生物膜

生物膜

介绍：本文介绍了什么是生物膜以及它们在阻碍伤口愈合过程中所起到的重要作用。此外，还探讨了可能的干预方法，旨在清除或减少生物膜，并预防其在伤口再次形成。

什么是生物膜：

生物膜是一种微生物群落复合体，由细菌和真菌组成。微生物能合成并分泌一种保护性基质，通过它将生物膜牢固的附着在活体或非活体表面。

生物膜是一种动态的异种群落复合体，处于不断变化的状态，它们可能由单一种群细菌或真菌组成，大多数情况下，由多种群组成，比如包含多种多样的菌群。基本上，可将生物膜描述成细菌隐藏在一层厚厚的黏滑的保护层中，保护层由糖类和蛋白质组成。生物膜保护层可保护微生物免受来自外界的危害。

生物膜与伤口有什么联系？

一直以来都认为生物膜可在医疗器械表面形成，例如导尿管、气管插管、鼓膜通气管、骨科与胸部植入物、角膜接触镜、子宫内避孕器（IUDs）以及缝合线。它们是导致潜在的细菌感染和慢性炎症的主要原因，如牙周炎、囊性纤维化、慢性痤疮以及骨髓炎。

生物膜还常见于伤口，并在某种程度上会延迟伤口愈合进程。通过电子显微镜对慢性伤口与急性伤口的活组织检查发现，60%的慢性伤口含有生物膜结构，而急性伤口只有6%含有生物膜结构。据报道，生物膜是导致多种慢性炎症性疾病的主要因素，那么极有可能几乎所有的慢性伤口上至少有部分创面含有生物膜菌群。

生物膜是如何形成的？

阶段一：可逆的表面粘附

微生物通常被认为处于孤立的自由漂浮状态（如浮游型）。然而，在自然条件下，大部分微生物倾向于粘附在物体表面上，并最终形成生物膜。最初的粘附是可逆的。

阶段二：永久性表面粘附

随着细菌的繁殖，它们粘附的更加牢固（定植），发生变异，改变基因表达模式以提高生存能力。这通常是一种被称为细菌群感效应（Quorum sensing）的细菌通讯的结果。

阶段三：黏滑保护性基质/生物膜

一旦牢固地附着在表面上，细菌开始分泌一种包围基质，即细胞外聚合物（EPS）。

这是一种保护性基质或称为“黏质物”。这样，小菌落形成最初的生物膜。

EPS的准确成分因所含的不同微生物而异，但通常由多糖、蛋白质、糖脂和细菌DNA 所组成。一般认为存活的或死去的细菌释放的细菌DNA是构成生物膜细胞外聚合物（EPS）基质的重要组成部分。细菌分泌出各种蛋白质和酶帮助生物膜牢固的粘附在伤口创面上。

完全成熟的生物膜不断地释放出浮游细菌，小菌落和生物膜碎片，它们四处散播，粘附于伤口基底的其他部位或其它伤口，形成新的生物膜菌落。

微生物存活在混合性微生物群落中，生物膜允许它们之间分享“经验和技巧”，以帮助整个团体的生存。这种机制使它们有了更多的保护性优势。

生物膜的形成有多快？

实验室研究显示浮游细菌，如葡萄球菌、链球菌、假单胞菌和大肠杆菌，通常会：

1.在数分钟内实现粘附。

2.在2-4小时内形成牢固粘附的小菌落。

3.在6-12小时内形成最初的耐受性，例如抗生素、防腐剂和消毒剂。

4.在2-4天内可演变成成熟的生物膜群落，对生物杀灭剂具有极强的抵抗力，并释

放浮游细菌，演变快慢还与细菌种类和生长条件有关。

5.在24小时内即可从机械性破坏中快速复原，重新长成成熟的生物膜。

这意味着各种伤口清创术只能提供很短窗口期，例如，24小时之内，在此期间内抗菌治疗在降低创面的浮游微生物和生物膜会更有效。

为什么我们到目前才发现存在于伤口的生物膜？

只到最近人们才普遍认识到生物膜是导致皮肤伤口延迟愈合的因素之一。

慢性皮肤伤口通常缺乏明显的临床感染症状，标准临床微生物实验室检测却显示细菌负荷较低。

然而，标准临床微生物检测适用于培养浮游细菌，而无法充分检测生物膜细菌，这类细菌需要特殊的培养技术才能检测到。

当伤口无明显感染，却存在难以愈合的情况，人们尝试用细菌重度定植这一名词来说明细菌在其中所起的关键作用。实际上，重度定植/局限性感染很可能表述的就是慢性伤口出现了生物膜。

我们能看见生物膜吗？

生物膜是显微镜下的结构。然而，在某些情况下，如果给予足够长的生长时间，经过不受干扰的生长，生物膜会变得足够粘稠，以至于可被肉眼观察到。例如，牙菌斑可逐渐积累，直到某天变得清晰可见。某些生物膜表型的细菌可产生色素，从而有助于目视检测到生物膜。例如，生物膜表型的绿脓杆菌生成群感效应分子绿脓菌素，外观为绿色。即便如此，伤口变为绿色并不意味着一定存在绿脓杆菌生物膜。

如何辨别生物膜和腐肉？

伤口腐肉通常被描述成伤口基底附着的一层黄色、粘稠的不透明层，而伤口部位发现的生物膜通常呈胶状，并具有光泽。然而，在生物膜与腐肉之间可能存在某种联系，从而增加血管通透性，产生伤口渗液并形成纤维蛋白腐肉。因此，腐肉的存在标识着伤口可能存在生物膜。

然而，慢性伤口腐肉和生物膜之间的联系还需要进一步验证。

目前，确诊微生物生物膜存在的最可靠方法是特殊的显微镜，如共聚焦激光扫描显微镜。

成熟的生物膜如何“保护”其中的细菌

生物膜大大增强了那些定植于基质中的微生物对免疫系统、抗菌剂和环境压力（如养分或氧供限制）的耐受性。这种耐受性可达到完全抵抗外部因素侵袭的程度，当微生物在无保护的浮游态时，这些因素可以轻而易举地杀死它们。

屏障作用：

EPS保护微生物的一种简单机制即阻止大分子（如抗体）和炎症细胞进入生物膜基质深处。成熟的生物膜还可作为渗透屏障阻隔小分子的侵入，如抗菌剂。

协同保护：

多微生物生物膜具有另一个独特的性能，即不同种属的细菌相互之间可提供协作性防护。例如，生物膜内部的抗生素耐药菌可分泌保护性酶或抗生素结合蛋白，可有效保护邻近的非抗生素耐药菌，还可将基因转移至其他细菌，以传递对抗生素的耐药性，甚至可发生在不同种属细菌之间。研究还表明由某一种属细菌构建的生物膜，其EPS具有的特征属性在其它种属细菌附着、融入现有生物膜的过程中起到重要作用。

休眠：

生物膜中有很多细菌传给下一代细菌的另一种生存技巧是减缓新陈代谢，即保持休眠。因为只有当细菌处于代谢活跃状态时，抗生素才能起作用，生物膜内处于休眠期的细菌不受抗生素的影响，而通常它们可杀死代谢活跃的细菌。

研究表明，要杀死或消除生物膜内的细菌，许多抗生素所需要的最低浓度实际上已经超过了最高处方剂量。因此，标准口服剂量下的抗生素通常可有效杀灭检验科培养的敏感浮游型细菌，可能对病人体内以生物膜形式存在的同类型细菌作用甚微或无作用。

生物膜如何延迟伤口愈合？

生物膜促使机体产生一种慢性炎症反应，以尝试清除伤口生物膜，这种反应导致大量嗜中性粒细胞和巨噬细胞聚集到生物膜周围。这些炎症细胞分泌出高浓度的活性氧类（ROS）和蛋白酶（基质金属蛋白酶（MMPs）和弹性蛋白酶）。这些蛋白酶有助于破坏生物膜与机体组织之间的粘附性，将生物膜从伤口移除。然而，ROS和蛋白酶同样也会损伤正常组织和处于愈合中的组织、蛋白质和免疫细胞，这种“非靶向”效应阻碍了伤口愈合。

这种慢性炎症反应并不总能成功地清楚生物膜，据推测，这种反应更有利于生物膜。

通过诱发一种无效的炎症反应，生物膜可保护其中的微生物，并产生更多的渗液，从而提供了养分，有助于生物膜的生存。