翻译：梁江洪校对：盛凌翔审核：孟建标
摘要
背景和目的：尽管已有对哌拉西林和他唑巴坦分别进行的优化的剂量研究，但是尚未有报道关于二者联合的整体分析。由于哌拉西林和他唑巴坦的药代动力学可能显示出相关性，因此在预测暴露浓度时应首选合并药代动力学模型来解释这种相关性。因此，本研究的目的是使用血浆和尿液中的整体药代动力学模型来描述哌拉西林和他唑巴坦在重症患者中的药代动力学并对不同的给药方案进行评估。
方法：在此项观察性研究中，共有39例重症监护病房成年患者接受哌拉西林-他唑巴坦作为常规临床治疗的一部分。使用非线性混合效应模型测量和分析血浆和尿液中哌拉西林和他唑巴坦的浓度。采用蒙特卡罗（MonteCarlo）模拟法预测不同给药策略以及不同肾功能状态下的浓度。
结果：开发了哌拉西林和他唑巴坦的合并双室线性药代动力学模型，其中输出室用于肾排泄部分。24小时尿肌酐清除率的增加显著改善了模型拟合度。连续输注12/1.5g/24h的剂量足以达到他唑巴坦浓度高于目标（2.89mg/L）和哌拉西林浓度高于%fT1×MIC（最小抑制浓度[MIC]≤16毫克/升）的目标。在MIC为16mg/L的情况下，要达到%fT5×MIC的目标，高达20g/24h的哌拉西林剂量仍是不够的。12g/24h和20g/24h的剂量分别在19.6%和47.8%的人群中达到哌拉西林潜在*性水平。
结论：12/1.5g/24h的常规剂量足以治疗超过90%由MIC≤8mg/L的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌引起的危重症感染患者。如果由MIC为16mg/L的铜绿假单胞菌引起的感染，治疗性暴露和*性暴露之间仅存在细微差别。在这种情况下，以肾功能和治疗药物监测为指导的给药方案可促进此类病例治疗目标达成。
介绍
哌拉西林-他唑巴坦是一种广谱β-内酰胺和β-内酰胺酶抑制剂组合剂，对大多数肠杆菌属和假单胞菌属等具有活性。它是用于治疗重症患者的中至重度感染最常用的抗生素之一，医院相关性和呼吸机相关性肺炎、复杂的尿路感染、复杂的腹腔内感染和其他原因引起的脓*症。强烈建议将哌拉西林-他唑巴坦作为长期（即持续或间隔）输注给药，以最大限度地达到目标。12/1.5g/天的剂量通常足以治疗肠杆菌、厌氧菌和革兰氏阳性菌引起的感染（临床敏感性折点≤8mg/L）。然而，对于铜绿假单胞菌，由于野生型铜绿假单胞菌的最低抑菌浓度（MIC）较高（临床敏感性折点≤16mg/L），推荐使用16/2g/24h的剂量。
大多数哌拉西林-他唑巴坦的药代动力学研究都集中在哌拉西林。然而，对于产β-内酰胺酶的菌株，哌拉西林的功效还取决于足够高浓度的他唑巴坦。哌拉西林-他唑巴坦是一种固定剂量组合（比例8:1），因此β-内酰胺和β-内酰胺酶抑制剂的药代动力学特性相似，并在不断变化的病理生理条件下保持相似。哌拉西林的疗效取决于游离药物浓度保持在目标病原体的MIC以上的时间（fTMIC）。%fT1-5×MIC的目标通常用于危重患者。众所周知，他唑巴坦的药代动力学变化会影响药效学结果。高于时间阈值的药代动力学/药效学指标，这似乎与他唑巴坦的疗效最相关。
哌拉西林和他唑巴坦均主要通过肾小球滤过和肾小管分泌由肾脏排泄。因此，肾功能与这两种化合物的全身暴露量之间存在很强的反比关系。建议根据肾功能调整哌拉西林-他唑巴坦的剂量。肾功能的显著变化在重症患者中常见。一方面急性肾损伤（AKI）患者肾小球滤过率（GFR）较低，另一方面，在ICU患者中增加肾脏清除率（定义为至少mL/min的肌酐清除率）得到越来越多的认可。尽管哌拉西林和他唑巴坦主要通过肾脏排泄，但对尿药代动力学知之甚少。当使用哌拉西林-他唑巴坦作为一种非碳青霉烯类药物治疗由产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）细菌引起的尿路感染时，评估尿液药代动力学更具相关性。
尽管对危重患者已分别针对哌拉西林和他唑巴坦进行了剂量优化研究，但尚未报道联合积分分析和剂量优化。由于哌拉西林和他唑巴坦的药代动力学可能显示出相关性，因此联合药代动力学模型提供了在同时考虑了这种固有的相关性的前提下，预测两种药物在不同生理条件下的暴露量的机会。本研究的目的是描述哌拉西林和他唑巴坦在重症患者中的药代动力学。建立了哌拉西林和他唑巴坦在血浆和尿液中的整体群体药代动力学模型，并用于评估基于肾功能的不同给药方案。
方法
01
研究设计和人群
这是一项在荷兰奈梅亨的Radboudumc重症监护病房（ICU）进行的前瞻性、观察性、药代动力学、单中心研究。本研究按照荷兰研究伦理委员会审查和知情同意的适用规则进行。所有患者或法定代表都被告知了这项研究的细节，并且可以拒绝参与（CMO标识符：-）。该研究在ClinicalTrials.gov注册（标识符：NCT）。
所有入住ICU且接受静脉注射哌拉西林-他唑巴坦治疗作为常规临床治疗一部分的患者，如果他们≥18岁，在纳入前≤72小时开始哌拉西林-他唑巴坦治疗，并使用中心静脉和/或动脉导管进行治疗，则符合纳入标准。如果患者接受了肾脏替代治疗或体外膜肺氧合，则被排除在外。哌拉西林-他唑巴坦的剂量和持续时间由主治医师确定，并作为常规临床治疗的一部分。为了以足够的准确度估计药代动力学参数，我们纳入了40例患者，与先前发表的哌拉西林在危重患者中的药代动力学研究相似。
02
数据采集
人口统计数据和生化数据是从电子病历中提取并经匿名处理。这些数据包括年龄、性别、身高和总体重。生化数据包括肌酐（作为临床治疗的一部分收集）、胱抑素C、在24小时尿液中收集的尿肌酐和血清白蛋白（作为研究的一部分收集）。此外，还收集了哌拉西林-他唑巴坦治疗的适应症、识别的病原体和历史用药剂量。此外，记录入ICU当天的急性生理和慢性健康评估II（APACHEII）评分和纳入当天的序贯器官衰竭评估（SOFA）评分。
03
药代动力学取样
在给药间隔期间的七个时间点：t=0（给药前）和输注后t=15、30、60、、和分钟，收集乙二胺四乙酸(EDTA)抗凝的血浆样品。为了确定随时间变化的差异性，我们在一个患者亚组中进行了两次采样，间隔为24小时，共14个采样时间点。此外还在一个患者亚组24h尿中测定了尿药代动力学。所有样品均以RPM离心5分钟，并储存在-40°C冰箱中至进一步分析。
04
哌拉西林和他唑巴坦的生物学分析
哌拉西林和他唑巴坦的总血浆和尿液浓度使用经过验证的超高效液相色谱与串联质谱（UPLC-MS/MS）[XEVOTQ-S,Waters,Etten-Leur,TheNetherlands]测定。哌拉西林浓度的动态范围是血浆中0.2-60mg/L和尿液中20-mg/L。血浆中他唑巴坦浓度动态范围为0.2-30mg/L，尿液中他唑巴坦浓度动态范围为15-mg/L。血浆样品的准确度范围（n=15）取决于浓度，哌拉西林为96-%，他唑巴坦为99-%。尿液样本中准确度范围（n=5），哌拉西林为–%，他唑巴坦为94-%。哌拉西林在血浆样本中的日内精度在1.8%和7.6%之间，尿液样本中在1.0%和5.0%之间，而他唑巴坦在血浆样本中的日内精度在2.7%和10.8%之间，在尿液样本中介于2.1%和3.9%之间。哌拉西林血浆样本的日间精度在1.1%和2.8%之间，他唑巴坦血浆样本的日间精度在0.3%和5.3%之间。
05
药代动力学分析
使用NONMEM软件包(版本7.4.1)，通过非线性混合效应建模进行哌拉西林他唑巴坦的群体药代动力学分析。Pirana（2.9.7版）用作NONMEM、Perl-Speaks-NONMEM、Xpose和R的接口。浓度数据进行对数转换。一阶条件估计（FOCE）方法用于整个模型构建。所有流量和体积参数均按异速生长比例缩放至58.2kg的标准化无脂肪质量，对应于70kg的1.80m成年男性先验，异速生长指数分别为0.75和1。假设个体内和个体间的变异性呈对数正态分布。使用对数尺度上的加性误差模型（对应于线性尺度上的比例误差模型）分别评估每个观察隔室的残余变异性：哌拉西林和他唑巴坦的中央隔室和尿液隔室。如前所述，使用采样重要性重采样程序计算参数精度。
结构模型选择和协变量分析以生理合理性和目标函数值(OFV)为指导。OFV下降3.84点，对应于嵌套模型的p0.05的显著性水平，在单变量检验中被认为具有统计学意义。非嵌套模型使用Akaike信息标准进行比较。估算GFR(eGFR)的各种方程作为肾清除率的协变量：肾病饮食调整（ModificationofDietinRenalDisease，MDRD），基于血清肌酐，血清胱抑素C（CKD-EPIcysC）、血清肌酐和血清胱抑素C（CKD-EPIcreat-cysC），以及24小时尿肌酐清除率的慢性肾脏病流行病学合作（CKD-EPIcreat）。其他协变量未进行评估。
06
模拟
最终模型用于进行蒙特卡罗（MonteCarlo）模拟，以预测血浆和尿液中哌拉西林和他唑巴坦的浓度。我们在例虚拟患者中模拟了不同的给药剂量方案。从我们临床的例ICU患者中取得总体体重、身高和性别。24小时尿肌酐清除率在10到mL/min之间的均匀分布，以10mL/min为增量，分成20组，每组人。对于24小时尿量的分布，我们使用了研究人群的几何平均值(mL)和变异系数(59.8%)。
模拟了哌拉西林-他唑巴坦的四种不同给药方案：每天8/1、12/1.5、16/2和20/2.5g连续输注，所有这些方案均在30分钟内给予4/0.5g负荷剂量。在稳态下预测总哌拉西林和他唑巴坦浓度。
哌拉西林的药效目标定义为%fT1×MIC和%fT5×MIC。基于30%的蛋白质结合率，我们将未结合的目标转换为等效的总浓度。考虑到铜绿假单胞菌MIC分布的流行病学临界值（ECOFF），即16mg/L，评估了达到目标的概率（PTA）。这可以被认为是经验给药的最坏情况。此外，针对大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的野生型MIC分布（范围0.-8mg/L）计算累积反应分数（CFR）。
他唑巴坦的目标基于体外感染模型，在最坏的情况下，即高水平产β-内酰胺酶的大肠杆菌菌株，需要85%的给药间隔期间达到2mg/L的未结合浓度水平才能使得菌落数减少至2-log10CFU/mL。基于这些变量，假设蛋白结合率为30%，2mg/L的未结合他唑巴坦浓度对应于2.86mg/L的总浓度。
先前确定的mg/L的哌拉西林总浓度被用作*性上限。确定阈值以接受持续输注哌拉西林-他唑巴坦患者产生神经*性为准。据报道，间隔输注哌拉西林的患者发生神经*性阈值浓度为mg/L，肾*性的谷浓度为mg/L。在我们的研究中，我们使用了mg/L的阈值，因为这是基于持续输注哌拉西林的患者。据我们所知，他唑巴坦浓度与*性之间的关系尚不清楚。
结果
01
患者特征
40例患者纳入药代动力学研究。1例患者因药代动力学采样时间没有正确记录，被排除在分析之外。患者的中位（范围）年龄为60（23–83）岁，中位（范围）总体重为80（48–）公斤，中位（范围）肌酐清除率为（15–）mL/min。39例患者中有19例肾清除率增加（肌酐清除率mL/min）。Table1总结了患者特征的详细信息。大多数患者因肺炎引起的脓*症（43.6%）、不明原因脓*症（43.6%）而接受哌拉西林-他唑巴坦治疗。所有患者在大约30分钟内开始每8小时接受一次4/0.5g的剂量。
30例患者1次采样，9例2次采样，间隔时间为24小时。共收集例哌拉西林和他唑巴坦的血样本。对12例患者在研究期间收集了24小时尿液用于药代动力学取样。测得血浆中浓度范围为0.3至mg/L（哌拉西林）和0.04至51.1mg/L（他唑巴坦）。尿液中哌拉西林浓度为7至mg/L，他唑巴坦浓度为至mg/L。
02
药代动力学分析
观察到血浆中哌拉西林和他唑巴坦浓度之间的非常高的相关性（Spearman相关性r=0.99，p0.）（Fig.1）。为哌拉西林和他唑巴坦开发了两个独立的药代动力学模型。此外，因为哌拉西林和他唑巴坦的个体药代动力学参数中显示出协方差，哌拉西林和他唑巴坦在联合药代动力学模型中同时建模。对于哌拉西林和他唑巴坦，一个双室线性药代动力学模型和一个肾排泄部分的输出室最好地描述了数据。个体间的可变性可以通过非肾脏清除率和他唑巴坦的中央和外周体积分布来确定。可以通过肾清除率确定两种物质的时间变异性。eGFR方程作为肾脏清除率的连续协变量进行了测试，假设线性关系（Eq.1）：
CL=??CLnon-renal+eGFR×??factorCLrenal(1)
添加eGFR作为一个清除的协变量，改善了哌拉西林和他唑巴坦的模型拟合。所有eGFR算法都显著改善了模型（p0.05）。由于引入24小时尿肌酐清除率作为协变量导致OFV的极大降低，因此选择该估计值作为最终模型。
此后，两个独立的模型合并为一个整体模型。整体药代动力学模型的示意图如Fig.2所示，模型的参数估计见Table2。哌拉西林和他唑巴坦的肾清除率高度相关。因此，在整体模型中，他唑巴坦的肾清除率被描述为哌拉西林肾清除率（Eq.2）：
CLrenal,tazobactam=CLrenal,piperacillin×??(2)
个体间的可变性可以通过非肾脏清除率、中央和外周分布容量来估计，而不同场合的可变性可以通过肾脏清除率来估计。使用相同的参数估测两种物质的个体间和时间变异性，与使用单独估测相比，这使模型拟合得到提高。24小时尿肌酐清除率的引入显著提高了模型拟合度，目标函数降低了70分。时间变异性从89.6%下降到31.5%。
我们通过对项虚拟药代动力学研究的随机模拟和估计（SSE）进行了事后设计评估。39例患者，共计份哌拉西林和他唑巴坦的血浆样本，以此准确和精确地估计了药代动力学参数（相对偏差10%和不精确性20%）。
03
模拟
四种给药方案（8/1、12/1.5、16/2和20/2.5g/24h）的哌拉西林和他唑巴坦模拟血浆浓度如Figs.3和4所示。当给予≥2g/24h的剂量时，他唑巴坦的目标浓度（2.86mg/L）在%的人群中达标，当在99.0%和99.4%的人群中达标时，剂量分别对应为1和1.5g/24小时。由于他唑巴坦总是能够达到目标浓度，因此哌拉西林-他唑巴坦组合的疗效主要取决于哌拉西林浓度。就MIC为16mg/L而言，哌拉西林的PTA见Table3。即使对于肌酐清除率高达mL/min的患者，当以%fT1×MIC为目标时，以12g/24小时给药的哌拉西林足以在99%的人群中达到目标浓度。若希望达到%fT5×MIC的目标，肌酐清除率为10-60mL/min的患者需要20g/24h的剂量，以使90%的人群达到目标。肌酐清除率60mL/min的患者则需要更高的剂量。
哌拉西林对大肠杆菌和肺炎克雷伯菌（E.coliandK.pneumoniae）的CFR见Table4。对于所有模拟给药方案和不同类别的肌酐清除率，在%fT1×MIC时，针对大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的CFR90%。当以%fT5×MIC为目标时，12g/24h或更大的剂量足以使针对大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的CFR90%。在肌酐清除率≥mL/min的患者中，接受8g/24h剂量针对肺炎克雷伯菌的治疗后，CFR90%。
在8g/24h的剂量下，只有8.0%的人群达到了假定的*性阈值mg/L。与此相对，剂量为12g/24h时19.6%，为16g/24h时33.3%，为20g/24h时47.8%达到假定的*性阈值。
尿液中哌拉西林和他唑巴坦的模拟浓度如Fig.5所示。尿哌拉西林浓度中位数（四分位距[IQR]）在剂量为8g/24h时为[3–8,]mg/L，剂量为12g/24h时为[–13,]mg/L，剂量为16g/24h时为10,[–17,]mg/L，剂量为20g/24h时为13,[–22,]mg/L。
讨论
这项研究有助于了解哌拉西林和他唑巴坦在危重患者中的药代动力学以及尿液中浓度。据我们所知，我们是第一个报告哌拉西林-他唑巴坦在血浆和尿液中的联合药代动力学模型的人，该模型使我们能够同时预测两种化合物的药代动力学特征。在两种化合物的药代动力学之间观察到高度相关性，这表明我们的方法的必要性。在我们的研究中，肾功能分布广，肾清除率增加（49%）的受试者比例很高，这强调了我们模型的效用，在该模型中，我们通过测量尿哌拉西林和他唑巴坦浓度来充分表征肾清除率。建议的剂量推荐适用于肌酐清除率为10-mL/min的危重患者。
我们确定的哌拉西林药代动力学参数证实了之前的论文中在危重患者中描述的参数。然而，本研究中的总清除率（11.2L/h，95%CI9.3–13.5L/h）低于先前报道的（17.1L/h，95%CI14.4–20.6L/h）。这可能可以通过之后一项研究中排除血浆肌酐μmol/L的患者来解释。对他唑巴坦在危重患者中的药代动力学知之甚少。他唑巴坦总清除率（10.3L/h,95%CI9.1–11.7L/h）估测值高于一项小型研究报告中的危重患者（5.3L/h,95%CI2.2–9.1L/h），但与接受结直肠手术的患者（11.3L/h,95%CI5.1–17.4L/h）报告的相似。
哌拉西林和他唑巴坦主要通过肾脏排泄，因此GFR显著影响其血浆浓度。由于危重患者肾功能的正确估算很麻烦，我们评估GFR的不同方程来预测肾脏清除率，发现所有用于估计GFR的测试算法都显著解释了清除率的变异性，并且可用于预测哌拉西林和他唑巴坦的暴露。
为了获得足够的疗效，必须同时达到哌拉西林和他唑巴坦的目标浓度。我们发现常规剂量他唑巴坦的PTA很高，即%的剂量为2g/24h。因此，哌拉西林-他唑巴坦的疗效主要取决于哌拉西林浓度。当以%fT1×MIC为目标，肌酐清除率高达mL/min，哌拉西林12g/24h连续输注足以治疗由大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌引起的感染。%fT1×MIC的目标是由该领域的专家小组推荐的。通常，在危重患者群体中使用高达%fT5×MIC的目标，这不仅可以最大限度地提高疗效，还可以最大限度地减少耐药的出现。在最坏的情况下，即由MIC为16mg/L的铜绿假单胞菌引起的感染，需要20g/24h的剂量才能在肌酐清除率为10-60mL/min的患者中达到%fT5×MIC的目标。肌酐清除率60mL/min的患者则需要更高的剂量。
然而，当瞄准这些更高的目标时，同时伴随着达到潜在*性浓度的风险增加。几乎一半的人群在20g/24h的剂量下达到mg/L的上限。尽管β-内酰胺类抗生素通常被认为具有较广的治疗浓度范围，但当哌拉西林的总浓度目标为至mg/L时，这可能会引起争议。在肌酐清除率50mL/min的患者中，最好减少剂量以防止达到*性浓度，但这可能会影响抗生素治疗的效用。由治疗药物监测指导的剂量可以增进目标的实现。需要进一步研究哌拉西林浓度和*性之间的关系，因为浓度mg/L可能是可以耐受的。
他唑巴坦浓度与*性之间的关系尚不清楚。我们发现他唑巴坦的血浆浓度很高。我们的数据表明，在同时达到2mg/L目标，减少他唑巴坦的剂量是可能的。
我们证实了哌拉西林和他唑巴坦的尿浓度很高。这样浓度可能足以治疗由肠杆菌引起的单纯性尿路感染。通常，肠杆菌的临床折点为8mg/L，但高度耐药的泌尿系菌株，包括产碳青霉烯酶的菌株，其MIC高达mg/L，可在体外用大约50%fT1×MIC的哌拉西林-他唑巴坦应对。我们的数据表明，这些高浓度确实在体内达到。应该注意的是，这仅适用于组织中没有微生物侵入的尿路感染。如果血流感染对头孢曲松耐药的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌，与美罗培南相比，哌拉西林-他唑巴坦的表现较差。
我们的研究也存一些不足。首先，仅测量药物的总浓度，其中游离药物浓度才能产生疗效。哌拉西林和他唑巴坦的未结合部分约为30%，相对较低。因此，与高度蛋白质结合药物的情况相比，蛋白质结合的变化对于解释未结合的药代动力学意义有限。其次，第二次药代动力学采样仅在9例患者中小规模进行。尽管如此，这有限数量的患者仍足以确定清除率的时间变异性。最后，在我们的研究中排除了接受肾脏替代治疗的患者，从而限制了我们的研究结果对这一人群的外推。我们认为，肾脏替代疗法在哌拉西林-他唑巴坦的药代动力学中的影响已被广泛评估。
在治疗血浆浓度下，哌拉西林的清除是否能达到饱和存在相互矛盾的证据。先前的一些药代动力学研究发现了哌拉西林的非线性、可饱和清除的证据，而其他研究与我们的线性哌拉西林清除结果一致。哌拉西林通过肾小球滤过和肾小管分泌清除。肾小管分泌是一个可饱和的非线性过程，而肾小球滤过是一个线性过程。据报道，非肾脏清除的饱和度很小。在重症患者中，肾小球滤过率和分布容积的大幅增加可能超过饱和消除的效果。此外，在本研究中，所有患者都接受了12g/day的哌拉西林。与更高剂量相比，12g/24h或更低的剂量不太可能使肾小管分泌过程饱和。寻找肾小管分泌的可靠标志物可能有助于预测由肾小球滤过和肾小管分泌分泌的抗菌药物（如哌拉西林）的肾脏清除率。
结论
我们发现哌拉西林-他唑巴坦以12/1.5g/24h的剂量持续输注足以达到%fT1×MIC的目标。对于MIC为16mg/L的铜绿假单胞菌引起的感染，高达20/2.5g/24h的剂量仍不足以达到%fT5×MIC的常用目标。然而，另一方面，过高剂量可能会导致*性产生。由于肌酐清除率解释了65%的哌拉西林-他唑巴坦清除率变异性，所以能否达到浓度目标与肾功能密切相关。因此，药物剂量的确定应基于肾功能，并可能以治疗药物监测为指导。此外，我们的数据表明，高度耐药的泌尿系菌株可以用哌拉西林-他唑巴坦治疗，因为发现了与肾功能无关的非常高的尿液浓度。
译者简介：
梁江洪，浙江中医药大学硕士研究生在读。
同德重症
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