生物膜对慢性伤口影响机制的研究进展

生物膜对慢性伤口影响机制的研究进展

刘晓新李静如

（上海交通大学医学院附属苏州九龙医院骨科江苏苏州215000）

【摘要】现代研究发现，生物膜与慢性伤口的感染和难以愈合密切相关，如何防治生物膜及其相关危害已成为目前研究的前沿和热点。追本溯源，了解生物膜对慢性伤口的影响机制，对从源头上寻找有效防治方法起着重要的作用，文中就此作一综述。

【关键词】慢性伤口；生物膜；影响机制

【中图分类号】R472【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2017）36-0006-02

Progressinthestudyofbiofilmonthemechanismofchronicwound

LiuXiaoxin,LiJingru.

DepartmentofOrthopaedics,JiulongHospital,MedicalCollege,ShanghaiJiaotongUniversity,Suzhou215000,China

【Abstract】Modernresearchhasfoundthat.Theinfectionofchronicrefractorywoundisrelatedwithbiofilm.Howtopreventandtreatbiofilmanditsrelateddamagehasbeenahottopicincurrentstudies.Trackdownroots.Understandthemechanismofbiofilmonchronicwound.Itplaysanimportantroleinfindingeffectivepreventionandcontrolmethodsfromsource.Thisarticlereviewsthese.

【Keywords】Chronicwound;Biofilm;Influencemechanism

多因素导致创面停滞在某个阶段长期不愈合，形成慢性伤口。临床上常见慢性伤口包括糖尿病足溃疡、创伤性溃疡、下肢动静脉溃疡和压力性损伤等，常表现为持续过度的炎症反应、反复感染、耐药性细菌生物膜、表皮细胞对修复刺激无应答等特点[1]。慢性伤口形成病因复杂，研究[2]发现，生物膜是其无法愈合的重要原因，慢性创面(创面开放30d以上)的生物膜检出率约为60％，而急性创面仅为6％，前者远远高于后者。80%人类感染性疾病与生物膜相关（NIH），99%的细菌以稳定、持续的生物膜形式存在[3]。

1.生物膜定义

生物膜是具有基因多样性和可变基因表达（表型）的微生物结构性群体，可创建用于产生独特感染（慢性感染）的行为和防御。其具有显著的抗生素和杀菌剂耐受性，同时可免受宿主免疫影响[3]。它是细菌的一种具有保护性的特殊生长模式。慢性伤口细菌生物膜实际上就是细菌附着于伤口床，与自身分泌的EPS成分相互融合形成的一种膜状组织。它由细菌、细菌产物、EPS、坏死组织等共同组成。生物膜中10％～20％是微生物，另外80％～90％是EPS。其中，EPS可由多种化学和生物成分组成，包括多糖、蛋白、脂类、糖脂、金属和胞外DNA等[4]。生物膜具备特定的三维结构，便于营养物质的交换及废物的排出，便于群体感应分子的互相交流[3]。

2.生物膜形成机制

生物膜形成包括5个步骤[3]：第1步：浮游附着：单个非附着细菌或微生物可逆地附着至表面或相互附着，通过菌毛、鞭毛或其他表面附属物或特定受体介导。第2步：不可逆附着：通过分泌胞外聚合物介导实现的不可逆附着，表现为相互附着或附着至活体表面或伤口敷料或假体等失活表面。第3步：细胞增殖：细胞增殖并形成微生物菌落，使用群体感应过程，细菌通过有机信号分子进行交流来调节自身基因表达，促使其粘附聚集，形成稳定完整的生物膜，并通过确定生物膜内细菌群体分布密度，控制细菌的增殖，避免因细菌过度生长而造成空间和营养物质的缺乏[1]。第4步：生长和成熟：在具备水通道和高耸细胞群落等结构特征的成熟生物膜群体中生长、分化并到达顶点。随着生物膜不断成熟，其防御能力不断增强并且由宿主脉管系统提供营养，部分成熟生物膜形成了“柱状或蘑菇状”形状。第5步：扩散：生物膜细胞扩散,主动或被动分离重新接种表面区域。成熟的细菌生物膜，发生带菌脱落并借助外力播散，在新的部位定植形成新的生物膜；通过清创或使用抗菌药物后，生物膜的结构被破坏，内部休眠细菌复苏，进而快速繁殖，导致生物膜反复出现。微生物附着于某一表面后是否形成生物膜取决于其生物膜形成能力(biofilm—formingpotential，BFP)，BFP最大的细菌包括假单胞菌、葡萄球菌、芽孢杆菌、以莫拉氏菌等[2]。近来真菌在生物膜中的作用也被广泛关注，多数创面中，真菌占据大于50％的微生物量，最常见的有念珠菌，除此之外，还有弯孢菌、马拉色氏菌、毛癣菌等。

3.生物膜对伤口愈合的影响机制

伤口愈合通过重建皮肤完整性来阻止感染和保持伤口内稳态。在生物膜的作用下，其自身形成的微环境及伤口内微环境的变化对伤口愈合所需的各种细胞及因子产生严重的阻碍作用，抑制伤口愈合。

3.1生物膜耐药耐免疫的机制

由于生物膜的结构特点，外围的EPS具有明显的保护性屏障作用，可以限制抗菌药物和免疫因子的进入，对抗机体的免疫反应，膜内的微环境从内到外呈梯度变化，越靠近生物膜表层，氧气浓度越高，营养成分较为丰富，代谢废物输送活跃[5]，而内层的细菌生物膜难以获得养分，代谢几乎完全停止，繁殖减少，处于休眠状态，对各种抗菌药物和理化刺激均不敏感。

3.2生物膜延缓伤口愈合的机制

生物膜持续或过度刺激机体发生炎症反应，大量的炎症细胞蓄积并分泌过多的基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases，MMPs)和活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)，致使愈合过程停滞[6]，伤口愈合长期停滞于炎症反应期，不能进入增生期，延迟愈合。正常的伤口愈合过程中，MMPs快速增长，通常第3天出现峰值，在第5天开始下降，伴随着MMPs的增高，体内的组织金属蛋白酶抑制因子水平也同步增高，它可以抑制促炎细胞因子并刺激MMPs的生产水平，从而使两者处于动态平衡。但在慢性伤口中，过度而持续的炎症使MMPs水平过度增高，动态水平被打破，细胞外基质出现溶解，而不是合成沉积，愈合过程被破坏；MMPs不仅降解了细胞外基质而引起组织损伤，同时减少了伤口修复所需要的生长因子。另外，生物膜内的细菌释放外源性蛋白酶，和人体内源性蛋白酶一起共同作用，降解了伤口愈合所必须的生长因子、组织蛋白，加重愈合迁延。在伤口感染中，活性氧主要来自中性粒细胞和巨噬细胞，它是清除细菌、坏死组织和其他有害物质的主要机制，抗氧化系统抑制自由基，防止细胞损伤，但如果活性氧的产生超过了抗氧化系统的限制，致使自由基过度产生，出现“氧化应激”[7]。不受控的活性氧释放，导致细胞组件如磷脂、蛋白质、细胞质酶和核酸等破坏，使创面周围正常细胞发生坏死及凋亡[8]。生物膜导致伤口PH值改变，细胞内外的pH值是伤口愈合另一重要因素，它的变化将影响血管生成和胶原蛋白形成，同时将影响中性粒细胞和巨噬细胞的功能及抗菌药物的活性。正常皮肤pH值范围在4.0～6.0间，皮肤表面具有酸性外膜，这种皮肤的结构和功能对抑制微生物致病是至关重要的，低的PH（pH=5.0）可以抑制微生物生长[9]，有研究[10]表明慢性创面pH值范围从6.5～8.5(平均在7.4)，增加pH值将增加生物膜的产生[11]，碱性化的环境可能由坏死组织、细菌及其产物氨造成，其形成将进一步促进细菌增殖。角质细胞及成纤维细胞是伤口愈合的主要细胞，但在慢性伤口中生物膜致角质细胞及成纤维细胞失活，并加速其凋亡。研究表明生物膜可降低上皮角化细胞迁移[3]。

3.3生物膜反复感染的机制

作为细菌储存库，生物膜内源源不断地释放出浮游细菌，常规剂量的抗生素，虽然可以消灭游散的浮游菌，却不可以消灭生物膜内的细菌，当机体防御系统无法控制它们时，细菌从生物膜中游出，到达其他部位从而再次引起感染，于是形成了一个持续的病灶，导致感染的复发。

4.小结

近年来，细菌生物膜的形成在慢性创面中所起的作用逐渐被重视，现代研究认为，除了缺氧、缺血再灌注损伤和宿主内在因素外，细菌生物膜的形成成为慢性创面难以愈合的主要障碍[12]，认识其形成机制、对伤口的影响机制，以制定相应干预方法，是阻止生物膜形成、有效清除生物膜，治疗慢性伤口的关键。但生物膜中众多需氧菌、厌氧菌、真菌混合定植，其之间协同作用，如同一个网络，其致病性远远超出单个微生物的致病机制[13]，成为临床治疗中的难点，如何精准定位其形成、影响机制，为各类慢性伤口寻找精准有效的治疗方法提供依据，仍需不断探索。

【参考文献】

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