体外构建的细菌生物膜反应器仿人体膀胱尿液紊流切应力系统

摘要

背景:材料表面细菌生物膜形成是导管相关尿路感染的核心问题,已有研究多着眼于静态或简单流体力学条件下感染机制及防治,构建接近真实人体疾病状态下的动态膀胱细菌生物膜模型为研究疾病机制、开发抗生物膜感染新技术的关键.目的:提出人体膀胱尿液紊流切应力概念,体外构建基于仿人体膀胱细菌生物膜反应器的尿液紊流切应力系统,探讨不同应力刺激大肠埃希菌生物膜形成.方法:自行设计体外仿人体动态膀胱尿流模型,以大肠埃希菌标准株ATCC25922为模式菌、医用硅胶膜片为载体,模拟4种人工尿流应力:静水压、恒流切应力、生理切应力及病理切应力(模拟尿潴留环境),建立加载紊流切应力细菌生物膜反应器.24,72,120,168 h时检测生物膜细菌悬液吸光度值、菌落计数与生物膜表面积.结果 与结论:①细菌悬液吸光度值:不同组间、不同时间之间存在显著差异(F=110.84,187.96,P均＜0.000 1),时间与应力之间存在交互作用(F=50.05,P＜0.000 1),从静态应力、动态持续应力力、生理尿流应力到尿潴留病理应力,生物膜细菌菌落数增加;②细菌菌悬液涂片菌落计数:不同时间之间菌落计数有显著差异(F=6.30,P=0.002 9),不同尿流应力组间无差异(F=1.11,P=0.400 1),时间与应力不存在交互作用(F=O.85,P=0.581 4);但随着施加应力时间延长,复杂应力组菌落计数呈增加趋势,尤以病理切应力组显著;③生物膜细菌扫描电镜表征:各组及不同时间点之间定性比较,细菌生物膜形成从稀疏片段、成块到大片成团形状,具有差异;不同尿流应力组间、不同时间之间菌膜表面积存在显著差异(F=505.72,1 201.84,P均＜0.000 1),时间与应力之间存在交互作用(F=78.14,P＜0.000 1);从静态应力、动态持续应力、生理尿流应力到尿潴留病理应力,细菌生物膜生成显著增加;④结果提示,该仿人体膀胱模型尿液紊流切应力系统可明显刺激体外大肠埃希菌生物膜形成,其功能变化及机制有待进一步探讨.