創(chuàng)傷傷口的局部氧濃度長期以來被認(rèn)為是創(chuàng)傷愈合的一個(gè)重要參數(shù)。傷口附近的組織氧合與傷口愈合是呈正相關(guān)，而在無法愈合的傷口周圍的氧含量往往很低。而目前對(duì)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(jī)制尚不清楚。由于許多種類的細(xì)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(yīng)的白細(xì)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測量通過體外培養(yǎng)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(yàn)證假設(shè)細(xì)菌的生物膜的建立是否有助于維護(hù)傷口局部低氧張力。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

氧氣微電極傳感器由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)推進(jìn)器級(jí)進(jìn)行控制的。氧氣微傳感器在使用前至少預(yù)極化5小時(shí)，并在使用前立即進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)。氧氣微電極應(yīng)用于活老鼠身上的固定傷口結(jié)痂處的氧濃度剖面測試，氧微電極微傳感器測量開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(yàn)結(jié)果

應(yīng)用氧氣微電極傳感器測量體外培養(yǎng)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(jié)果表明小鼠痂內(nèi)創(chuàng)面的氧分壓含量較高，在活的老鼠的體內(nèi)出現(xiàn)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(nèi)的氧梯度與體外培養(yǎng)的臨床分離株以及體外培養(yǎng)的人體標(biāo)本相似。在同步對(duì)小鼠痂內(nèi)的假單胞菌的代謝活動(dòng)的特征進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，結(jié)果表明細(xì)菌代謝活性相關(guān)的表達(dá)基因與細(xì)胞生長有關(guān)。轉(zhuǎn)錄組的結(jié)果也表明傷口內(nèi)的細(xì)菌經(jīng)歷了限氧應(yīng)激效應(yīng)。在體內(nèi)表達(dá)的細(xì)菌基因是與細(xì)菌相關(guān)的是Anr介導(dǎo)的缺氧應(yīng)激反應(yīng)基因。其他細(xì)菌應(yīng)激反應(yīng)基因與靜止期生長相關(guān)的基因在體內(nèi)高表達(dá)，滲透應(yīng)力和RpoH介導(dǎo)的熱應(yīng)激效應(yīng)。這也說明細(xì)菌生物膜是能促進(jìn)慢性傷口愈合是通過維持局部低氧張力，它們本身的新陳代謝活動(dòng)則是通過補(bǔ)充消耗氧氣的細(xì)胞來完成宿主的防御過程。

圖1、人慢性創(chuàng)面分離標(biāo)本在體外形成的細(xì)菌生物膜中氧濃度分布。深度標(biāo)度為零是自自行設(shè)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(dāng)微電極傳感器穿透生物膜時(shí)，生物膜內(nèi)的氧濃度開始下降。每個(gè)剖面文件是在三到四組獨(dú)立的測量數(shù)值，誤差范圍表示與平均值的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)度為零是自行設(shè)定的，氧氣微電極傳感器測量開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，氧濃度開始下降，因?yàn)槲鞲衅鳚B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(duì)應(yīng)的氧濃度剖面。深度標(biāo)度為零是任意微傳感器測量的從痂上面的空氣中開始的位置，然后微傳感器穿刺入痂或傷口內(nèi)，當(dāng)微傳感器穿透未加熱的痂皮，氧氣濃度開始下降。傷口從小鼠身上去除痂皮后，痂皮仍保持氧梯度。通過加熱結(jié)痂處消除的氧梯度，說明存活的細(xì)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(biāo)本傷口氧濃度分布。深度標(biāo)度上的零是任意的在，對(duì)應(yīng)是微傳感器的測量開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始下降則是氧微電極已經(jīng)穿透了傷口標(biāo)本。每個(gè)氧濃度的剖面的平均值是三到四次獨(dú)立的測量的平均值。樣本H13來自一名糖尿病患者足潰瘍，樣本H14來自一個(gè)神經(jīng)病腳趾潰瘍。人類的傷口和實(shí)驗(yàn)小鼠創(chuàng)面觀察有類似的氧氣梯度體外生物膜。

圖5、微陣列數(shù)據(jù)的主成分分析集。采用了PCA對(duì)小鼠分組進(jìn)行可視化傷口痂微陣列數(shù)據(jù)(■)比較發(fā)布參考數(shù)據(jù)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(xù)生長流動(dòng)生物膜反應(yīng)器和從活動(dòng)頂部(△)的標(biāo)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(jié)

慢性傷口從字面上講就是外傷后或自發(fā)破潰后長時(shí)間無法愈合的傷口，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、營養(yǎng)不良、糖尿病、長期使用激素（皮質(zhì)激素）、全身嚴(yán)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(xì)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，通過使用unisense氧微電極傳感器對(duì)體外培養(yǎng)的糖尿病(db/db)小鼠的創(chuàng)面模型的生物膜橫斷面區(qū)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(xì)（10-100um），可以穿刺人小鼠的慢性傷口處形成的細(xì)菌生物膜內(nèi)的氧的分壓濃度進(jìn)行測試，測試的結(jié)果表明小鼠痂內(nèi)創(chuàng)面的氧含量較高，在活體老鼠出現(xiàn)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(xì)菌代謝活性相關(guān)的表達(dá)基因與細(xì)胞生長有關(guān)的，由于使用的氧氣微電極能夠準(zhǔn)確的測試出傷口處的細(xì)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(xì)菌生物膜能促進(jìn)慢性傷口愈合是通過維持局部低氧張力實(shí)現(xiàn)的機(jī)制，這說明氧氣微電極在醫(yī)學(xué)關(guān)于皮膚慢性傷口愈合的相關(guān)機(jī)制研究方方面具有很好的應(yīng)用前景。