Чувствительность биопленочных форм бактерий Staphylococcus aureus, выделенных у пациентов с хроническим остеомиелитом, к действию антисептиков и дезинфицирующих средств

Введение. В лечении пациентов с остеомиелитом одним из первых и важных этапов является обработка ран антисептиками и дезинфектантами, однако в литературе имеются разноречивые мнения об их эффективности в отношении биоплёночных форм бактерий, что свидетельствует о необходимости изучения структуры и функционирования биоплёнок ведущих возбудителей хронического остеомиелита, мониторинга их чувствительности к антисептическим препаратам.

Цель работы — оценить бактерицидную активность перекиси водорода и спиртового кожного антисептика в отношении биоплёнок, образованных штаммами S. aureus, выделенными у пациентов с хроническим остеомиелитом.

Материалы и методы. Биоплёнки бактерий S. aureus выращивали в 96-луночных планшетах и на покровных стеклах в течение 24 часов. Суточные биоплёнки обрабатывали дезинфицирующими средствами согласно разработанной схеме. Действие антисептиков и дезинфицирующих средств на моновидовые биоплёнки S. aureus оценивали визуально и количественно на покровных стеклах. Все эксперименты проведены в четырех повторах.

Результаты. Диски, пропитанные 3 % H₂O₂ и 6 % H₂O₂, кожным антисептиком, оказывали бактерицидное действие в отношении всех исследуемых клинических изолятов. Штаммы S. aureus с различной степенью интенсивности формировали биоплёнку на поверхности покровного стекла и в 96-луночных планшетах. При добавлении 3 % и 6 % перекиси водорода интенсивность биоплёнкообразования MSSA снижалась в 1,2 раза по сравнению с контрольными значениями, MRSA — в 1,5 раза. Добавление кожного антисептика к суточным биоплёнкам не приводило к значимому снижению уровня плёнкообразования. Биоплёнки в группах отличались по структуре и морфологии.

Обсуждение. Различная активность в отношении моновидовых биоплёнок дезинфицирующих веществ зависит от их вида и концентрации. Низкие концентрации H₂O₂ разрушают клеточные мембраны, окисляют ДНК, дестабилизируют ферменты и белки. Сублетальные концентрации H₂O₂ могут привести к появлению клеток с фенотипом вариантов малых колоний (SCV) за счёт повышенной частоты мутаций и последующей репликации, что будет способствовать выживанию возбудителя в тканях организма.

Заключение. Перекись водорода в концентрации 3 % и 6 % подавляет активность образования биоплёнки клиническими штаммами S. aureus и MRSA, но не удаляет ее полностью с абиотической поверхности, что свидетельствует о бактериостатическом характере действия дезинфицирующего средства. Кожный антисептик не эффективен в отношении биоплёночной формы бактерий, но может оказывать бактерицидное действие на одиночные адгезированные клетки, вокруг которых не сформировался экзополисахаридный матрикс.

1. Трушин П.В., Разин М.П. Хронический остеомиелит трубчатых костей: современный взгляд на проблему. Вятский медицинский вестник. 2023;77(1):114-119. doi: 10.24412/2220-7880-2023-1-114-119.

2. Сакович Н.В., Андреев А.А., Микулич Е.В. и др. Современные аспекты этиологии, диагностики и лечения остеомиелита. Вестник экспериментальной и клинической хирургии. 2018;11(1):70-79. doi: 10.18499/2070-478X-2018-11-1-70-79.

3. García-Betancur JC, Lopez D. Cell Heterogeneity in Staphylococcal Communities. J Mol Biol. 2019;431(23):4699-4711. doi: 10.1016/j.jmb.2019.06.011.

4. Шипицына И., Осипова Е. Мониторинг ведущей грамположительной микрофлоры и ее антибиотикочувствительности у лиц с хроническим остеомиелитом за трехлетний период. Гений ортопедии. 2022;28(2):189-193. doi: 10.18019/1028-4427-2022-28-2-189-193.

5. Савилов Е.Д., Анганова Е.В., Носкова О.А., Духанина А.В. Бактериальные биоплёнки при гнойно-септических инфекциях. Acta biomedica scientific. 2019;4(5):38-42. doi: 10.29413/ABS.2019-4.5.6.

6. Окулич В.К., Кабанова А.А., Плотников Ф.В. Микробные биопленки в клинической микробиологии и антибактериальной терапии. Витебск: ВГМУ; 2017:300.

7. Ярец Ю., Шевченко Н. Новый метод анализа бактериальной биоплёнки. Наука и инновации. 2016;(11):68-72.

8. Алешукина А.В., Голошова Е.В., Твердохлебова Т.И. Исследование влияния дезинфицирующих средств на биопленкообразующие неферментирующие бактерии. Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2020;(1):89-94.

9. Шипицына И.В., Осипова Е.В. Влияние дезинфицирующих средств на рост биопленки, образованной штаммами К. pneumoniae. Медицинский алфавит. 2022;(35):37-41. doi: 10.33667/2078-5631-2022-35-37-41.

10. Божкова С.А., Олейник Е.А., Артюх В.А. и др. Первый этап двухэтапного ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава: что влияет на результат? Травматология и ортопедия России. 2024;30(2):5-15. doi: 10.17816/2311-2905-17582.

11. Koo H, Allan RN, Howlin RP, et al. Targeting microbial biofilms: current and prospective therapeutic strategies. Nat Rev Microbiol. 2017;15(12):740-755. doi: 10.1038/nrmicro.2017.99.

12. Abuga K, Nyamweya N. Alcohol-Based Hand Sanitizers in COVID-19 Prevention: A Multidimensional Perspective. Pharmacy (Basel). 2021;9(1):64. doi: 10.3390/pharmacy9010064.

13. Lineback CB, Nkemngong CA, Wu ST, et al. Hydrogen peroxide and sodium hypochlorite disinfectants are more effective against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa biofilms than quaternary ammonium compounds. Antimicrob Resist Infect Control. 2018;7:154. doi: 10.1186/s13756-018-0447-5.

14. Montagna MT, Triggiano F, Barbuti G, et al. Study on the In Vitro Activity of Five Disinfectants against Nosocomial Bacteria. Int J Environ Res Public Health. 2019;16(11):1895. doi: 10.3390/ijerph16111895.

15. Raval YS, Flurin L, Mohamed A, et al. In vitro Activity of Hydrogen Peroxide and Hypochlorous Acid Generated by Electrochemical Scaffolds Against Planktonic and Biofilm Bacteria. Antimicrob Agents Chemother. 2021;65(5):e01966-20. doi: 10.1128/AAC.01966-20.

16. Yin W, Wang Y, Liu L, He J. Biofilms: The Microbial "Protective Clothing" in Extreme Environments. Int J Mol Sci. 2019;20(14):3423. doi: 10.3390/ijms20143423.

17. Zhu G, Wang Q, Lu S, Niu Y. Hydrogen Peroxide: A Potential Wound Therapeutic Target? Med Princ Pract. 2017;26(4):301-308. doi: 10.1159/000475501.

18. Painter KL, Strange E, Parkhill J, et al. Staphylococcus aureus adapts to oxidative stress by producing H2O2-resistant small-colony variants via the SOS response. Infect Immun. 2015;83(5):1830-1844. doi: 10.1128/IAI.03016-14.

19. Parker DM, Koch JA, Gish CG, et al. Hydrogen Peroxide, Povidone-Iodine and Chlorhexidine Fail to Eradicate Staphylococcus aureus Biofilm from Infected Implant Materials. Life (Basel). 2023;13(6):1230. doi: 10.3390/life13061230.

20. Toté K, Horemans T, Vanden Berghe D, et al. Inhibitory effect of biocides on the viable masses and matrices of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa biofilms. Appl Environ Microbiol. 2010;76(10):3135-3142. doi: 10.1128/AEM.02095-09.

21. Tibbits G, Mohamed A, Gelston S, et al. Activity of a hypochlorous acid-producing electrochemical bandage as assessed with a porcine explant biofilm model. Biotechnol Bioeng. 2023;120(1):250-259. doi: 10.1002/bit.28248.

22. Rowe SE, Wagner NJ, Li L, et al. Reactive oxygen species induce antibiotic tolerance during systemic Staphylococcus aureus infection. Nat Microbiol. 2020;5(2):282-290. doi: 10.1038/s41564-019-0627-y.

23. Ernest EP, Machi AS, Karolcik BA, et al. Topical adjuvants incompletely remove adherent Staphylococcus aureus from implant materials. J Orthop Res. 2018;36(6):1599-1604. doi: 10.1002/jor.23804.

24. O'Donnell JA, Wu M, Cochrane NH, et al. Efficacy of common antiseptic solutions against clinically relevant microorganisms in biofilm. Bone Joint J. 2021;103-B(5):908-915. doi: 10.1302/0301-620X.103B5.BJJ-2020-1245.R2.

25. Christopher ZK, Tran CP, Vernon BL, Spangehl MJ. What Is the Duration of Irrigation? An In Vitro Study of the Minimum Exposure Time to Eradicate Bacteria With Irrigation Solutions. J Arthroplasty. 2022;37(2):385-389.e2. doi: 10.1016/j.arth.2021.10.013.

26. Daverey A, Dutta K. COVID-19: Eco-friendly hand hygiene for human and environmental safety. J Environ Chem Eng. 2021;9(2):104754. doi: 10.1016/j.jece.2020.104754.

27. Singh D, Joshi K, Samuel A, et al. Alcohol-based hand sanitisers as first line of defence against SARS-CoV-2: a review of biology, chemistry and formulations. Epidemiol Infect. 2020;148:e229. doi: 10.1017/S0950268820002319.

28. Berardi A, Perinelli DR, Merchant HA, et al. Hand sanitisers amid CoViD-19: A critical review of alcohol-based products on the market and formulation approaches to respond to increasing demand. Int J Pharm. 2020;584:119431. doi: 10.1016/j.ijpharm.2020.119431.

29. Lopez-Gigosos RM, Mariscal-Lopez E, Gutierrez-Bedmar M, Mariscal A. Effect of Long-Term Use of Alcohol-Containing Handwashing Gels on the Biofilm-Forming Capacity of Staphylococcus epidermidis. Int J Environ Res Public Health. 2023;20(6):5037. doi: 10.3390/ijerph20065037.