关于细菌生物膜与慢性创面感染
2021-03-25 16:06 admin
细菌生物膜是细菌用来保护自身，侵袭人体的“重要武器”。它是细菌造成创面感染的主要形式，也是导致皮肤慢性创面的主要因素，更是感染难以被常规方法控制的主要原因。重视细菌生物膜并对其进行深入地认识，可以提高慢性创面的治疗质量。
细胞外多糖
生物膜的细胞外多糖可在细胞外合成，也可在细胞内合成后分泌到细胞外环境中。在电子显微镜下，细胞外多糖呈线状或长束状结构，黏附在细菌的表面并延伸至细菌间，形成网格状结构。生物膜内的其他物质，如碳水化合物、蛋白、核酸、脂类等，均黏附在其骨架上。
蛋白质
蛋白是细菌生物膜的另一重要组成成分，担负着稳定生物膜结构和参与生理活动的重要功能。此外，在细菌生物膜内，还存在一些关键的蛋白——降解酶。这些酶的底物包括多糖、蛋白、核酸、纤维素、脂类及其他基质成分和被包裹在生物膜内的物质。这些酶能够裂解生物聚合物，为生物膜提供碳和能量。生物膜在脱离和播散的过程中也需要酶对内部基质进行裂解。
细胞外DNA
细胞外DNA在生物膜的形成中起许多重要作用，其不仅通过死亡菌体被动溢出，更主要通过细菌主动分泌进入细菌外环境。当细菌与物体表面距离达几纳米时，细胞外DNA可增强细菌在物体表面的黏附。由于细胞外DNA带有负电荷，能够螯合金属离子和一些带正电荷的抗生素。细菌还可通过细胞外DNA的基因水平转移交换遗传信息，以获得新的生物学特性。
生物膜的各种成分相互配合、有序地组成各种精细的结构和完善的机制。在结构上，通过搭建气体通道、水通道、营养物质通道完成了营养的汲取和废物的排除。在运行机制上，细菌间可通过信号小分子来调控基因的表达，从而以群体的形式对不断变化的环境条件做出集体反应。
1、 细菌细胞外基质对细菌产生物理性的保护作用；
2、 生物膜中带电荷的多糖和细胞外DNA能锁定一些抗生素，选择性地限制抗生素的膜内扩散；
3、上调细菌外排泵的表达水平——外排泵使细菌能够将毒素包括抗生素，主动分泌出菌体以外；
4、 耐药基因的水平转移——细菌通过基因的随机突变或者通过捕获细胞外的抗生素耐药基因而获得抗生素耐药性；
5、降低新陈代谢——生物膜深层的细菌通过降低新陈代谢率、繁殖率和分化率来减少对氧、养分的消耗，使得细菌有效抵抗某些以繁殖期细菌为目标的抗生素。
细菌聚集形成生物膜，产生抗中性粒细胞的作用，造成成纤维细胞衰老与中性粒细胞趋化因子的减少，影响机的成纤维细胞的修复功能和免疫功能；
生物膜的长期存在，造成伤口组织的缺血缺氧，抑制修复蛋白E2F3的合成；
伤口愈合过程中，表皮角质形成细胞扮演了重要的角色，生物膜所产生的α－毒素能诱导角质细胞的细胞毒性反应使其凋亡，导致愈合延迟。
2、AHL的作用机制：
细菌可以向周围环境释放一类可以自由进出细菌菌体的小分子信号因子（AHL）,AHLs分子达到一定阈值，细菌密度感应系统被激活,细菌不断分泌胞外基质黏结单个细菌形成生物，阻碍抗菌药物的渗透；
AHLs作为群体感应信号分子，与细菌毒性因子的产生、抗菌药物的合成或降解、质粒结合转移等多种生物功能相关，可以直接影响宿主细胞的基因表达，是导致持续或反复感染的重要分子。
3、耐药机制的形成对创面愈合的影响：
生物膜状态下的细菌相对其浮游状态具有显著增强的耐药性，菌膜的存在可以使中性粒细胞趋化性减弱，
菌膜周边组织炎性反应减弱，使细菌与生物体呈长期共生状态，从而导致创面长时间停留在炎症阶段，阻滞创面愈合进程；
主要由多糖、蛋白质、脂类、金属离子和细胞外DNA组成的胞外聚合物EPS也可以影响生物膜的理化性质从而导致其对抗菌剂的抵抗。
1、科学的选用医用清洗杀菌剂，有效清洗医疗器械和伤口，阻断细菌的初始聚集和对创面等物体表面的黏附，从源头上预防细菌生物膜的形成；
2、根据伤口类型选择合适的清创方法，将伤口床的坏死或失活组织清除，破坏菌膜，清除细菌赖以生存的基床，同时注意配合有效抗生素或广谱高效杀菌剂来清除释放出来的大量游离细菌；
3、结合负压伤口治疗技术改善伤口组织血供情况，改善伤口愈合的微环境，有助于抑制生物膜的形成。
[2]王宽,解英,汪虹,陈斌. 细菌生物膜与慢性创面愈合[J]. 中华医院感染学杂志,2016,26(19):4554-4556.
细菌生物膜的组成和结构
不同菌属形成的生物膜形态不一，但生物膜的细胞外聚合结构主要由细胞外多糖、蛋白质和细胞外DNA组成。细胞外多糖
生物膜的细胞外多糖可在细胞外合成，也可在细胞内合成后分泌到细胞外环境中。在电子显微镜下，细胞外多糖呈线状或长束状结构，黏附在细菌的表面并延伸至细菌间，形成网格状结构。生物膜内的其他物质，如碳水化合物、蛋白、核酸、脂类等，均黏附在其骨架上。
蛋白质
蛋白是细菌生物膜的另一重要组成成分，担负着稳定生物膜结构和参与生理活动的重要功能。此外，在细菌生物膜内，还存在一些关键的蛋白——降解酶。这些酶的底物包括多糖、蛋白、核酸、纤维素、脂类及其他基质成分和被包裹在生物膜内的物质。这些酶能够裂解生物聚合物，为生物膜提供碳和能量。生物膜在脱离和播散的过程中也需要酶对内部基质进行裂解。
细胞外DNA
细胞外DNA在生物膜的形成中起许多重要作用，其不仅通过死亡菌体被动溢出，更主要通过细菌主动分泌进入细菌外环境。当细菌与物体表面距离达几纳米时，细胞外DNA可增强细菌在物体表面的黏附。由于细胞外DNA带有负电荷，能够螯合金属离子和一些带正电荷的抗生素。细菌还可通过细胞外DNA的基因水平转移交换遗传信息，以获得新的生物学特性。
生物膜的各种成分相互配合、有序地组成各种精细的结构和完善的机制。在结构上，通过搭建气体通道、水通道、营养物质通道完成了营养的汲取和废物的排除。在运行机制上，细菌间可通过信号小分子来调控基因的表达，从而以群体的形式对不断变化的环境条件做出集体反应。
细菌生物膜的耐药机制
生物膜对细菌的保护作用是多方面的，其机制可以包括以下几个方面：1、 细菌细胞外基质对细菌产生物理性的保护作用；
2、 生物膜中带电荷的多糖和细胞外DNA能锁定一些抗生素，选择性地限制抗生素的膜内扩散；
3、上调细菌外排泵的表达水平——外排泵使细菌能够将毒素包括抗生素，主动分泌出菌体以外；
4、 耐药基因的水平转移——细菌通过基因的随机突变或者通过捕获细胞外的抗生素耐药基因而获得抗生素耐药性；
5、降低新陈代谢——生物膜深层的细菌通过降低新陈代谢率、繁殖率和分化率来减少对氧、养分的消耗，使得细菌有效抵抗某些以繁殖期细菌为目标的抗生素。
细菌生物膜延缓创面愈合的机制
1、对修复细胞的影响：细菌聚集形成生物膜，产生抗中性粒细胞的作用，造成成纤维细胞衰老与中性粒细胞趋化因子的减少，影响机的成纤维细胞的修复功能和免疫功能；
生物膜的长期存在，造成伤口组织的缺血缺氧，抑制修复蛋白E2F3的合成；
伤口愈合过程中，表皮角质形成细胞扮演了重要的角色，生物膜所产生的α－毒素能诱导角质细胞的细胞毒性反应使其凋亡，导致愈合延迟。
2、AHL的作用机制：
细菌可以向周围环境释放一类可以自由进出细菌菌体的小分子信号因子（AHL）,AHLs分子达到一定阈值，细菌密度感应系统被激活,细菌不断分泌胞外基质黏结单个细菌形成生物，阻碍抗菌药物的渗透；
AHLs作为群体感应信号分子，与细菌毒性因子的产生、抗菌药物的合成或降解、质粒结合转移等多种生物功能相关，可以直接影响宿主细胞的基因表达，是导致持续或反复感染的重要分子。
3、耐药机制的形成对创面愈合的影响：
生物膜状态下的细菌相对其浮游状态具有显著增强的耐药性，菌膜的存在可以使中性粒细胞趋化性减弱，
菌膜周边组织炎性反应减弱，使细菌与生物体呈长期共生状态，从而导致创面长时间停留在炎症阶段，阻滞创面愈合进程；
主要由多糖、蛋白质、脂类、金属离子和细胞外DNA组成的胞外聚合物EPS也可以影响生物膜的理化性质从而导致其对抗菌剂的抵抗。
细菌生物膜的防治
创面治疗中，对抗细菌生物膜应遵循“及早清创、覆盖创面”的原则。1、科学的选用医用清洗杀菌剂，有效清洗医疗器械和伤口，阻断细菌的初始聚集和对创面等物体表面的黏附，从源头上预防细菌生物膜的形成；
2、根据伤口类型选择合适的清创方法，将伤口床的坏死或失活组织清除，破坏菌膜，清除细菌赖以生存的基床，同时注意配合有效抗生素或广谱高效杀菌剂来清除释放出来的大量游离细菌；
3、结合负压伤口治疗技术改善伤口组织血供情况，改善伤口愈合的微环境，有助于抑制生物膜的形成。
参考文献
[1]于家傲,高欣欣. 细菌生物膜与慢性创面感染[J].中华烧伤杂志,2019,35(12):842-847. DOI:10.3760/cma.j.issn.1009-2587.2019.12.003.[2]王宽,解英,汪虹,陈斌. 细菌生物膜与慢性创面愈合[J]. 中华医院感染学杂志,2016,26(19):4554-4556.