纳米银/聚氨酯覆膜新型抗菌气管导管在家兔体内的抑菌效果研究

王醒，江筱莉，周昱薇，陈明祺2，吕海2，顾宁

1.东南大学 生物科学与医学工程学院，江苏 南京 210009；2.江苏省中医院 重症医学科，江苏 南京 210029

纳米银/聚氨酯覆膜新型抗菌气管导管在家兔体内的抑菌效果研究

王醒1，江筱莉1，周昱薇1，陈明祺2，吕海2，顾宁1

1.东南大学 生物科学与医学工程学院，江苏 南京 210009；2.江苏省中医院 重症医学科，江苏 南京 210029

目的观察纳米银/聚氨酯覆膜抗菌气管导管在家兔体内的抑菌效果。方法健康家兔16只，随机分为实验组和对照组，两组均行气管切开，实验组置入纳米银/聚氨酯覆膜抗菌气管导管，对照组置入普通气管导管，均带管生存，正常饲养。72 h后观察两组家兔肺泡灌洗液菌落计数及气管导管壁生物膜形成情况。结果实验组菌落计数较对照组明显减少（P＜0.001）。两组导管壁均有生物膜形成，实验组生物膜厚度与对照组相比具有显著统计学差异（P＜0.001）。结论纳米银/聚氨酯覆膜新型抗菌气管导管对家兔呼吸道细菌生成和气管导管壁生物膜的形成均具有明显的抑制作用。

纳米银/聚氨酯覆膜；覆膜技术；抗菌气管导管；抑菌实验

呼吸机相关性肺炎（Ventilation Associated Pneumonia，VAP）是重症监护病房（Intensive Care Unit, ICU）最常见的、且难治的院内感染。许多曾被认为能有效预防VAP的措施，如全身静脉应用抗生素、持续声门下吸引、密闭式吸痰、选择性口咽部去污染、选择性消化道去污染等，均已证明不能减少临床VAP的发生[1-6]。针对导管相关感染方向开展的研究认为，细菌生物膜形成，是导致导管相关感染的主要原因[7]。因此，研发抗菌气管导管，抑制细菌生物膜的形成，对有效防止VAP的发生、预防院内感染具有重要意义。本研究选择安全低毒、抗菌谱广的纳米银作为抗菌材料，采用聚氨酯（PU）进行导管表面处理并负载纳米银方式，制备出新型纳米银/聚氨酯覆膜抗菌气管导管，观察其在健康家兔体内的抑菌作用，为该导管的临床应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

健康家兔16只，体重2.0～2.8 kg，雄性，由江苏省中医院实验动物中心提供，颗粒饲料配合食用蔬菜喂养1周。普通气管导管，型号4.0 mm I.D.，购自爱尔兰Mallinckrodt Medical公司；纳米银/聚氨酯覆膜气管导管，是普通气管导管经表面处理技术负载纳米银/聚氨酯复合材料而成，由东南大学生物科学与医学工程实验室加工制备，无菌保存。

1.2 实验方法

1.2.1 实验动物分组

将16只家兔随机分为对照组和实验组两组，每组8只。对照组采用普通气管导管，实验组采用纳米银覆膜气管导管。

1.2.2 实验方法

所有动物经耳缘静脉静注20%乌拉坦1 g/kg麻醉后，行气管切开，对照组置入普通气管导管，实验组置入纳米银/聚氨酯覆膜气管导管。导管置入深度：6～7 cm，逐层缝合固定，保留气管导管；正常饲养。

1.2.3 观察指标

气管切开后72 h，用生理盐水20 mL反复行肺泡盥洗（BAL法）3次，应用吸痰器回收盥洗液，取得灌洗液，进行菌落计数；处死实验家兔，留取气管导管前端观察生物膜形成情况。

2 结果

2.1 肺泡灌洗液菌落计数情况

两组肺泡灌洗液菌落计数，见表1。在同稀释条件下，对照组菌落计数为（264.13±44.67）个，实验组的菌落计数为（24.25±20.96）个，两组具有显著统计学差异（P＜0.001），实验组的菌落计数较对照组明显减少（图1）。

表1 两组肺泡灌洗液菌落计数

图1 两组肉眼及镜下所见肺泡灌洗液菌落图

2.2 两组生物膜形成情况比较

研究发现，在实验前，两组导管表面均无生物膜形成（图2）。实验后72 h，对照组和实验组的气管导管表面均有生物膜形成（图3），其厚度见表2。对照组生物膜厚度为（0.806±0.127）in，实验组生物膜厚度为（0.336±0.073）in，两组具有显著统计学差异（P＜0.001）。提示纳米银覆膜导管可显著抑制生物膜形成。

图2 实验前光镜下无菌导管图

图3 实验后72h光镜下无菌导管图

表2 两组生物膜形成厚度比较

3 讨 论

气管导管是ICU最常用的医疗材料之一，在挽救危重病人生命的过程中发挥着举足轻重的作用。然而，由气管导管带来的相关感染问题，仍然是ICU的难题之一。临床发现，即使全身应用抗生素治疗并加强气道管理，仍无法完全避免气管导管相关感染的发生。同时，由于广谱抗生素的使用、肠道菌群易位以及免疫抑制等原因，导管相关感染常见的致病菌，如金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯杆菌、鲍曼不动杆菌、白色念珠菌等，均为广泛耐药菌，增加了临床治疗的难度[8]。

细菌生物膜形成，是导致导管相关感染的主要原因。生物膜是细菌在生长过程中附着于物体表面而形成的由细胞及其分泌的亲水基质（主要为细胞外多糖）等所组成的膜样多细菌复合体[9-11]。生物膜是细菌适应生存环境而形成的与游走态细胞相对应的存在形式，具有很强的抵抗机体免疫和抗生素的能力，从而在临床上形成难治性感染。

研究表明[12-13]，VAP发生的时间为机械通气后48～72 h，与生物膜形成的过程、时间是一致的，机械通气时间越长，发生VAP机率越大。因此，通过研发抗菌气管导管，抑制并延缓细菌生物膜的形成，可能成为预防VAP的重要措施之一。

生物膜首先形成于生物医学材料表面。针对这一特性，国外已出现一些新的技术，如开发新的生物聚合材料，采用特殊内涂层以使细菌的黏附性减至最小，或通过抗生素饱和渗透处理导管技术等，但目前均在研究阶段，尚未见临床应用。目前已上市的一些通过抗菌涂层以增加导管表面抗菌性能的产品虽然取得了良好效果，但也存在抗菌成分的表面覆盖效率较低和较易被洗脱的问题。同时，应用抗生素涂层气管导管虽可抑制导管相关感染，但其抗菌谱相对较窄，只对一些特定菌株具有杀灭作用。

纳米银抗菌谱广，对G+球菌和G-球菌均有良好的抑制作用，还可以抗病毒和抗其他真核微生物。纳米银对呼吸机相关性肺炎常见的致病菌如金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯杆菌、鲍曼不动杆菌以及白色念珠菌等均有良好的抑制和杀灭作用，其特点为长效、缓释，且不易产生耐药性。聚氨酯（Polyurethane，PU）材料因为其特殊的化学结构、良好的物理机械性能及良好的生物相容性和血液相容性，被广泛用于医学领域。纳米银/聚氨酯复合材料安全无毒、抗菌谱广，能减少导管表面细菌的粘附，推迟生物膜的形成时间，从而减少和延缓VAP的发生。本研究观察了置管后72 h两组气管导管管壁生物膜形成情况。结果表明，两组生物膜形成厚度具有显著性差异，提示该抗菌导管能够显著抑制生物膜的形成。

有研究显示[13-15]，涂银气管导管可显著降低导管壁、管腔内、气道和肺组织细菌定植数量，延缓气道细菌定植发生的时间，降低VAP的发生率。本研究采用纳米银/聚氨酯覆膜技术进行导管表面处理，通过对肺泡灌洗液的菌落计数证实了纳米银覆膜导管的抗菌性能。

总之，复合纳米银/聚氨酯覆膜抗菌材料作为具有复合抗菌效用的一种新型医用材料，具有很好的抗菌性能和应用前景，可作为多种临床医疗器械的原材料和复合抗菌涂层。新型纳米银/聚氨酯覆膜抗菌气管导管对家兔呼吸道细菌生成和气管导管壁生物膜的形成均具有明显的抑制作用，提示其可能预防和延缓VAP的发生，值得进一步深入研究并推广应用。

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Research on the Effect of a Novel Antibacterial Nano-silver/PU Coated Endotracheal Tube in Rabbits

WANG Xing1, JIANG Xiao-li1, ZHOU Yu-wei1, CHEN Ming-qi2, LV Hai2, GU Ning1
1. School of Biological Science & Medical Engineering, Southeast University, Nanjing Jiangsu 210009, China; 2. Intensive Care Unit, Jiangsu Province Hospital of Traditional Chinese Medicine, Nanjing Jiangsu 210029, China

ObjectiveTo observe the antibacterial effect of novel nano-silver/PU coated endotracheal tube in rabbits.Methods 16 healthy rabbits were randomly divided into experimental group and the control group. After received tracheotomy and inserted antibacterial endotracheal tube in experimental group and normal tube in control group, all rabbits were living with tubes and feeding as usual. The colony count of bronchoalveolar lavage fluid and the formation of biofilm on the tracheal tube wall were observed in both groups at 72h after intubation.ResultsColony counts in experimental group decreased significantly compared to the control group (P＜0.001). Both groups can be found the formation of biofilm on the tube wall, but the thickness of biofilm were significantly different between two groups(P ＜0.001).ConclusionThe novel antibacterial nano-silver/PU coated endotracheal tube could markedly inhibit the bacterial generation in respiratory tract and biofilm formation on tube wall in rabbits.

nano silver/polyurethane; coating technology; antibacterial endotracheal tube; bacteriostatic experimentation

R318

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.08.007

1674-1633(2013)08-0020-03

2013-06-14

国家重大科学研究计划项目（973计划）（2011CB933500）；江苏省科技支撑计划社会发展项目（BE2010674）。

顾宁，教育部长江学者特聘教授，东南大学生物科学与医学工程学院院长。

通讯作者邮箱： guning@seu．edu．cn