Journal of Experimental and Clinical SurgeryJournal of Experimental and Clinical SurgeryВестник экспериментальной и клинической хирургии2070-478X2409-143XVoronezh State Medical University named after N.N. Burdenko132210.18499/2070-478X-2019-12-4-254-260Original articlesОригинальные статьиUnknownRelative Ability to form Biofilms in Vitro of Staphylococcus Strains Isolated at Implant-Associated Infection and Inflammatory Complications Following Reconstructive Plastic SurgeriesСравнительная способность к формированию биопленок in vitro штаммами стафилококка, выделенными при имплантат-ассоциированной инфекции и воспалительных осложнениях реконструктивно-пластических операцийhttps://orcid.org/0000-0001-6740-10509839149200A-7584-20188777-6795BabushkinaIrina VladimirovnaБабушкинаИрина Владимировна
Russian Federation

Cand. Med. Sci., Senior Research Assistant of the Fundamental, Clinical and Experimental Research Department in Scientific Research Institute of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery of Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky

кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отдела фундаментальных и клинико-экспериментальных исследований

10051968@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9466-83488280-3339UlyanovVladimir YurievichУльяновВладимир Юрьевич
Russian Federation

Dr. Med. Sci, deputy director for Science and Innovations

Доктор медицинских наук, заместитель директора по научной и инновационной деятельности

sartiito@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6345-18516719-4520BondarenkoAleksandr SergeevichБондаренкоАлександр Сергеевич
Russian Federation

Vice-Dean of General Medicine Department and Clinical Psychology Department

Заместитель декана лечебного факультета и факультета клинической психологии Саратовского государственного медицинского университета имени В.И.Разумовского

sarniito@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3941-43347957-2955MamonovaIrina AlexandrovnaМамоноваИрина Александровна
Russian Federation

Cand. Biol. Sci., Junior Research Assistant of the Fundamental, Clinical and Experimental Research Department

Кандидат биологических наук, младший научный сотрудник отдела фундаментальных и клинико-экспериментальных исследований

sarniito@yandex.ruScientific Research Institute of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery of Saratov State Medical University n.a. V. I. RazumovskyНИИ травматологии, ортопедии и нейрохирургии ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздрава РоссииScientific Research Institute of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery of Saratov State Medical University n.a. V. I. RazumovskyНаучно-исследовательский институт травматологии, ортопедии и нейрохирургии Саратовского государственного медицинского университета имени В.И. РазумовскогоSaratov State Medical University n.a. V. I. RazumovskyСаратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского2712201912425426012042019Copyright ©; 2019, Voronezh N.N. Burdenko State Medical UniversityCopyright ©; 2019, ФГБОУ ВО ВГМУ им. Н.Н. Бурденко Минздрава России2019Voronezh N.N. Burdenko State Medical UniversityФГБОУ ВО ВГМУ им. Н.Н. Бурденко Минздрава Россииhttps://vestnik-surgery.com/journal/about/editorialPolicieshttps://vestnik-surgery.com/journal/article/view/1322

Backgraund. The representatives of genus Staphylococcus assign a leading role in the etiology of implant-associated infection, its pathogenesis being closely related to Staphylococcus ability to form biofilms on the implant surfaces. These films suppress the humoral and cellular immunity factors reducing the efficiency of antibiotic treatment and contributing to the infection chronicity.

Aims. To study the ability of Staphylococcus spp. strains isolated at infectious complications following the replacement of large joints and reconstructive plastic surgeries in traumatology and orthopedics to form films in vitro.

Materials and methods. The ability to form biofilms of 72 Staphylococcus spp. clinical strains was studied in vitro. These strains were isolated from various biological materials of patients with infectious complications following large joint replacements and reconstructive plastic surgeries on the bones of limbs, and Staphylococcus reference strains. The ability to form biofilms was assessed using G.D.Christensen method that implies defining of biomass accumulation and quantitative detection by determining the optical density of gentian violet alcohol extracts in polystyrene microtitre plates. The obtained results were statistically processed using the Statistica 10.0 software. The nonparametric research methods were employed for median (Me) as well as the 25th and 75th quartiles (Q) calculation. The non-parametric Kruskal-Wallis test was used to compare the three samples. The differences were considered significant at p <0.05.

Results and their discussion. Staphylococcus strains isolated from biological material of patients with implant-associated infection had statistically (p <0.001) more pronounced ability to form biofilms in vitro, and the ability to form biofilms of S.aureus strains isolated at implant-associated infection was statistically higher (p <0.001) than that of coagulase negative staphylococci. The Staphylococcus spp strains isolated from biological materials of patients with infectious complications following the reconstructive plastic surgeries had statistically lower ability to form biofilms (p <0.001), and no significant interspecies differences were observed in this group.

Conclusions. The study of infections and inflammatory agents’ ability to form films in traumatology and orthopedics is an essential prerequisite for microbiological diagnostics optimization and improvement of causal treatment efficiency.

Обоснование. Представителям рода Staphylococcus отводится ведущая роль в этиологии имплантат-ассоциированной инфекции, патогенез которой тесно связан со способностью стафилококков к формированию биопленок на поверхности имплантатов, подавляющих гуморальные и клеточные факторы иммунитета, снижающих эффективность антибиотикотерапии и способствующих хронизации инфекции.

Цель. Изучить способность к пленкобразованию in vitro штаммов Staphylococcus spp., выделенных при инфекционных осложнениях после эндопротезирования крупных суставов и реконструктивно-пластических операций в травматологии и ортопедии

Методы. Изучена способность к формированию биопленок in vitro 72 клинических штаммов Staphylococcus spp., выделенных из различного биологического материала пациентов с инфекционными осложнениями после эндопротезирования крупных суставов и реконструктивно-пластических операций на костях конечностей, а также референс-штаммов стафилококка. Способность к биопленкообразованию осуществляли методом G.D.Christensen, предполагающим выявление накопления биомассы и ее количественную детекцию путем определения оптической плотности спиртовых экстрактов генцианового виолетового в полистироловых микротитровальных планшетах. Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием программы Statistica 10.0. Использовали непараметрические методы исследования с вычислением медианы (Me), 25‑го и 75‑го квартилей (Q). Для сравнения трех выборок использовали непараметрический дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса. Различия считали значимыми при p<0,05.

Результаты. Штаммы стафилококка, выделенные из биологического материала пациентов с имплантат-ассоциированной инфекцией, обладают достоверно (p<0,05) более выраженной способностью к образованию биопленок in vitro по сравнению со штаммами Staphylococcus spp., полученными от больных с инфекционными осложнениями после реконструктивно-пластических операций. Среди штаммов, являющимися возбудителями перипротезной инфекции способность к биопленкообразованию была достоверно (p<0,05) выше у коагулазоположительных стафилококков, чем у Staphylococcus epidermidis. Межвидовых различий в способности формировать биопленки среди возбудителей инфекционных осложнений после реконструктивно-пластических операций выявлено не было.

Заключение. Изучение способности возбудителей инфекционно-воспалительных процессов в травматологии и ортопедии к пленкообразованию является необходимым условием оптимизации их микробиологической диагностики и повышения эффективности этиотропной терапии.

Staphylococcus, implant-associated inflammation, pathogenesis, biofilmsстафилококк, имплантат-ассоциированное воспаление, патогенез, биопленки.1. Bozhkova SA, Tikhilova RM. Materialy mezhdunarodnoi soglasitel'noi konferentsii po periproteznoi infektsii. SPb.: RNIITO im. R.R. Vredena. 2014; 355. (in Russ.)1. Божкова С.А., Тихилова Р.М. Материалы международной согласительной конференции по перипротезной инфекции. СПб.: РНИИТО им. Р.Р. Вредена. 2014; 355.2. Tikhilov PM, Shubnyakov II, Kovalenko AN, Chernyi AZh, Murav'eva YuV, Goncharov MYu. Dannye registra endoprotezirovaniya tazobedrennogo sustava RNIITO im. P.P. Vredena za 2007–2012 gody. Travmatologiya i ortopediya Rossii. 2013; 3: 167-190. (in Russ.)2. Тихилов P.M., Шубняков И.И., Коваленко А.Н., Черный А.Ж., Муравьева Ю.В., Гончаров М.Ю. Данные регистра эндопротезирования тазобедренного сустава РНИИТО им. P.P. Вредена за 2007–2012 годы. Травматология и ортопедия России. 2013; 3: 167-190.3. Afinogenova AG, Darovskaia EN. Mikrobnye bioplenki ran: sostoianie voprosa.3.Афиногенова А.Г., Даровская Е.Н. Микробные биопленки ран: состояние вопроса. Травматология и ортопедия России. 2011; 3: 119-25.Travmatologiya i ortopediya Rossii. 2011; 3: 119-25. (in Russ.)4. Wolcott R. The role of biofilms: are we hitting the right target? Current concepts in wound Healing: Update 2011. R. Wolcott, S. Down. Plastic and reconstructive surgery. 2011; 1 (127): 28 37.4. Wolcott R. The role of biofilms: are we hitting the right target? Current concepts in wound Healing: Update 2011. R. Wolcott, S. Down. Plastic and reconstructive surgery. 2011; 1 (127): 28 37.5. Голуб А.В. Бактериальные биопленки – новая цель терапии? Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2012; 14 (1): 23-95. Golub AV. Bakterialnye bioplenki – novaia tsel terapii? Klin mikrobiol antimikrob khimioter. 2012; 14 (1): 23-9. (in Russ.)6. Adherence of coagulase-negative staphylococci to plastic tissue culture plates: a quantitative model for the adherence of Staphylococci to medical devices. G. D. Christensen, et al. Journal of clinical microbiology. 1985; 6 (22): 996–1006.6. Adherence of coagulase-negative staphylococci to plastic tissue culture plates: a quantitative model for the adherence of Staphylococci to medical devices. G. D. Christensen, et al. Journal of clinical microbiology. 1985; 6 (22): 996-1006.7. Бабушкина И.В., Бондаренко А.С., Ульянов В.Ю., Чибрикова Ю.А., Адилов Р.Г., Купина Е.С. Этиологическая роль условно-патогенной микрофлоры в патогенезе имплантат-ассоциированного воспаления у больных после первичного эндопротезирования коленного сустава. Саратовский научно-медицинский журнал. 2018; 14 (1): 30–34.7. Babushkina IV, Bondarenko AS, Ul'yanov VYu, Chibrikova YuA, Adilov RG, Kupina ES. Etiologicheskaya rol' uslovno-patogennoi mikroflory v patogeneze implantat-assotsiirovannogo vospaleniya u bol'nykh posle pervichnogo endoprotezirovaniya kolennogo sustava. Saratovskii nauchno-meditsinskii zhurnal. 2018; 14 (1): 30–34. (in Russ.)8. Masters J.P., Smith N.A., Foguet P. et al. A systematic review of the evidence for single stage and two stage revision of infected knee replacement. BMC Musculosceletal Disorders. Jul 2013; 14: 222 DOI: 10/1186/1471-2474-14-222.8. Masters JP, Smith NA, Foguet P et al. A systematic review of the evidence for single stage and two stage revision of infected knee replacement. BMC Musculosceletal Disorders. Jul 2013; 14: 222.9. Зубрицкий В.Ф., Козлов Ю.А. Инфекционные осложнения в эндопротезировании крупных суставов. Вестник Национального медико-хирургического центра им. Н.И. Пирогова. 2012; 7 (1): 98-103.9. Zubritskii VF., Kozlov YuA. Infektsionnye oslozhneniya v endoprotezirovanii krupnykh sustavov. Vestnik Natsional'nogo mediko-khirurgicheskogo tsentra im. N.I. Pirogova. 2012; 7 (1): 98-103. (in Russ.)10. Cancienne J.M., Granadillo V.A., Patel K.J. et al. Risk Factors for Repeat Debridement, Spacer Retention, Amputation, Arthrodesis and Mortality after Removal of an Infected Total Knee Arthroplasty with Spacer Placement. J. Arthroplasty. 2017 Sep; S0883-5403(17)30760-X.10. Cancienne JM, Granadillo VA, Patel KJ et al. Risk Factors for Repeat Debridement, Spacer Retention, Amputation, Arthrodesis and Mortality after Removal of an Infected Total Knee Arthroplasty with Spacer Placement. J. Arthroplasty. 2017 Sep; S0883-5403(17)30760-X.11. Особенности формирования микробных биопленок на различных субстратах. Возможность изучения биопленок на желчных конкрементах. Винник Ю.С., Серова Е.В., Андреев Р.И., и др. Современные проблемы науки и образования. 2013; 5: 62-68.11. Serova EV, Andreev RI et al. Osobennosti formirovaniia mikrobnykh bioplenok na razlichnykh substratakh. Vozmozhnost izucheniia bioplenok na zhelchnykh konkrementakh. Sovremennye problem nauki i obrazovaniya. 2013; 5. (in Russ.)