细菌生物膜引起的感染有什么特征？如何防治？

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生物被膜（biofilm)的形成是细菌为适应自然环境而采取的一种生存策略。生物被膜中的细菌无论其形态结构、生理、生化特性还是对抗菌药物的敏感性都与普通浮游（planktonic）生长的细菌有显著的不同，致病特性也不同，是造成难治性感染性疾病的重要病因之一。为此，我们就细菌生物被膜（bacterial biofilm）的形成、耐药机制、致病特点及其防治措施加以综述，为临床防治由细菌生物被膜导致的感染提供参考。

　　一、细菌生物被膜的形成

　　生物被膜是微生物为适应自然环境而形成的。例如：河流中的微生物就能吸附在岩石表面，这种吸附作用更有利于自身的生存。对于细菌来说，它可以分泌多糖蛋白复合物(glycocalyx)将自身粘附于各种物体的表面，细菌在所吸附的物体表面不断分裂就形成了细菌生物被膜。使病原菌可以在体内插管表面及粘膜表面形成生物被膜［1］。

　　临床上细菌生物被膜主要形成于各种体内插管，如导尿管、大静脉导管，气管插管等的表面，从而导致导管相关感染（catheter related infection），在这种情况下，来源于患者及医护人员的金黄色葡萄球菌及表皮葡萄球菌是主要的致病菌［2］。铜绿假单胞菌则容易吸附于体内粘膜表面而形成生物被膜，这在肺囊性纤维化及慢性肺部疾患如慢性阻塞性肺疾病(COPD)、弥漫性泛细支气管炎中较为常见［3］，其他感染性疾病如慢性骨髓炎的病灶中也有生物被膜形成［4］。在人体内部形成的细菌生物被膜中还混有血细胞，纤维蛋白等物质。目前通过激光共聚焦显微镜可以原位（in situ）观察活体细菌生物被膜，发现细菌生物被膜并非以前所认为那样只是一层致密的膜，而是在细菌生物被膜内有着相互交通的水通道（water channels），这些通道足以让细菌生长需要的营养物质进入细菌生物被膜的深层、代谢废物也可以经此排出，抗菌药物也可以由此通道进入细菌生物被膜的深层，因此原先仅把细菌生物被膜看作物理屏障的观点过于简单化，这些发现对研究细菌生物被膜的耐药机制有着重要的意义［5］。

　　二、细菌生物被膜导致难治性感染的机制

　　在细菌生物被膜导致的感染性疾病的病灶中，一部分细菌以浮游生长的形式存在，而另一部分细菌则以生物被膜的形式存在，有效浓度的抗菌药物能迅速地杀灭浮游生长的细菌和生物被膜表面的细菌。但是生物被膜细菌产生多糖蛋白复合物，一方面可以通过氢键、Van der waals力、共价键吸附一部分抗菌药物，另一方面吸附于生物被膜多糖蛋白复合物的抗菌药物灭活酶，如β内酰胺酶也可以灭活一部分抗菌药物，这样就使直接接触细菌的抗菌药物大大地减少［6，7］。此外生物被膜中的细菌分裂迟缓，对抗菌药物不敏感［8，9］。再则，由于浮游生长的细菌和生物被膜表面的细菌被杀灭，患者的临床症状得到缓解，临床医生就可能终止抗菌治疗，没有抗菌药物抑制的生物被膜中的细菌，就可能成为感染再发的根源，造成临床上某些感染迁延不愈［1］。

　　也有体外实验表明，细菌形成生物被膜后可以逃避机体的免疫作用。这表现在细菌形成生物被膜后由它诱导的补体转化及中性粒细胞呼吸爆发都显著地降低。这就有可能产生免疫逃逸作用，使细菌不易清除［10，11］。

　　三、细菌生物被膜的致病特点

　　一般来说细菌生物被膜导致的难治性细菌感染性疾病有以下特点：

　　1.病灶局部的炎症反应不很强烈，感染有相互转化的静止期和发作期；

　　2.抗菌药物治疗起初可能有效，但以后治疗常常失败；

　　3.致病菌主要是来自皮肤和周围环境中的致病菌如铜绿假单胞菌，金黄色葡萄球菌［1］。

　　铜绿假单胞菌是慢性呼吸道感染的重要致病菌之一，它的粘液型菌株可以产生藻酸盐，而非粘液型菌株可以产生其它种类的多糖蛋白复合物形成细菌生物被膜。比较典型的病例是肺囊性纤维化合并肺部感染，虽然抗菌药物有一定的临床疗效，但是铜绿假单胞菌总是难以彻底清除，电镜观察可见病变部位有细菌生物被膜形成。其中藻酸盐是重要的组成成分，它可以使细菌牢固地粘附于肺上皮表面形成生物被膜，一方面可以抵御单核-巨噬细胞的吞噬作用，另一方面可以抵制抗菌药物的杀灭作用。进一步的研究表明，铜绿假单胞菌藻酸盐的合成是由细菌alC和alD基因控制的。有实验表明，铜绿假单胞菌和硅胶膜表面接触后，可以激活控制藻酸盐合成的基因组，促使细菌合成大量的藻酸盐。所以细菌生物被膜的形成是受严密的基因调控的［12］。

　　四、细菌生物被膜感染的防治

　　细菌生物被膜导致的感染性疾病治疗极为棘手，目前主要通过以下两个方面来防治：

　　1.抑制生物被膜形成；

　　2.对于已经形成稳态的生物被膜，则需用能够透过生物被膜的杀菌剂来治疗。

　　国外有研究表明，低于最低抑菌浓度的某些抗菌药物；可以通过抑制细菌的多糖蛋白复合物产生来抑制细菌生物被膜的形成［13］。粘液型铜绿假单胞菌藻酸盐的合成可以被米诺环素、妥布霉素、林可霉素及大环内酯类药物抑制，而哌拉西林、头孢他定、氧氟沙星则不能抑制，非粘液型的多糖蛋白复合物合成可以被大环内酯、林可霉素抑制。这就提示，临床上可以用小剂量的大环内脂类、林可霉素类抗菌药物来防治细菌生物被膜导致的感染［14，15］。

　　有资料表明，在细菌生物被膜开始形成的72小时内，由于细菌生物被膜未形成稳态，对各种抗菌药物相对比较敏感，治疗的效果相对较好，以后的治疗效果就比较差［16］。虽然如此，在近期的研究中有学者认为，对铜绿假单胞菌联合应用大剂量的哌拉西林和妥布霉素或对静止期细菌有杀灭作用的抗菌药物如亚胺培南、环丙沙星对已形成稳态的铜绿假单胞菌生物被膜仍有一定的疗效，但不可能彻底清除细菌生物被膜［17，18］。

　　总之，由细菌生物被膜导致难治性细菌感染的防治仍是临床上一个亟待解决的问题。目前应用的抗菌药物都不能彻底清除细菌生物被膜，这也给抗菌药物的研制提出了新的要求，随着细菌生物被膜生理、生化研究的不断进展，人们有可能发现新的途径来防治细菌生物被膜导致的难治性感染性疾病，开辟现代抗菌药物治疗的新途径。

　　参考文献

　　1　Costerton JW,Chen KJ,Gessey GG, et al. Bacterial biofilms in nature and disease. Annu Rev Microbiol,1987,41:435-464.

　　2　Khardori N, Yassien M. Biofilms in device-related infections. J Ind Microbiol，1995, 15:141-147.

　　3　Kobayashi H. Biofilm disease: its clinical manifestation and therapeutic possibilities of macrolides. Am J Med, 1995, 99:26-30.

　　4　Gristina AG,Oga M,Webb LX,et al. Adherent bacterial colonization in the pathogenesis of osteomyelitis.Science, 1985, 228:990-993.

　　5　Costerton JW,lewandowski Z,Caldwell DE, et al. Microbial biofilms. Annu Rev Microbiol, 1995,49:711-745.

　　6　Hoyle BD,Jass J,Costerton JW. The biofilm glycocalyx as a resistance factor. J Antimicrob Chemother, 1990,26:473-478.

　　7　Brown MR, Gilbert P. Sensitivity of biofilms to antimicrobial agents. J Appl Bacteriol, 1993,74 Suppl：87-97.

　　8　Evans DJ,Allison DG,Brown MR, et al. Effect of growth-rate on resistance of gram-negative biofilms to cetrimide. J Antimicrob Chemother, 1990, 26:473-478.

　　9　Evans DJ,Brown MR,Allison DG,et al. Susceptibility of bacterial biofilms to tobramycin: role of specific growth rate and phase in the division cycle. J Antimicrob Chemother, 1990, 25:585-591.

　　10　Jensen ET,Kharazmi A,Garred P, et al. Complement activation by pseudomonal aeruginosa biofilms. Microb Pathog, 1993,15:377-388.

　　11　Jensen ET,Kharazmi A,Hoiby N, et al. Some bacterial parameters influencing the neutrophil oxidative burst response to pseudomonas aeruginosa biofilms.APMIS, 1992,100:727-733.

　　12　Davies DG, Chakrabarty AM,Gessey GG. Exopolysaccharide production in biofilms: substratum activation of alginate gene expression by pseudomonas aeruginosa. Appl Environ Microbiol, 1993,59: 1181-1186.

　　13　Yasuda H, Ajiki Y, Koga T. Interaction between clarithromycin and biofilms formed by staphylococcus epidermidis. Antimicrob Agents Chemother, 1994,38:138-141.

　　14　Yasuda H, Ajiki Y,Koga T, et al. Interaction between biofilms formed by pseudomonas aeruginosa and clatithromycin. Antimicrob Agents Chemother, 1993, 37:1749-1755.

　　15　Ichimiya T, Yamasaki T, Nasu M. In vitro effects of antimicrobial agents on pseudomonas aeruginosa bioifilm formation. J Antimicrob Chemother, 1994,34: 331-341.

　　16　Anwar H, Strap JL, Chen K. Dynamic interactions of biofilms of mucoid pseudomonas aeruginosa with tobramycin and piperacillin. Antimicrob Agents Chemother, 1992,36:1208-1214.

　　17　Anwae H,Costerton JW. Enhanced activity of combination of tobramycin and piperacillin for eradication of sessile biofilm cells of pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother, 1990,34:1666-1671.

　　18　Ashby MJ, Neale JE, Knott SJ, et al. Effect of antibiotics on non-growing planktonic cells and biofilms eacherichia coli. J Antimicrob Chemother, 1994, 33:443-452.
中华结核和呼吸感染 1999年第3期第22卷 综　　述

作者：方向群　刘又宁

好象绿脓杆菌多一点,气管切开等

不太了解向反老师学习

向反老师请教，学习！

看一看

谢谢！学习了

请教老师
在理论上大环内酯类属于抑菌剂，不能同杀菌剂联合用药，而在临床中有观点认为，大环内酯类可以抑制细菌生物被膜的形成，有助于抗生素的渗透，起到杀菌作用，这是否矛盾？或者原来的联合用药理论需要修改了？

对生物被膜知之甚少，很想了解了解。

我看到的有关资料上讲：目前已不再将二者的联用列为不合理用药的范畴，理由1二者联用可扩大抗菌谱  2对产生物膜菌如铜绿假单胞菌的感染，大环内酯类可破坏BF，使杀菌剂易达到膜内而起效。