细菌生物膜如何在无菌导尿管表面形成，进而引发泌尿系统感染并发症？

细菌生物膜在无菌导尿管表面形成并引发泌尿系统感染并发症的过程是一个复杂且多阶段的动态变化，下面以通俗易懂的方式进行详细解释。

细菌生物膜形成的初始阶段

一般情况下，膀胱内是无菌环境，但前尿道口外难以保证无菌。当无菌导尿管被留置后，它为细菌进入膀胱提供了通道，增加了膀胱出现逆向感染的风险。此时，尿液中的Tamm-Horsfall糖蛋白、各种离子、多糖及其他成分会在数分钟内聚集到导尿管表面。同时，体液中的大分子成分如血清白蛋白、纤维蛋白原、胶原与纤维连接蛋白也会在细菌微生物到达之前快速在导尿管表面形成一层调节膜。这层调节膜改变了导尿管的表面特性，使得病原微生物更容易在导尿管表面聚集，为细菌生物膜的形成奠定了基础。

细菌的黏附与聚集

病原微生物黏附于导尿管表面的能力受到多种因素的影响，包括静电力和疏水性的相互作用、离子强度、渗透压和尿pH等，但其确切的生物学机制仍在研究中。浮游细菌能够感受到环境带来的生存压力，通过释放细胞质子和信号分子，感知到导尿管表面的存在，并向导尿管表面聚集。然后，它们借助疏水性和静电力的作用黏附于导尿管表面，开始生长繁殖。

以大肠埃希菌为例，它是一种常见的泌尿系统感染病原菌。在持续流动的人工尿液环境下，特氟龙导尿管表面仅需要6小时就形成了铜绿假单胞菌微菌落，24小时就形成了结构完整的生物膜，基本上2天就可以在导尿管的内、外腔表面广泛分布。

生物膜结构的形成与成熟

当细菌在导尿管表面黏附并开始生长繁殖后，会不断分泌胞外聚合物（EPS），如多糖、蛋白质、核酸等。这些胞外聚合物将细菌包裹起来，形成微菌落。随着微菌落的不断生长和融合，生物膜逐渐成熟，形成具有复杂结构和功能的三维立体结构。

在这个结构中，依菌种不同，微菌落可能由10%—25%细菌和75%—90%胞外多糖（EPS）基质组成。这些微菌落构成了生物膜的基本单元，生物膜内部还会形成通道和孔隙，便于营养物质和代谢产物的运输。同时，细菌之间通过信号分子进行交流，协调群体行为，进一步增强了生物膜的稳定性和生存能力。

生物膜内细菌的耐药性及感染并发症的发生

生物膜的形成使得细菌对抗生素等抗菌药物的敏感性明显降低。一方面，生物膜内的细菌处于受保护的状态，其生长处于静止状态，不像浮游状态下的细菌那样呈现出高代谢的特点，因此对很多抗菌药物不敏感。例如，β内酰胺环类的青霉素就仅对快速分裂的细菌有效。另一方面，生物膜内细菌启动基因转变，改变了细菌外膜、分子靶点，研究显示会出现65—80个蛋白的改变，这些表型的改变对细菌耐药起重要作用。

由于生物膜内细菌的耐药性，即使给予抗菌治疗，可能也收效甚微。细菌生物膜的存在改变了导尿管的表面环境，使得尿液中的钙、镁离子沉积。如果合并产尿素酶的细菌感染（如变形杆菌、摩根菌属等），会分解尿素产生CO₂和氨离子，升高尿液pH，在碱性尿的环境下和尿液中的钙、镁离子结合产生感染性结石，包括碳酸磷灰石和磷酸镁铵结石，引起导尿管的管腔阻塞。结石的形成又为细菌的进一步繁殖提供了保护，形成恶性循环。

此外，细菌还可以从成熟的生物膜上脱落，成为有活力的浮游细菌，发生扩散，可能引起感染灶的转移，导致泌尿系统感染并发症的发生，如膀胱炎、肾盂肾炎等。这些感染不仅会增加患者的痛苦，延长住院时间，增加医疗费用，还可能引发更严重的并发症，如败血症等，威胁患者的生命健康。