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皮膚微生態學是研究皮膚微生物群多結構、功能及其與人體相互關系的一門生態學科。皮膚表面棲居著大量的微生物群,包括細菌、真菌、病毒、衣原體等。
一、皮膚微生物的組成
皮膚微生物是皮膚微生態系統的重要成員,皮膚表面的菌群通??煞譃槌qv菌和暫住菌。常駐菌屬一群在健康皮膚上定居的微生物,包括葡萄球菌、棒狀桿菌、丙酸桿菌、不動桿菌、馬拉色菌、微球菌、腸桿菌及克雷伯桿菌等。暫住菌是指通過接觸外界環境而獲得的一類微生物,包括金黃色葡萄球菌、溶血鏈球菌及腸球菌等,它們是引起皮膚感染的主要病原菌。
細菌是皮膚表面的優勢菌,此外皮膚上也存在少量真菌。從門水平上看,皮膚表面的細菌主要由4個菌門構成,分別是放線菌門、厚壁菌門、變形菌門和擬桿菌門。從屬水平看,皮膚表面的細菌主要為棒狀桿菌屬,葡萄球菌屬和丙酸桿菌屬。這些細菌在維護皮膚健康方面功不可沒。
二、皮膚微生態影響因素
1、宿主因素
特定的宿主因素,如年齡、性別、位置,對皮膚微生物區系均有影響。年齡對皮膚微環境的影響很大,因此年齡對微生物的定植具有較大的影響。在子宮內,胎兒的皮膚是無菌的,出生后微生物便立即定植,發生在陰道分娩或刨腹產分娩出生后幾分鐘內。
個體之間的差異顯示,菌群社群在鼻翼褶皺、背部和胸骨(胸部)的皮脂腺區變化最小,這些研究主要集中在少數幾個穩定的菌群,如丙酸桿菌和葡萄球菌屬,但是稀有、暫住菌群組建菌群平衡,以及個體之間菌群的變化,影響因素尚不清楚。
2、皮膚附屬器
皮膚內陷和附件,包括汗腺(汗腺和大汗腺)、皮脂腺和毛囊,都有自己獨特的菌群。皮脂腺連接著毛囊,形成毛囊皮脂腺單位,分泌豐富的脂質物質——皮脂,皮脂是一種疏水性保護膜,保護和潤滑皮膚和頭發,并起到一種抗菌屏蔽作用。皮脂腺相對缺氧,支持兼性厭氧菌如痤瘡丙酸桿菌等生長,痤瘡丙酸桿菌中含有降解皮脂的痤瘡丙酸桿菌脂肪酶,水解皮脂中的甘油三酯,釋放游離脂肪酸。細菌可以粘附到這些游離脂肪酸上,這有助于解釋痤瘡丙酸桿菌在皮脂腺中的定植,這些游離脂肪酸也有助于皮膚表面呈酸性。
許多常見的病原菌,如金黃色葡萄球菌和化膿性鏈球菌,在酸性環境中被抑制,因此對凝固酶陰性葡萄球菌和棒狀桿菌的生長是有利的。然而,皮膚阻塞導致ph值升高,將有利于金黃色葡萄球菌和化膿性鏈球菌生長。因為人類與其他動物相比,能夠產生更多的皮脂甘油三酯,所以在人類皮膚上定植更多的痤瘡丙酸桿菌。
3、皮膚表面地形學
皮膚表面的地形變化基于皮膚解剖區域差異?;谂囵B的方法研究,不同的地形區域支持不同的微生物。溫度、濕度較高的區域,如腹股溝、腋窩和趾蹼,更適合微生物生長(例如格蘭氏陰性桿菌、金黃色葡萄球菌和棒狀桿菌)。具有高密度的皮脂腺區,如面部、胸部和背部,更適合微生物的生長(例如丙酸桿菌和馬拉色菌)。與其他部位相比,手臂和腿部的皮膚比較干燥,皮膚溫度變化波動較大,與溫暖潮濕環境的區域相比,這些區域含有的微生物質數量上較少,這也證實了皮脂腺區微環境(如額頭)上決定微生物定植的主要因素。
4、身體部位
分子生物學方法檢測細菌多樣性的概念,強調皮膚菌群社依賴于身體部位。細菌定植是依賴于皮膚的生理部位,與特定的潮濕、干燥、皮脂腺微環境等相關。在一般情況下,皮脂腺部位的細菌多樣性似乎是最低,這表明微生物菌群選擇定植位置具有苛刻的條件,皮脂腺密集部位以及包括額、耳后褶皺、背和鼻翼褶皺,丙酸桿菌占主導地位,這也證實了丙酸桿菌屬毛囊皮脂腺單位的親脂性居民。
宏基因組分析和培養法研究表明,葡萄球菌和棒狀桿菌最喜歡高濕度地區。這些潮濕的部位包括肚臍、腋窩、腹股溝褶皺、臀褶皺、腳掌、腘窩、和肘窩。葡萄球菌中皮膚有氧區域,可能使用汗液中的尿素作為氮源。棒狀桿菌和金黃色葡萄球菌在大汗腺中發揮生物學作用,如腋窩處,導致人類的氣味特征。
最不同的皮膚部位屬干燥地區,如前臂、臀部、手等,定植包括放線菌門、變形菌門、厚壁菌門和擬桿菌門等混合菌群。通過分子生物學方法研究發現,這些部位菌群的突出特點是格蘭氏陰性菌,這些部位曾一度被認為很少有菌群定植,但隨著研究的深入,發現這些部位比胃腸道和口腔中的定植菌具有更大的多樣性。
5、時間變化
采用分子生物學方法研究皮膚菌群時空變化,發現與采樣的時間和部位相關,有些部位相對封閉,如外耳道(耳內)、鼻孔和腹股溝等,皮膚菌群隨時空變化較小,有些部位與外界接觸較多,如前臂掌側、腘窩、肘窩、足底足跟和指蹼,皮膚菌群隨時空變化較大??傊?,與腸道和口腔微生物相比,皮膚的微生物隨著時間的推移變化最大。
6、p h 值變化
早在1929年被證明了皮膚呈酸性,因此建立了皮膚具有可以抑制微生物生長、保護機體免受感染的“酸外套”的概念,這已在皮膚病學研究中沿用至今。早期很多研究結果證明,在人類以及很多動物模型,剛出生時皮膚表面的ph值接近中性,之后數天至數周ph值不斷降低最后達到成年水平,由于皮膚表面缺乏皮脂膜這一酸性外套,新生兒較成人更易發生細菌真菌感染。另外一些研究認為,皮膚表面呈酸性可以減少致病菌的繁殖和聚集,并利于非致病菌在角質層的附著。因此角質層的酸性被認為是角質層發揮其抗感染功能的重要因素。
但事實上大多數正常菌生長沒有嚴格的ph值要求,可在一個較廣范圍的ph值環境下生長,而不同的ph值環境細菌生長的狀態亦不相同,酸性或偏酸性會抑制某些細菌的生長但也會促進另外一些細菌的生長。雖然像腋下、腹股溝、腳趾間等皮膚閉塞部位的ph值較高,微生物數量也高,由于這些部位閉塞,很難將皮膚的ph值作為影響這些部位菌叢生長的獨立因素,因為ph值與溫度和水合作用均有內在聯系,而后者均可影響菌叢。而且微生物生長的同時會產生副產品,如可利用水解糖類產生乳酸等,水解蛋白質可釋放氨基酸,從而降低皮膚表面的ph值,但也有一些微生物能分解蛋白質產生尿素從而增加堿性,我們很難確定ph值增加是由微生物生長的副產品所致還是與微生物增殖有關。因此,通過酸外套抑制微生物生長的概念看來有些過于簡單化,而皮膚ph值在保護機體抵抗感染中的作用仍未完全確定。
有研究表明,ph值增加可改變皮膚靜電荷,從而改變微生物菌叢與皮膚界面之間的靜電力,致使大量微生物叢皮膚表面釋放。外分泌液中存在的陽性和陰性離子也可能是細菌和皮膚吸引和排斥的有效因素,因為微生物的電泳遷移性受ph值影響。此外,皮膚菌群酶或毒素的產生是依賴于p h值的。以上這些機制是否可以為皮膚的弱酸性可維持皮膚的正常微生態從而抵抗外來病原菌感染提供可能的解釋,仍有待深入探討。
7、外源性因素——化妝品的使用
影響皮膚微生態的外源性因素有很多,如外界環境的溫度、濕度、空氣質量、化妝品等。在諸多的外界影響因素中,由于皮膚頻繁于化妝品接觸,在人體某些部位,化妝品是影響皮膚微生態的重要因素之一。鑒于化妝品的屬性,多數成分具有豐富的營養,為了防止微生物污染,必須人為構建防腐體系。對微生態來講,化妝品成分既具有豐富的營養作用,有具有明顯的抑制作用,另外,這些物質還可能改變皮膚的微環境,如ph值、濕度、油脂含量等,并影響汗腺和皮脂腺的分泌功能,使皮膚的自凈和代謝功能收到阻礙。而皮膚微環境發生改變,皮膚微生物也肯定會受到影響。為此,化妝品成分可能直接或間接影響皮膚微生態。
首先,化妝品配方中的某些營養成分和防止微生物污染的具有防腐作用的物質,或多或少可與常駐微生物和外源微生物相互作用,進而影響皮膚微生態。國際國內標準生產的化妝品本身污染的微生物數量是極低的,也并沒有要求化妝品完全無菌,所以其中會有一些含有非致病性微生物。有學者提出化妝品可能會通過以下兩種途徑影響皮膚微生態:1、產品本身所攜帶的非致病性微生物,這些微生物可能通過生物學作用或其他方式來修飾改變化妝品中一些化學成分性質,對皮膚常駐菌或皮膚微環境產生不利影響,進而對皮膚造成損害;2、皮膚常駐菌修飾改變化妝品中的化學成分,進而影響皮膚健康。已有研究證實化妝品影響皮膚微生物的組成,使用化妝品的女性(22-29歲)前額皮膚微生物多樣性要顯著高于男性,并且在使用化妝品的某個體女性中檢出特有菌屬:月形單胞菌屬、柯克斯體屬、氣球菌屬等。相反,對于不使用化妝品的女性前額皮膚微生物多樣性則與男性無顯著差異。該研究結果提示,這些特殊存在于使用化妝品人群中的微生物可能與化妝品中的一些化學成分相互作用來影響皮膚微生態。但是,由于化妝品成分的復雜性、其對皮膚微生態產生的影響還需要進一步深入研究。
其次,微生物的定植對皮膚健康具有重要意義,化妝品陳分可能影響皮膚微生物的定植?;瘖y品中保濕劑可以為皮膚微生物的生長提供適宜的條件(合適的濕度),有利于皮膚微生物的定植。但是一些特殊功能的化妝品,如含除臭劑或抗菌劑的化妝品,則會影響微生物的定植,防腐劑則是其中的典型代表?;瘖y品中添加防腐劑的目的就是抑制微生物的繁殖,防腐劑雖然沒有抗生素那樣強力的殺菌作用,但在某種程度上也可以稱為化妝品中的“抗生素”,如果對化妝品的“抗生素”不好理解,那么以口服抗生素為例,就不難想象防腐劑(抗生素)對微生態的影響。
研究發現使用抗生素治療后的腸道中有益菌減少,其中包括分解植物纖維產生丁酸的細菌,從而打破腸道微生態平衡,促進了致病菌的生長?;瘖y品中的防腐劑如果無選擇的抑制皮膚微生物,包括常駐菌(有益菌)和暫住菌(致病菌),也可能會擾亂皮膚的微生態平衡,促進皮膚致病菌生長,出現皮炎、痤瘡、皮屑等。有研究顯示,在微生物挑戰實驗發現在膏狀或液態化妝品中添加杰馬bp,在通常添加量(0.1%--0.75%)且接觸時間較短(8小時以內)不會對痤瘡丙酸桿菌、表皮葡萄球菌產生抑殺作用;但當時間達到24小時,則產生明顯抑制。就目前的研究水平來看,化妝品防腐劑在合理添加范圍,且與皮膚接觸時間較短的情況下,不會對皮膚常駐菌產生抑制,但叢化妝品的長期使用性及良好抑菌性角度出發,一定要考慮防腐劑對皮膚常駐菌的影響。