創(chuàng )傷傷口的局部氧濃度長(cháng)期以來(lái)被認為是創(chuàng )傷愈合的一個(gè)重要參數。傷口附近的組織氧合與傷口愈合是呈正相關(guān)，而在無(wú)法愈合的傷口周?chē)难鹾客艿?。而目前對生物膜與傷口延遲愈合有關(guān)生物膜會(huì )損害傷口愈合的機制尚不清楚。由于許多種類(lèi)的細菌產(chǎn)生外毒素和外酶可能抑制傷口的愈合。由于傷口處存在的生物膜和反應的白細胞會(huì )消耗氧氣，這可能會(huì )阻礙傷口愈合，而傷口愈合本身又需要氧氣。本論文的研究人員使用了氧微電極傳感器用來(lái)測量通過(guò)體外培養的糖尿病(db/db)小鼠創(chuàng )面模型的生物膜氧的橫斷面進(jìn)行了研究，試圖驗證假設細菌的生物膜的建立是否有助于維護傷口局部低氧張力。

Unisense微電極系統的應用

氧氣微電極傳感器由一個(gè)標準電動(dòng)推進(jìn)器級進(jìn)行控制的。氧氣微傳感器在使用前至少預極化5小時(shí)，并在使用前立即進(jìn)行兩點(diǎn)校準。氧氣微電極應用于活老鼠身上的固定傷口結痂處的氧濃度剖面測試，氧微電極微傳感器測量開(kāi)始于老鼠的皮膚上的痂或傷口上方的空氣中，然后將微傳感器穿刺老鼠的痂或傷口中進(jìn)行氧分壓的測試。

實(shí)驗結果

應用氧氣微電極傳感器測量體外培養的糖尿病(db/db)小鼠創(chuàng )面模型的生物膜的橫斷面氧分壓濃度，結果表明小鼠痂內創(chuàng )面的氧分壓含量較高，在活的老鼠的體內出現一個(gè)陡直氧的的梯度濃度范圍從17到72毫米汞柱之間。被安樂(lè )死的老鼠身上氧的濃度范圍為從6.4毫米汞柱到1.1毫米汞柱。小鼠痂內的氧梯度與體外培養的臨床分離株以及體外培養的人體標本相似。在同步對小鼠痂內的假單胞菌的代謝活動(dòng)的特征進(jìn)行了轉錄組學(xué)分析，結果表明細菌代謝活性相關(guān)的表達基因與細胞生長(cháng)有關(guān)。轉錄組的結果也表明傷口內的細菌經(jīng)歷了限氧應激效應。在體內表達的細菌基因是與細菌相關(guān)的是Anr介導的缺氧應激反應基因。其他細菌應激反應基因與靜止期生長(cháng)相關(guān)的基因在體內高表達，滲透應力和RpoH介導的熱應激效應。這也說(shuō)明細菌生物膜是能促進(jìn)慢性傷口愈合是通過(guò)維持局部低氧張力，它們本身的新陳代謝活動(dòng)則是通過(guò)補充消耗氧氣的細胞來(lái)完成宿主的防御過(guò)程。

圖1、人慢性創(chuàng )面分離標本在體外形成的細菌生物膜中氧濃度分布。深度標度為零是自自行設定的（位于生物膜的上方），微電極傳感器的測量始于生物膜的上方，然后將微傳感器放入生物膜中。當微電極傳感器穿透生物膜時(shí)，生物膜內的氧濃度開(kāi)始下降。每個(gè)剖面文件是在三到四組獨立的測量數值，誤差范圍表示與平均值的標準差。生物膜是由綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌、GDE、糞腸球菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、糞腸球菌等組成的。不論生物膜的種類(lèi)組成如何，都測量了相似的生物膜的氧濃度剖面。

圖2、小鼠完整創(chuàng )面痂的氧濃度分布。傷后2天感染銅綠假單胞菌生物膜。深度標度為零是自行設定的，氧氣微電極傳感器測量開(kāi)始于痂或傷口上方的空氣中，然后將微傳感器穿刺入痂或傷口中，氧濃度開(kāi)始下降，因為微傳感器滲透到痂或傷口中。(A)兩種不同活鼠的傷口痂的氧濃度剖面圖。(B)兩只不同安樂(lè )死的小鼠傷口痂的剖面圖。(C)活鼠除痂后傷口氧的濃度剖面圖。(D)活老鼠背部新傷口的氧濃度剖面圖。創(chuàng )面痂表面具有與體外生物膜相似的氧梯度分布。

圖3、小鼠傷口的氧濃度梯度分布，在(◆)微波加熱前或微波加熱后(■)，痂在體外被探測對應的氧濃度剖面。深度標度為零是任意微傳感器測量的從痂上面的空氣中開(kāi)始的位置，然后微傳感器穿刺入痂或傷口內，當微傳感器穿透未加熱的痂皮，氧氣濃度開(kāi)始下降。傷口從小鼠身上去除痂皮后，痂皮仍保持氧梯度。通過(guò)加熱結痂處消除的氧梯度，說(shuō)明存活的細菌是維持傷口處生物膜的氧梯度的必要條件。

圖4、人體清創(chuàng )術(shù)標本傷口氧濃度分布。深度標度上的零是任意的在，對應是微傳感器的測量開(kāi)始于樣品上方的空氣中的位置，然后將微傳感器穿刺入樣本中。氧濃度作為微傳感器開(kāi)始下降則是氧微電極已經(jīng)穿透了傷口標本。每個(gè)氧濃度的剖面的平均值是三到四次獨立的測量的平均值。樣本H13來(lái)自一名糖尿病患者足潰瘍，樣本H14來(lái)自一個(gè)神經(jīng)病腳趾潰瘍。人類(lèi)的傷口和實(shí)驗小鼠創(chuàng )面觀(guān)察有類(lèi)似的氧氣梯度體外生物膜。

圖5、微陣列數據的主成分分析集。采用了PCA對小鼠分組進(jìn)行可視化傷口痂微陣列數據(■)比較發(fā)布參考數據集。所有使用假單胞菌菌株P(guān)AO1，包括浮游生物的研究，連續生長(cháng)流動(dòng)生物膜反應器和從活動(dòng)頂部(△)的標本獲得的24個(gè)完整的生物膜，且屬于活動(dòng)較少生物膜菌落(△)，還包括在小鼠傷口模型中的菌落生物膜制劑用作接種劑。

總結

慢性傷口從字面上講就是外傷后或自發(fā)破潰后長(cháng)時(shí)間無(wú)法愈合的傷口，而表皮更新能力降低的原因其實(shí)就是慢性傷口形成的原因，可分為全身因素和局部因素。全身因素包括高齡、營(yíng)養不良、糖尿病、長(cháng)期使用激素（皮質(zhì)激素）、全身嚴重感染、全身化療、某些自身免疫性疾病。本論文的研究人員從慢性傷口表面存在的細菌生物膜的缺氧與傷口愈合之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了相關(guān)研究，通過(guò)使用unisense氧微電極傳感器對體外培養的糖尿病(db/db)小鼠的創(chuàng )面模型的生物膜橫斷面區域的氧的濃度進(jìn)行研究，由于unisense微電極的尖端通常都比較細（10-100um），可以穿刺人小鼠的慢性傷口處形成的細菌生物膜內的氧的分壓濃度進(jìn)行測試，測試的結果表明小鼠痂內創(chuàng )面的氧含量較高，在活體老鼠出現一個(gè)陡直氧的的梯度濃度范圍從17到72毫米汞柱之間，被安樂(lè )死的老鼠身上氧的濃度范圍為從6.4毫米汞柱到1.1毫米汞柱，這也證明了慢性傷口處的細菌代謝活性相關(guān)的表達基因與細胞生長(cháng)有關(guān)的，由于使用的氧氣微電極能夠準確的測試出傷口處的細菌生物膜表面的氧分壓的梯度分布，研究人員得出了關(guān)于慢性傷口處的細菌生物膜能促進(jìn)慢性傷口愈合是通過(guò)維持局部低氧張力實(shí)現的機制，這說(shuō)明氧氣微電極在醫學(xué)關(guān)于皮膚慢性傷口愈合的相關(guān)機制研究方方面具有很好的應用前景。