【第二十一讲】无处不在的生物膜

原创旅行医学工作组华山感染

华山大众传染病学50讲-第二十一讲

“追寻生命本质，探索前进之路”，欢迎来到“华山大众传染病学50讲”，让我们每周学习一个传染病案例，通过一年的时间轻松掌握常见的传染病知识。

导管相关血流感染（CR-BSI）是指在医疗过程中，由于治疗需要在人体血管内留置相关的导管，由此造成相关的感染。临床上往往越是危重的病人在救治过程中留置中心静脉导管的机会也越多，时间也会越长，因此发生导管相关血流感染的机率也就越高。

导管相关血流感染无论是病原体分布还是治疗的药物选择都不同于其他部位的感染，在治疗的效果上来看，单纯的抗感染治疗往往疗效欠佳，最后又不得不拔除相关的导管才能使感染得以控制。这是为什么呢？本讲我们从一项临床研究开始讲起。

这项研究是为了研究从导管相关感染的患者的血培养中分离到的表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）的来源，研究想了解这种造成导管相关感染（CRIs）的细菌到底是从哪里来的。

Hickman导管是一种带有皮下隧道的中心静脉导管

研究分为几步进行：

首先，采集来自患者房间的环境的样本，以及在插入导管之前的皮肤采样进行的细菌培养。使用分子生物学技术分析来自这些样品的细菌。

第二步是分析在插入导管后从血液样本和导管中分离到的细菌。

最后再将导管插入之前和之后分离的细菌进行比较。

根据以下方案定期取得来自不同位置的样本进行培养。

（i）在用70％乙醇或0.5％氯己定进行皮肤消毒之前，从插入部位的皮肤和空气样品中获取样本。

（ii）插入导管后，但在伤口闭合之前，从导管的两个出口部位采样。

（iii）在住院期间，每周两次从来自导管的出口部位和内部以及直接从两个Hickman导管通道进行血液采样。

（iv）在发烧的情况下，额外从出导管的出口部位和内部以及直接从两个Hickman导管通道进行一次血液采样，另外还从外周静脉进行一次血培养。只要发烧持续，这些调查每天进行。

（v）当符合指征时，由外科医生移除Hickman导管，并分别培养尖端，隧道和接入端分别进行细菌培养。

分析结果表明，表皮葡萄球菌的两种基因型在分离株中占优势。这两种密切相关（克隆）类型的表皮葡萄球菌在插入导管之前的13％（11/86）空气样本和44％（33/75）皮肤样本中就已经被发现。

插入导管后，这两种克隆类型的阳性率增加：未显示临床感染证据的导管中阳性率为53％（33/62），与CRI相关的导管中阳性率达到了74％（139/188）。

尽管使用万古霉素（一种通常非常有效杀死表皮葡萄球菌的的药物）迅速治疗，但有70％被这两种克隆类型感染的导管必须除去才能阻止感染。

研究发现：在75％的病例中，导致CRI的表皮葡萄球菌菌株似乎来自皮肤。

污染导管的扫描电子显微照片

此外，根据血液肿瘤学检查方案，大多数患者会在进入血液科后的第一周内植入Hickman导管。这可能解释了为什么在Hickman导管插入时，44％的患者已经在他们的皮肤上携带这两个克隆。

让我们来思考以下问题：

1. 引起CRIs的表皮葡萄球菌的可能来源在哪里？

2. 概述生物膜形成的基本过程。

3. 什么物理特性使产生生物膜的细菌难以在临床环境中治疗？

4. 既然表皮葡萄球菌对万古霉素敏感，为什么70％的导管必须被移除才能阻止感染？

5. 描述几种可以解释生物膜相关细菌群体的抗菌素耐药性的假说。

凝固酶阴性葡萄球菌ABC

凝固酶阴性葡萄球菌（CoNS）是人体皮肤正常菌群的一部分。这些生物具有相对低的毒力，但越来越多地被认为是临床上导致血流和其他部位感染的重要病原菌。

CoNS感染的风险因素包括留置外来装置和免疫妥协。这些生物可以是临床上导致感染的微生物，但也是临床标本中的常见污染细菌。

CoNS作为引起CRI的主要病原体的出现归因于假体和留置装置的植入，增加使用肠外营养比例（静脉内输送营养素），以及免疫功能低下的个体存活率的提高。

表皮葡萄球菌占人体皮肤分离葡萄球菌的一半以上，临床标本的CoNS中超过75％都是表皮葡萄球菌。

使用血管内装置是CoNS血流感染的重要原因。 CoNS约占重症监护病房血液分离株的三分之一，使这些生物体成为医院血流感染的最常见原因。

在CoNS阳性的血培养患者中，约12％至25％的患者有明显的血流感染。

CoNS具有促进皮肤表面存活，生物膜形成，与组织和假体表面粘附以及免疫逃逸相关成分的决定因素。

经验性治疗CoNS感染的首选药物是万古霉素，它通常是耐甲氧西林的CoNS感染的主要治疗方法。在由于已知为甲氧西林敏感的CoNS引起的感染的情况下，首选的药物是苯唑西林。

生物膜的形成和控制

生物膜的粘附和产生是CoNS在各种生物材料中特别容易存活的重要因素。

美国疾病控制和预防中心和美国国立卫生研究院估计，所有慢性感染中的65％至80％可归咎于微生物生物膜形成。

这些慢性感染多是由诸如白色念珠菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌、表皮葡萄球菌和金黄色葡萄球菌等微生物引起的。

留置导尿管上的金黄色葡萄球菌生物膜

生物膜的结构

细菌生物膜由附着在表面上的微生物组成，并嵌入粘稠的细胞外多糖层中。成熟的生物膜具有复杂的组织。细胞外多糖基质形成柱状和旋钮状支架，其中嵌入了相互依赖的细菌群。这些结构包含通道和大的缝隙，允许液体在生物膜中流动，有效地将营养物质和氧气输送到细胞并带走废物。

虽然成熟的生物膜是一种相互依赖的细菌的复杂微生物生态系统，但它的形成只需要两个基本步骤：可逆附着和不可逆附着。当浮游（自由游动）细菌粘附到表面上可溶解的有机物质时，发生可逆附着。细菌的外部组分（例如菌毛或鞭毛）暂时粘附在生物体分解或排泄留下的有机物质上。附着可以刺激细菌细胞分泌粘多糖，其在细胞周围形成基质并且不可逆地将它们胶合到表面。