The Role of Biofilms in Device-Related Infections pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Leid, Jeff G. 编

出品人:

页数:269

译者:

出版时间:

价格:$ 213.57

装帧:

isbn号码:9783540681137

丛书系列:

图书标签:

Biofilms
Device-related infections
Medical device infections
Bacterial biofilms
Infection control
Healthcare-associated infections
Biomaterials
Microbiology
Pathogenesis
Antimicrobial resistance

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具体描述

Approximately 60% of all hospital-associated infections, over one million cases per year, are due to biofilms that have formed on indwelling medical devices. Device-related biofilm infections increase hospital stays and add over one billion dollars/year to U.S. hospitalization costs. Since the use and the types of indwelling medical devices commonly used in modern healthcare are continuously expanding, especially with an aging population, the incidence of biofilm infections will also continue to rise. The central problem with microbial biofilm infections of foreign bodies is their propensity to resist clearance by the host immune system and all antimicrobial agents tested to date. In fact, compared to their free floating, planktonic counterparts, microbes within a biofilm are 50 a " 500 times more resistant to antimicrobial agents. Therefore, achieving therapeutic and non-lethal dosing regimens within the human host is impossible. The end result is a conversion from an acute infection to one that is persistent, chronic, and recurrent, most often requiring device removal in order to eliminate the infection. This text will describe the major types of device-related infections, and will explain the host, pathogen, and the unique properties of their interactions in order to gain a better understanding of these recalcitrant infections.

微生物世界的隐形围城：生物膜与感染的漫长博弈想象一下，在我们看不见的微观世界里，无数微小的生命体正以一种前所未有的组织形式，悄然构建着它们自己的防御工事。它们不是孤军奋战，而是成千上万的同伴汇聚在一起，分泌出一种由糖类、蛋白质、核酸以及脂质组成的“粘稠基质”，将自己牢牢地包裹其中，形成一个复杂的、多层级的立体网络。这个结构，就是我们称之为“生物膜”（Biofilm）的奇特生命体。生物膜并非随机的微生物聚集，而是一种高度协同、结构精密的生态系统。在这个“围城”中，单个微生物个体不再是独立的生命单位，它们之间的通讯、分工、甚至是基因交换都变得异常高效。这种集体生存策略，赋予了生物膜强大的适应性和抵抗力，使其成为自然界中无处不在的存在。从医院的导管、人工关节，到家中的水龙头、船体的底部，生物膜的身影几乎无处不在，默默地影响着我们的生活，甚至威胁着我们的健康。尤其是在医疗领域，生物膜的出现往往伴随着一个令人头疼的难题：设备相关性感染（Device-Related Infections）。当人造医疗设备，如导尿管、静脉导管、心脏起搏器、人工瓣膜、骨科植入物等，与身体组织接触时，它们就为微生物的定植和生物膜的形成提供了理想的“温床”。一旦生物膜在这些设备表面成功建立，感染的治疗将变得异常棘手。生物膜之所以能成为感染的“罪魁祸首”，其根本原因在于其独特的生物学特性。首先，生物膜结构提供了物理屏障。致密的胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）可以有效阻止抗生素、抗体以及免疫细胞的渗透，使得原本对微生物具有杀伤力的药物和免疫机制难以到达生物膜内部的关键区域。这就好比一个坚固的城墙，将外来的攻击者拒之门外。其次，生物膜内部的微生物生理状态发生了显著改变。在生物膜环境中，部分微生物会进入一种“休眠”或“低代谢”状态，对许多抗生素的靶点产生耐受。抗生素通常作用于快速分裂和生长的细胞，而生物膜内的“老兵”们则不轻易暴露自己，从而逃避了药物的追击。此外，生物膜中的微生物可以通过基因水平转移（Horizontal Gene Transfer）快速交换耐药基因，使得整个群体迅速获得对多种药物的抵抗能力。更令人担忧的是，生物膜还可以诱导宿主产生慢性炎症反应。当生物膜在体内长期存在时，它会持续刺激宿主的免疫系统，导致局部组织损伤和炎症加剧。这种慢性炎症不仅会损害设备的功能，还可能导致全身性的健康问题。例如，植入心脏瓣膜的生物膜感染，可能引起严重的败血症，危及生命。设备相关性感染的诊断和治疗，因此面临着严峻的挑战。传统的微生物培养方法，往往难以从生物膜中分离出足够量的致病菌，导致诊断延误。即使分离出细菌，由于其强大的耐药性，常规的抗生素治疗往往效果不佳，需要更高浓度、更长时间的治疗，甚至需要手术切除植入物，给患者带来巨大的痛苦和经济负担。因此，深入理解生物膜的形成机制、结构特征以及其在设备相关性感染中的作用，对于开发更有效的预防和治疗策略至关重要。这不仅仅是微生物学研究的课题，更是临床医学、材料科学、生物工程等多个学科交叉融合的领域。要克服生物膜带来的挑战，我们需要从多个层面入手。预防是关键：在医疗设备的设计和制造过程中，就应考虑如何抑制生物膜的形成。这包括开发具有抗菌表面涂层的材料，例如掺杂银离子、季铵盐或抗菌肽的聚合物，能够持续释放抗菌物质，阻止细菌在设备表面的定植。另外，优化设备的设计，减少容易积聚细菌和生物膜的死角和凹槽，也是一种有效的预防措施。早期诊断：开发更灵敏、更特异的生物膜检测技术，能够帮助临床医生在感染早期及时发现生物膜的存在，从而在生物膜尚未完全成熟、抵抗力较弱时进行干预。例如，基于分子生物学的方法，如PCR技术，可以直接检测生物膜相关基因，或者利用影像学技术，如正电子发射断层扫描（PET）显像，来定位生物膜的存在。创新的治疗策略：传统的抗生素治疗需要被重新审视。研究人员正在积极探索新的治疗方法，例如：抗生物膜药物：开发能够特异性靶向生物膜成分或其形成机制的药物，例如抑制生物膜基质合成的酶抑制剂、干扰细菌群体感应（Quorum Sensing）的信号分子模拟物或拮抗剂，以及能够促进生物膜解聚的酶制剂。联合疗法：将抗生素与非抗生素类药物（如抗炎药、免疫调节剂）相结合，或者将抗生素与物理疗法（如超声波、光动力疗法）联合使用，以增强治疗效果。噬菌体疗法：利用特异性感染细菌的病毒——噬菌体，来裂解生物膜中的细菌。噬菌体疗法具有靶向性强、耐药性产生慢的优点，为抗生素耐药性问题提供了一种潜在的解决方案。生物膜疫苗：尽管仍处于早期研究阶段，但开发针对生物膜关键组分或表面标志物的疫苗，有望在暴露前诱导机体产生保护性免疫反应，预防生物膜的形成。材料科学的贡献：新型生物相容性材料的研究，旨在开发能够主动抵抗生物膜附着或易于清洁的表面。例如，开发具有超疏水性或纳米纹理表面的材料，可以减少细菌的附着；而可降解或可更换的生物膜屏障材料，则可以在必要时清除生物膜。跨学科合作：解决生物膜相关感染问题，需要生物学家、化学家、工程师、医生和公共卫生专家的紧密合作。只有通过多学科的智慧碰撞，才能更全面地认识生物膜的复杂性，并找到行之有效的解决方案。生物膜，这个看似微不足道的微生物群落，却在我们现代医疗体系中投下了一道长长的阴影。它们的坚韧与狡猾，让许多本应是生命救星的医疗器械，变成了潜在的感染源。理解生物膜的“围城”之道，洞悉它们如何在设备表面筑巢，如何抵抗药物的围剿，如何与人体免疫系统周旋，是我们与这些隐形敌人进行长期博弈的关键。未来的医学，将更加依赖于对生物膜的深入研究，不断探索新的防御与进攻策略，最终为患者争取更安全的医疗环境，守护生命的尊严。