水系统管道生物膜的形成与危害

生物膜（biofilm）也称为生物被膜，是指附着于有生命或无生命物体表面被细菌胞外大分子包裹的有组织的细菌群体。生物膜细菌对抗生素和宿主防御机制的抗性很强。生物膜中存在各种主要的生物大分子如蛋白质、多糖、DNA、RNA、肽聚糖、脂和磷脂等物质。生物膜多细胞结构的形成是一个动态过程，包括细菌起始粘附、生物膜发展和成熟扩散等阶段。

细菌生物膜广泛存在于含水和潮湿的各种表面上，包括自来水管道，工业管道、通风设备、医疗器械甚至病理状态下的人体组织器官，据估计几乎所有的细菌在一定的条件下都可以形成生物膜。生物膜中细菌的代谢活动除了能够腐蚀管道和金属表面外，更可导致动植物及人类疾病发生。由于细菌在生物膜状态有着比游走态高出千百倍的抗药性，使得生物膜在临床更易引发难治性慢性感染，严重威胁人类健康。

细菌形成生物被膜的动态过程

细菌形成生物被膜是一个动态的过程，主要可分为四个阶段：细菌可逆性粘附的定殖阶段、不可逆性粘附的集聚阶段、生物被膜的成熟阶段和细菌的脱落与再定植阶段。

1、  细菌可逆性粘附的定殖阶段

当浮游细菌与惰性物体表面或活性实体的表面接触后，浮游细菌会粘附到物体表面，启动在物体表面形成生物被膜。在这个阶段，单个附着细胞仅由少量胞外聚合物包裹，还未进入生物被膜的形成过程，很多菌体还可重新进入浮游状态，因此这时细菌的粘附是可逆的。

2、  细菌不可逆性粘附的集聚阶段

细菌在经过初始的定殖粘附后，一些特定基因的表达开始调整，与形成生物被膜相关的基因被激活，细菌在生长繁殖的同时分泌大量胞外聚合物粘结细菌。在这个阶段，细菌对物体表面的粘附更为牢固，是不可逆的。

3、生物被膜的成熟阶段

细菌与物体表面经过不可逆的粘附阶段后，生物被膜的形成逐渐进入成熟期。成熟的生物被膜形成高度有组织的结构，由类似蘑菇状或堆状的微菌落组成，在这些微菌落之间围绕着大量通道，可以运送养料、酶、代谢产物和排出废物等。因此，成熟的生物被膜内部结构被比喻为原始的循环系统。

4、细菌的脱落与再定殖阶段

成熟的生物被膜通过蔓延、部分脱落或释放出浮游细等进行扩展，脱落或释放出来的细菌重新变为浮游菌，它们又可以在物体表面形成新的生物被膜。

给水管网管壁生长生物膜的影响

1、尽管出水能达到水质标准，但由于营养基质促进细菌的繁殖，在输配水管道管壁易形成由细菌为主体的生物膜。膜的老化和脱落将引起用户水的嗅、味、色的上升。管网中生长的细菌对消毒剂的抵抗能力往往有所加强，不易被消毒剂杀灭，并有可能检出病原菌。

2、由于细菌在管网壁形成生物膜，会加速电化学腐蚀，增加动力消耗，减小输水能力，缩短管网服务年限。

因此，应该设法对给水管道中细菌生长现象加以控制。要有效控制给水管网中细菌的生长，保持水质不再管道中恶化，应将管网生物膜给清除。

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