行业论著|专家推荐指南:次氯酸溶液在科研和临床领域的应用(Ⅰ)

2020-08-26 10:34:13 转载自:电解水技术频道 144

2015年1月10日,由伤口护理和烧伤领域的专业人士(伤口护理研究人员和从业者、足科医生和外科医生)组成的共识小组在美国佛罗里达州迈阿密召开了一场专家会议,讨论他们在次氯酸方面的相关研究成果,并形成了《专家推荐指南:次氯酸溶液在科研和临床领域的应用》,现由电解水技术频道工作人员翻译整理如下:

ABSTRACT 摘要

诸如感染之类的伤口并发症会不断给患者的经济造成沉重的负担并严重影响患者的生活质量。近年来,人们越来越关注抗菌药物的细胞毒性以及这些抗菌剂对抗生素的耐药性,使用抗菌剂和抗生素来预防和(或)治疗感染的传统做法逐渐受到质疑。次氯酸钠(NaClO)溶液(也称为Dakin溶液)作为一种常见的抗菌剂,已经在伤口护理领域中使用了100年。而在过去的15年中,利用电化学技术制备得到的更为先进的次氯酸(HClO)溶液已成为一种安全、可靠的伤口清洁剂,同时也成为了治疗感染的一种辅助手段。


伤口护理研究人员和相关从业者通过对现有数据和文献进行调研,决心对以下内容进行验证,具体包括:1)HClO在体外的抗菌效果;2)HClO溶液的安全性评价;3)HClO在不同使用情况下治疗不同类型感染伤口的效果,并根据公认的伤口护理评价指标来制定HClO使用建议,以有效预防伤口感染、治疗已感染的伤口。每位参与本项研究人员在进行陈述和深入讨论后,达成了以下共识:HClO的体外抗菌效果与其他抗菌剂相当,但没有细胞毒性,并且很多的证据都表明其在临床上具有安全性和有效性。在辅助治疗感染和改善伤口愈合能力等方面,大量成功案例可证明HClO对糖尿病性足部伤口具有非常显著治疗效果,部分成功案例可证明HClO对化脓性手术伤口具有很好的治疗效果,但目前对下肢静脉性溃疡、混合病因性伤口、慢性伤口以及烧伤伤口的治疗案例相对较少。在对伤口进行处理过程中,除了处理感染组织、减少水分失衡、缝合伤口边缘和彻底清创术外,专家组还推荐在清创后15分钟内用HClO溶液处理伤口。当然,我们仍需要更多、更严格的临床研究结果,来确定HClO在治疗各种类型伤口的安全性和有效性,并评估其在各种应用场景中的疗效。


关键词:次氯酸;综述;抗感染药物;创伤;清洁


处理感染一直是伤口护理临床实践指南的一部分,一旦发生伤口感染,不仅会影响伤口愈合过程,而且还会导致一系列并发症,使患者不得不住院治疗、机体组织受损、甚至需要进行截肢。


次氯酸(HClO)在第一次世界大战时就被用于治疗伤口感染,但由于当时抗生素使用更为广泛,导致次氯酸变得黯然失色。然而,近年来在抗生素耐药性和抗菌药物的细胞毒性等方面的问题已对伤口护理行业造成了一定影响,这使得人们对HClO的关注度日益增加。

通过进行文献综述明确HClO溶液背后的先进技术、HClO在生物化学和临床中的抗菌有效性、以及使用HClO来治疗或预防伤口感染的临床效果及病例。


2015年1月10日,由伤口护理和烧伤领域的专业人士(伤口护理研究人员和从业者、足科医生和外科医生)组成的共识小组在佛罗里达州迈阿密召开了一场专家会议,讨论他们的相关研究成果,具体包括:HClO的体外抗菌功效、HClO溶液的安全性、HClO在不同环境下对不同类型感染伤口的治疗效果等内容。同时,该专业小组专家还根据公认的伤口护理评价指标,制定了相应的HClO使用建议。在此次会议中,每个小组成员先介绍了各自预先分配的研究主题,之后在主持人引导下进行深入探讨并取得最终共识。在进行不同主题讨论之后,进行了进一步的讨论并达成共识。在临床研究中,将关于HClO溶液的治疗效果实验进行I类(强有力)、II类(中等)和III类(低等)三个层次的分类, I类指至少包含1项良好的随机对照试验,且具有不佳的随机对照试验和/或队列研究;II类指包含2个及以上的随机对照试验或具有良好的队列研究;III类指仅通过比较非队列研究、创口情况、病例情况及此类问题的研究。


文献综述


在研究方法方面,主要是通过进行文献检索来找到关于HClO治疗各种类型伤口的临床研究。使用PubMed、Cochrane数据库和Google搜索引擎对1950年至2015年1月中旬的出版物进行搜索,搜索语言为英语,但对出版物类型没有限制。搜索关键词包括慢性伤口、急性伤口、糖尿病足溃疡、下肢静脉溃疡、压力性溃疡、外科伤口、外伤性伤口、混合性伤口、烧伤或败血症,同时,每一次搜索都包含以下术语:次氯酸、HClO、次氯酸盐、抗菌剂、清洁剂、各种清洁剂和HClO溶液的商标名称,通过对摘要进行相关性审查以获得文章全文。此外,研究文献内容还包括具有对相关临床研究的评论、信函、其他引用文件、涉及使用HClO溶液或Dakin溶液辅助治疗各种类型伤口或烧伤的相关文献。


HClO的杀菌作用


次氯酸(HClO)在炎症反应中的作用。损伤或病原体的急性炎症反应通常会持续1~2天,最长可持续2周,其特征是大量免疫细胞涌入,破坏和清除细菌、细胞碎片和坏死组织。先天免疫细胞可以通过趋化效应(趋化效应是指白细胞沿浓度梯度向着化学刺激物作定向移动)和直接物理接触来感知病原体,从而进行吞噬作用(近期研究证明这是嗜中性粒细胞识别病原体的组合过程)。如图1所示,一旦吞噬作用完成,位于细胞膜上的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶复合物被激活,生成超氧化物(O2-),在超氧化物歧化酶的作用下转化为过氧化氢(H2O2)。身体内一定浓度的氯化物与过氧化氢和髓过氧化物酶(一种主要由嗜中性粒细胞、单核细胞及部分巨噬细胞分泌的血红素蛋白)反应生成次氯酸(HClO)的过程被称为活化中性粒细胞氧化或呼吸爆发,其反应方程式为:H2O2 + Cl- + H+ → HClO + H2O。


HClO是一种氯在水中溶解形成的弱酸,它的共轭碱(ClO-)是漂白剂中的活性成分,HClO不仅是氯系杀菌剂的主要化学物质,而且还负责杀灭哺乳动物系统中的众多病原体。由于HClO的pKa为7.5,此时主要以次氯酸盐(ClO-)和质子或活性形式(HClO)的混合物形式存在(注:pKa是酸碱反应中称为解离化学反应的平衡常数,Ka值越大,溶液中解离的分子越多,生成的酸越强)。HClO中的氯原子以+1价的氧化状态存在,可以作为1价或2价电子的氧化剂。HClO是一种非常强的氧化剂,不仅能够氧化硫醇基(-SH)和硫醚(R-S-R’,其中,R是烷基,如蛋氨酸),还能和卤化胺基反应形成一氯胺和二氯胺。由于一氯胺、二氯胺也是氧化剂,因此增强了HClO的反应活性。此外,有人提出在细胞内可利用HClO对基质金属蛋白酶-7(MMP-7)上的关键氨基酸残基进行共价修饰,其本质上是在较低浓度下激活该蛋白酶;然而,当HClO与蛋白酶比例较高时,非活性位点的残基被氧化,从而使蛋白酶MMP-7失活,因此表明HClO浓度和其他因素对控制蛋白酶MMP-7的活性起着关键性作用。


HClO的抗菌反应。关于HClO的杀菌效果,涉及大肠杆菌培养的早期研究工作已经表明,HClO能快速且有选择性地抑制RNA和DNA合成;同时,HClO还会干扰复制过程中所需的膜与DNA的相互作用,改变DNA模板本身,导致酶复制系统失活,从而抑制DNA复制和/或细胞分裂所需的关键蛋白质的合成。最近体外研究中,通过HClO对游离半胱氨酸和氨基酸侧链的高反应速率进行诱导,从微生物蛋白质展开和聚合方面研究了其杀菌作用。Winter等人推测,在高反应速率条件下,HClO能将一些隐藏的残基氧化,这是因为足够快的双分子氧化反应与部分未折叠构象的重折叠反应竞争,最终引起不耐热微生物蛋白质的展开和聚合。Rosen等人利用大肠杆菌进行的一项关键细胞培养研究证实,HClO靶向吞噬并氧化细菌蛋白中的蛋氨酸残基,氧化蛋氨酸的形成与细菌的杀灭过程是密切相关的;此外,根据进一步的研究结果,作者推测HClO通过消耗反应能量、氧化易损氨基酸、迁移过程中膜蛋白三聚体secYEG与肽链的交联等途径,进而对膜蛋白三聚体secYEG的功能造成损伤(注:蛋白质经Sec转座子转运是一种保守进化机制,可将胞内合成的蛋白传递至胞外区室。在细菌中,Sec转座子位于细胞质膜中)。此外,由于相对分子量较小和电荷量较低使HClO不易被细菌细胞膜带负电荷的表面排斥,因此可增强HClO破坏细菌膜结合组分的能力,从而提升HClO对微生物的杀灭效果。


HClO作为一种极强的氧化剂,可造成宿主蛋白不必要的损伤,尤其在先天免疫系统活动过程中,虽然牛磺酸和亚硝酸盐等清除剂分子和次氯酸盐诱导的修饰人体α2-巨球蛋白减轻了这种损伤,从而阻止细胞外蛋白质错误折叠和潜在致病性蛋白质在细胞外积累。同时,髓过氧化物酶还会产生次硫氰酸,还可能在体内调节氧化损伤的程度和类型。


体外研究表明,HClO对所有人类细菌、病毒和真菌病原体都是有效的。例如,新生成的HClO溶液在1分钟内,可使结核分枝杆菌减少超过5个对数值(即5个数量级或5 log10)。在没有干扰有机物的情况下,其他致病菌通常会在极短的时间内降低6个对数级以上,其中,以临床分离所得的大肠杆菌O157所需时间最长(如表1所示)。同样,从不同pH的HClO溶液对各种微生物的最小杀菌浓度试验结果可知,除了黑曲霉外,HClO溶液的最小杀菌浓度始终在0.17~5.5 μg/μL之间(如表2所示)。


表1  次氯酸杀菌作用的体外研究数据


注:1)次氯酸与微生物菌悬液体积比例为10:1。以上数据来源于Selkon等研究。2)本研究中金黄色葡萄球菌为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。


表2  HClO溶液的体外最小杀菌浓度(MBC)


注:1)不同的pH值的HClO 溶液对多种微生物的杀灭处理,试验时间为1小时,数据来源于Sakarya等和Wang等的研究;2)ATCC:美国模式培养物保藏所;3)MRSA为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌;4)VREF为粪肠球菌。


HClO最显著的点是它具有破坏生物膜的能力。在临床处理过程中,许多伤口护理临床医生和烧伤专家已经认识到,简单地通过不同重量或体积微生物的菌落形成单位数量来区分伤口定植、临界定植和感染等概念是远远不够的。相反,正如一项横断面研究所证实的,有近三分之二的慢性病患者随着时间的推移出现了生物膜过度生长的现象。生物膜在结构、基因表达、抗生素耐药性和宿主相互作用等方面与浮游微生物的菌落不同,这主要是因为5%~30%的生物膜是由细胞外的聚合物质(如糖蛋白)组成的。此外,生物膜还包含了厌氧菌,这些厌氧菌往往被传统的培养技术所限制,通过浮游细菌的连续扩散或脱落的形式在周围的表面上生长,从而导致了感染的传播。生物膜会长期对宿主免疫系统、全身抗生素和局部抗菌素产生耐药性。虽然人们认为抗生素不能穿透细胞外的物质屏障是其不能清除生物膜的原因,但体外研究证据表明,抗生素其实能够缓慢地通过生物膜基质并进行扩散。因此,诸如活动状态改变(休眠)、环境压力、细菌密度、营养供应、氧化应激触发突变及基因表达等机制可能是导致抗生素耐药性的原因。虽然采用彻底清创术、调控聚合物基质酶、摄入乳铁蛋白、利用超声及其他物理方法都被认为是可去除生物膜的方法,但目前均缺乏关于其功效的证据。


Sakarya等注意到pH稳定的HClO溶液能够减少体外培养的生物膜的数量和生物膜内的微生物数量,具体减少量由微生物种类所决定。研究数据表明,HClO浓度在5.5至11μg/μL之间是有效的。同样,Sauer等也证明了当HClO溶液的pH呈中性时,在较低浓度下处理30分钟内,能够将连续流管反应器中生长的铜绿假单胞菌生物膜的活力在降低约3个对数值。生物膜分解是细菌被杀灭的机制之一。Robson在金黄色葡萄球菌生物膜实验中观察到更令人印象深刻的结果,在该实验中,细菌与HClO接触1分钟后,细菌数量降低了超过5个对数值,当细菌与HClO接触时间达到10分钟时,细菌数量降低了6个对数值。研究表明,大约70%的生物膜多糖和超过90%的生物膜蛋白在HClO中暴露10分钟后会被分解并去除。然而,关于慢性创伤中生物膜的存在以及后续使用HClO清除生物膜的临床研究结果还是较为缺乏的。


未完待续……

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