ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ
  ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ IV:
         ΒΙΟΫΛΙΚΑ



«ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ
      ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ»




    Μ...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ




                                     Στον Κώστα




     Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ86...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



                                       Πρόλογος
       Στους τομείς της Ιατρικής και...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



                                   Περιεχόμενα

                                    ...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ




                            ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

               1.1 Λοίμωξη από Προσκόλληση ...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ




                            ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2

                2.1 Στάδια της Προσκόλλησης...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



slime θεωρείται πολύ σημαντική για τη διατήρηση και ενίσχυση της βακτηριακής
προσκόλ...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ




Πίνακας 1 : Μικροοργανισμοί που δημιουργούν biofilm.




             Μυστηρίδου Εμ...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ




                             ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

   3.1 Παράγοντες που Επηρεάζουν την Προσκ...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



γυαλιού επικαλλυμένες με κολλαγόνο αυξάνεται με αύξηση του ρυθμού διάτμησης από 50 σ...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



       Εντούτοις, ο Αtciola, το 2002 έδειξε ότι τα προσκολλημένα κύτταρα S. epidermi...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



αντίθεση με το αρχικό PVC η γωνία διαβροχής του οποίου ήταν 80°. Οι James και Jayakr...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



        Η αιτία αυτής της μη μονότονης εξάρτησης της βακτηριακής προσκόλλησης από τη...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



το επιφανειακό φορτίο των βακτηρίων είναι χαρακτηριστικά που έχει αποδειχθεί ότι επη...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ βακτηρίων και πρωτεϊνών είναι ειδικές και η σύνδεση τ...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



 v.    Πλάσμα φτωχό σε αιμοπετάλια (ΡΡΡ)

        Η προσκόλληση των διάφορων πηκτάση...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ




                             ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

         Βακτηριακή Προσκόλληση σε Οδοντικ...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ




                            ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

   Βακτηριακή Φλεγμονή επί Αρθροπλαστικής Ι...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ




               Πίνακας 2 : Κριτήρια για θεραπεία διάσωσης του εμφυτεύματος.


     ...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ




        Πίνακας 3 : Ταξινόμηση σηπτικών φλεγμονών επί Ορθοπεδικών εμφυτευμάτων.



...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ




                             ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

    Επιπλοκές από Χρήση Βιοϋλικών στο Ουρο...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



του ασθενούς κατά την τοποθέτηση του καθετήρα. Επίσης το νοσηλευτικό προσωπικό είναι...
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ



εξαρτάται από τον τύπο του υλικού που χρησιμοποιείται, το χρονικό διάστημα που βρίσκ...
Βακτηριακή Προσκόλληση σε Βιοϋλικά
Βακτηριακή Προσκόλληση σε Βιοϋλικά
Βακτηριακή Προσκόλληση σε Βιοϋλικά
Βακτηριακή Προσκόλληση σε Βιοϋλικά
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Βακτηριακή Προσκόλληση σε Βιοϋλικά

2,780 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
2,780
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
25
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Βακτηριακή Προσκόλληση σε Βιοϋλικά

  1. 1. ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ IV: ΒΙΟΫΛΙΚΑ «ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ» Μυστηρίδου Εμμανουέλα (ΑΜ861) [κ. Μπουρόπουλος Νικόλαος] Πατρα 10-12-2009
  2. 2. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ Στον Κώστα Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 2
  3. 3. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ Πρόλογος Στους τομείς της Ιατρικής και της Οδοντιατρικής, αξιοποιούνται σήμερα πολλά εμφυτεύματα, συσκευές και τεχνητά όργανα με σκοπό τη διάγνωση και θεραπεία διαφόρων παθήσεων και κατά συνέπεια τη βελτίωση της ποιότητας ζωής των ανθρώπων. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται ονομάζονται «βιοϋλικά» και πρέπει να είναι βιοσυμβατά, δηλαδή να γίνονται δεκτά και να ενσωματώνονται στον οργανισμό με τρόπο ελεγχόμενο και προβλέψιμο, χωρίς να προκαλούν αρνητικές συνέπειες. Η καταλληλότερη αλληλεπίδραση βιοϋλικού και οργανισμού-ιστού επιτυγχάνεται όταν εξασφαλίζεται παράλληλα η συμβατότητα δομής (μηχανικές ιδιότητες) και επιφάνειας του υλικού (βιοσυμβατότητα) με τον ιστό τον οποίο πρόκειται να αντικαταστήσει ή να βελτιώσει τη λειτουργία του. Τα περισσότερα εμφυτεύματα, οι ιατρικές συσκευές και τα τεχνητά όργανα έχουν εκπληρώσει ικανοποιητικά το σκοπό για τον οποίο χρησιμοποιούνται, ωστόσο όμως, συχνά δημιουργούν επιπλοκές και προβλήματα στον ασθενή και είναι ικανά να επιφέρουν ακόμα και το θάνατό του. Συνηθισμένα προβλήματα που σχετίζονται με τα βιοϋλικά και εμποδίζουν τη μακρόχρονη χρήση τους, προκύπτουν από μηχανική αστοχία των βιοϋλικών, θρόμβωση περιοχών όπου αυτά έχουν εμφυτευθεί και εμφάνιση νοσοκομειακών λοιμώξεων. Το σημαντικότερο όμως πρόβλημα είναι η προσκόλληση βακτηρίων πάνω στην επιφάνεια των βιοϋλικών. Παρά τις σύγχρονες χειρουργικές τεχνικές και τη διαθεσιμότητα πολλαπλών αντιμικροβιακών χημειοθεραπευτικών ουσιών, οι μετεγχειρητικές αλλά και μετατραυματικές λοιμώξεις αποτελούν, ακόμη και σήμερα, τον κύριο παράγοντα θνησιμότητας και νοσηρότητας. Επεμβατικές θεραπευτικές αλλά και διαγνωστικές μέθοδοι, δημιουργούν πύλες εισόδου για τους παθογόνους μικροοργανισμούς, ενώ παράλληλα δημιουργούνται και οι απαραίτητες ευνοϊκές προϋποθέσεις για την εκδήλωση σηπτικών φλεγμονών. Στη συγκεκριμένη εργασία θα ασχοληθούμε κυρίως με τη βακτηριακή προσκόλληση πάνω στην επιφάνεια των βιοϋλικών που χρησιμοποιούνται στην Οδοντιατρική, την Ορθοπεδική και την Ουρολογία. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 3
  4. 4. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ Περιεχόμενα σελ. Πρόλογος ………………………………………………………………………………… 3 Περιεχόμενα ………………………………………………. ………………………………. 4 Κεφάλαιο 1 ………………………………………………………………………………… 5 1.1 Λοίμωξη από Προσκόλληση Βακτηρίων ………………………………………………… 6 Κεφάλαιο 2 ………………………………………………………………………………… 6 2.1 Στάδια της Προσκόλλησης Βακτηρίων στην Επιφάνεια Βιοϋλικών ………………… 9 Κεφάλαιο 3 ………………………………………………………………………………… 9 3.1 Παράγοντες που Επηρεάζουν την Προσκόλληση Βακτηρίων στις Επιφάνειες Βιοϋλικών 9 Κεφάλαιο 4 ……………………………………………………………………………....... 17 4.1 Βακτηριακή Προσκόλληση σε Οδοντικά Εμφυτεύματα ………………………………... 17 4.2 Βακτηριακός Επικοισμός των Εμφυτευμάτων από Μη Οδοντικές Πηγές ……………. 17 Κεφάλαιο 5 ………………………………………………………………………………… 18 5.1 Βακτηριακή Φλεγμονή επί Αρθροπλαστικής Ισχίου ή Γονάτου ………………………… 18 Κεφάλαιο 6 ………………………………………………………………………………… 21 6.1 Επιπλοκές από Χρήση Βιοϋλικών στο Ουροποιητικό Σύστημα ………………………… 21 6.2 Μολύνσεις Ενδοαγγειακών Καθετήρων ………………………………………………… 21 6.3 Επικαθήσεις από Στρουβίτη σε Καθετήρες …………………………………………...… 22 6.4 Επεξεργασία της Επιφάνειας με χρήση Ενώσεων με Αντιμοκροβιακές Ιδιότητες ……… 23 Κεφάλαιο 7 ………………………………………………………………………………… 26 7.1 Τεχνικές Αξιολόγησης της Βακτηριακής Προσκόλλησης ………………………………. 26 7.2 Τεχνικές Υπολογισμού των Αλληλεπιδράσεων Βακτηρίων-Βιοϋλικών ……………… 26 Βιβλιογραφία ………………………………………………………………………………… 27 Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 4
  5. 5. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1.1 Λοίμωξη από Προσκόλληση Βακτηρίων Είναι γνωστό ότι η παρουσία βακτηρίων μπορεί να διαταράξει τη διαδικασία της επούλωσης ενός βιοϋλικού που εμφυτεύεται. Η αδυναμία του ξενιστή να επικρατήσει των μικροοργανισμών που εισβάλλουν, η παρατεταμένη φλεγμονώδης αντίδραση, που προκαλείται από το βακτηριακό ερέθισμα σε συνδυασμό με την ικανότητα των μικροοργανισμών να εισβάλλουν και να καταστρέφουν τους περιβάλλοντες ιστούς, θα καθορίσουν την απώλεια του εισαχθέντος εμφυτεύματος. Ιστολογικά, η επούλωση γύρω από ένα επιμολυσμένο εμφύτευμα χαρακτηρίζεται από την παρουσία κοκκιώδους ιστού πλούσιου σε αγγεία και φλεγμονώδη κύτταρα. Η βακτηριακή λοίμωξη δεν αποτελεί συνηθισμένη αιτία πρόωρης απώλειας του εμφυτεύματος, αν η επέμβαση γίνει με αυστηρά αντισηπτικά χειρουργικά πρωτόκολλα. Κλινικά τεκμηριωμένοι μηχανισμοί είναι η προσκόλληση βακτηριών, η παραγωγή βλέννας, και ο χαμηλός ρυθμός ανάπτυξης βακτηριών. Τα βακτήρια όταν εδραιώνονται μέσα σε βιοταινίες, αλλάζουν σημαντικά τα φαινοτυπικά τους χαρακτηριστικά. Γίνονται ανθεκτικά μέσα από διάφορους μηχανισμούς, που είναι ακόμη μεγάλο θέμα για έρευνα. Οι δύο κλινικά σημαντικοί μηχανισμοί είναι η αποτυχία των αντιμικροβιακών ουσιών να διαπεράσουν τη βιοταινία και η στάσιμη φάση ανάπτυξης. Επιπλέον, μερικά βακτήρια, όπως Staphylococcus aureus, σχηματίζουν μορφές μικρο- αποικιών, που χαρακτηρίζονται από μειωμένο ρυθμό ανάπτυξης, ελαττωμένη παραγωγή εξωπρωτεϊνης, μειωμένη ευαισθησία σε αμινογλυκοσίδες και πιθανή φάση αδράνειας λόγω υποτυπώδους μεταβολικού ρυθμού. Αξιοσημείωτο στοιχείο για τους σταφυλοκόκκους είναι το γεγονός πως αυξάνεται παγκοσμίως ο αριθμός των στελεχών που παρουσιάζουν ανθεκτικότητα έναντι σειράς αντιβιωτικών. Ιδιαίτερης σημασίας είναι τα ανθεκτικά στη μεθυκιλλίνη στελέχη σταφυλοκόκκων (ΜRSA), τα ποία λόγω διαφοροποίησης της συνδετικής πρωτεϊνης της β– λακτάμης, παρουσιάζονται ανθεκτικά έναντι όλων των αντιβιωτικών της β–λακτάμης – δηλαδή κάθε Πενικιλλίνης, Κεφαλοσπορίνης και Καρβαπενέμης. Επειδή αυτή η ανθεκτικότητα δημιουργήθηκε μέσα σε νοσοκομειακό περιβάλλον, θα πρέπει να περιμένει κανείς την ανάπτυξη ανθεκτικότητας και έναντι άλλων κατηγοριών αντιβιωτικών. Ο ανθεκτικός στη μεθυκιλλίνη σταφυλόκοκκος απότελεί ιδιαίτερο θεραπευτικό πρόβλημα, εξαιτίας των παθογόνων ιδιοτήτων του. Η συνηθισμένη αντιβιωτική αγωγή μπορεί να επιφέρει την υποχώρηση των συμπτωμάτων που οφείλονται στα βακτήρια τα οποία έχουν απελευθερωθεί από τις βιοταινίες, αλλά η μικροβιοκτόνος δράση της αποτυγχάνει στα βακτήρια των βιομεμβρανών. Συνεπώς, η αποτελεσματική αντιμετώπιση συμπεριλαμβάνει αντιβιωτική θεραπεία κατά των απομονωμένων βακτηριών αλλά και αυτών των βιοταινιών. Μια άλλη θεραπευτική λύση είναι η χρησιμοποίηση μικροβιοκτόνων αντιβιωτικών για τους ελεύθερους μικροοργανισμούς και η απαλλαγή από τα βακτήρια των βιοταινιών αφαιρώντας το εμφύτευμα. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 5
  6. 6. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2.1 Στάδια της Προσκόλλησης Βακτηρίων στην Επιφάνεια Βιοϋλικών Το πρώτο βήμα για την εμφάνιση της λοίμωξης είναι η προσκόλληση του μικροβίου επάνω στην επιφάνεια του βιοϋλικού μέσω πρωτεϊνικών προσαρτημάτων, όπως φαίνεται και στο σχήμα 1, γνωστών ως fimbriae (κροσσών). Μόλις ένας αριθμός από κροσσούς προσκολλήσουν το μικροβιακό κύτταρο σε μία επιφάνεια τότε η αποκόλληση του είναι πολύ δύσκολη. Είναι πιθανόν ότι μικρός αριθμός βακτηρίων, από τη φυσιολογική χλωρίδα του ασθενούς, δηλαδή τους βλεννογόνους και το δέρμα, αποικίζει στο βιοϋλικό κατά τη διάρκεια της χειρουργικής εμφύτευσης του. Συχνά θεωρείται ότι τα βακτήρια προέρχονται από τα χέρια του χειρουργικού ή νοσηλευτικού προσωπικού, από το περιβάλλον του νοσοκομείου, από άλλους ασθενείς ή από λοιμώξεις που ο ασθενής έχει σε άλλα σημεία του σώματος του. Αφού τα βακτήρια προσκολληθούν στο υλικό αρχίζουν και πολλαπλασιάζονται με σκοπό να δημιουργήσουν πολύκυττάριες δομές πάνω στο υλικό. Παράλληλα, παράγουν μία εξωκυττάρια βλεννώδη ουσία, η οποία λέγεται slime, δηλαδή μια ζώνη διακλαδιζόμενων ολιγοσακχαριτικών αλυσίδων συνδεδεμένων με λιπίδια ή πρωτεΐνες της πλασματικής τους μεμβράνης, ενώ αρχίζουν να παράγουν και ένα δευτερογενές όξινο πολυσακχαρίτη ινώδους φύσεως. Οι ίνες αυτού του πολυσακχαρίτη εκτείνονται στις επιφάνειες δημιουργώντας τη βιομεμβράνη ή βιοταινία ή γλυκοκάλυκα (biofilm). Μετά τη δημιουργία της βιομεμβράνης, κύτταρα που δεν έχουν προσκολληθεί ή θυγατρικά κύτταρα, ξεφεύγουν από τη βιομεμβράνη, σταματώντας να παράγουν slime, για να αποικίσουν νέες περιοχές. Αυτή η διαδικασία μπορεί να οδηγήσει σε κλινικά εμφανή λοίμωξη, σπάνια όμως σε βακτηριαιμία. Σχήμα 1 : Σχηματισμός biofilm στην επιφάνεια ενός βιοϋλικού. Τα βακτηριακά στελέχη που δεν παράγουν slime θεωρούνται λιγότερο παθογόνα και μειωμένης προσκολλητικής ικανότητας. Τα βακτήρια που δεν προσκολλώνται γρήγορα σε κάποια επιφάνεια καταστρέφονται από το ανοσοποιητικό σύστημα. Επομένως η παραγωγή Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 6
  7. 7. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ slime θεωρείται πολύ σημαντική για τη διατήρηση και ενίσχυση της βακτηριακής προσκόλλησης, για την προστασία ενάντια στα φαγοκύτταρα, το ανοσοποιητικό σύστημα και τα αντιβιοτικά. Βακτήρια που παράγουν slime και έχουν προσκολληθεί στην επιφάνεια ενός βιοϋλικού είναι λιγότερο ευαίσθητα στα αντιβιοτικά από ότι βακτήρια που βρίσκονται σε κάποια καλλιέργεια. Αυτή η ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά ίσως σχετίζεται με το μειωμένο ρυθμό ανάπτυξης που τα βακτήρια υιοθετούν μέσα στη βιοταινία ή στη μειωμένη μεταφορά θρεπτικών υλικών, μεταβολιτών και οξυγόνου από και προς τη μάζα του biofilm. Επιπρόσθετα, η βιομεμβράνη προστατεύει τα βακτήρια από τις διατμητικές τάσεις της ροής. Ο Conserton χαρακτήρισε τις βακτηριακές βιοταινίες ως “δομημένες κοινωνίες βακτηριακών κυττάρων, κλεισμένα μέσα σε ένα αυτοπαραγόμενο πολυμερικό στρώμα και προσκολλημένα σε μία ανόργανη ή οργανική επιφάνεια“. Οι βιοταινίες αναπτύσσονται αργά και έχουν τη δυνατότητα να αντισταθούν έναντι κυτταρικών και ανοσολογικών αντιδράσεων του οργανισμού. Επιπλέον, τα βακτήρια των βιομεμβρανών, με διάφορους μηχανισμούς, είναι λιγότερο ευαίσθητα στα αντιμικροβιακά φάρμακα, σε σχέση με αυτά που απομονώνονται και αποπίπτουν. Σχήμα 2 : Σχηματική αναπαράσταση των φάσεων που περιλαμβάνει η δημιουργία biofilm και των παραγόντων που την επηρεάζουν. (Τροποποιημένο από Vuong and Otto, 2002) Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 7
  8. 8. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ Πίνακας 1 : Μικροοργανισμοί που δημιουργούν biofilm. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 8
  9. 9. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 3.1 Παράγοντες που Επηρεάζουν την Προσκόλληση Βακτηρίων στις Επιφάνειες Βιοϋλικών Η προσκόλληση των βακτηρίων σε βιοϋλικά είναι μια εξαιρετικά πολύπλοκη διαδικασία που επηρεάζεται απο πολλές παραμέτρους. Τέτοιες είναι οι περιβαλλοντικοί παράγοντες όπως οι συνθήκες ροής, η παρουσία πρωτεϊνών του ορού ή αντιβιοτικών, οι βακτηριακές ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας του υλικού. Στο σημείο αυτό γίνεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση πειραματικών μελετών που διερευνούν το πώς οι παραπάνω παράμετροι επηρεάζουν τη βακτηριακή προσκόλληση και επιβεβαιώνουν ότι η διεξοδική και μεθοδική μελέτη της επίδρασης του περιβάλλοντος, των χαρακτηριστικών της επιφάνειας των βιοϋλικών (φυσικοχημικές ιδιότητες, τοπογραφία-τραχύτητα) και της συμπεριφοράς των διάφορων βακτηρίων είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την κατανόηση της διαδικασίας της βακτηριακής προσκόλλησης προκειμένου να ληφθούν τα κατάλληλα μέτρα ώστε αυτή να αποφευχθεί. 1) Περιβαλλοντικοί Παράγοντες Ορισμένοι παράγοντες του περιβάλλοντος όπως η θερμοκρασία, η ιοντική ισχύς και το pΗ του διαλύματος μέσα στο οποίο βρίσκονται τα βακτηριακά κύτταρα, ο χρόνος έκθεσης του βιοϋλικού στο βακτηριακό εναιώρημα, η βακτηριακή συγκέντρωση, η παρουσία αντιβιοτικών και οι συνθήκες ροής επηρεάζουν σημαντικά την ικανότητα των βακτηρίων να προσκολλώνται στα βιοϋλικά. i. Συνθήκες Ροής Οι συνθήκες ροής θεωρούνται ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που επηρεάζουν τόσο τον αριθμό των προσκολλημένων βακτηρίων όσο και τη δομή και τη δραστηριότητα της βιοταινίας (biofilm). Γενικά θεωρείται ότι μεγαλύτερος ρυθμός διάτμησης οδηγεί σε μεγαλύτερες δυνάμεις αποκόλλησης που με τη σειρά τους έχουν ως αποτέλεσμα τη μείωση του αριθμού των προσκολλημένων βακτηρίων και τη μεταβολής της δομής της βιομάζας (biofilm) καθιστώντας την πυκνότερη και λεπτότερη. Κατά την επαφή ενός βακτηρίου με την επιφάνεια ενός υλικού, το βακτήριο είναι σε θέση να συμμετέχει σε αλληλεπιδράσεις που εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας τόσο του βακτηρίου όσο και του υλικού. Λαμβάνοντας υπόψη μας την απλούστερη περίπτωση της προσκόλλησης ενός βακτηρίου σε ένα υλικό μέσω δεσμών υποδοχέα/προσδέτη (receptor/ligand), ο αριθμός των δεσμών που μπορεί να σχηματισθεί είναι συνάρτηση της πυκνότητας του υποδοχέα και του προσδέτη. Εάν κάθε δεσμός απαιτεί μια συγκεκριμένη δύναμη για να σπάσει, ο αριθμός των δεσμών μεταξύ του βακτηρίου και της επιφάνειας καθορίζει την μέγιστη διατμητική τάση υπό την επίδραση της οποίας ένα προσκολλημένο βακτήριο είναι σε θέση να αντισταθεί στην αποκόλληση. Υπάρχει ένας βέλτιστος ρυθμός ροής που ευνοεί τη βακτηριακή προσκόλληση και που εκφράζει την ισορροπία μεταξύ του ρυθμού προσκόλλησης και της δύναμης που ενεργεί στο προσκολλημένο βακτήριο. Στην περίπτωση του υψηλότερου αριθμού υποδοχέων/κύτταρο, η προσκόλληση του S. aureus σε καλυπτρίδες Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 9
  10. 10. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ γυαλιού επικαλλυμένες με κολλαγόνο αυξάνεται με αύξηση του ρυθμού διάτμησης από 50 σε 300 s-1 και μειώνεται για ρυθμό διάτμησης μεγαλύτερο του 500 s-1. Κατά την προσκόλληση, ο αριθμός των δεσμών του βακτηρίου με το υλικό μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί. Εάν ο αριθμός των δεσμών μειωθεί κάτω από μια κρίσιμη τιμή, το βακτήριο θα αποκολληθεί. Σε ρυθμούς ροής όπου η διατμητική τάση είναι μικρή, ο αριθμός των δεσμών που απαιτείται για να διατηρηθεί η προσκόλληση είναι μικρός και μια δεκαπλάσια αύξηση στη συγκέντρωση του υποδοχέα και του προσδέτη έχει αμελητέα επίδραση στον αριθμό των προσκολλημένων βακτηρίων. Σε μεγαλύτερους ρυθμούς ροής, όπου η επίδραση της διάτμησης οδηγεί σε μεγαλύτερες δυνάμεις στα προσκολλημένα βακτήρια, η δυνατότητα σχηματισμού μεγαλύτερου αριθμού δεσμών είναι πολύ μεγαλύτερης σημασίας. Επιπλέον, υπάρχουν στοιχεία ότι τόσο τα προσκολλημένα βακτήρια όσο και αυτά του εναιωρήματος μπορούν να ανταποκριθούν στη διάτμηση αλλάζοντας το ρυθμό ανάπτυξης τους, τη μορφολογία τους, το μέγεθος τους και την πυκνότητα της βιομάζας, αλλά και το μεταβολισμό τους. Η υψηλότερη δραστηριότητα διυδρογονάσεων και ο χαμηλότερος ρυθμός ανάπτυξης επιτυγχάνονται όταν αυξάνεται ο ρυθμός διάτμησης. Ο μειωμένος ρυθμός ανάπτυξης, μαζί με την ενισχυμένη καταβολική δραστηριότητα προτείνει ότι διαχωρισμός του καταβολισμού από τον αναβολισμό μπορεί να εμφανιστεί σε μεγάλους ρυθμούς διάτμησης. Επομένως, ένα βιολογικό φαινόμενο, εκτός από μια απλή φυσική επίδραση, μπορεί να είναι η αιτία της παρατηρούμενης σχέσης μεταξύ του ρυθμού διάτμησης και της προκύπτουσας δομής της βιοταινίας (biofilm). Η ποσοτική αξιολόγηση των τιμών διατμητικής τάσης που ευνοούν την προσκόλληση και εκείνων που απαιτούνται για να αποκολληθούν τα προσκολλημένα βακτήρια δείχνει ότι υπάρχει μία τάξη μεγέθους διαφορά στα μεγέθη. Έχει αποδειχθεί ότι η διατμητική τάση που απαιτείται για την αποκόλληση του βακτηρίου αυξάνει με το χρόνο επώασης μέχρι μια μέγιστη τιμή, προτείνοντας ότι πρόσθετες αλληλεπιδράσεις λαμβάνουν χώρα σταδιακά μετά από την αρχική βακτηριακή προσκόλληση. ii. Ιοντική Ισχύς και pΗ Ρυθμιστικού Διαλύματος Οι συγκεντρώσεις ηλεκτρολυτών, όπως KC1, ΝαC1 και η τιμή του pΗ στο βακτηριακό διάλυμα επηρεάζουν την προσκόλληση. Το pΗ και η ιοντική ισχύς του ρυθμιστικού διαλύματος επηρεάζουν την υδροφοβικότητα της επιφάνειας των κυττάρων (Cell Surface Hydrophobicity: CSH). Το CSH βρέθηκε να είναι σημαντικά χαμηλότερο στο υψηλότερο pΗ (7.4) και σε χαμηλή ιοντική ισχύ (0.5 Μ), ενώ το Ο8Η ήταν μεγαλύτερο σε pΗ 2.2 και ιοντική ισχύ 1 Μ. Η μεγαλύτερη προσκόλληση στις υδρόφοβες επιφάνειες βρέθηκε για pΗ μεταξύ 2.2 και 4, στην περιοχή δηλαδή του ισοηλεκτρικού σημείου όπου τα βακτήρια δεν είναι φορτισμένα, και για ιοντική ισχύ 1 Μ. Η επίδραση της αυξανόμενης ιοντικής ισχύος στην βακτηριακή προσκόλληση οφείλεται στην εξάλειψη των ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων (απωστικών) μεταξύ βακτηρίων και υλικού. Επομένως, η ιοντική ισχύς και το pΗ επηρεάζουν τη βακτηριακή προσκόλληση μέσω της αλλαγής των χαρακτηριστικών της επιφάνειας τόσο των βακτηρίων όσο και των υλικών (φορτίο, υδροφοβικότητα) και επομένως επιφέρουν αλλαγές στις αλληλεπιδράσεις της αρχικής φάσης της βακτηριακής προσκόλλησης (φάση 1). iii. Αντιβιοτικά Η παρουσία αντιβιοτικών μειώνει τη βακτηριακή προσκόλληση με τρόπο που εξαρτάται από την ευαισθησία του βακτηρίου στο συγκεκριμένο αντιβιοτικό, αλλά και από την συγκέντρωσή του. Ο Kohnen, το 2003, έδειξε ότι η προσκόλληση του S. epidermidis σε καθετήρες μειώθηκε όταν αυτοί είχαν εμποτιστεί με τα αντιβιοτικά rifampin-sparfoxacim και αυτά απελευθερώνονταν αργά με το χρόνο από την επιφάνεια των καθετήρων. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 10
  11. 11. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ Εντούτοις, ο Αtciola, το 2002 έδειξε ότι τα προσκολλημένα κύτταρα S. epidermidis είναι λιγότερο ευαίσθητα στα αντιβιοτικά σε σχέση με τα μη-προσκολλημένα. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από την αλλαγή που επέρχεται στο μεταβολισμό (μικρότερος ρυθμός ανάπτυξης) και στο σύστημα αντοχής των βακτηρίων κάτω από δυσμενείς για αυτά συνθήκες, μετά από την προσκόλληση και την παραγωγή της εξωκυττάριας βλεννώδους ουσίας (slime). Μπορεί επίσης να εξηγηθεί από το ότι μεταλλαγμένα στελέχη κάποιου βακτηρίου τα οποία είναι ανθεκτικά στα αντιβιοτικά προσκολλώνται πιο εύκολα στην επιφάνεια του υλικού και αντιλαμβάνονται τις συνθήκες ως ευνοϊκές για την ανάπτυξη τους. 2) Χαρακτηριστικές Επιφανειακές Ιδιότητες Υλικού Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ικανότητα των βακτηρίων να προσκολλώνται στην επιφάνεια ενός βιοϋλικού συμπεριλαμβάνουν τη χημική σύσταση της επιφάνειας του υλικού, το φορτίο, και την υδροφοβικότητα της επιφάνειας αλλά και την τραχύτητα και την τοπογραφία της. i. Χημική Σύσταση της Επιφάνειας Η χημική σύσταση της επιφάνειας του υλικού επηρεάζει την προσκόλληση των βακτηρίων αλλά τον πολλαπλασιασμό τους. Τα υλικά με διαφορετικές τελικές χημικές ομάδες αλλάζουν τη βακτηριακή προσκόλληση με τρόπο που εξαρτάται από την υδροφοβικότητα και το φορτίο του υλικού. Οι Τegoulia και Cooper, το 2002, μελέτησαν την προσκόλληση του S. aureus σε μονοστρωματικά αυτοοργανούμενα συστήματα σιλανίων (Self Assembled Monolayers: SAMs) με διαφορετικές χημικές ομάδες ως τελικές που αυτές ήταν μεθύλια (CH3), υδροξύλια (CΗ2ΟΗ), καρβοξύλια (CΟΟΗ) και τρι οξείδιο του αιθυλενίου (ΕG3). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσκόλληση ήταν χαμηλότερη στο ΕG3 και αυξήθηκε με τη μετάβαση από τις ομάδες υδροξυλίου στις ομάδες καρβοξυλίου και κυρίως στις μεθυλο-ομάδες. Η προσκόλληση του S. aureus σε όλες τις επιφάνειες πλην του ΕG3 εξηγείται καλά από τη θερμοδυναμική θεωρία (η γωνία επαφής του νερού με τις επιφάνειες ήταν: CΗ3: 100, CΗ2ΟΗ: 12, CΟΟΗ: 25, ΕG3: 34). Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι στην επιφάνεια του ΕG3 συγκρατούνται στοιβάδες νερού οι οποίες αποτρέπουν την απευθείας επαφή μεταξύ των βακτηρίων και της επιφάνειας. ii. Ηλεκτρικό Φορτίο Επιφάνειας Υλικού Οι Κiremitci και Ρesmen, το 1996 έδειξαν ότι η βακτηριακή προσκόλληση ήταν μειωμένη στον αρνητικά-φορτισμένο πολύ (μεθακρυλικό μεθυλεστέρα) παρουσία ακρυλικού οξέος (ΡΜΜΑ/ΑΑ), ενώ αυξήθηκε στον θετικά-φορτισμένο πολύ (μεθακρυλικό μεθυλεστέρα) παρουσία διμεθυλάμινο αιθυλικού μεθακρυλικού οξέος (ΡΜΜΑ/DΜΑΕΜΑ) με τρόπο που εξαρτώνταν από την περιεκτικότητα του συμπολυμερούς (ΑΑ ή DΜΑΕΜΑ) στο ΡΜΜΑ. iii. Υδροφοβικότητα Επιφάνειας Υλικού Εάν η χημεία της επιφάνειας τροποποιηθεί με άργυρο, με άμορφο άνθρακα και με άλλα επιστρώματα με τη βοήθεια της τεχνολογίας πλάσματος, η βακτηριακή προσκόλληση σε αυτές τις επιφάνειες είναι πιθανόν να εμποδίζεται. Ο Βalazs, το 2003 έδειξε ότι το τροποποιημένο με πλάσμα οξυγόνου PVC μείωσε την προσκόλληση της Pseudomonas aeruginosa λόγω της σημαντικής αλλαγής στην υδροφοβικότητα του, σε σχέση με το μη τροποποιημένο PVC. Μετά την τροποποίηση σε πλάσμα οξυγόνου η γωνία διαβροχής του PVC με το νερό ήταν 20° σε Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 11
  12. 12. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ αντίθεση με το αρχικό PVC η γωνία διαβροχής του οποίου ήταν 80°. Οι James και Jayakrishnan, το 2003 έδειξαν ότι θειοκυανοποίηση της επιφάνειας PVC (PVC-SCN) μείωσε την προσκόλληση τόσο του S. epidermidis όσο και του S. aureus. Η μείωση αυτή αποδόθηκε στην αλλαγή της υδροφοβικότητας του PVC μετά από τη θειοκυανοποίηση (γωνία διαβροχής με το νερό του PVC-SCN: 50°). Σε αντίθεση όμως με τα παραπάνω αποτελέματα, οι Μorra και Cassineli, 1996, έδειξαν ότι η τροποποίηση επιφανειών πολυστυρενίου με πλάσμα οξυγόνου αύξησε την προσκόλλη του S. epidermidis. Άρα η επίδραση της υδροφοβικότητας της επιφάνειας του υλικού στην βακτηριακή προσκόλληση είναι κάτι που απαιτεί περισσότερη διερεύνηση. Επικάλυψη της επιφάνειας με πεπτίδια και με μη στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα έχει δείξει ότι μπορεί να μειώσει τη βακτηριακή προσκόλληση. Συγκεκριμένα, ο Park και η ομάδα του, το 1998, έδειξαν ότι επικαλύψεις πολυουρεθάνης (PU) με πολύ (αιθύλενο γλυκόλη) [ΡΕG1k: με μοριακό βάρος (M.W..) 1000], με υδροξυλιωμένο ΡΕG1k (ΡΕG1k -ΟΗ), και ειδικότερα με μακρομοριακές υδροξυλιωμένες αλυσίδες ΡΕG (ΡΕG- 3.4k-ΟΗ με Μ. W. 3350) και με μακρομοριακές ηπαρινοποιημένες αλυσίδες ΡΕG (ΡΕG-3.4k- Ηeparin) μείωσαν τη βακτηριακή προσκόλληση εξαιτίας της αυξημένης υδροφιλικότητας των αλυσίδων αυτών σε σύγκριση με την μη επικαλυμμένη PU (γωνίες επαφής με το νερό: PU: 93, - PU- ΡΕG1k-ΟΗ: 44). Οι επικαλύψεις PU με αλυσίδες ΡΕG που φέρουν στην άκρη τους θειομάδες και ηπαρίνη προκάλεσαν τη μεγαλύτερη μείωση στην βακτηριακή προσκόλληση ίσως εξαιτίας του γεγονότος ότι αυτές οι τελικές ομάδες προσροφούν μικρότερη ποσότητα πρωτεϊνών. Επιπρόσθετα, το 2000 δείχθηκε ότι επικάλυψη επιφανειών πολύμεθυλ- μεθακρυλικού οξέως (ΡΜΜΑ), πολυστυρενίου (PS) και σιλικόνης (Si) με μουκίνη (βλεννίνη) από βόειο ορό (Βovine serum mucin BSM) προκάλεσε μείωση της βακτηριακής προσκόλλησης λόγω της αυξημένης υδροφιλικότητας των επιφανειών αυτών σε σχέση με τις μη επικαλυμένες επιφάνειες. iv. Τραχύτητα επιφάνειας Έχει διαπιστωθεί ότι πολυμερείς επιφάνειες με αυξημένη τραχύτητα και μορφολογικές ατέλειες προωθούν τη βακτηριακή προσκόλληση και το σχηματισμό βιομεμβράνης (biofilm), περισσότερο από ότι οι λείες και με μικρή τραχύτητα επιφάνειες. Αυτό μπορεί να συμβαίνει εξαιτίας του ότι ένα αυξημένης τραχύτητας υλικό έχει μεγαλύτερη επιφάνεια και περισσότερες ευνοϊκές θέσεις διαθέσιμες για την προσκόλληση βακτηρίων, σε σχέση με ένα λείο υλικό, αλλά και γιατί οι θέσεις αυτές τους παρέχουν προστασία από τις συνθήκες ροής ή και την άμυνα του οργανισμού. Συγκεκριμένα, ο Taylor, το 1998, έδειξε ότι μικρή αύξηση στην τραχύτητα της επιφάνειας ΡΜΜΑ με σμυριδόχαρτο βαθμού Ρ1200 (silicon carbide paper), δηλαδή αύξηση της μέσης επιφανειακής τραχύτητας (average surface roughness:Ra) από 0.04 μm σε 1.24 μm, προκάλεσε σημαντική αύξηση στη βακτηριακή προσκόλληση, ενώ, περαιτέρω αύξηση της τραχύτητας με σμυριδόχαρτα Ρ400 και Ρ120 που προκάλεσαν Ra 1.86 μm και 3.66 μm αντίστοιχα, δεν είχε σημαντική επίδραση στη βακτηριακή προσκόλληση σε σχέση με την αρχική λεία επιφάνεια PMMA. Ο Boyd, το 2002, έδειξε ότι μια αύξηση στην μέση επιφανειακή τραχύτητα (Ra) ανοξείδωτου ατσαλιού από 0.04 μm σε 0.30 μm οδήγησε σε μεγαλύτερη δύναμη προσκόλλησης των βακτηρίων σε σχέση με αυτή που προκλήθηκε από μεγαλύτερη αύξηση της επιφανειακής τραχύτητας, και συγκεκριμένα από 0.04 μm σε 0.96 μm. Αυτό σημαίνει ότι κάτω από την ίδια δύναμη αποκόλλησης που προκαλείται από ακίδα μικροσκοπίου ατομικής δύναμης (Atomic Force Microscope:AFM) περισσότερα κύτταρα παραμένουν στο ανοξείδωτο ατσάλι όταν αυτό έχει Ra 0.30 μm από ότι όταν αυτό έχει Ra 0.04 μm και 0.96μm. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 12
  13. 13. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ Η αιτία αυτής της μη μονότονης εξάρτησης της βακτηριακής προσκόλλησης από την επιφανειακή τραχύτητα δεν έχει πλήρως διευκρινιστεί και απαιτεί περαιτέρω μελέτες. Μελέτη της επίδρασης περισσότερων τιμών επιφανειακής τραχύτητας επιφάνειας, μέτρηση της διαθέσιμης κάθε φορά επιφάνειας για προσκόλληση βακτηρίων και μελέτη της τοπογραφίας της επιφάνειας μπορεί να δώσουν απαντήσεις στο ερώτημα αυτό. Σε αυτή την κατεύθυνση, οι Kamuzewitz και Possart, το 2003, έδειξαν ότι η τραχύτητα συσχετίζεται και με την υδροφοβικότητα και την επιφανειακή ενέργεια ενός υλικού. Συγκεκριμένα, πρότειναν ότι η αύξηση της τραχύτητας οδηγεί σε αύξηση της επιφάνειας του υλικού και αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη μέτρηση γωνιών διαβροχής μεταξύ υγρών και τραχιών επιφανειών και κατά τον υπολογισμό της επιφανειακής ενέργειας και υδροφοβικότητας. Επιπρόσθετα, οι Hoek and Agarwal, το 2006, έδειξαν ότι το μέγεθος της ενέργειας αλληλεπίδρασης σφαιρικών σωματιδίων και τραχιών επιφανειών μειώνεται με την αύξηση της επιφανειακής τραχύτητας, επειδή η απόσταση σωματιδίου- επιφάνειας υλικού είναι αποτελεσματικά μεγαλύτερη. Ως εκ τούτου, οι τραχιές επιφάνειες γίνονται ευνοϊκότερες για την εναπόθεση σωματιδίων, καθώς οι ελκυστικές van der Waals αλληλεπιδράσεις είναι ισχυρότερες στις μεγάλες αποστάσεις από είτε τις οξέως-βάσεως είτε τις ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις. Εκτός όμως από την επιφανειακή τραχύτητα, σημαντικό ρόλο παίζει και η τοπογραφία του υλικού. v. Τοπογραφία Επιφάνειας Υλικού Έχει διαπιστωθεί ότι πορώδη μοσχεύματα επιμολύνονται από βακτήρια πολύ πιο συχνά σε σχέση με υλικά που δεν φέρουν πόρους. Αυτό υποδηλώνει ότι τα βακτήρια αποικίζουν την πορώδη επιφάνεια κατά προτίμηση. Επιπλέον έχει βρεθεί ότι τα βακτήρια προσκολλώνται περισσότερο σε υλικά που φέρουν αυλακώσεις και πλέγματα, σε σχέση με υλικά τα οποία είναι επίπεδα ή και λεία. Αυτό πιθανώς οφείλεται στην αυξανόμενη επιφάνεια των μη επίπεδων υλικών σε σχέση με τα επίπεδα. Επιπρόσθετα, τα βακτήρια προσκολλώνται κατά προτίμηση σε ατέλειες του υλικού με μέγεθος παρόμοιο με το μέγεθος τους δεδομένου ότι αυτό μεγιστοποιεί την επιφάνεια επαφής βακτηρίου-υλικού. Τα αυλάκια ή οι γρατσουνιές που είναι παρόμοια σε μέγεθος με το μέγεθος του βακτηρίου αυξάνουν την επιφάνεια επαφής και ως εκ τούτου την ικανότητα προσκόλλησης του βακτηρίου, ενώ αυλάκια που είναι πολύ μεγαλύτερα-ευρύτερα από το βακτηριακό μέγεθος έχουν παρόμοιες τιμές βακτηριακής προσκόλλησης με μια επίπεδη επιφάνεια. Τα αυλάκια ή οι γρατσουνιές που έχουν μέγεθος πολύ μικρότερο από αυτό των βακτηρίων μειώνουν την επιφάνεια επαφής βακτηρίου-υλικού και ως εκ τούτου την προσκολλητική ικανότητα του βακτηρίου. Ο Corridor όταν αξιολόγησε τα διάφορα υλικά (Co-Cr και κράμα Ti-Al-V) και τα διαφορετικά χαρακτηριστικά των επιφανειών (λεία ή πορώδης) βρήκε ότι η βακτηριακή συγκέντρωση που απαιτούνταν για να προκληθεί λοίμωξη στα πορώδη εμφυτεύματα τιτανίου ήταν 2.5 φορές μικρότερη από την αντίστοιχη των εμφυτευμάτων με λείες επιφάνειες. Τα πορώδη εμφυτεύματα Co-Cr απαιτούσαν βακτηριακή συγκέντρωση 40 φορές μικρότερη από αυτήν των λείων επιφανειών και 15 φορές μικρότερη από την αντίστοιχη των πορωδών εμφυτευμάτων τιτανίου. 3) Χαρακτηριστικά Επιφάνειας Βακτηρίων Σε ένα δεδομένο υλικό, τα διαφορετικά βακτηριακά είδη και στελέχη εμφανίζουν διαφορετική ικανότητα προσκόλλησης, που εκτός από τα βιολογικά χαρακτηριστικά, εξαρτάται και από τα φυσικοχημικές ιδιότητες του κάθε είδους και στελέχους. Η υδροφοβικότητα αλλά και Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 13
  14. 14. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ το επιφανειακό φορτίο των βακτηρίων είναι χαρακτηριστικά που έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζουν την προσκόλληση. i. Υδροφοβικότητα Βακτηρίων Γενικά, τα βακτήρια με υδρόφοβες επιφάνειες προτιμούν τα υδρόφοβα υλικά ενώ τα υδρόφιλα βακτήρια έχουν μειωμένη προσκολλητική ικανότητα. Το στέλεχος του S. epidermidis με τη μεγαλύτερη υδροφοβικότητα προσκολλάται περισσότερο στην υδρόφοβη επιφάνεια πολύαιθυλενίου (ΡΕ) από ότι το στέλεχος με τη μικρότερη υδροφοβικότητα, για διατμητικές τάσεις μεταξύ 0-8 dyn/cm2. Αντίθετα, η διαφορά στην ικανότητα προσκόλλησης μεταξύ υδρόφοβων και υδρόφιλων βακτηρίων μειώνεται με την αύξηση της διατμητικής τάσης και η συσχέτιση μεταξύ της προσκόλλησης και της βακτηριακής υδροφοβικότητας χάνεται για διατμητικές τάσεις μεγαλύτερες από 15 dyn/cm2. Στην περίπτωση που οι επιφάνειες έχουν επικαλυφθεί με πλάσμα φτωχό σε αιμοπετάλια (Poor Platelet Plasma:PPP), θετική συσχέτιση μεταξύ της βακτηριακής υδροφοβικότητας και της προσκόλλησης βρίσκεται μόνο κάτω από συνθήκες τάσης (15 dyn/cm2) και όχι δυναμικές. Εντούτοις, έχει αποδειχθεί ότι η υδροφοβικότητα της επιφάνειας του υλικού διαδραματίζει έναν σημαντικότερο ρόλο στη βακτηριακή προσκόλληση σε σχέση με την υδροφοβικότητα της επιφάνειας του βακτηρίου ακόμα και για διατμητικές τάσεις που φτάνουν τις 65 dyn/cm2. ii. Ηλεκτρικό Φορτίο Βακτηριακής Επιφάνειας Τα περισσότερα μόρια αποκτούν κάποιο ηλεκτρικό φορτίο κατά τη διασπορά τους σε υδατικό διάλυμα λόγω του ιονισμού των ομάδων επιφάνειας τους. Τα βακτήρια στην υδατική φάση είναι σχεδόν πάντα αρνητικά φορτισμένα. Το αρνητικό αυτό φορτίο της επιφάνειας τους ποικίλλει ανάμεσα στα διάφορα βακτηριακά είδη και επηρεάζεται από το μέσο και το στάδιο της ανάπτυξης, τη δομή του κυτταρικού τους τοιχώματος, το pΗ και την ιοντική ισχύ του διαλύματος στο οποίο βρίσκονται. Εντούτοις, η σχετική συμβολή του ηλεκτρικού φορτίου της βακτηριακής επιφάνειας στην διαδικασία της προσκόλλησης δεν έχει γίνει σαφώς κατανοητή. iii. Βιολογικοί Παράγοντες Επιφάνειας Βακτηρίου Τα βακτηριακά στελέχη που δεν παράγουν slime θεωρούνται λιγότερο παθογόνα και μειωμένης προσκολλητικής ικανότητας. Επομένως, η παραγωγή slime θεωρείται ότι ενισχύει την προσκόλληση. Οι εξωκυττάριες ουσίες που συμβάλλουν στην προσκόλληση είναι: μία πολυσακχαριδική προσκολλητίνη (PS/Α: Polysaccharide-adhesin), πρωτεΐνες επιφανείας του βακτηρίου (SSP-1, SSP-2), η αυτολυσίνη AtlE του S. epidermidis, καθώς και πρωτεΐνες του πλάσματος (ινωδογόνο, θρομβίνη, θρομβοσπονδίνη, κολλαγόνο κ.α.). Αν η προσκόλληση γίνεται σε κύτταρα, τότε συνεισφέρουν οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρωτεϊνών της βακτηριακής επιφανείας και του ξενιστή (εξωκυττάριων ή συνδεδεμένων στην επιφάνεια των κυττάρων του ξενιστή). 4) Πρωτεΐνες ορού ή ιστών Οι πρωτεΐνες ορού ή ιστών, όπως η αλβουμίνη, η ινωδεκτίνη, το ινωδογόνο, η λαμινίνη, το αποδιατεταγμένο κολλαγόνο και άλλες, προωθούν ή εμποδίζουν τη βακτηριακή προσκόλληση είτε γιατί δεσμεύονται στην επιφάνεια του υλικού ή στη βακτηριακή επιφάνεια είτε γιατί είναι παρούσες στο υγρό μέσο κατά τη διάρκεια της προσκόλλησης. Οι περισσότερες Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 14
  15. 15. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ βακτηρίων και πρωτεϊνών είναι ειδικές και η σύνδεση τους έχει τη μορφή υποδοχέα-προσδέτη (receptor-ligand). Ο τρόπος αλληλεπίδρασης βακτηρίων με διάφορες πρωτεΐνες είναι ο εξής: i. Ινωδεκτίνη Η προσροφημένη σε επιφάνειες υλικών ινωδεκτίνη (Fibronectin Fn), προωθεί σαφώς την προσκόλληση του S. aureus στις επιφάνειες αυτές. Η σύνδεση της Fn με τον S. aureus είναι ειδική, χρονικά εξαρτημένη και μη αναστρέψιμη. Επομένως, παρουσία Fn, η προσκόλληση του S. aureus στις επιφάνειες προσθετικών υλικών αυξάνεται σημαντικά. Εντούτοις, υπάρχουν διαμάχες σχετικά με τη επίδραση της Fn στην προσκόλληση του S. epidermidis στις επιφάνειες των υλικών. ii. Αλβουμίνη Η προσροφημένη, σε επιφάνειες κεραμικών, μετάλλων και πολυμερών, αλβουμίνη (αλβουμίνη από ανθρώπινο ορό: Human Serum Albumin: HAS) έχει εμφανίσει ανασταλτική δράση στη βακτηριακή προσκόλληση. Η αλβουμίνη εμποδίζει την προσκόλληση του S. aureus σε βασική πολυουρεθάνη (PEU-B), σε θετικά φορτισμένη πολυουρεθάνη που φέρει αμινομάδες (PEU-Ν) και σε αρνητικά φορτισμένη πολυουρεθάνη που φέρει θειομάδες (PEU-Ν). Επιπλέον, η αλβουμίνη εμποδίζει τη βακτηριακή προσκόλληση με τρόπο ανάλογο του ρυθμού διάτμησης. Αύξηση του ρυθμού διάτμησης μειώνει την προσκόλληση του S. aureus σε αλβουμίνη προσροφημένη σε PEU-Ν επιφάνειες. Η αλβουμίνη μπορεί να εμποδίσει την βακτηριακή προσκόλληση σε υλικά, είτε γιατί προσροφάται στην επιφάνεια του υλικού και την κάνει πιο υδρόφιλη, είτε γιατί δεσμεύεται στα βακτηριακά κύτταρα. iii. Ινωδογόνο Οι περισσότερες μελέτες έχουν δείξει ότι το προσροφημένο σε βιοϋλικά ινωδογόνο προωθεί την προσκόλληση των βακτηρίων και ειδικά των σταφυλόκοκκων. Επιπλέον η προσρόφηση του ινωδογόνου στην επιφάνεια είτε των βακτηρίων είτε των υλικών ενισχύει τη βακτηριακή προσκόλληση με τρόπο που δεν εξαρτάται από το ρυθμό ροής ακόμα και όταν αυτός φτάνει τα 200 s-1. Η παρατήρηση αυτή ενισχύει την άποψη της παρουσίας υποδοχέων για το ινωδογόνο στην επιφάνεια των σταφυλόκοκκων. Πρόσφατα, παρουσιάστηκε ο μεσολαβητικός ρόλος του ινωδογόνου, της ινικής και ιντεγκρινών των αιμοπεταλίων στην προσκόλληση του S. aureus σε αιμοπετάλια που βρίσκονται συνδεδεμένα με την επιφάνεια ενός υλικού. iv. Θρομβίνη Η θρομβίνη αυξάνει σημαντικά τη βακτηριακή προσκόλληση δεδομένου ότι πολυμερίζει το ινωδογόνο του πλάσματος σε ινική. Η ινική περιβάλλει και συνδέει το σύνολο των αιμοπεταλίων κατά το σχηματισμό ενός θρόμβου προκειμένου να τον σταθεροποιήσουν. Τόσο η θρομβίνη όσο και ο σχηματιζόμενος θρόμβος στο σύνολο του προωθούν τη βακτηριακή προσκόλληση. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 15
  16. 16. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ v. Πλάσμα φτωχό σε αιμοπετάλια (ΡΡΡ) Η προσκόλληση των διάφορων πηκτάση αρνητικών σταφυλόκοκκων σε υλικά στην επιφάνεια των οποίων έχει προσροφηθεί ΡΡΡ είναι πολύ χαμηλότερη από ότι επάνω σε «γυμνές» (bare) επιφάνειες. Αυτή η επίδραση του ΡΡΡ και του ορού οφείλεται κυρίως στην προσροφημένη αλβουμίνη. Εντούτοις, το ΡΡΡ όταν βρίσκεται προσροφημένο σε μια επιφάνεια παρουσία θρομβίνης ενισχύει την βακτηριακή προσκόλληση. vi. Αιμοπετάλια Οι Baumgartner και Cooper, το 1997 έδειξαν ότι η προσκόλληση του S. aureus αυξάνεται από προσκολλημένα αιμοπετάλια και κυρίως από την ταυτόχρονη παρουσία αιμοπεταλίων και θρομβίνης. Τα προσκολλημένα και ενεργοποιημένα αιμοπετάλια υποβάλλονται σε εκτενείς αλλαγές συμπεριλαμβανομένης της ενεργοποίησης των δεκτών επιφάνειας και της απελευθέρωσης πρωτεϊνών που αποθηκεύονται στα κοκκία τους όπως σεροτονίνη και τον παράγοντα von Willebrand (vWf). Τα ενεργοποιημένα αιμοπετάλια δεσμεύουν διάφορες διαλυτές πρωτεΐνες του πλάσματος όπως το ινωδογονο, τη θρομβοσπονδίνη και την ινωδεκτίνη επομένως, προωθούν τη βακτηριακή προσκόλληση. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 16
  17. 17. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Βακτηριακή Προσκόλληση σε Οδοντικά Εμφυτεύματα Οι μικροοργανισμοί που προσκολλούνται στις επιφάνειες των οδοντικών εμφυτευμάτων σχηματίζουν ένα γλυκοκάλυκα (biofilm) για να προστατευθούν από τον ξενιστή. Η οδοντική πλάκα, επί παραδείγματι, αποτελεί τυπικό παράδειγμα βιοταινίας στο στοματικό περιβάλλον. Οι λοιμώξεις όμως από τα βιοϋλικά που τοποθετούνται στη γναθοπροσωπική περιοχή σπανίως σχετίζονται με κάποιον εμφανή γλυκοκάλυκα. Ανάμεσα στα είδη των βακτηρίων που παράγουν biofilm και που ανευρίσκονται συχνά στις λοιμώξεις από οδοντιατρικά βιοϋλικά, είναι τα εξής: Staph. Epidermidis , Staph.aureus και Pseudomonas aeruginosa. Ο Van Steenberghe έδειξε αυξημένη συχνότητα πρόωρων απωλειών των οδοντικών εμφυτευμάτων στους ασθενείς με υψηλό δείκτη πλάκας ως αποτέλεσμα βακτηριακής επιμόλυνσης κατά την τοποθέτηση του εμφυτεύματος. Έχει επίσης αναφερθεί, η πιθανότητα μετάδοσης περιακρορριζικής λοίμωξης από ένα δόντι στο πρόσφατα εισαχθέν εμφύτευμα με αποτέλεσμα οστεομυελίτιδα και απώλεια του εμφυτεύματος . Βακτηριακός Επικοισμός των Εμφυτευμάτων από Μη Οδοντικές Πηγές Τα οδοντικά εμφυτεύματα παρουσιάζουν σημεία περιεμφυτευματίτιδας με μικροβιολογική χλωρίδα παρόμοια με εκείνη που έχουν τα δόντια τα οποία προσβάλλονται από περιοδοντίτιδα. Έχει αναφερθεί περιστατικό ασθενούς 45 ετών που είχε προσβληθεί από προχωρημένη περιοδοντίτιδα πριν την ολική απώλεια των δοντιών του και την αποκατάστασή των με οδοντικά εμφυτεύματα. Αφού πέρασε ένα διάστημα 3 μηνών μετά τις εξαγωγές των δοντιών, τοποθετήθηκαν εμφυτεύματα με ένα πρωτόκολλο 2 σταδίων. Μετά την οριστική προσθετική αποκατάσταση σε επισκέψεις επανελέγχου στους 4 και 6 μήνες σε ορισμένες θέσεις εμφυτευμάτων παρατηρήθηκε μάτωμα στην τοποθέτηση περιοδοντικής μύλης και εντοπισμένη φλεγμονή. Η μικροβιολογική καλλιέργεια των 3 περιοχών με περιεμφυτευματική φλεγμονή έδειξε μια σχεδόν ταυτόσημη χλωρίδα παθογόνων στην οποία συμπεριλαμβάνονταν οι Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia και άλλα κύρια παθογόνα βακτήρια που είναι χαρακτηριστικά της επιθετικής περιοδοντίτιδας. Καθώς τα φυσικά δόντια έλειπαν για 8 μήνες αυτό το περιστατικό προτείνει ότι οι παθογόνοι για το περιοδόντιο μικροοργανισμοί, μπορούν να διατηρηθούν για μια εκτεταμένη περίοδο σε μη οδοντικές περιοχές και από εκεί να αποικίσουν και να επιβουλεύσουν την υγεία των οδοντικών εμφυτευμάτων. Αυτός είναι ένας σημαντικός παράγοντας απώλειας των εμφυτευμάτων. Σχήμα 3 : Μορφή πλάκας από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 17
  18. 18. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Βακτηριακή Φλεγμονή επί Αρθροπλαστικής Ισχίου ή Γονάτου Παρά τις σύγχρονες χειρουργικές τεχνικές και τη διαθεσιμότητα πολλαπλών αντιμικροβιακών χημειοθεραπευτικών ουσιών, οι μετεγχειρητικές αλλά και μετατραυματικές λοιμώξεις αποτελούν, ακόμη και σήμερα, τον κύριο παράγοντα θνησιμότητας και νοσηρότητας στην Ορθοπεδική Χειρουργική. Επεμβατικές θεραπευτικές αλλά και διαγνωστικές μέθοδοι, δημιουργούν πύλες εισόδου για τους παθογόνους μικροοργανισμούς, ενώ παράλληλα δημιουργούνται και οι απαραίτητες ευνοϊκές προϋποθέσεις για την εκδήλωση σηπτικών φλεγμονών, από Gram-θετικούς μικροοργανισμούς, παρόλο που όλο και περισσότερο το μικροβιολογικό προφίλ αυτών των λοιμώξεων χαρακτηρίζεται από Gram–αρνητικούς μικροοργανισμούς, κυρίως σταφυλοκόκκους. Ιδιαίτερη πρόκληση αποτελούν τα πολυανθεκτικά στελέχη, όπως στελέχη Staphylococcus aureus ανθεκτικά στη μεθυκιλλίνη (MRSA) ή στελέχη εντεροκόκκων ανθεκτικά στα γλυκοπεπτίδια (GRE). Η εν τω βάθει περιπροθετική σηπτική φλεγμονή, μετά από αρθροπλαστική ισχίου ή γονάτου, αποτελεί μία από τις σοβαρότερες επιπλοκές της σύγχρονης ενδοπροθετικής. Πρόκειται για μια λοιμώδη παθολογική κατάσταση, που προέρχεται από το βακτηριακό αποικισμό της επιφάνειας της πρόθεσης και μπορεί να οδηγήσει σε οστική κατάστροφή, χαλάρωση του εμφυτεύματος και σηπτική κλινική εικόνα. Το 85% των σηπτικών φλεγμονών επί αρθροπλαστικών ισχίου, παρουσιάζεται μέσα στους πρώτους 12 μετεγχειρητικούς μήνες. Η πιθανότητα της σηπτικής επιπλοκής στις πρωτογενείς αρθροπλαστικές ισχίου ή γονάτου είναι περίπου 1%, ενώ μετά από επεμβάσεις αναθεώρησης αυξάνεται, πλησιάζοντας το 4%. Οι περισσότερο εφαρμοζόμενες σήμερα μέθοδοι αντιμετώπισης των σηπτικών αρθροπλαστικών είναι, η αναθεώρηση της αρθροπλαστικής σε ένα χρόνο, σε δύο ή περισσότερους χρόνους, ή, η πλήρης και μόνιμη απομάκρυνση της ενδοπροθέσεως κατά Girdlestone, χωρίς όμως τη χρησιμοποιούμενη από τον ίδιο υποτροχαντήρια οστεοτομία (λόγω του αυξημένου κινδύνου ψευδάρθρωσης επί λοιμώδους υποστρώμματος), που σκοπό είχε την καλύτερη οστική στήριξη και εφαρμόστηκε σε ασθενείς με προχωρημένη οστεοαρθρίτιδα. Παράλληλα η συντηρητική αντιμετώπιση των σηπτικών φλεγμονών, με μία θεραπεία προσανατολισμένη στη διάσωση της πρόθεσης, δύναται να έχει επιτυχή αποτελέσματα >80%, με την προϋπόθεση της επιλογής των ασθενών με αυστηρά καθορισμένα κριτήρια: 1. καθορισμένη οξεία σηπτική φλεγμονή, εφόσον τα συμπτώματα διαρκούν >14–28 ημέρες, 2. αναμφίβολη διάγνωση, βασισμένη σε ιστοπαθολογικά και μικροβιολογικά ευρήματα, 3. ένα τεκμηριωμένα σταθερό εμφύτευμα, 4. ευαισθησία του απομονωμένου μικροοργανισμού σε ένα από του στόματος διαθέσιμο αντιμικροβιακό χημειοθεραπευτικό φάρμακο. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 18
  19. 19. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ Πίνακας 2 : Κριτήρια για θεραπεία διάσωσης του εμφυτεύματος. Τα παθογόνα αίτια των περιπροθετικών σηπτικών φλεγμονών συγκεντρώνονται στην περιοχή, είτε λόγω διεγχειρητικής επιμόλυνσης του υλικού, είτε μετεγχειρητικά, κατά συνέχεια ιστού, λεμφογενώς ή αιματογενώς. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων, τα βακτηριακά στελέχη προέρχονται από την ανθρώπινη μικροβιακή χλωρίδα, ενώ τονίζεται πως το 50% των λοιμώξεων οφείλεται στους μικροοργανισμούς Staphylococcus aureus και κοαγκουλάση αρνητικούς σταφυλοκόκκους (coagulase negative staphylococci – CNS). Άλλοι, συχνά υπεύθυνοι μικροοργανισμοί, είναι τα αναερόβια μικρόβια, τα gram–αρνητικά βακτήρια, όπως στελέχη ψευδομονάδας ή κολοβακτηριδίου και ειδικά στις αιματογενείς λοιμώξεις, οι στρεπτόκοκκοι. Συνεχώς πληθαίνουν τα περιστατικά περιπροθετικών σηπτικών φλεγμονών τα οποία οφείλονται σε στελέχη σταφυλοκόκκων ανθεκτικών στη μεθυκιλλίνη, οι οποίοι απότελούν ιδιαίτερο θεραπευτικό πρόβλημα, εξαιτίας των παθογόνων ιδιοτήτων τους. Ο συνδυασμός μεταλλαγμένων βακτηριακών στελεχών, με την τάση αποικισμού ξένων υλικών και την ευαισθησία σε περιορισμένο αριθμό αντιβιωτικών, αναγάγει αυτές τις φλεγμονές σε ξεχωριστό θεραπευτικό πρόβλημα. Ο Tunney απομόνωσε τον μικροοργανισμό Propionibacterium στο 60% των σηπτικών φλεγμονών επί εμφυτευμάτων, χρησιμοποιώντας αυστηρές αναερόβιες βακτηριολογικές τεχνικές κατά την επεξεργασία των υπόπτων δειγμάτων. Tο είδος Propionibacterium είναι ο δεύτερος συχνότερος μικροοργανισμός που απομονώνεται μετά από παρακέντηση σηπτικών αρθροπλαστικών. Συχνά απομονώνονται πολλαπλοί μικροοργανισμοί σε λοιμώξεις επί εμφυτευμένων προθέσεων. Αυτό το εύρημα μπορεί να υποδηλώνει πολυμικροβιακή λοίμωξη, αλλά αυξάνεται πλέον η πιθανότητα, ο ένας μικροοργανισμός να είναι υπεύθυνος για την λοίμωξη και ο άλλος να αποτελεί επιμόλυνση. Συνδυασμένες προσπάθειες πρόληψης παρατηρήθηκαν τις δύο τελευταίες δεκαετίες, ώστε να μειωθεί ο κίνδυνος των σηπτικών φλεγμονών στη χειρουργική των εμφυτευμάτων. Παραδείγματα αποτελούν η ροή υπερκαθαρού αέρα (laminar airflow with ultraclean air), αντιμικροβιακή προφύλαξη ρουτίνας, σύντομος χειρουργικός χρόνος, οστικό τσιμέντο με πρόσμιξη αντιβίωσης και αντιμικροβιακή κάλυψη. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 19
  20. 20. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ Πίνακας 3 : Ταξινόμηση σηπτικών φλεγμονών επί Ορθοπεδικών εμφυτευμάτων. Πίνακας 4 : Μικροοργανισμοί σε σηπτικές αρθροπλαστικές. Σχήμα 4 : Η λοίμωξη στις προσθετικές αρθρώσεις προκαλείται από την προσκόλληση των μικροοργανισμών στις επιφάνειες των προσθετικών υλικών και τη δημιουργία βιομεμβράνης. Στη λοίμωξη επιδρούν παράγοντες από το Μικροοργανισμό, τον Ξενιστή και το Προσθετικό Υλικό. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 20
  21. 21. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Επιπλοκές από Χρήση Βιοϋλικών στο Ουροποιητικό Σύστημα Η συνεχώς αυξανομένη χρήση των βιοϋλικών την τελευταία δεκαετία έχει εγείρει θέματα σχετικά με την ασφαλή χρήση τους. Στην Ουρολογική πρακτική, ένας μεγάλος αριθμός υλικών τα οποία μπορεί να έχουν είτε προσωρινή είτε μόνιμη χρήση, έρχονται σε επαφή με τα ούρα. Τα υλικά αυτά είναι είτε πλαστικά, όπως για παράδειγμα η σιλικόνη και η πολυουρεθάνη, είτε μεταλλικά. Παρόλο που η χρήση τους στηρίζεται κυρίως στην χημική τους αδράνεια, πρόσφατα έχει αποδειχθεί ότι η χημική αδράνεια δεν συσχετίζεται με την βιολογική αδράνεια. Η βιοασυμβατότητα, η μετανάστευση (migration) της ενδοπρόθεσης, η μόλυνση και η εναπόθεση αλάτων αποτελούν τις κύριες αιτίες για την αστοχία των ουρολογικών βιοϋλικών. Το πολυαιθυλένιο ήταν το πρώτο συνθετικό πολυμερές που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή ουρολογικών ενδοπροθέσεων και κατόπιν ακολούθησε η χρήση του Teflon. Αυτά αστοχούσαν να λειτουργήσουν αποδοτικά όταν χρησιμοποιούνταν με σχήμα σωλήνων ως υποκατάστατα των ουρητήρων, λόγω της αναστομωτικής διαρροής, της μόλυνσης και της εναπόθεσης αλάτων. Η σιλικόνη, αν και είναι επιρρεπής στα ίδια προβλήματα όταν έρχεται σε επαφή με ούρα, θεωρείται το πιο διαθέσιμο βιοσυμβατό υλικό και χρησιμοποιείται για την κατασκευή κυστικών καθετήρων και ενδοπροθέσεων τύπου double J και pigtail. Παρόλα αυτά, δεν υπάρχει κανένα υλικό που μπορεί να αντισταθεί τελείως αποτελεσματικά στην μόλυνση και την εναπόθεση αλάτων όταν εκτίθεται για μεγάλο χρονικό διάστημα σε ούρα. Όσον αφορά τις μεταλλικές ενδοπροθέσεις που έρχονται σε επαφή με το ουροθήλιο η ανάπτυξη υπερπλαστικού ιστού είναι σημαντικός περιοριστικός παράγοντας για τη χρήση τους. Μολύνσεις Ενδοαγγειακών Καθετήρων Περίπου 50% από τα 40 εκατομμύρια άτομα που νοσηλεύονται κάθε χρόνο στις ΗΠΑ χρήζουν ενδοφλέβιων καθετήρων. Έχει υπολογιστεί ότι άνω των 60.000 περιπτώσεων νοσοκομειακής βακτηριαιμίας οφείλονται στην χρήση καθετήρων. Οι πηκτάση αρνητικοί σταφυλόκοκκοι ευθύνονται για το 50% των λοιμώξεων. Ο S. epidermidis είναι ένας από τους πιο συχνά ανευρισκόμενους μικροοργανισμούς στις ημιποσοτικές καλλιέργειες καθετήρων είτε πρόκειται για ενδοφλέβιους περιφερικούς είτε για καθετήρες παρεντερικής διατροφής είτε για ενδοφλέβιους κεντρικούς. Η αύξηση των λοιμώξεων από ενδαγγειακούς καθετήρες έχει ως συνέπεια και την αύξηση των βακτηριαιμιών από S. epidermidis. Μεγάλη έμφαση έχει δοθεί στο να διευκρινιστεί ο τρόπος με τον οποίο τα βακτήρια αποικίζουν τον καθετήρα και πως προκαλείται η λοίμωξη και η βακτηριαιμία. Πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι οι μικροοργανισμοί εισάγονται δια μέσου του καναλιού που ανοίγει ο καθετήρας, δηλαδή δια μέσου της εξωτερικής επιφάνειας του. Άλλοι ερευνητές πιστεύουν ότι οι μικροοργανισμοί εισβάλλουν στον αυλό του καθετήρα δια μέσου μικρών εγκοπών. Μελέτες με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο έχουν δείξει ότι σε ασθενείς με βακτηριαιμία που σχετίζεται με καθετήρες αποικίζεται πιο συχνά ο αυλός παρά η εξωτερική επιφάνεια του. Ένα τρίτο μηχανισμό αποτελεί η μόλυνση του καθετήρα από μια απομακρυσμένη εστία κατά τη διάρκεια της βακτηριαιμίας. Αυτό πιθανόν να συμβαίνει σε ένα μικρό ποσοστό ασθενών που φέρουν λοίμωξη σε κάποιο άλλο σημείο του σώματός τους, οπότε πρόκειται για αυτομόλυνση μέσω αιματογενούς διασποράς. Δεν αποκλείεται όμως και η αυτομόλυνση από τη μικροβιακή χλωρίδα Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 21
  22. 22. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ του ασθενούς κατά την τοποθέτηση του καθετήρα. Επίσης το νοσηλευτικό προσωπικό είναι συχνά φορέας ανθεκτικών μικροβιακών στελεχών τα οποία πιθανότατα αποικίζουν τον καθετήρα. Τέλος, δεν αποκλείεται η αποίκιση του καθετήρα από επιμολυσμένα απολυμαντικά αλλά και από κάποια ενδοφλέβια σκευάσματα τα οποία είναι περισσότερο επιρρεπή στη μόλυνση σε σχέση με κάποια άλλα. Υγρά παρεντερικής διατροφής και λιπιδικά γαλακτώματα είναι υπέρτονα και πλούσια σε θρεπτικά υλικά και επομένως ευνοούν την ανάπτυξη βακτηρίων και μυκητών. Έχει αποδειχθεί ότι οι πλαστικοί καθετήρες προκαλούν συχνότερα λοιμώξεις από ότι οι μεταλλικοί και συρμάτινοι και οι μεταλικές βελόνες. H παραμονή των καθετήρων για χρονικό διάστημα μεγαλύτερο των 72 ωρών αυξάνει τον κίνδυνο λοίμωξης. Η αποίκιση του καθετήρα με βακτήρια μπορεί να οδηγήσει σε βακτηριαιμία, σηπτική θρόμβωση, ενδοκαρδίτιδα αλλά ακόμα και στο θάνατο. Η θεραπεία συνίσταται στην άμεση αφαίρεση του καθετήρα. Σχήμα 5 : Πηγές λοίμωξης σε ενδοαγγειακές συσκευές. Επικαθήσεις από Στρουβίτη σε Καθετήρες Ο Hellstrom παρατήρησε τη διαφορά μεταξύ των λίθων που δημιουργούνται σε άσηπτες συνθήκες και οφείλονται σε μεταβολικά αίτια και των λίθων που σχηματίζονται σε συνθήκες επιμόλυνσης, ενώ το 1950 ο Vermeulen παρατήρησε ότι οι εναποθέσεις που σχηματίστηκαν σε υλικά μέσα στην κύστη αποτελούνταν από στρουβίτη. Η συσχέτιση μεταξύ της δημιουργίας εναποθέσεων από στρουβίτη και μικροοργανισμών που διασπούν την ουρία επιβεβαιώθηκε. Το είδος των επικαθήσεων από στρουβίτη συνδέεται άμεσα με βακτηριακή λοίμωξη. Περισσότερο από το 80 % των λοιμώξεων του ουροποιητικού οφείλονται στα βακτήρια Escherichia coli και Proteus mirabilis. Η υδρόλυση της ουρίας των ούρων από ένζυμα (ουρεάσες) που παράγονται από τα βακτήρια έχει σαν αποτέλεσμα την παραγωγή ιόντων αμμωνίου και υδροξυλιόντων τα οποία αυξάνουν το pH. Οι συνθήκες αυτές, σε συνδυασμό με τις συγκεντρώσεις μαγνησίου που υπάρχουν στα ούρα, οδηγούν στη δημιουργία στρουβίτη. Αυτός ο τύπος της εναπόθεσης σχηματίζεται εύκολα σε ουρηθρικούς καθετήρες, οδηγώντας σε συνεχή κίνδυνο μιας επικείμενης λοίμωξης. Γενικά η δημιουργία εναπόθεσης αυτών των αλάτων Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 22
  23. 23. ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΗ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΫΛΙΚΑ εξαρτάται από τον τύπο του υλικού που χρησιμοποιείται, το χρονικό διάστημα που βρίσκεται σε επαφή με τα ούρα και την σύσταση των ούρων. Οι προσπάθειες αναστολής του σχηματισμού των εναποθέσεων με εξάλειψη της επιμόλυνσης ή με μεταβολή σύνθεσης των ούρων ή του pH δεν ηταν επιτυχείς. Τελευταία αναπτύσσονται βιοϋλικά που επικαλύπτονται με ουσίες που ελέγχουν την αλλαγή του pH της επιφάνειας τους. Έχει διαπιστωθεί όμως ότι εναποθέσεις σχηματίζονται ακόμα και σε υλικά που εκτίθενται σε στείρα ούρα. Ο ακριβής μηχανισμός σχηματισμού αυτών των εναποθέσεων δεν είναι πλήρως κατανοητός. Εδώ είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ανεξάρτητα από την ύπαρξη βακτηρίων ή όχι, ένα υμένιο καλύπτει σχεδόν πάντοτε την εξωτερική επιφάνεια των καθετήρων. Μετά την εισαγωγή οποιασδήποτε ενδοπρόθεσης στο ουροποιητικό μέσα σε λεπτά της ώρας δημιουργείται ένα υμένιο (conditioning film) από την προσρόφηση στην επιφάνεια του υλικού πρωτεϊνών των ούρων, ηλεκτρολυτών, ουρίας και άλλων ουσιών. Το υμένιο αυτό έχει μεταβαλλόμενη σύνθεση στον χρόνο και η πρωτεϊνική του σύνθεση έχει χαρακτηρισθεί. Αυτό το υμένιο πιθανόν προκαλεί την πυρηνογένεση κρυστάλλων πάνω σε αυτό και την επιφάνεια του βιοϋλικού αλλά και διευκολύνει την προσκόλληση των βακτηρίων. Πιο συγκεκριμένα σε μια μελέτη καθετήρων double J που αφαιρέθηκαν από ασθενείς διαπιστώθηκε ότι το βασικό χαρακτηριστικό τους ήταν ένα συνεχές στρώμα από οργανικό υλικό που κάλυπτε ολοκληρωτικά την εξωτερική τους επιφάνεια η οποία βρίσκονταν σε συνεχή επαφή με τα ούρα. Το πάχος αυτού του στρώματος δεν ήταν εύκολα προσδιορίσιμο, αλλά ήταν επαρκές για να αποκρύψει την εξωτερική αυλακωτή επιφάνεια του πλαστικού υλικού από το οποίο είχε φτιαχτεί ο καθετήρας. Οι κρύσταλλοι που αποτελούσαν το πρώτο κρυσταλλικό στρώμα στο οργανικό κάλυμμα ήταν ως επί το πλείστον μικροί σε μέγεθος και ειδικότερα κρύσταλλοι COM και υδροξυαπατίτη. Επεξεργασία της Επιφάνειας με χρήση Ενώσεων με Αντιμοκροβιακές Ιδιότητες Τα ουρολογικά βιοϋλικά διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: τις πλήρως εμφυτεύσιμες συσκευές και τις διαδερμικές συσκευές (αυτές με μια έξοδο εκτός του σώματος). Οι πλήρως εμφυτεύσιμες συσκευές όπως τα ουρηρητικά stent επιμολύνονται σε μικρότερο βαθμό από ότι οι ουρηθρικοί καθετήρες. Η προσκόλληση των βακτηρίων και ο σχηματισμός του biofilm στα ουρητηρικά stent παρατηρήθηκε αρχικά από τον Reid και τους συνεργάτες του το 1992. Πιο συγκεκριμένα παρατήρησαν μόλυνση των ουρητηρικών stent από σιλικόνη τύπου double J σε ποσοστό 27% και ότι στο 90% του συνόλου των stent προσκολλήθηκαν παθογόνοι μικροοργανισμοί. Στις διαδερμικές συσκευές, όπως είναι οι ουρηθρικοί καθετήρες ή οι νεφροστομίες το στόμιο εξόδου είναι μία πηγή συνεχούς επαναποικισμού και επιμόλυνσης. Η ικανότητα των παθογόνων μικροοργανισμών να προσκολλώνται στο ουροθήλιo ή στην επιφάνεια των προσθετικών συσκευών οφείλεται σε διάφορους παράγοντες όπως τις ηλεκτροστατικές και υδροφοβικές αλληλεπιδράσεις, στα συστατικά των βακτηρίων (π.χ γλυκοκάλυκας, φίμπριες ), στο βιολογικό υγρό που έρχεται σε επαφή με το υλικό καθώς και στο ίδιο το υλικό. Οι τροποποιήσεις πού γίνονται στα υλικά με στόχο την αντιμικροβιακή προστασία συνίστανται στα ακόλουθα: 1. Δέσμευση αντιβιοτικών ή αντισηπτικών στην δομή του πολυμερούς ή στην επιφάνειά του για ελεγχόμενη αποδέσμευση. 2. Επίστρωση της επιφάνειας των συσκευών με βαρέα μέταλλα, όπως ο άργυρος. Μυστηρίδου Εμμανουέλα ΑΜ861 23

×