其具体影响机制是如何进行的,仍需进一步探索。

2 DFU患者MDROs感染风险预测模型

目前,国内外众多研究学者聚焦于分析DFU患者MDROs病原菌菌株分布的基础上进一步探讨多重耐药菌发生的危险因素,而相关风险预测模型的构建与验证的研究却极少。美国学者Farkas等[49]通过双中心回顾性研究开发了用于量化DFU患者两种MDROs感染风险倾向的预测列线图,包括了140例成年患者相关临床资料,共纳入25个危险因素,使用R软件包进行glmulti进行自动模型选择,生成所有可能组合的模型,并根据Akaike的信息标准(AIC)分数和简约规则选择了最终模型并构建列线图。在铜绿假单胞菌的最终模型中,其ROC曲线下面积(AUC)为0.85,校正C统计量为0.81,特异性和灵敏度分别为74.3%和89.4%,阳性预测概率值和阴性预测概率值分别为35.4%和97.8%;此外,还建立了MRSA的风险预测模型,其C统计量为0.72,校正C统计量为0.69,特异性和灵敏度分别为72.5%和59.2%,阳性和阴性预测概率分别为34.07%和88.1%。该研究的列线图模型采用的基于信息标准的方法与经典的模型选择逐步方法相比有2个方面的优点:(1)其允许通过评估和比较可以从一组候选预测变量构建的所有可能模型来识别“最佳”模型。(2)其允许评估模型选择不确定性和多模型推断。此外,该模型已经内部验证具有一定有效性,预测效能高。但该研究对象包括糖尿病患者和非糖尿病患者,样本规模也相对较小且未经外部验证,无法将其研究结果运用于其他DFU患者的相关研究进行推断或比较,其临床实用性和有效性仍有待验证。最后,该模型主要针对的是铜绿假单胞菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌这两种耐药菌,但由于菌群因环境地域而异,加之医疗卫生保健系统的差异,该模型是否适用于我国DFU患者微生物感染情况还有待进一步研究验证。

2021年,我国学者[12]也报道了预测DFU患者MDROs感染风险的列线图,该研究通过一家医院信息系统中的电子病历回顾性收集了199例糖尿病足住院患者的临床数据,用logistic回归方法构建出了1个包含年龄、糖尿病过程、以前使用过抗菌药物、抗菌药物类型和骨质疏松症5个变量的预测模型,采用R软件绘制列线图模型。该模型AUC为0.766(95%CI:0.701～0.831);Bootstrap法进行内部验证模型,验证模型AUC为0.773(95%CI:0.704～0.830);采用C-index指数评估模型的预测效果,其中预测概率与MDROs感染的实际风险之间的平均绝对误差为0.032。该模型具有良好且相对稳定的区分度、校准度以及临床适用性。然而,该研究纳入的风险因素较少(仅17个),未对手术清创、骨髓炎以及溃疡严重程度等风险因素进行分析;此外,该模型使用的样本来自一家三级医院,样本规模较小,因此不能代表中国所有的DFU患者;最后,作者本人也指出该模型无法进行外部验证,其他区域和国家的其他人群通用性尚不确定。

3 小结与展望

抗生素耐药已经成为当今全球健康社会和经济发展面临的最大威胁之一,而DFU患者MDROs感染现象也日益严峻。由于不同地域环境、经济差异、医疗卫生水平不等以及不同社会文化背景等因素导致MDROs菌种分布有所差异。目前,关于报道MDROs感染危险因素的相关研究主要集中分析自身因素(包括性别、年龄、自身免疫功能等)、疾病相关因素(糖尿病病程、溃疡相关因素、骨髓炎、周围血管疾病和周围神经病变)和治疗相关因素(包括既往抗生素使用情况、既往住院情况以及侵入性操作等)。然而,在国内外诸多探讨分析其危险因素和预测模型构建的研究中,存在部分指标表述不一致(例如抗生素的使用情况和既往住院史等)、MDROs定义标准不同(部分研究中仅对两种类型抗生素耐药便定义为MDROs)、测量方法不统一(例如溃疡面积和大小的测量)以及纳入分析的危险因素不全面等问题。此外,目前DFU患者MDROs感染风险预测模型的相关研究极少,而已报道的预测模型构建方法单一(为多元logistic回归分析方法),且为小样本、回顾性研究,尚未能对其进行外部验证,其临床适用性及外部有效性仍有待进一步研究分析。综上,临床医务人员应根据当地的细菌监测结果和药敏试验结果选择适当的抗生素治疗DFI,注意及时评估MDROs相关危险因素和并采取针对性措施预防。未来研究在探讨DFU患者MDROs感染危险因素时应注意相关指标定义和测量方法的标准性与统一性,同时利用多中心大样本的前瞻性研究设计来开发危险因素更为全面的可靠风险分层工具,积极探索诸如竞争风险模型、贝叶斯风险评估法以及Cox 比例风险回归模型等方法在预测DFU患者发生MDROs风险的作用,最后还需通过外部验证判断其临床适用性和通用性,以便在相关检查结果出来之前为高风险和低风险患者分别选择合适的抗生素。