抗微生物药物耐药性的产生与对策

抗微生物药物耐药性的产生与对策
（全军抗感染药物临床应用培训班讲稿 孙忠实）

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耐药性(resistance) 又称抗药性,是微生物对抗微生物药物的相对抗性。微生物产生耐药性是自然界的规律。生物进化论早就指出 “适者生存” 。即微生物耐药性的产生,是耐药基因长期进化的必然结果, 并非在抗微生物药物问市之后才出现。大千世界，有矛就有盾, 有抗微生物药物就一定有对抗微生物药物的耐药性存在。一种新耐药菌株的出现, 也必然会有一种制服它的新药产生。同样,人类也是在与大自然不断斗争中求生存获发展的。微生物产生耐药性并非都是坏事, 如人体内正常菌丛,其产生的耐药性在保护自身的同时,也能确保不易发生菌群失调, 不给真菌等条件致病菌以可乘之机。

微生物耐药性的特点

耐药性分为：固有耐药性、获得耐药性、多重耐药性以及交叉耐药性。固有耐药性也称天然耐药性（natural resistance）或内源性耐药性（Intrinsic resistance）,它决定抗菌药的抗菌谱。耐药基因一是由染色体编码介导, 即DNA或RNA突变所致，前者如喹诺酮类对大肠杆菌耐药,;后者如利福平对结核杆菌耐药。其特点是发生率较低(1/105~109) 。另一是由质粒(plasmid, 又称R-质粒)介导, 特点是方式多(转化、转导、结合及易位) ,发生率高, 通常表现在产生失活酶或修饰酶而耐药, 在抗生素年代以前就有质粒存在, 但很少携带耐药基因, 自抗菌药使用以来, 质粒己成为捕获或传播耐药基因的最佳载体,。此外, 质粒中的许多耐药决定簇曾源于其他菌种的染色体基因, 如质粒介导的SHV型β-内酰胺酶就是来自肺炎克雷白杆菌染色体。耐药基因不仅可垂直传给子代；更重要的是可在不同微生物的种属间进行水平传播，从而给临床治疗带来重重困难。当前细菌耐药形势日趋严重,已成为全球关注的焦点。迄今为止,几乎所有致病微生物和非致病(条件)微生物或多或少均有耐药株, 其中典型的耐药菌主要有：1961年的对b-内酰胺类抗生素耐药的耐甲氧西林金葡菌（MRSA），1967年和1992年的对b-内酰胺类抗生素耐药的耐青霉素肺炎球菌（PRSP），1986年的对糖肽类抗生素耐药的耐糖肽肠球菌（GRE）和同年发现的对糖肽类抗生素耐药的耐万古霉素肠球菌（VRE），1990年对β-内酰胺类抗生素耐药的b-内酰胺酶阴性耐氨苄西林流感嗜血杆菌（BLNAR），1991年的产金属b-内酰胺酶的嗜麦芽窄食单胞菌、铜绿假单孢杆菌和沙雷菌（MBL），1992年的耐全部抗结核药的耐多药结核杆菌（MDR-TB），1997年的耐糖肽类抗生素的耐糖肽金葡菌（GISA），1998年的耐包括三代头孢、单环类在内的大多数β-内酰胺类抗生素的超广谱酶（ESBLs，40多种细菌可以产生）的革兰阴性菌。2002年10月又发现耐万古霉素的金葡菌（VRSA）。

获得性耐药性(acquired resistance) 是指以前敏感以后变为耐药者, 即微生物接触抗微生物药物后, 由于遗传基因的变化、生存代谢途径的改变而产生的耐药性。依据耐药程度的不同, 获得性耐药性可分为相对耐药性(又称中间耐药性)和绝对耐药性(又称高度耐药性), 前者是在一定时间内MIC逐渐升高, 后者则是由于突变,即使高浓度亦无抗菌活性,如耐庆大霉素的铜绿假单胞菌。根据来源不同,又将获得性耐药性分为社会获得性耐药性和医院获得性耐药性, 后者更多更难治疗。常见医院获得性耐药菌株为：MRSA和凝固酶阴性葡萄球菌、对万古霉素敏感性降低的葡萄球菌、耐万古霉素肠球菌（VRE）、多重耐药菌有假单孢菌、克雷白杆菌属以及肠杆菌属；常见社会获得性耐药菌株有产b内酰胺酶的大肠杆菌属、嗜血杆菌以及耐阿莫西林的卡他莫拉菌，耐药肺炎球菌，多重耐药结核杆菌、沙门菌属、志贺菌属、弯曲菌属以及耐青霉素淋病奈瑟菌属。临床上,还根据抗微生物药物发生耐药性的可能性,分为高耐药可能性药物和低(或无)耐药可能性药物, 前者临床应限制使用, 如氨苄西林、羧苄西林、庆大霉素、四环素、环丙沙星、头孢他啶以及万古霉素; 后者临床可不限制或优先使用, 如哌拉西林、阿米卡星、多西环素、喹诺酮类(除环丙沙星外)、三代头孢菌素、头孢吡肟以及美罗培南等

多重耐药性(multiple resistance, MDR) 系指同时对多种常用抗微生物药物发生的耐药性, 主要机制是外排膜泵基因突变, 其次是外膜渗透性的改变和产生超广谱酶。最多见的是革兰阳性菌的MDR-TB和MDR-MRSA, 以及常在ICU中出现的鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌,仅对青霉烯类敏感; 嗜麦芽窄食单胞菌几乎对复方新诺明以外的全部抗菌药耐药。MDR的出现决定了联合用药的必然; MDR菌株的高频率出现, 意味着抗微生物药物时代即将结束。

交叉耐药性(cross resistance) 是指药物间的耐药性互相传递, 主要发生在结构相似的抗菌药物之间。如目前大肠杆菌对喹诺酮类的交叉耐药率巳超过60%。此外,有些抗菌药在体外药敏试验呈耐药, 但在体内仍具抗菌活性者, 称为假性耐药(pseudoresistance) 。

值得注意的是耐药性的形成与用药剂量大小、时间长短并非绝对相关, 如铜绿假单胞菌对头孢吡肟和美罗培南迄今很少耐药; 呋喃妥英己用50多年, 其敏感株仍末发现明显耐药。一般认为,一种药物在临床应用二年内就发生耐药者, 继续使用耐药性可继续存在或进一步发展;若二年内未发生耐药者, 即使长期使用也不会发生耐药现象。

微生物耐药率不断增加

全球性抗微生物药物的大量应用和滥用, 无疑给微生物增加了极大的“抗菌压力”, 促使耐药菌株不断地增加。在一般情况下, 只要减少这种压力, 耐药率就会降低。这就是为什么因国家、地区、时间的不同而耐药率有显著差异的根本原因。为此, 不能照搬各国的抗微生物指南和教科书。

2001年李家泰等代表中国细菌耐药监测研究组(BRSSG), 对1998~1999年从13家医院分离的2081株致病菌进行敏感试验, 结果,MRSA检出率为27.55%,院内感染(HAI) 明显高于社区感染(CAI), 分别为81.82%和21.84%RSP的检出率为22.50%,对红霉素为42.5%,对环丙沙星为65%,氧氟沙星为22.5%;未发现VRSA和VRE,;大肠杆菌对各种喹诺酮类呈交叉耐药, 耐药率高达60%。

2003年李家泰等代表BRSSG对2000~2001年从13家医院分离的805株革兰阳性菌, 结果,MRSA检出率为37.4%,其中HAI的检出率明显高于CAI, 分别为89.2%和30.2%;MRSE为33.8%,PRSP为26.6%,屎肠球菌(AREF)对氨苄青霉素耐药率为73.8%,远高于对粪肠球菌的16.4%。但未发现耐万古霉素的金葡菌、凝固酶阴性葡萄球菌以及肠球菌。说明MDR如MRSA、PRSP、AREF等耐药状况与1998~1999年监测结果相似。

另据我国国家细菌耐药性监测中心和中国药品生物制品检定所2002年报告(6个省市、60余家医院)：对MRSA的平均耐药率，1988年为34.8%，1999年为33.8%，2000年为29.7%,其中对庆大霉素的耐药率为65.7%，氯霉素为44%，环丙沙星为73.7%,红霉素为89.1%,复方新诺明为67%,四环素为61%,MDR为9.7%。在全球MRSA感染已成为医院感染的代名词；对表皮葡萄球菌，青霉素的耐药率为92.5%，苯唑西林为69.5%,环丙沙星为45.9%，红霉素为75.8%，庆大霉素为22.9%，氯霉素为38.2%，克林霉素为44%,四环素为55.4%，头孢噻肟为8.7%，复方新诺明为73.9%；对金黄色葡萄球菌的耐药率，青霉素为92.9%，苯唑西林为29.8%%,环丙沙星为36.4%，红霉素为71.3%，庆大霉素为31.5%，氯霉素为24.2%,克林霉素为43.1%,复方新诺明为41.3%，四环素为47.5%，头孢噻肟为26.5%;对肠球菌(屎、粪)的耐药率，万古霉素为11.2%~22%，环丙沙星为76.9%~78%，青霉素为63.6%~28.9%，四环素为69.9%~79.9%，氯霉素为46.7%~57.6%，庆大霉素(高浓度)为62.4%~50.5%；对VRE的耐药率万古霉素为100%，环丙沙星为56%，青霉素为42.3%，氨苄西林为46.2%，四环素为60.4%，氯霉素为58.1%，庆大霉素（高浓度）为33.3%；对PRSP的耐药率青霉素为22.5%，苯唑西林为17.5%，头孢呋欣为22.5%，环丙沙星为45%，红霉素为40%,且对青霉素高度耐药的PRSP常为MDR，；对铜绿假单孢菌的耐药率, 1994年与2000年相比：阿米卡星由7.9%升至 14%，头孢哌酮由12.9%升至22.1%，头孢他啶由10.0%升至18.1%，环丙沙星由8.9%升至21.0%，庆大霉素由27.1%升至33.0%，哌拉西林由14.9%升至27.0%

；对多重耐药的铜绿假单孢菌的耐药率1994与2000年相比：双重耐药菌由10.8%升至15.3%，三重耐药菌由4.5%升至11.6%，四重耐药菌由4.1%升至9.3%；对沙门菌属(包括伤寒、副伤寒、非伤寒)的耐药率,1994~1997与1998~2000年相比：氨苄西林为4.4%~43.5%，氯霉素为0~28.3%，复方新诺明为16.7%~ 49.5%，四环素为0~50%，环丙沙星为0.6%~15.9%，头孢噻肟为0.6%~14.6%，头孢他啶为0~11.5%，头孢曲松分别为0~0。

一项国际性研究, 包括欧洲四国(法、德、意、西) 、加拿大及美国,研宄了2000~2001年从实验室分离的>125,000株革兰阴性菌,对广谱头孢菌素的敏感性, 药物主要为头孢曲松、头孢噻肟等7种头孢菌素。结果, 大肠杆菌的敏感率>97%,高于环丙沙星和左氧氟沙星;奇异变形杆菌的敏感率>99%(除意大利为81%外); 克雷伯肺炎杆菌敏感率为86.6%~98.7%,催产肺炎杆菌敏感率为83.5%~99.7%;粘质沙雷蔺和摩根变形杆菌的敏感率为85%~95%,高于哌拉西林/他唑巴坦和环丙沙星 ; 两药对阴沟肠秆菌和产气肠杆菌敏感率稍差, 分别为56.8%~78.8%和48.2%~80.9%。作者认为, 在目前注射用广谱头孢菌素尽管己用了20年,但对多数临床重要的革兰阴性菌仍有很好疗效。

王辉、陈民钧代表中国医院内病原菌耐药监测网(1990年成立的一项全球性监测网络, 我国于1994年参加) ，对1994~2001年排名前五位的革兰阴性菌（铜绿假单胞菌、大肠埃希菌、克雷伯菌属、不动杆菌属、肠杆菌属以及嗜麦芽窄食单胞菌）的耐药情况进行了研宄。累计42个城市、32所医院ICU中的10,279株菌, 共观察12种抗菌药的敏感率。结果,历年敏感率最高的是亚胺培南，7年间始终保持在84%-89%之间，平均为87%；其次是头孢哌酮/舒巴坦（80%敏感），但它的敏感率从1994年的86%降至2001年的75%；阿米卡星为75%，与头孢他啶75%、头孢吡肟72%、哌拉西林/三唑巴坦71%相近。环丙沙星的敏感率巳从69%降至56%。其他抗生素的敏感率均不足50%，包括头孢噻肟、替卡西林/克拉维酸。其中，铜绿假单胞菌对11种抗菌药的敏感率均在下降，如亚胺培南、头孢他啶的敏感率，分别从1994年的96%、92%降至2001年的75%和79%，两药的MIC90分别升高16倍和8倍; 敏感率下降最明显的是替卡西林/头孢他啶克拉维酸，敏感率从1994年的83%降至2001年的58%。其他抗菌药的敏感率降低2~10个百分点。敏感率最高的是阿米卡星83%,哌拉西林/三唑巴坦81%,头孢他啶79%。

由上述资料可以看出，耐药率发展迅速，不少抗菌药对某些细菌已几乎无效。但国外明显好于国内。

微生物耐药率不断增加的原因主要是：不合理使用和滥用，如美国用于人类抗感染与农牧业应用各占50%，其中用于院内抗感染仅占20%，而社区却占了80%，滥用率为20%~50%；在农牧业中治疗性应用仅占20%，而预防和促生长应用却占了80%，滥用率为40%~80%，每年有4万死亡病例是由耐药菌所致。我国的滥用现象较美国更为严重，WHO对我国滥用抗菌药的评估是：中国97%的病毒性支气管感染患者使用了抗菌药；在初级医疗保健体系中30%~60%患者使用了抗菌药；

私人医师对儿科病人的41%使用了抗菌药；医院获得性感染显著增加；食源性感染大幅度增加。就连FDA在2000年4月刚批准问市的“超级抗菌药”利奈唑胺(Linezolid) , 即在同年的5月~12月巳有5例耐药报告,其速度之快令人惊呀!总之,细菌耐药性已成为全球性问题, 突出表现在耐药的速度越来越快，耐药的程度越来越重，耐药的微生物越来越多，耐药的频率越来越高，耐药造成的后果越来越棘手，耐药造成的负担越来越不堪承受。自1929年亚历山大弗莱明发现青霉素以来，人类和细菌就开展了一场殊死的竞争。大半个世纪以来，这场竞争总的来说，人类（抗菌药物）始终保持着微弱的领先地位。80年代人们认为已经征服了所有传染病，实际上这只不过是一个幻想。由于滥用抗微生物药物，更加快了微生物耐药基因蔓延的速度。耐药性的产生,使患者不能得到有效的治疗，延长患病时间，增加患者死亡的危险性，使流行病发生的时间更长，使其他人感染的危险性增大，使抗感染的费用急剧增加。对耐药菌治疗的所需费用为敏感菌的100倍，如美国因耐药性而使抗感染每年多花400亿美元，其中仅因耐药金葡菌所致感染每年要多花费1.22亿美元，院内感染每年要多花费45亿美元。

微生物耐药的机制

微生物耐药的机制比较复杂，主要有1. 产生药物失活酶,如b内酰胺酶可使b内酰胺类抗生素失效; 如氨基糖苷修饰酶可使氨基糖苷类失效；目前最重要的b内酰胺酶是超广谱b内酰胺酶(Extended spectrun beta-lactamases,ESBLs) 、染色体异型酶(AmpC) 和OXA三种。ESBLs 主由质粒介导, 又可分为TEM、SHV、OXA等类型;AmpC既可由染色体介导, 也可由质粒介导, 因对头孢菌素水解率高于青霉素类, 故又称为头孢菌素酶, 迄今巳达30余种 ;OXA是 ESBLs酶的一种，又称金属b内酰胺酶或碳青霉烯水解酶，能灭活青霉素、头孢菌素和碳青霉烯类(培南类)抗生素,甚至能灭活酶抑制剂, 包括克拉维酸、舒巴坦和他唑巴坦。近年还出现了质粒介导的碳青霉烯水解酶, 使细菌对很多广谱抗生素发生耐药。值得强调的是,一种细菌的同一质粒可携带多类抗菌药的耐药基因,即同时可产生多种酶,如大肠埃希菌和肺炎克雷白杆菌可同时产生ESBLs和AmpC, 被称为超超广谱酶(SSBLs), 发生率前者为2.0%,后者为17.1%;2.靶部位发生改变，如细菌PBPs改变使β-内酰胺类耐药;S12蛋白改变使链霉素耐药；3.建立靶旁路系统，如细菌新建青霉素结合蛋白2`(PB2`)，使甲氧西林对金葡菌耐药；4. 代谢途径改变, 抗微生物药物可与细菌生长所必须的某些物质结合, 影响其生长繁殖, 如抗磺胺类细菌能利用自已合成的叶酸, 而不需要外源性PABA;5. 膜(壁)通透性降低，如细菌膜蛋白变性、膜孔蛋白(通道蛋白或外膜蛋白)缺如或形成生物膜，使亚胺培南对铜绿假单孢菌耐药;6. 膜泵外排，目前已知有5个家族、20多种外排泵，是四环素、氯霉素、喹喏酮类等最常见的耐药原因，也是细菌产生MDR的主要原因。

上述机制中1, 2, 3, 4项为专一性耐药，即对某一种或某一类抗微生物药物耐药，目前已成功得到控制；5,6项为非专一性耐药，即广谱耐药性，目前尚难以控制。现以喹诺酮类药物为例，其耐药机制主要是靶酶的喹诺酮耐药决定区（QRDR）的gyrA的Ser-81· phe或Tyr和parC的Ser-79 ·Tyr基因发生突变所致，如其中一种基因突变时为低水平耐药，两种基因同时突变则为高度耐药；其次为主动外排：常见于多药耐药的喹诺酮类药物。亲水性的喹诺酮类如环丙沙星、司帕沙星等较疏水性的加替沙星、格帕沙星更易通过膜孔（Prone）外排；分子中C7位为大基团取代基的莫西沙星也更易外排。

防止细菌耐药的对策

目前采取的对策有：1. 制定抗微生物药物应用指南, 并强制实施;2. 明确各级医疗诊所、医院处方范围,明确各级医师处方权限;3.根据药效学/药动学特征制订方案, 尽早根据药敏试验选药；4.原则上尽量选用窄谱抗菌药, 一般疗程7~10d,如3d无效应更换药品; 5.联合用药应有明确指征, 一般以2~3种为宜, 最好不同时使用抗菌药、抗真菌药、抗病毒药、抗原虫药和抗结核药, 否则既无助于感染的解决, 更增加毒副反应;6.严格控制预防使用和非医疗的农、林、牧、副、渔以及饲料的使用；7.采取限用策略：如轮作制，即将某些抗菌药停用一段时期后再用，以恢复细菌对药物的敏感性, 国家可以制定规划, 医院也可分期分批实施；8.大力倡导序贯疗法(SAT)和门诊患者肠外抗菌疗法（Outpatient Parenteral artibiotic therapy, OPAT）；9.加强监控，掌握致病菌变化以及耐药情况, 及时反馈临床；10.实施以教育为基础的抗微物药物管理计划，包括及时提供信息与建议；11.坚决制止在经济利益驱动下滥用，应做到及时、准确诊断,正确选用抗菌药，选择最佳给药途径，使用适当剂量，决定最佳间隔时间，确定适宜疗程。

为此,具体的做法是：根据药效学和药动学制订给药方案。抗微生物药可分为两类：①. 浓度依赖型杀菌剂：浓度越高杀菌力越强，如喹诺酮类、氨基糖苷类。其重要参数为：Cmax/MIC之比值>8～12时或AUC/MIC(即AUIC) >125～250时不但起效快, 且能有效地杀灭菌和抑制耐药菌株产生, 临床有效率可达>90%，故应该大剂量每日1次给药。如氨基糖苷类为每日1次,氟喹诺酮类为每日1~2次为宜。※※②. 非浓度依赖型杀菌剂（时间依赖型）：其Cmax相对不重要，而药物浓度维持在MIC以上的时间对预测杀菌力更为重要，如β内酰胺类抗生素在感染部位药物浓度超过MIC的持续时间，即T>MIC为50%~60%时杀菌率最高，不同菌种要求给药间隔时间的百分比不同。为此需要高效、长效的药物，或每日多次给药，或持续滴注，以维持MIC在间隔时间的50%~60%内。但应注意，当药物浓度在MIC的4倍以上时，即使再增加药物剂量也不会增加多少疗效。反之过大剂量，还会导致全身性不良反应和耐药几率增加。实验证明用青霉素和头孢菌素治疗肺炎球菌感染动物，当血药浓度T>MIC不超过给药间隔的20%时，死亡率为100%，如达到40%~50%或更长时间时，细菌学清除率可达90%~100%，动物均存活。手术预防应用抗菌药能降低手术切口的感染率，但应严格掌握适应证，如有感染高危因素的患者；采用异体材料以及有污染的手术患者。预防应用抗菌药的关键时机是致病菌侵入伤口后4小时内，理想的应用时间是使手术切口及其周围组织中的抗菌药浓度保持在治疗水平，因此一般主张在诱导麻醉期即给予抗菌药，如手术时间超过2或3h时，可追加一次抗菌药，不必延长术后预防用药时间。术前预防性应用抗菌药并不能代替无菌手术，必要时术前应用单剂、足量抗菌药即可。手术时间延长者，可追加一剂，术后持续预防用药超过42小时，未能证实其优越性，但其不良后果却十分明显：增加医疗费用和耐药菌株的产生，甚至诱发二重感染等。此外, 应严格区分抗微生物药物全身应用和局部外用的品种, 尽量做到交叉选用, 以减少耐药性和过敏反应。

在具体方法中，除了根据药物的药效学/药动学参数制定给药方案外，最新的办法是关闭或缩小突变选择窗(Mutant Selection Window, MSW)，最大限度的延长MSW。所谓MSW就是MPC与MIC之间的范围, 即以MPC(防突变浓度，Mutant Prevention Concentration为上限)，以MIC为下限的浓度范围。MPC是防止耐药突变菌株被选择浓集扩增所需的最低抗菌药物浓度，或是抗微生物药物的阈值浓度，即耐药菌株突变折点。

MSW表示可产生耐药菌株的范围，MSW越广越可能筛选出耐药菌株，MSW越窄，产生耐药菌株的可能性越小。如药物浓度仅仅大于MIC, 容易选择耐药菌株。为此,欲防止耐药菌株产生, 在选择药物时, 应选择药物浓度既高于MIC, 又要高于MPC的药物, 这样就可关闭MSW,既能有效杀灭细菌, 又能防止细菌耐药, 或必须使药物浓度保持在MPC以上，安全浓度以下最为理想范围既可杀灭敏感菌又不产生耐药株，凡是MPC低、MSW窄的药物是最理想的抗菌药物或该药物在MSW以上的时间越长越好，如莫西沙星在MSW以上的时间长达24小时，吉米沙星为12-14小时，加替沙星为6小时，左氧氟沙星只有3-4小时。也有报告认为在用药24h内,莫西沙星、吉米沙星、加替沙星、左氧氟沙星大于MPC时间分别是18、4、2、0h, 从疗效和产生耐药菌判定莫西沙星更具优越性。由此可见，不同的氟喹诺酮对革兰阴性菌及革兰阳性菌有不同的活性，不仅体外活性指标MIC不同，而且体内活性指标AUIC也不同，AUIC对临床预后有一定预示意义，并对临床和耐药产生深远影响。

MSW概念的提出，提供了一个限制耐药突变菌株选择性扩增的新思路，也给抗菌药物治疗和新药研发提出了新的要求。为了限制耐药菌株的突变，临床使用抗菌药物时应关闭或尽量缩小MSW，其方法是缩短血浆药物浓度在MSW中的时间，就是使药物快速达峰浓度而通过MSW，并使其余的治疗时间保持在MPC浓度之上，从而最大限度地缩短突发选择的时间。其二是减少MPC和MIC的差距。其三是采取联合用药，即当两种不同作用机制的药物并用时，病原菌须同时发生两种耐药突变才能生长，造成MSW的关闭。

小结：

细菌的耐药与抗微生物药物间的战斗将永无穷期，新兴感染和再新感染已成为威胁人类健康的最严重疾病，人类将面对这一严竣的挑战，包括不断的研发新药、制定管理法规、采取限用措施，以及不断提高用药水平，才能在这场斗争中获取最终胜利，否则人类将被迫回到抗菌药物前年代。

作者：国家食品药品监督管理局药品评价中心 孙忠实

报告日期：2004年10月13日

整理日期：2004年10月19日

相关联接：全军抗感染药物临床应用培训班

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