關于細菌生物膜與慢性創面感染
2021-03-25 16:06 admin
細菌生物膜是細菌用來保護自身，侵襲人體的“重要武器”。它是細菌造成創面感染的主要形式，也是導致皮膚慢性創面的主要因素，更是感染難以被常規方法控制的主要原因。重視細菌生物膜并對其進行深入地認識，可以提高慢性創面的治療質量。
細胞外多糖
生物膜的細胞外多糖可在細胞外合成，也可在細胞內合成后分泌到細胞外環境中。在電子顯微鏡下，細胞外多糖呈線狀或長束狀結構，黏附在細菌的表面并延伸至細菌間，形成網格狀結構。生物膜內的其他物質，如碳水化合物、蛋白、核酸、脂類等，均黏附在其骨架上。
蛋白質
蛋白是細菌生物膜的另一重要組成成分，擔負著穩定生物膜結構和參與生理活動的重要功能。此外，在細菌生物膜內，還存在一些關鍵的蛋白——降解酶。這些酶的底物包括多糖、蛋白、核酸、纖維素、脂類及其他基質成分和被包裹在生物膜內的物質。這些酶能夠裂解生物聚合物，為生物膜提供碳和能量。生物膜在脫離和播散的過程中也需要酶對內部基質進行裂解。
細胞外DNA
細胞外DNA在生物膜的形成中起許多重要作用，其不僅通過死亡菌體被動溢出，更主要通過細菌主動分泌進入細菌外環境。當細菌與物體表面距離達幾納米時，細胞外DNA可增強細菌在物體表面的黏附。由于細胞外DNA帶有負電荷，能夠螯合金屬離子和一些帶正電荷的抗生素。細菌還可通過細胞外DNA的基因水平轉移交換遺傳信息，以獲得新的生物學特性。
生物膜的各種成分相互配合、有序地組成各種精細的結構和完善的機制。在結構上，通過搭建氣體通道、水通道、營養物質通道完成了營養的汲取和廢物的排除。在運行機制上，細菌間可通過信號小分子來調控基因的表達，從而以群體的形式對不斷變化的環境條件做出集體反應。
1、 細菌細胞外基質對細菌產生物理性的保護作用；
2、 生物膜中帶電荷的多糖和細胞外DNA能鎖定一些抗生素，選擇性地限制抗生素的膜內擴散；
3、上調細菌外排泵的表達水平——外排泵使細菌能夠將毒素包括抗生素，主動分泌出菌體以外；
4、 耐藥基因的水平轉移——細菌通過基因的隨機突變或者通過捕獲細胞外的抗生素耐藥基因而獲得抗生素耐藥性；
5、降低新陳代謝——生物膜深層的細菌通過降低新陳代謝率、繁殖率和分化率來減少對氧、養分的消耗，使得細菌有效抵抗某些以繁殖期細菌為目標的抗生素。
細菌聚集形成生物膜，產生抗中性粒細胞的作用，造成成纖維細胞衰老與中性粒細胞趨化因子的減少，影響機的成纖維細胞的修復功能和免疫功能；
生物膜的長期存在，造成傷口組織的缺血缺氧，抑制修復蛋白E2F3的合成；
傷口愈合過程中，表皮角質形成細胞扮演了重要的角色，生物膜所產生的α－毒素能誘導角質細胞的細胞毒性反應使其凋亡，導致愈合延遲。
2、AHL的作用機制：
細菌可以向周圍環境釋放一類可以自由進出細菌菌體的小分子信號因子（AHL）,AHLs分子達到一定閾值，細菌密度感應系統被激活,細菌不斷分泌胞外基質黏結單個細菌形成生物，阻礙抗菌藥物的滲透；
AHLs作為群體感應信號分子，與細菌毒性因子的產生、抗菌藥物的合成或降解、質粒結合轉移等多種生物功能相關，可以直接影響宿主細胞的基因表達，是導致持續或反復感染的重要分子。
3、耐藥機制的形成對創面愈合的影響：
生物膜狀態下的細菌相對其浮游狀態具有顯著增強的耐藥性，菌膜的存在可以使中性粒細胞趨化性減弱，
菌膜周邊組織炎性反應減弱，使細菌與生物體呈長期共生狀態，從而導致創面長時間停留在炎癥階段，阻滯創面愈合進程；
主要由多糖、蛋白質、脂類、金屬離子和細胞外DNA組成的胞外聚合物EPS也可以影響生物膜的理化性質從而導致其對抗菌劑的抵抗。
1、科學的選用醫用清洗殺菌劑，有效清洗醫療器械和傷口，阻斷細菌的初始聚集和對創面等物體表面的黏附，從源頭上預防細菌生物膜的形成；
2、根據傷口類型選擇合適的清創方法，將傷口床的壞死或失活組織清除，破壞菌膜，清除細菌賴以生存的基床，同時注意配合有效抗生素或廣譜高效殺菌劑來清除釋放出來的大量游離細菌；
3、結合負壓傷口治療技術改善傷口組織血供情況，改善傷口愈合的微環境，有助于抑制生物膜的形成。
[2]王寬,解英,汪虹,陳斌. 細菌生物膜與慢性創面愈合[J]. 中華醫院感染學雜志,2016,26(19):4554-4556.
細菌生物膜的組成和結構
不同菌屬形成的生物膜形態不一，但生物膜的細胞外聚合結構主要由細胞外多糖、蛋白質和細胞外DNA組成。細胞外多糖
生物膜的細胞外多糖可在細胞外合成，也可在細胞內合成后分泌到細胞外環境中。在電子顯微鏡下，細胞外多糖呈線狀或長束狀結構，黏附在細菌的表面并延伸至細菌間，形成網格狀結構。生物膜內的其他物質，如碳水化合物、蛋白、核酸、脂類等，均黏附在其骨架上。
蛋白質
蛋白是細菌生物膜的另一重要組成成分，擔負著穩定生物膜結構和參與生理活動的重要功能。此外，在細菌生物膜內，還存在一些關鍵的蛋白——降解酶。這些酶的底物包括多糖、蛋白、核酸、纖維素、脂類及其他基質成分和被包裹在生物膜內的物質。這些酶能夠裂解生物聚合物，為生物膜提供碳和能量。生物膜在脫離和播散的過程中也需要酶對內部基質進行裂解。
細胞外DNA
細胞外DNA在生物膜的形成中起許多重要作用，其不僅通過死亡菌體被動溢出，更主要通過細菌主動分泌進入細菌外環境。當細菌與物體表面距離達幾納米時，細胞外DNA可增強細菌在物體表面的黏附。由于細胞外DNA帶有負電荷，能夠螯合金屬離子和一些帶正電荷的抗生素。細菌還可通過細胞外DNA的基因水平轉移交換遺傳信息，以獲得新的生物學特性。
生物膜的各種成分相互配合、有序地組成各種精細的結構和完善的機制。在結構上，通過搭建氣體通道、水通道、營養物質通道完成了營養的汲取和廢物的排除。在運行機制上，細菌間可通過信號小分子來調控基因的表達，從而以群體的形式對不斷變化的環境條件做出集體反應。
細菌生物膜的耐藥機制
生物膜對細菌的保護作用是多方面的，其機制可以包括以下幾個方面：1、 細菌細胞外基質對細菌產生物理性的保護作用；
2、 生物膜中帶電荷的多糖和細胞外DNA能鎖定一些抗生素，選擇性地限制抗生素的膜內擴散；
3、上調細菌外排泵的表達水平——外排泵使細菌能夠將毒素包括抗生素，主動分泌出菌體以外；
4、 耐藥基因的水平轉移——細菌通過基因的隨機突變或者通過捕獲細胞外的抗生素耐藥基因而獲得抗生素耐藥性；
5、降低新陳代謝——生物膜深層的細菌通過降低新陳代謝率、繁殖率和分化率來減少對氧、養分的消耗，使得細菌有效抵抗某些以繁殖期細菌為目標的抗生素。
細菌生物膜延緩創面愈合的機制
1、對修復細胞的影響：細菌聚集形成生物膜，產生抗中性粒細胞的作用，造成成纖維細胞衰老與中性粒細胞趨化因子的減少，影響機的成纖維細胞的修復功能和免疫功能；
生物膜的長期存在，造成傷口組織的缺血缺氧，抑制修復蛋白E2F3的合成；
傷口愈合過程中，表皮角質形成細胞扮演了重要的角色，生物膜所產生的α－毒素能誘導角質細胞的細胞毒性反應使其凋亡，導致愈合延遲。
2、AHL的作用機制：
細菌可以向周圍環境釋放一類可以自由進出細菌菌體的小分子信號因子（AHL）,AHLs分子達到一定閾值，細菌密度感應系統被激活,細菌不斷分泌胞外基質黏結單個細菌形成生物，阻礙抗菌藥物的滲透；
AHLs作為群體感應信號分子，與細菌毒性因子的產生、抗菌藥物的合成或降解、質粒結合轉移等多種生物功能相關，可以直接影響宿主細胞的基因表達，是導致持續或反復感染的重要分子。
3、耐藥機制的形成對創面愈合的影響：
生物膜狀態下的細菌相對其浮游狀態具有顯著增強的耐藥性，菌膜的存在可以使中性粒細胞趨化性減弱，
菌膜周邊組織炎性反應減弱，使細菌與生物體呈長期共生狀態，從而導致創面長時間停留在炎癥階段，阻滯創面愈合進程；
主要由多糖、蛋白質、脂類、金屬離子和細胞外DNA組成的胞外聚合物EPS也可以影響生物膜的理化性質從而導致其對抗菌劑的抵抗。
細菌生物膜的防治
創面治療中，對抗細菌生物膜應遵循“及早清創、覆蓋創面”的原則。1、科學的選用醫用清洗殺菌劑，有效清洗醫療器械和傷口，阻斷細菌的初始聚集和對創面等物體表面的黏附，從源頭上預防細菌生物膜的形成；
2、根據傷口類型選擇合適的清創方法，將傷口床的壞死或失活組織清除，破壞菌膜，清除細菌賴以生存的基床，同時注意配合有效抗生素或廣譜高效殺菌劑來清除釋放出來的大量游離細菌；
3、結合負壓傷口治療技術改善傷口組織血供情況，改善傷口愈合的微環境，有助于抑制生物膜的形成。
參考文獻
[1]于家傲,高欣欣. 細菌生物膜與慢性創面感染[J].中華燒傷雜志,2019,35(12):842-847. DOI:10.3760/cma.j.issn.1009-2587.2019.12.003.[2]王寬,解英,汪虹,陳斌. 細菌生物膜與慢性創面愈合[J]. 中華醫院感染學雜志,2016,26(19):4554-4556.