細菌生物膜在無菌導尿管表面形成并引發(fā)泌尿系統(tǒng)感染并發(fā)癥的過程是一個復雜且多階段的動態(tài)變化，下面以通俗易懂的方式進行詳細解釋。

細菌生物膜形成的初始階段

一般情況下，膀胱內是無菌環(huán)境，但前尿道口外難以保證無菌。當無菌導尿管被留置后，它為細菌進入膀胱提供了通道，增加了膀胱出現(xiàn)逆向感染的風險。此時，尿液中的Tamm-Horsfall糖蛋白、各種離子、多糖及其他成分會在數(shù)分鐘內聚集到導尿管表面。同時，體液中的大分子成分如血清白蛋白、纖維蛋白原、膠原與纖維連接蛋白也會在細菌微生物到達之前快速在導尿管表面形成一層調節(jié)膜。這層調節(jié)膜改變了導尿管的表面特性，使得病原微生物更容易在導尿管表面聚集，為細菌生物膜的形成奠定了基礎。

細菌的黏附與聚集

病原微生物黏附于導尿管表面的能力受到多種因素的影響，包括靜電力和疏水性的相互作用、離子強度、滲透壓和尿pH等，但其確切的生物學機制仍在研究中。浮游細菌能夠感受到環(huán)境帶來的生存壓力，通過釋放細胞質子和信號分子，感知到導尿管表面的存在，并向導尿管表面聚集。然后，它們借助疏水性和靜電力的作用黏附于導尿管表面，開始生長繁殖。

以大腸埃希菌為例，它是一種常見的泌尿系統(tǒng)感染病原菌。在持續(xù)流動的人工尿液環(huán)境下，特氟龍導尿管表面僅需要6小時就形成了銅綠假單胞菌微菌落，24小時就形成了結構完整的生物膜，基本上2天就可以在導尿管的內、外腔表面廣泛分布。

生物膜結構的形成與成熟

當細菌在導尿管表面黏附并開始生長繁殖后，會不斷分泌胞外聚合物（EPS），如多糖、蛋白質、核酸等。這些胞外聚合物將細菌包裹起來，形成微菌落。隨著微菌落的不斷生長和融合，生物膜逐漸成熟，形成具有復雜結構和功能的三維立體結構。

在這個結構中，依菌種不同，微菌落可能由10%—25%細菌和75%—90%胞外多糖（EPS）基質組成。這些微菌落構成了生物膜的基本單元，生物膜內部還會形成通道和孔隙，便于營養(yǎng)物質和代謝產物的運輸。同時，細菌之間通過信號分子進行交流，協(xié)調群體行為，進一步增強了生物膜的穩(wěn)定性和生存能力。

生物膜內細菌的耐藥性及感染并發(fā)癥的發(fā)生

生物膜的形成使得細菌對抗生素等抗菌藥物的敏感性明顯降低。一方面，生物膜內的細菌處于受保護的狀態(tài)，其生長處于靜止狀態(tài)，不像浮游狀態(tài)下的細菌那樣呈現(xiàn)出高代謝的特點，因此對很多抗菌藥物不敏感。例如，β內酰胺環(huán)類的青霉素就僅對快速分裂的細菌有效。另一方面，生物膜內細菌啟動基因轉變，改變了細菌外膜、分子靶點，研究顯示會出現(xiàn)65—80個蛋白的改變，這些表型的改變對細菌耐藥起重要作用。

由于生物膜內細菌的耐藥性，即使給予抗菌治療，可能也收效甚微。細菌生物膜的存在改變了導尿管的表面環(huán)境，使得尿液中的鈣、鎂離子沉積。如果合并產尿素酶的細菌感染（如變形桿菌、摩根菌屬等），會分解尿素產生CO?和氨離子，升高尿液pH，在堿性尿的環(huán)境下和尿液中的鈣、鎂離子結合產生感染性結石，包括碳酸磷灰石和磷酸鎂銨結石，引起導尿管的管腔阻塞。結石的形成又為細菌的進一步繁殖提供了保護，形成惡性循環(huán)。

此外，細菌還可以從成熟的生物膜上脫落，成為有活力的浮游細菌，發(fā)生擴散，可能引起感染灶的轉移，導致泌尿系統(tǒng)感染并發(fā)癥的發(fā)生，如膀胱炎、腎盂腎炎等。這些感染不僅會增加患者的痛苦，延長住院時間，增加醫(yī)療費用，還可能引發(fā)更嚴重的并發(fā)癥，如敗血癥等，威脅患者的生命健康。