ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ - В. А. Галынкин - 2015

ЧАСТЬ I. БИОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

ГЛАВА 7. ОСНОВЫ ПАТОГЕННОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ. ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ

7.1 Патогенность и вирулентность

Патогенные (pathos — страдание, болезнь) или болезнетворные микроорганизмы способны вызывать заболевания (человека, животных, растений). Патогенными могут быть бактерии, грибы, простейшие, вирусы.

Условно-патогенными называют микроорганизмы, вызывающие заболевания в неблагоприятных для макроорганизма условиях. Для человека такими условиями могут оказаться переохлаждение, радиация, нарушение питания, интоксикация, другое заболевание и т. п.

Патогенность — это потенциальная способность определенных видов микроорганизмов вызывать инфекционные заболевания, видовой генетически детерминированный признак, результат эволюционного приспособления микроорганизма к паразитическому существованию.

Вирулентность — это степень патогенности данного штамма, его индивидуальный признак, изменяющийся под влиянием внешних условий. Вирулентность можно повысить пассажами (последовательным заражением) через восприимчивых животных, или ослабить путем воздействия неблагоприятных для микроорганизма факторов (иммунных сывороток, биоцидов и т. п.). Последнее используют для получения авирулентных вакцинных штаммов. Кроме того, вирулентность можно изменить методом генетических рекомбинаций.

Для характеристики вирулентности используют следующие показатели:

— Dcl (Dosis certa letalis) — доза (количество микробных клеток), вызывающая гибель всех зараженных животных;

— Dlm (Dosis letalis minima) — доза, вызывающая гибель около 80% зараженных животных;

— Dl₅₀— доза, вызывающая гибель 50% зараженных животных, которую определяют статистическим методом.

7.2 Факторы защиты и агрессии

Патогенность и вирулентность микроорганизма связана с генетически детерминированными особенностями его структуры и метаболизма. Гены вирулентности образуют кластеры (островки патогенности) в хромосомах и плазмидах, способные к горизонтальному переносу. Сходные гены вирулентности обнаруживаются у таксономически далеких видов. Патогенность и вирулентность определяется способностью микроорганизма уклоняться от защитных механизмов своих хозяев и продуцировать вещества, определяющие их инвазивность (способность к распространению в организме) и агрессивные свойства. Все эти особенности носят название факторов вирулентности или факторов защиты и агрессии. Существуют разнообразные способы избежать действия защитных механизмов хозяина:

✵ Включение генома некоторых вирусов в хромосому хозяина с последующей вертикальной передачей (наследованием).

✵ Локализация паразитов (вирусов, возбудителей туберкулеза, лепры, бруцеллеза, лейшманиоза и др.) в клетках иммунной системы (макрофагах, лимфоцитах).

✵ Синтез иммунодепрессантов, т. е. веществ, подавляющих синтез и активность антител, комплемента, лизоцима, активность иммунокомпетентных клеток.

✵ Изменение поверхностных антигенов инфекционного агента в сторону сближения с антигенами хозяина (молекулярная мимикрия).

✵ Антигенная изменчивость паразита на протяжении инфекционного процесса, связанная с генетической рекомбинацией с участием фагов, плазмид, транспозонов, IS-элементов, позволяет микробам ускользать от иммунной системы хозяина.

✵ Образование устойчивых к внешним воздействиям стадий покоя (споры, цисты).

✵ Особенности клеточной поверхности, обусловливающие защиту клетки: капсула у патогенных клебсиелл, клостридий, иерсиний, стрептококков, возбудителя сибирской язвы; внешняя мембрана у грамотрицательных бактерий; корд-фактор микобактерий туберкулеза; Fc-рецепторные белки стафилококков и стрептококков и др. Капсула защищает микробные клетки от фагоцитоза, обеспечивает их прикрепление к тканям организма. Липополисахариды внешней мембраны блокируют антитела, обладают свойствами эндотоксинов. Корд-фактор (липид, димиколат трегользы) обеспечивает склеивание клеток, их кислотоустойчивость. Fc-рецепторные белки, неспецифически связывающие иммуноглобулин, защищают клетку от действия специфических антител, подавляют фагоцитоз и иммунный ответ, инактивируют систему комплемента.

✵ Ворсинки (пили) обеспечивают адгезию клеток и образование микроколоний. Адгезия происходит за счет особых белков или гликопротеинов, названных адгезинами, которые расположены на клеточной поверхности, часто на пилях, и взаимодействуют с эукариотической клеткой по типу лектинов, осуществляющих углевод-белковое узнавание. Такое взаимодействие является лиганд-рецепторным, где роль лиганда выполняет адгезин, а рецептора — соответствующая структура углеводной природы на клетке хозяина. Механизм биологического узнавания лежит в основе специфичности как процесса поражения ткани микробом, так и функционирования защитных сил организма.

✵ Подвижность является существенным фактором инвазии, она обеспечивает проникновение микроорганизмов в клетки и ткани.

Токсины. По локализации различают экзо- и эндотоксины. Экзотоксины синтезируются возбудителями столбняка, ботулизма, анаэробной инфекции, дифтерии, коклюша, холеры, чумы, а также некоторыми видами шигелл, стафилококков, стрептококков, псевдомонад и др. Это протеины, которые вырабатываются клеткой в виде неактивных предшественников, их активация проходит по типу ограниченного протеолиза под действием ферментов микробной клетки или хозяина. В результате активации токсины приобретают ферментативную активность АДФ-рибозилтрансферазы, которая запускает каскад реакций, ведущих к нарушению синтеза циклического АМФ, следовательно, к нарушению регуляции синтеза белка в клетке хозяина. Многие экзотоксины обладают избирательным действием на органы и ткани: дифтерийный токсин повреждает надпочечники и мышцу сердца, столбнячный — двигательные нервные клетки. Экзотоксины действуют на восприимчивый организм в малых дозах, например, в 1 мл дифтерийного токсина содержится 10000 Dlm для морской свинки (Dlm токсина — его минимальная доза, которая убивает подопытное животное). Некоторые из них термоустойчивы, не разрушаются под влиянием пищеварительных ферментов (ботулинический, стафилококковый). Воздействие формалина, блокирующего аминогруппы активного центра, приводит к потере токсичности, что используется для приготовления вакциных препаратов — анатоксинов.

Эндотоксины прочно связаны с клеткой и могут выделяться в среду только после ее разрушения. Обычно это гликоконъюгаты (липополисахариды, гликопротеины, гликолипопротеины) клеточной стенки, чаще — внешней мембраны грамотрицательных бактерий. Важную роль в токсичности этих веществ играет липид А. Их токсичность проявляется значительно в более высоких концентрациях, чем экзотоксинов. Эндотоксины обладают пирогенным действием, на чем основан метод их определения, например, в инъекционных растворах. Эндотоксины способны активировать систему комплемента, систему свертывания крови, влияют на ферментные системы организма, нарушая углеводный обмен, функции печени и др. Рецепторы эндотоксинов присутствуют на мембранах тромбоцитов, макрофагов, лимфоцитов, эндотелия капилляров. Действие эндотоксинов зависит от их концентрации: в малых дозах они способны активировать фагоцитоз и другие защитные реакции организма, с чем связано применение некоторых из них в качестве иммуномодуляторов (пирогенал).

Ферменты патогенности катализируют реакции, ведущие к образованию токсичных продуктов или разрушению клеток и тканей организма.

Лецитиназа С (фосфолипаза) Clostridium perfringens гидролизует лецитин (фосфолипид) клеточных мембран, повреждая эритроциты, и другие клетки, вызывая некроз тканей.

Нейраминидаза холерного вибриона, возбудителей анаэробной инфекции, стрептококков, вируса гриппа и др. гидролизует соединения, содержащие сиаловые кислоты. Эти вещества обусловливают вязкость органических жидкостей, участвуют в агрегации клеток, процессах биологического узнавания, внутриклеточного транспорта и др., поэтому действие нейраминидазы может привести к нарушению разнообразных функций организма.

Фибринолизин и гиалуронидаза стрептококков и других микроорганизмов являются факторами распространения, облегчая микробным клеткам проникновение в ткани организма. Гиалуронидаза гидролизует гиалуроновую кислоту — сложный мукополисахарид, придающий вязкость межклеточному веществу. Поэтому фермент может быть использован для совместного введения с лекарственными препаратами для ускорения их проникновения в ткани, для ликвидации рубцов и т. п.

Гемолизины и лейкоцидины стафилококков и стрептококков разрушают эритроциты и лейкоциты.

Плазмокоагулаза стафилококков и других микроорганизмов — пептидаза, активирующая систему свертывания крови путем каталитического превращения протромбина в тромбин, обеспечивает создание защитного фибринового чехла вокруг микробных клеток.

Уреаза пневмококков, клебсиелл, иерсиний гидролизует амиды с образованием токсичного иона аммония.

Декарбоксилазы возбудителей анаэробной инфекции и других микроорганизмов катализируют реакции с образованием токсичных аминов.

7.3 Инфекционные болезни

Инфекционные болезни — это группа заболеваний, вызываемых патогенными микроорганизмами — вирусами, бактериями, простейшими. Общим признаком для большинства инфекционных болезней является возможность передачи возбудителя от больного здоровому и возможность их массового (эпидемического) распространения. В результате взаимодействия с возбудителем в организме развивается совокупность физиологических (адаптационных) и патологических процессов, сопровождающихся нарушением гомеостаза. Симбиотические взаимоотношения, наносящие хозяину вред, называют антагонистическим симбиозом, крайним проявлением которого является паразитизм. Облигатными внутриклеточными паразитами являются вирусы, риккетсии и хламидии.

Источником инфекции является среда, в которой возбудитель заболевания может обитать и размножаться в естественных условиях. Заболевания, основным источником возбудителя которого является человек, называются антропонозами; заболевания, передающиеся от животных — зоонозам; заболевания, вызванные микроорганизмами, обитающими в воде, почве и других объектах внешней среды — сапронозы. Возможны случаи заражения из разных источников (от человека или животного и от зараженных объектов внешней среды, благоприятных для размножения возбудителя): почва может служить источником возбудителей сальмонеллезов, дизентерии, сибирской язвы, столбняка, анаэробной инфекции; вода — кишечных инфекций, туляремии, гепатита А; пищевые продукты — кишечных инфекций, туберкулеза, бруцеллеза, скарлатины, дифтерии, пищевых токсикоинфекций.

Пути проникновения инфекционного агента в организм определяются его природой. Возбудители кишечных инфекций проникают через рот с водой и пищей; респираторных — через дыхательные пути; через кровь (укусы насекомых, загрязненные инструменты, инъекционные растворы) передаются малярия, риккетсиозы, энцефалит, СПИД, гепатит В и др.; через кожу и слизистые оболочки — дерматомикозы, венерические болезни. Возбудители чумы, сибирской язвы, туберкулеза, дифтерии, скарлатины способны проникать в организм любым из перечисленных путей. Некоторые заболевания способны передаваться от матери плоду, т. е. вертикально. Передача возбудителя (сифилиса, гонореи, брюшного и возвратного тифа, токсоплазмоза, стафилококков и др.) может осуществляться через плаценту или при прохождении через родовые пути.

Периоды развития инфекционной болезни. Период от момента заражения до появления первых признаков заболевания называется инкубационным. В этот период происходит размножение возбудителя, синтез микробных токсинов, а также развитие защитных реакций хозяина. При установлении равновесия между факторами агрессии возбудителя и защитными силами организма болезнь может протекать без явных признаков (латентно) или вообще не проявляться. В условиях, снижающих резистентность (стресс, переохлаждение, нарушение питания и т. п.) микроорганизмы приобретают возможность оказывать патогенное действие.

Период предвестников болезни — продромальный характеризуется проявлением самых начальных неспецифических признаков болезни (недомогание, легкая лихорадка).

В стационарном периоде проявляются основные симптомы, характерные для данного заболевания. Иногда болезнь может протекать атипично, например, при интенсивном лечении антибиотиками.

В период угасания болезни наблюдается снижение интенсивности патологических процессов, исчезновение ее клинических признаков. Период угасания болезни заканчивается выздоровлением или переходом в хроническое состояние. После выздоровления человек может оставаться носителем инфекционного агента.

Тактика лечения строится в зависимости от периода инфекционной болезни. Большое значение имеют профилактические мероприятия: соблюдение правил санитарии и гигиены, здоровый образ жизни, закаливание организма, а также профилактическая вакцинация.

Формы инфекционных заболеваний

По источнику инфекционного агента различают экзогенную инфекцию (при внесении возбудителя извне) и эндогенную, которая возникает в результате активации собственной микробиоты при нарушении относительного постоянства ее состава (дисбактериоз) и воздействия внешних факторов, снижающих резистентность. К эндогенным инфекциям относятся ангина, аппендицит, холецистит, остеомиелит, гнойничковые заболевания кожи и др.

По локализации в организме инфекционные болезни подразделяют на очаговые (местные) и генерализованные (общие). В неблагоприятных для больного условиях местная инфекция может перейти в генерализованную, например, при фурункулезе, туберкулезе, сифилисе, кандидозе и др.

При распространении микробов или их токсинов по всему организму говорят о бактериемии, вирусемии, септицемии, токсинемии.

По типу инфицирующих агентов различают моноинфекцию и смешанную инфекцию. Последние отличаются качественно иным течением по сравнению с моноинфекциями, а взаимоотношения возбудителей достаточно вариабельны. Наиболее неблагоприятны для больного симбиотические отношения, например, между трихомонадами и гонококками, когда бактерии поселяются в клетках простейших, осложняя лечение заболевания.

Повторные проявления заболевания характеризуются как вторичная инфекция при осложнении после первого заболевания, например, бактериальная пневмония после гриппа или кори; реинфекция — повторное заражение тем же видом микроорганизма после выздоровления, например, при венерических заболеваниях; рецидив — возобновление болезни после клинического выздоровления, вызванное персистирующими возбудителями.

По продолжительности пребывания инфекционного агента в организме различают острые, хронические, персистирующие инфекции и микробоносительство. Персистенция (persistence — постоянство) характеризуется длительным сохранением микроорганизмов в организме хозяина. Наблюдается при гепатите В, герпесе, краснухе, туберкулезе, малярии, токсоплазмозе и др. Бактерии могут персистировать в виде L-форм и интактных клеток в тканях и клетках организма, в том числе в макрофагах. Способность персистировать в макрофагах присуща всем неспорообразующим микроорганизмам — возбудителям антропонозных инфекций, являясь одним из факторов их выживания и сохранения вида. Персистенции способствуют такие механизмы защиты и агрессии микроорганизма, как молекулярная мимикрия, способность инактивировать лизоцим, комплемент, иммуноглобулины и другие важные белковые молекулы с помощью внеклеточных протеаз.

Микробоносительство — одна из форм взаимоотношений между микро- и макроорганизмом при которой не наблюдается явных признаков болезни. Оно связано с относительной невосприимчивостью организма или с низким уровнем иммунитета (толерантностью), характерно для кишечных инфекций, скарлатины, менингита, малярии, полиомиелита и др.; возникает у переболевших или у здоровых, бывших в контакте с больными.

Все носители являются эпидемически опасными. Лечение, как персистирующих инфекций, так и микробоносительства направлено на стимуляцию иммунной системы организма.

По проявлению признаков различают явные и скрытые (латентные, бессимптомные) заболевания. При неблагоприятных для человека условиях скрытая инфекция может перейти в явную. Бессимптомные или атипичные инфекционные заболевания появляются при лечении антибиотиками и другими активными антимикробными препаратами. Отсутствие характерных признаков заболевания затрудняет диагностику, а, следовательно, выбор средств лечения и организацию противоэпидемических мероприятий.

По степени распространения среди населения инфекционные заболевания могут быть спорадическими (появление отдельных случаев) и эпидемическими (превышающими средний уровень спорадической заболеваемости). Последнюю форму заболеваний среди животных называют эпизоотией. Когда эпидемия достигает чрезвычайно больших размеров и охватывает страны и континенты, говорят о пандемии. Эндемическими называют инфекции, возбудитель которых длительное время сохраняется в какой-либо местности (клещевой энцефалит, туляремия, малярия и др.).

Эпидемиология инфекционных заболеваний.

Инфекционные заболевания могут распространяться вертикально (от одного поколения к другому) и горизонтально (среди неродственных членов популяции). В последнем случае заражение может происходить из какого-то общего источника (вода, пищевые продукты) или от человека к человеку, когда каждый индивидуум служит источником инфекции для других.

При заражении из общего источника наблюдается резкий скачок заболеваемости, сходные инкубационный период и течение инфекционной болезни у всех больных. При передаче инфекционного агента от больного здоровому происходит постепенное нарастание числа заболевших, а инкубационный период и течение болезни зависят от индивидуальной чувствительности индивидуума.

Факторы, определяющие возникновение эпидемии, это

а) инфекциозность возбудителя (способность к быстрому распространению и преодолению защитных сил организма);

б) плотность популяции в данном регионе;

в) число чувствительных индивидуумов в данной популяции.

Изменение хотя бы одного из этих факторов влияет на возможность возникновения эпидемии. Например, эпидемические вспышки кори, ветряной оспы в начале осени среди детей, возвращающихся в школу после каникул, связаны с концентрацией чувствительных индивидуумов в одном месте. Возможность возникновения эпидемии снижают или предотвращают профилактические прививки (снижение числа людей, чувствительных к данному заболеванию).