Bio­fil­my w za­ka­że­niach gór­nych dróg od­de­cho­wych

Prze­wle­kłe za­pa­le­nie błony śluzowej nosa i za­tok przy­no­so­wych, prze­wle­kłe rop­ne i na­wra­ca­ją­ce ostre za­pa­le­nie ucha środ­ko­we­go, prze­trwa­łe wy­się­ko­we za­pa­le­nie ucha środ­ko­we­go oraz za­pa­le­nie gar­dła i mig­dał­ków pod­nie­bien­nych na­le­żą do prze­wle­kłych na­wra­ca­ją­cych sta­nów cho­ro­bo­wych; za­cho­ro­wal­ność i ry­zy­ko wy­stą­pie­nia za­gra­ża­ją­cych ży­ciu po­wi­kłań w tych cho­ro­bach są znacz­ne. Ma­te­riał dia­gno­stycz­ny jest cza­sa­mi trud­ny do ho­dow­li, a ob­ja­wy świad­czą o  sła­bej skuteczności antybiotykoterapii. W wie­lu przy­pad­kach wy­da­je się, że je­dy­nym sku­tecz­nym roz­wią­za­niem jest le­cze­nie chi­rur­gicz­ne. Co­raz wię­cej do­wo­dów wska­zu­je jed­nak, że du­żą ro­lę w utrzy­my­wa­niu się za­ka­żeń gór­nych dróg od­de­cho­wych mo­gą od­gry­wać bio­fil­my.

Za­pa­le­nie błony śluzowej nosa i za­tok przy­no­so­wych

Prze­wle­kłe za­pa­le­nie blony śluzowej nosa i za­tok przy­no­so­wych jest w Sta­nach Zjed­no­czo­nych jed­ną z naj­częst­szych cho­rób. Ma ona znacz­ny wpływ na ja­kość ży­cia i sta­no­wi du­że ob­cią­że­nie fi­nan­so­we dla po­dat­ni­ków. Ob­li­czo­no, że 30 mln pa­cjen­tów ge­ne­ru­je cał­ko­wi­ty rocz­ny koszt w wy­so­ko­ści bli­sko 6 mld do­l.¹⁶

Do­wo­du, że bio­fil­my roz­wi­ja­ją się w za­to­kach przy­no­so­wych, do­star­czy­li Per­loff i Pal­me­r¹⁷, wpro­wa­dza­jąc P. aeru­gi­no­sa do za­to­ki szczę­ko­wej kró­li­ka. Prób­ki bło­ny ślu­zo­wej po­bie­ra­no i oce­nia­no, wy­ko­nu­jąc ska­nin­go­wą mi­kro­sko­pię elek­tro­no­wą (SEM – scan­ning elec­tron mi­cro­sco­pe) od 1 do 20 dnia po za­ka­że­niu. We wszyst­kich 22 prób­kach zna­le­zio­no wcze­sne do­wo­dy na uszko­dze­nie na­błon­ka urzę­sio­ne­go i na­stę­po­we for­mo­wa­nie bio­fil­mu. Tyl­ko w jed­nym przy­pad­ku stwier­dzo­no jed­nak do­dat­ni po­siew Pseu­do­mo­nas. Bio­fil­mów nie ob­ser­wo­wa­no w prób­kach kon­tro­l­nych.

Cry­er i wsp.¹⁸ zi­den­ty­fi­ko­wa­li bio­fil­my bak­te­ryj­ne, wy­ko­nu­jąc ska­nin­go­wą mi­kro­sko­pię elek­tro­no­wą bło­ny ślu­zo­wej pa­cjen­tów z opor­nym na le­cze­nie prze­wle­kłym za­pa­le­niem za­tok po nie­sku­tecz­nym le­cze­niu przeciwbakteryjnym i en­do­sko­po­wej ope­ra­cji za­tok. Po­za tym prze­pro­wa­dzo­no pi­lo­ta­żo­we ba­da­nie z za­sto­so­wa­niem ska­nin­go­wej mi­kro­sko­pii elek­tro­no­wej, aby wy­ka­zać obec­ność bio­fil­mów w prób­kach tka­nek po­bra­nych z pusz­ki si­to­wej 5 pa­cjen­tów pod­da­nych en­do­sko­po­wej ope­ra­cji za­tok z po­wo­du prze­wle­kłe­go za­pa­le­nia ja­my no­so­wej i za­tok przy­no­so­wych.¹⁹ W ho­dow­lach ze wszyst­kich pró­bek za­ob­ser­wo­wa­no wzrost nie­swoistych bak­te­rii i wy­ka­za­no uszko­dze­nie bło­ny ślu­zo­wej z uszko­dze­niem lub od­sło­nię­ciem ko­mó­rek urzę­sio­nych i kub­ko­wych.¹⁹

Trans­mi­syj­na mi­kro­sko­pia elek­tro­no­wa (TEM – trans­mis­sion ele­ctron mi­cro­sco­py) wy­ka­za­ła rów­nież bio­fil­my utwo­rzo­ne przez bak­te­rie z ro­dza­ju Pseu­do­mo­nas w ma­te­ria­le po­bra­nym z za­to­ki szczę­ko­wej u 2 z 4 pa­cjen­tów z prze­wle­kłym za­pa­le­niem błony śluzowej nosa i za­tok przy­no­so­wych.²⁰ W pro­spek­tyw­nym, kon­tro­lo­wa­nym ba­da­niu z za­sto­so­wa­niem ska­nin­go­wej mi­kro­sko­pii elek­tro­no­wej za­ob­ser­wo­wa­no for­mo­wa­nie się bio­fil­mu w ma­te­ria­le z no­sa i za­tok przy­no­so­wych u 24 z 30 pa­cjen­tów z prze­wle­kłym za­pa­le­niem błony śluzowej nosa i za­tok przy­no­so­wych.²¹ W czte­rech przy­pad­kach, w któ­rych ope­ra­cja no­sa zo­sta­ła wy­ko­na­na z in­nych przy­czyn, nie wy­ka­za­no for­mo­wa­nia się bio­fil­mu ani do­wo­dów na uszko­dze­nie ko­mó­rek urzę­sio­nych czy kub­ko­wych. Ana­li­zie prze­kro­ju z za­sto­so­wa­niem trans­mi­syj­nej mi­kro­sko­pii elek­tro­no­wej pod­da­no rów­nież pod­gru­pę sze­ściu pró­bek, aby po­twier­dzić obec­ność bak­te­rii we­wnątrz skom­pli­ko­wa­nej struk­tu­ry bio­fil­mu.

San­der­son i wsp.²² opu­bli­ko­wa­li pro­spek­tyw­ne ba­da­nie ob­ser­wa­cyj­ne pa­cjen­tów, któ­rzy prze­szli en­do­sko­po­wą ope­ra­cję za­tok z po­wo­du prze­wle­kłe­go za­pa­le­nia błony śluzowej nosa i za­tok przy­no­so­wych. Prób­ki kon­tro­l­ne po­bie­ra­no od zdro­wych osób pod­da­wa­nych pla­sty­ce prze­gro­dy no­sa z po­wo­du izo­lo­wa­nej ob­tu­ra­cji no­sa bez ja­kie­go­kol­wiek za­ka­że­nia. Aby zi­den­ty­fi­ko­wać bak­te­rie bu­du­ją­ce ma­try­cę bio­fil­mu w prób­kach z si­to­wia przed­nie­go, za­sto­so­wa­no hy­bry­dy­za­cję flu­ore­scen­cyj­ną in si­tu i la­se­ro­wą ska­nin­go­wą mi­kro­sko­pię kon­fo­kal­ną (CLSM – con­fo­cal la­ser scan­ning mi­cro­sco­py). Bio­film H. in­flu­en­zae stwier­dzo­no w 14 z 18 przy­pad­ków prze­wle­kłe­go za­pa­le­nia za­tok; w 4 z nich wy­ka­za­no rów­nież bio­film Strep­to­coc­cus pneu­mo­niae, a w 3 gron­kow­ca zło­ci­ste­go (Sta­phy­lo­coc­cus au­reus). Nie wy­ka­za­no bio­fil­mu Pseu­do­mo­nas, a ga­tun­ki bio­fil­mu zi­den­ty­fi­ko­wa­ne w tym ba­da­niu nie ko­re­lo­wa­ły z ho­do­wa­ny­mi z pró­bek po­bra­nych pod­czas ope­ra­cji.

Brak bio­fil­mu u 4 z 18 pa­cjen­tów z prze­wle­kłym za­pa­le­niem błony śluzowej nosa i za­tok przy­no­so­wych przy­pi­sa­no błę­do­wi ba­da­nia i ob­ser­wa­cji, że bio­fil­my by­ły ogni­sko­wo roz­ło­żo­ne na po­wierzch­ni bło­ny ślu­zo­wej. W ba­da­niu tym stwier­dzo­no rów­nież bio­fil­my H. in­flu­en­zae w 2 z 5 pró­bek kon­tro­l­nych. Po­zo­sta­łe 3 nie wy­ka­za­ły bio­fil­mu utwo­rzo­ne­go przez któ­ryś z ba­da­nych ga­tun­ków bak­te­rii. Ba­da­cze stwier­dzi­li, że bio­fil­my w gru­pie kon­tro­l­nej by­ły ma­łe, i do­szli do wnio­sku, że do wy­wo­ła­nia cho­ro­by ko­niecz­na jest ma­sa kry­tycz­na bak­te­rii.

Ba­da­nie uza­sad­ni­ło sto­so­wa­nie hy­bry­dy­za­cji flu­ore­scen­cyj­nej in si­tu oraz la­se­ro­wej ska­nin­go­wej mi­kro­sko­pii kon­fo­kal­nej ja­ko me­tod wy­ka­zy­wa­nia i ty­po­wa­nia bio­fil­mów in vi­vo, ma­ją­cych oczy­wi­stą prze­wa­gę nad sa­mą tyl­ko ska­nin­go­wą mi­kro­sko­pią elek­tro­no­wą. Ist­nie­ją jed­nak ogra­ni­cze­nia tych me­to­d: ba­dacz mu­si okre­ślić, ja­kich bak­te­rii szu­ka, po­nie­waż ba­da­nia w kie­run­ku wszyst­kich bak­te­rii obec­nych w prze­wle­kłym za­pa­le­niu ja­my no­sa i za­tok przy­no­so­wych by­ły­by zbyt dro­gie do ru­ty­no­we­go sto­so­wa­nia.

Ben­do­uah i wsp.²³ opi­sa­li mniej kosz­tow­ną oce­nę in vi­tro, umoż­li­wia­ją­cą wy­kry­cie zdol­no­ści two­rze­nia bio­fil­mu przez bak­te­rie w ma­te­ria­le po­bra­nym od osób z prze­wle­kłym za­pa­le­niem błony śluzowej nosa i za­tok przy­no­so­wych me­to­dą bar­wie­nia fio­le­tem kry­sta­licz­nym. Ci sa­mi ba­da­cze za­sto­so­wa­li tę me­to­dę, aby wy­ka­zać za­leż­ność mię­dzy zdol­no­ścią two­rze­nia bio­fil­mu in vi­tro przez P. aeru­gi­no­sa i S. au­reus a je­go nie­ko­rzyst­nym dla pa­cjen­ta roz­wo­jem po en­do­sko­po­wej ope­ra­cji za­tok z po­wo­du prze­wle­kłe­go za­pa­le­nia za­tok.²⁴

Za­pa­le­nie mig­dał­ka gar­dło­we­go

Ba­da­cze przez dłu­gi czas po­dej­rze­wa­li, że mig­dał­ki gar­dło­we sta­no­wią no­so­wo­-gar­dło­wy re­zer­wu­ar po­ten­cjal­nie pa­to­gen­nych bak­te­rii. Okre­so­we uwal­nia­nie przez bio­film ga­tun­ków plank­to­no­wych mo­gło­by wy­ja­śnić okre­sy re­mi­sji i na­wro­tu ob­ser­wo­wa­ne w za­pa­le­niu błony śluzowej nosa i za­tok przy­no­so­wych oraz w za­pa­le­niu ucha środ­ko­we­go u dzie­ci, a także po­zy­tyw­ną od­po­wiedź na chi­rur­gicz­ne usu­nię­cie mig­dał­ków. Śred­nio 94,9% po­wierzch­ni bło­ny ślu­zo­wej mig­dał­ków gar­dło­wych wy­cię­tych pa­cjen­tom z prze­wle­kłym za­pa­le­niem błony śluzowej nosa i za­tok przy­no­so­wych po­kry­wa w peł­ni ukształ­to­wa­ny bio­film, tym­cza­sem w migdałkach usu­nię­tych pa­cjen­tom z ob­tu­ra­cyj­nym bez­de­chem pod­czas snu – tyl­ko 1,9%.²⁵ In­ni udo­ku­men­to­wa­li obec­ność bio­fil­mów w tkan­kach po­bra­nych chi­rur­gicz­nie od pa­cjen­tów z na­wra­ca­ją­cy­mi za­ka­że­nia­mi gór­nych dróg od­de­cho­wych. Zba­da­li 32 prób­ki po­cho­dzą­ce od 28 pa­cjen­tów opor­nych na le­cze­nie prze­ciw­za­pal­ne i prze­ciw­bak­te­ryj­ne z udo­wod­nio­ną sku­tecz­no­ścią in vi­tro. Bio­fil­my ob­ser­wo­wa­no, wy­ko­nu­jąc ska­nin­go­wą mi­kro­sko­pię elek­tro­no­wą we wszyst­kich prób­kach migdałków.⁶

Za­pa­le­nie mig­dał­ków pod­nie­bien­nych

Na­wro­ty ostre­go za­pa­le­nia gar­dła i mig­dał­ków pod­nie­bien­nych są zwią­za­ne ze zna­czą­cą za­cho­ro­wal­no­ścią i ry­zy­kiem wy­stą­pie­nia za­gra­ża­ją­cych ży­ciu po­wi­kłań. Cza­so­wa skuteczność doustnego leczenia przeciwbakteryjnego, po któ­rej na­stę­pu­je kli­nicz­ny na­wrót, jest fru­stru­ją­ca za­rów­no dla ro­dzi­ców ma­łych pa­cjen­tów, jak i dla le­ka­rzy.

Kryp­ty na po­wierzch­ni mig­dał­ków sta­no­wią atrak­cyj­ne miej­sce do umo­co­wa­nia się bak­te­rii i wzro­stu bio­fil­mu. Cho­le i Fad­di­s²⁶ ja­ko pierw­si wy­ka­za­li, że wa­run­ki ana­to­micz­ne ma­ją du­że zna­cze­nie dla po­wsta­nia wie­lo­bak­te­ryj­nych bio­fil­mów w prze­wle­kłym za­pa­le­niu mig­dał­ków. Ba­da­cze pod­da­li oce­nie prób­ki po ton­si­lek­to­mii od 19 osób, sto­su­jąc świa­tło i trans­mi­syj­ną mi­kro­sko­pię elek­tro­no­wą (15 usu­nię­to z po­wo­du na­wra­ca­ją­cych epi­zo­dów za­ka­że­nia, a po­zo­sta­łe w ce­lu zmniej­sze­nia ob­tu­ra­cji spo­wo­do­wa­nej prze­ro­stem). W 11 z 15 usu­nię­tych z po­wo­du na­wro­tów za­ka­żeń i w 3 z po­zo­sta­łych 4 zna­le­zio­no bio­fil­my z gę­stą ku­mu­la­cją róż­nych bak­te­rii w ho­mo­gen­nej amor­ficz­nej sub­stan­cji.

Uzy­ska­ne w ostat­nim cza­sie da­ne za po­mo­cą ska­nin­go­wej mi­kro­sko­pii elek­tro­no­wej wy­ka­za­ły obec­ność bio­fil­mu H. in­flu­en­zae w 5 z 8 mig­dał­ków pod­nie­bien­nych usu­nię­tych 4 oso­bom z utrzy­mu­ją­cym się za­ka­że­niem gór­nych dróg od­de­cho­wych.⁶ We wcze­śniej­szych ba­da­niach wy­ka­za­no, że za­rów­no mig­dał­ki hi­per­tro­ficz­ne, jak i mig­dał­ki z na­wra­ca­ją­cy­mi za­ka­że­nia­mi za­wie­ra­ją mie­sza­ną ae­ro­bo­wo­-ana­ero­bo­wą flo­rę bak­te­ryj­ną i nie róż­nią się zbyt­nio w wie­lu ae­ro­bo­wych lub ana­ero­bo­wych izo­la­tach.^27,28 Uwa­ża się, że w prze­ro­śnię­tych mig­dał­kach pod­nie­bien­nych wy­stę­pu­je więk­sza licz­ba bak­te­rii pa­to­gen­nych niż w zdro­wych mig­dał­kach,²⁹ a Gaf­f­ney i Caf­fer­key­³⁰ po­twier­dzi­li to, wy­ko­nu­jąc biop­sje cien­ko­igło­we.

Kuhn i wsp.³¹ wy­ka­za­li, że do­mi­nu­ją­cy­mi i fa­kul­ta­tyw­ny­mi or­ga­ni­zma­mi w prób­kach po ton­si­lek­to­mii są H. in­flu­en­zae, Ne­is­se­ria spp., S. au­reus i Eike­nel­la cor­ro­dens. Wśród do­mi­nu­ją­cych bak­te­rii ana­ero­bo­wych znaj­do­wa­ły się Fu­so­bac­te­rium spp., Bac­te­ro­ides i Pre­vo­tel­la me­la­ni­no­ge­ni­ca. W prze­ro­śnię­tych mig­dał­kach stwier­dzo­no wię­cej S. au­reus i H. in­flu­en­zae niż w tych, któ­re usu­nię­to z po­wo­du sa­me­go tyl­ko na­wra­ca­ją­ce­go za­pa­le­nia.³¹

Cho­le i Fad­di­s²⁶ po­sta­wi­li hi­po­te­zę, że bak­te­rie mo­gą po­zo­sta­wać głę­bo­ko w kryp­cie mig­dał­ka, chro­nio­ne przez bio­film, ale zdol­ne do uwol­nie­nia en­do­tok­sy­ny i to jest przy­czy­ną prze­wle­kłe­go za­pa­le­nia i hi­per­tro­fii. Uwol­nie­nie bak­te­rii by­ło praw­do­po­dob­nie zwią­za­ne z za­ostrze­nia­mi cho­ro­by.

W ostat­nim cza­sie Bal­das­sar­ri i wsp.³² ba­da­li opor­ne na ma­kro­li­dy strep­to­ko­ko­we za­pa­le­nia gar­dła oraz prze­trwa­łe za­pa­le­nia gar­dła, któ­rych nie da­je się wy­ja­śnić opor­no­ścią na an­ty­bio­ty­ki. Stwier­dzi­li ne­ga­tyw­ną ko­re­la­cję mię­dzy zdol­no­ścią do for­mo­wa­nia się bio­fil­mu a opor­no­ścią na ma­kro­li­dy. Izo­la­ty two­rzą­ce bio­fil­my pe­ne­tru­ją mniej sku­tecz­nie do ko­mó­rek na­błon­ka niż szcze­py nie­two­rzą­ce bio­fil­mu. Ba­da­cze przy­pusz­cza­ją, że Strep­to­coc­cus py­oge­nes wraż­li­wy na ma­kro­li­dy two­rzy bio­film, aby unik­nąć ata­ku prze­ciw­bak­te­ryj­ne­go i ata­ku ukła­du od­por­no­ścio­we­go. Tym­cza­sem szcze­py opor­ne na ma­kro­li­dy nie po­trze­bu­ją bio­fil­mu.