Zor Cerrahi İnfeksiyonlarda Direnç ve Biyofilm Sorunu


Özgen Top Ö.

36. Ankem Akılcı Antibiyotik Kullanımı Kongresi, Muğla, Turkey, 27 - 31 October 2021, pp.55-57

  • Publication Type: Conference Paper / Summary Text
  • City: Muğla
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.55-57
  • Gazi University Affiliated: Yes

Abstract

Cerrahi enfeksiyonlar mortalite, morbidite, hastane yatış süresi ve hastane masraflarını artırması bakımından cerrahinin ciddi bir problemidir. Alınan enfeksiyon kontrol önlemleri, gelişen cerrahi enfeksiyon oranlarını ne kadar azaltsa da özellikle implant ilişkili enfeksiyonlar hem hasta hem de hekim için sıkıntılı bir sürece neden olmaktadır. İmplant ilişkili cerrahi enfeksiyonlarda antibiyotik direnci ve tedavi başarısızlıkları ile sık karşılaşılmaktadır. Mikroorganizmaların yabancı cisme tutunmasını kolaylaştıran ve tedavide başarısızlıklara neden olan biyofilm tabakası patogenezde önemli bir rol oynamaktadır. Biyofilm Nedir ve Oluşum Basamakları Nelerdir? Cansız ya da canlı yüzeylere geri dönüşümsüz olarak tutunup çoğalan mikroorganizmaların kendi ürettikleri ekstrasellüler polisakkarit yapıdaki matriks içinde planktonik mikroorganizmalara göre daha farklı bir fenotip kazanarak oluşturduğu mikroorganizma topluluğudur. Mikroorganizmalar çevrenin zararlı etkilerinden korunmak, besin elde etmek ve yeni genetik özelliklerin kazanılması amacıyla biyofilm oluşturmaktadır. Biyofilm Oluşum Basamakları: 1)Mikroorganizmanın Yüzeye Tutunması: İlk tutunma reversibldır ve yüzey özellikleri tutunmada önemlidir. Hücreler bu fazda, durulama gibi basit yıkama işlemleri ile kolayca uzaklaştırılabilirler. 2)Geri Dönüşümsüz Tutunma: Birinci basamaktan dakikalar sonra başlar. Bakterilerde Quorum Sensing (QS) gen aktivasyonu görülür. Hücreler arası iletişimi sağlayan kimyasal sinyaller göndermeye başlarlar. Sinyal yoğunluğu belli bir düzeye ulaşınca sentezlenen ekstrasellüler polisakkarit matriks hücrelerin birbirine ve yüzeye tutunmasını sağlar. Bu basamakta, hücrelerin yüzeylerden uzaklaştırılması fırçalama ve kazıma gibi güçlü işlemlerin yapılmasını gerektirmektedir. 3)Kolonizasyon: Bakteriler çoğalarak en küçük organizasyon birimi olan mikrokolonileri oluştururlar. Mikrokoloniler büyürler ve kompleks, mantar şeklindeki yapılara veya kulelere dönüşürler. 4)Kopma: Biyofilm oluştuktan sonra üst tabakalardan kopmalar meydana gelebilir ve bu kopan hücreler yeni odaklarda biyofilm oluşturabilir. Biyofilm tabakası, bakterileri dezenfektanlar, antibiyotikler, besinsizlik, ph dalgalanmaları, UV ve toksinlerden korur. Biyofilm sonucu hümoral immün sistem bileşenlerinin bakterilere ulaşmaları engellenir, fagosite edilmeleri güçleşir. Matriks bakterilerin yüzeylere sıkıca tutunmalarını sağlayarak bakterilere stabilite kazandırır. Mikroorganizmalar sanıldığının aksine %65-80 oranında biyofilmler oluşturarak yaşarlar ve enfeksiyon oluştururlar. Biyofilmler, cihazın yerleştirilmesinden sonraki 16 saat içinde oluşabilir ve enfekte eden organizmalar cihaz kontaminasyonu veya geçici bakteriyemi yoluyla bulaşabilmektedir. Staphylococcus epidermidis biyofilm oluşturma yeteneği nedeniyle tıbbi cihaz enfeksiyonlarına neden olan en yaygın bakteridir.

Biyofilm enfeksiyonu ne zaman düşünülmelidir? Enfeksiyon klinik belirtilerinin olması, hastanın biyofilme yatkınlık yaratan duruma sahip olması (implante edilmiş cihaz, kistik fibroz vb), 7 günden fazla süren persistan enfeksiyon, antibiyotik tedavi başarısızlığı ve nüks (birden çok enfeksiyon atağında aynı m.o.’nın saptanması), antibiyotik tedavisi ile düzelen ancak tedavi kesildikten sonra tekrarlayan sistemik enfeksiyon belirti ve semptomlarının varlığı, şüpheli enfeksiyon odağından elde edilen sıvı/doku örneklerinden mikroskobik bulgular ve kültür pozitifliklerinin olduğu hastalarda biyofilm enfeksiyonundan şüphelenilmelidir. Biyofilm ve Antibiyotik Direnç İlişkisi Biyofilm direncinin multifaktöriyel bir olay olduğu ve birden fazla mekanizmanın eşzamanlı etkisiyle ortaya çıktığı düşünülmektedir. Biyofilmler antibiyotik tedavilerinde aynı genetik yapıya sahip planktonik formlarına oranla 100–1000 kat daha fazla direnç geliştirmektedirler. Direnç Mekanizmaları: Antimikrobiyal ajanların geç penetrasyonu, biyofilmi oluşturan mikroorganizmaların çoğalma hızlarının değişmesi, biyofilm oluşumuna bağlı meydana gelen fizyolojik değişimler, direnç geni transferi ile dirençli fenotiplerin gelişimi ve biyofilmlerin persistan hücreleri ile ilişkilidir. Biyofilm matriksi antibiyotik penetrasyonunu azaltarak antibiyotiğin biyofilm içerisindeki bakteri hücresine ulaşmasını engellemektedir. Biyofilm matriksiyle ilaç molekülü arasında elektriksel etkileşimler gösterilmektedir. Negatif yüklü matriks polimerinden oluşan biyofilm yapısında, pozitif yüklü antibiyotiğin penetrasyonu bozulmakta ve antibiyotiğin difüzyonu olumsuz etkilenmektedir. Ayrıca antibiyotiğin subinhibitör konsantrasyonlarına maruz kalan bakterilerde direnç gelişimini tetikleyebilecek bir durum olarak dikkat çekmektedir. Biyofilmin farklı katmanlarında oksijen konsantrasyonu, besin maddelerinin yoğunluğu, ph gibi faktörler değişkenlik gösterebilmektedir. Bu durum üreme hızı ve antibiyotiklere duyarlılık açısından farklılıkları beraberinde getirmektedir. Özellikle olgun biyofilm yapısında, mikroorganizmalar genellikle daha düşük üreme hızı sergilemektedir ve bu durumun antibiyotiklerin etkinliğini düşürerek dirence neden olduğu düşünülmektedir. Bakterinin bir yüzeye tutunmasından olgun biyofilm yapısının oluşumuna kadar geçen süreçte bakteri hücresi çeşitli fizyolojik, metabolik ve fenotipik değişikliklere uğramaktadır. Bu süreçte mikroorganizmada QS sisteminin devreye girdiği ve çeşitli sinyal moleküllerinin salınımının gerçekleştiği bilinmektedir. Bu olayların regülasyonunda görevli genlerin ekspresyonunda yaşanan değişikliklere dayanarak biyofilm direncinin temelinde genetik mekanizmaların olabileceği ileri sürülmektedir. Biyofilmlerde intrensek direnç mekanizmaları mevcuttur, ancak birçok çalışma edinilmiş ve adaptif mekanizmaların sinerjisinin biyofilmlerde antibiyotik direncine katkıda bulunduğunu göstermiştir. Biyofilmlerdeki hücrelerin dış zar proteinlerindeki değişiklikler, çoklu ilaç direnç genlerinin ekspresyonu yoluyla antibiyotik direncine katkıda bulunur. Biyofilmlerdeki çoklu ilaç efflux pompalarının aktivitelerindeki değişiklikler ilaç direncine katkıda bulunmaktadır. Biyofilmlerdeki genetik transfer oranı planktonik hücre türlerine göre daha yüksektir. Özellikle de oksidatif strese maruz kalan mikrobiyal hücreler genetik adaptasyon ile çoklu ilaç direnci göstermektedirler. Ortopedik cihaz ilişkili biyofilm enfeksiyonlarında optimal antibiyotik stratejisinde kritik zamanlama semptomların başlamasından sonraki 3 hafta veya implantasyondan 4 hafta sonrasına kadardır. Akut enfeksiyonlarda debridman, implant retansiyonu ve uzun süreli antimikrobiyal tedavi en az %85 başarı oranına sahiptir. Yüksek kür oranları için stafilokoklara karşı rifampisin, gram negatif basillere karşı florokinolonlarla tedavi gereklidir. Kronik enfeksiyonlarda prostetik cihazlar kapsamlı debridmandan sonra değiştirilmelidir. Protez cihazlarda biyofilmle ilişkili enfeksiyonların mevcut tedavisi, geleneksel antibiyotik tedavisinin çoğu zaman enfeksiyonu ortadan kaldırmada başarısız olduğundan, enfekte olmuş cihazın tamamen çıkarılmasını gerektirir. Vasküler greft enfeksiyonları tedavisinde ise greft eksizyonunu, tam debridman ve distal vasküler akımın sürdürülmesini birleştiren cerrahi bir yaklaşım gereklidir. Bununla birlikte, antibiyotikler bakterisidal aktiviteye sahip olmalı, biyofilm içine nüfuz etmeli ve daha fazla biyofilm oluşumunu önlemelidir. Cerrahi sonrası özellikle implant ilişkili, tedaviye dirençli, nüks eden ve kronik enfeksiyonlarda biyofilm unutulmamalı, biyofilm ilişkili antibiyotik direnç mekanizmaları göz önünde bulundurularak biyofilm etkin tedavi uygulanmalı ve implant çıkarılması açısından hastaların değerlendirilmesi gerekmektedir. Kaynaklar: 1. Høiby N, Bjarnsholt T, Moser C, BassiGL, Coenye T, Donelli G, et al. ESCMID guideline for the diagnosis and treatment of biofilm infections 2014. Clin Microbiol Infect. 2015 May;21 Suppl 1:S1-25. 2. Temel A, Eraç B. Bakteriyel Biyofilmler: Saptama Yöntemleri ve Antibiyotik Direncindeki Rolü. Türk Mikrobiyol Cem Derg 2018;48(1):1-13. 3. Zhang K, Li X, Yu C, Wang Y. Promising Therapeutic Strategies Against Microbial Biofilm Challenges. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2020;10:359. 4. Donlan RM, Costerton JW. Biofilms: Survival Mechanisms of Clinically Relevant Microorganisms. Clinical Microbiology Reviews,2002;15(2):167-193. 5. Güvense NC, Ekmekcioğlu S. Biyofilm Kontrolünde Biyositler ve Etki Tarzları. Mikrobiyoloji Dergisi 2016; 14 (1):1- 19 6. Lewis K. Riddle of biofilm resistance. Antimicrob Agents Chemother 2001; 45(4): 999-1007. 7. Leroy O, Meybeck A, Sarraz-Bournet B et al. Vascular graft infections. Curr Opin İnfect Dis. 2012 Apr;25(2):154-8. 8. Sharma D, Misba L et al. Antibiotics versus biofilm: an emerging battleground in microbial communities. Antimicrobial Resistance and Infection Control. 2019;8:76. 9. Høiby N, Bjarnsholt T, Givskov M, Molin S, Ciofu O. Antibiotic resistance of bacterial biofilms. Int J Antimicrob Agents. 2010 Apr;35(4):322-32. 10. Khatoon Z, McTiernan CD, Suuronen EJ, Mah TF et al. Bacterial biofilm formation on implantable devices and approaches to its treatment and prevention. Heliyon. 2018 Dec 28;4(12):e01067. 11. Turhan EÜ, Erginkaya Z. Bakteriyel Biyofilmlerdeki Antimikrobiyel Direnç Mekanizması. Akademik Gıda. 2019;17(1):131-139. 12. Tursun MF. Non-fermantatif gram negatif bakterilerde biyofilm oluşumu ve antibiyotik duyarlılıklarının belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi. 2018. 13. Percival SL. Importance of biofilm formation in surgical infection. Br J Surg. 2017 Jan;104(2):e85-e94. 14. Roy R, Tiwari M, Donelli G, Tiwari V. Strategies for combating bacterial biofilms: A focus on anti-biofilm agents and their mechanisms of action. Virulence. 2018 Jan 1;9(1):522-554. 15. Welliver Jr RC, Hanerhoff BL, Henry GD, Köhler TS. Significance of biofilm for the prosthetic surgeon. Curr Urol Rep. 2014 Jun;15(6):411.