Свойства патогенных микробов
Патогенные микробы — это паразиты, которые произошли в ходе длительной сопряженной эволюции от сапрофитов. При этом они утратили ряд ферментативных систем, так как макроорганизм поставляет им многие вещества в готовом виде. Они приспособились к гетеротрофному паразитическому типу питания в различных органах, тканях и клетках. Данные микробы по способности к внутриклеточному паразитированию
можно разделить на три группы: облигатные внутриклеточные паразиты, факультативные внутриклеточные паразиты и облигатные внеклеточные паразиты.
Облигатные внутриклеточные паразиты удовлетворяют свои пищевые потребности только в условиях внутриклеточного существования. При этом следует отметить, что внутриклеточная среда отличается от внеклеточной по многим физико-химическим свойствам, она богата органическими веществами, богата АТФ, которая совсем отсутствует вне клеток. В такой среде много готовых жизненно необходимых веществ, есть белок-синтезируюшие системы. Помимо обеспечения метаболических, энергетических, генетических и белоксинтезирующих потребностей микробов, клетка защищает их от действия антител, фагоцитоза, бактериофагов и антибиотиков, которые не проникают через клеточную мембрану. Внутриклеточные паразиты в целом хорошо адаптированы к переживанию и размножению в клетках. Во многих :лучаях развития внутриклеточной инфекции клетками-мишенями служат макрофаги, хотя эту роль могут выполнять и другие клетки. Это обусловлено тем, что макрофаги способны активно поглощать микробы, а те, в свою очередь, выработали механизмы, защищающие их от завершенного фагоцитоза. К облигатным внутриклеточным паразитам относятся вирусы, риккетсии и хламидии, зозбудители лепры, малярии, токсоплазмо-за. Размножение данных микробов в клетке может происходить как в цитоплазме, так и в ядре. На искусственных питательных средах они не культивируются.
Факультативные внутриклеточные паразиты способны существовать как внутри, так и вне клетки. При этом в организме хозяина преобладает внутриклеточное размножение, хотя они могут размножаться и внеклеточно, так как внутриклеточная среда в условиях организма является основным местом развития инфекционного процесса. Такая способность к внутриклеточному паразитированию может иметь значение в хронизации инфекционного процесса, так как облегчает выживание микробов и их сохранение в макроорганизме. Данные микробы культивируются на искусст-
венных питательных средах. К ним относятся возбудители туберкулеза, бруцеллеза, туляремии, менингококковой инфекции, гонореи, шигеллы, сальмонеллы и другие микробы.
Облигатные внеклеточные паразиты — это микробы, которые не проникают внутрь клетки, а прикрепляются к ее поверхности и распространяются по межклеточным пространствам. Примером таких микробов являются ми-коплазмы, возбудитель холеры, лептоспиры и другие микробы. Для внеклеточных паразитов характерна продукция экзоферментов, способствующих их агрессии и инвазии — нейра-минидазы, гиалуронидазы и т. д.
Это приспособление микробов к внутри-или внеклеточному паразитированию в ходе сопряженной эволюции отразилось на дуа-листичном формировании и работе иммунной системы макроорганизма, которая состоит из Т-системы, защищающей макроорганизм в первую очередь от внутриклеточных паразитов, и В-системы, ответственной за продукцию антител, нейтрализующих внеклеточно расположенные микробы и их токсины.
Патогенные микробы должны обладать целым рядом свойств, и прежде всего патоген-ностью.
Патогенность(син. болезнетворность) — это потенциальная способность микробов вызывать инфекционный процесс, т. е. проникать в макроорганизм определенного вида хозяина при естественных для данного микроба условиях заражения размножаться в нем, вызывать различные нарушения го-меостаза и развитие ответных реакций со стороны макроорганизма.
Предложено рассматривать патогенность как функцию адаптации микроба к макроорганизму хозяина, в основе которой лежит перестройка метаболизма микроба, адекватная новым условиям его существования. В экспериментальных условиях при использовании в определенных дозах высоковирулентных микробов любой микроб при любом способе заражения может вызывать инфекционный процесс, т. е. быть патогенным, поэтому определение патогенности должно включать вид хозяина и условия заражения. Это видо-
вой, генетически детерминированный признак, передающийся по наследству. Он характеризует лишь потенциальную способность микроба вызывать инфекционный процесс. Фенотипическая же реализация генотипа происходит лишь в определенных условиях. Для одних микробов этих условий может быть больше, а для других — меньше. В невосприимчивом макроорганизме патогенность микробов остается нереализованной, так как для этого нет условий, адгезии и колонизации не происходит, микробы утрачивают свою жизнеспособность и погибают. В восприимчивом организме происходит их активное размножение.
В качестве примера можно привести Т. pallidum или S. typhi, которые в естественных условиях вызывают заболевание только у человека. При этом, чем выше пищевая зависимость микроба от клетки хозяина, тем выше его паразитические свойства, тем выше патогенность. Патогенность микробов отличается от патогенности факторов любой другой природы своей биологической сущностью.
Для патогенных микробов характерны нозологическая специфичность (от греч. nosos — болезнь и logos — учение) и органотропность. Нозологическая специфичность заключается в том, что каждый вид патогенных микробов способен вызывать только для него характерный инфекционный процесс, а также симп-томокомплекс патологических реакций, в какой бы восприимчивый макроорганизм они ни попали. Таким образом, S. typhi вызывает только брюшной тиф, а N. meningitidis — ме-нингококковую инфекцию. Такая специфичность возбудителей позволяет проводить клиническую диагностику отдельных инфекционных заболеваний, как самостоятельных нозологических форм. Такой нозологической специфичности нет у условно-патогенных бактерий. Органотропность — это поражение клеток, тканей и органов, наиболее подходящих по своим биохимическим свойствам для жизнедеятельности данных микробов. Например, возбудители воздушно-капельных инфекций поражают дыхательные пути, а возбудители кишечных инфекций — ЖКТ
В основе специфичности и органотропности лежит лиганд — рецепторное взаимодействие
микробов с эукариотическими клетками макроорганизма. Специфичность и органотропность объясняют хозяин-адаптированность многих микробов. Из этого правила есть исключения, например возбудители зоонозных инфекций (бруцеллеза, чумы, туляремии, сибирской язвы и т.д.), для которых характерны полигосталь-ность— много хозяев, и пантропизм,в основе которого лежит способность к внутриклеточному паразитизму в макрофагах, расположенных во многих тканях и органах. Для этих микробов инфекционный процесс в макроорганизме человека, являющегося их неспецифическим хозяином, не играет жизненно важного адаптивного значения. Если микробы попадают не в ту среду, к которой они адаптированы, то инфекционный процесс либо не разовьется, либо разовьется, но будет протекать атипично.
Чем меньше выражены паразитические свойства микробов, тем меньше выражена специфичность и органотропность, что характерно для условно-патогенных микробов. Чем сильнее органоспецифическая адаптация микроба и более выражены его метаболические особенности, тем патогенней микроб и уже диапазон его возможных биологических хозяев, без которых он не может существовать. Примером такого микроба со сложными метаболическими потребностями является возбудитель сифилиса, за что он получил название «микроба гурмана».
Патогенные микробы должны проникать в макроорганизм в определенной критической, или инфицирующей дозе (син. патогенной дозе). При попадании микробов в макроорганизм в количестве ниже определенной критической дозы инфекционный процесс не разовьется. Критическая инфицирующая доза необходима для возникновения стойкой адгезии, колонизации и инвазии микробов в ткани. Если инфицирующая доза мала, то микроб погибает под действием неспецифических защитных факторов макроорганизма (кислотности желудка, ферментов и т. д.) в момент его попадания в макроорганизм, что препятствует адгезии и колонизации. Инфицирующая доза является величиной условной. Для каждого вида микробов характерна своя инфицирующая доза. Она определяет не только клинические особенности течения и проявления
инфекционных болезней (продолжительность инкубационного периода, степень тяжести и т. д.), но и наиболее эффективные и вероятные факторы передачи возбудителей инфекций. Для проявления инфицирующей дозы важное значение имеет не столько абсолютное число микробов, попавших в макроорганизм, сколько их плотность на единицу поверхности и наличие рецепторов у эукариотических клеток. Это объясняет наличие низких заражающих доз возбудителей в целом ряде случаев возникновения инфекционных болезней. Помимо критической инфицирующей дозы, важную роль в развитии и проявлениях инфекционного процесса играет скорость репродукции микробов, определяющая возможность увеличения численности их популяции в макроорганизме.
Например, для возбудителя чумы Y. pestis, которая является самой патогенной из всех бактерий, характерна высокая скорость роста и размножения. Для заболевания характерен короткий инкубационный период (от нескольких часов до 9 дней) и последующее острое, тяжелое течение с высокой летальностью. В то же время для возбудителей туберкулеза и лепры характерны медленный рост и размножение, а для заболеваний, которые они вызывают, соответственно характерны длительный инкубационный период и длительное первично-хроническое течение. L-формы бактерий обладают низкой метаболической активностью и скоростью размножения. Они не накапливаются в количествах, способных вызвать типичное течение инфекционной болезни. Высокая скорость размножения и плотность популяции способствуют накоплению мутаций и отбору более адаптированных к макроорганизму мутантов.
В естественных условиях патогенные микробы должны проникать через определенные входные ворота инфекции — ткани и органы, через которые микробы попадают в макроорганизм. Например, N. gonorrhoeae проникает в макроорганизм через однослойный цилиндрический эпителий, расположенный в слизистой оболочке уретры, канале шейки матки, дистальных отделах прямой кишки и конъюнктиве глаза. Возбудители кишечных инфекций проникают в макроорганизм через слизистую оболочку кишечника, а возбудители воздушно-капельных инфекций — через слизистые
оболочки дыхательных путей. С другой стороны, есть патогенные микробы, проникающие в макроорганизм через разные входные ворота, например возбудители зоонозов, обладающие пантро-пизмом. Установлена связь между дозой микробов, путем их передачи, входными воротами инфекции и многообразием клинических проявлений инфекционных заболеваний, что затрудняет их своевременную диагностику. Механизм заражения и характерные для него пути передачи определяют локализацию микробов в макроорганизме.
Пути и способы выделения микробов из организма, определяющие механизм передачи и распространения инфекции, также как и пути проникновения микробов в макроорганизм, специфичны, например с выдыхаемым воздухом при воздушно-капельных инфекциях, с экскрементами при кишечных инфекциях. Этой закономерности нет при генерализованных инфекциях, так как возбудитель с током крови попадает в различные ткани и органы и поэтому может выделяться всеми вероятными путями, например с мочой, калом, желчью и т.д., а также передаваться с помощью кровососущих членистоногих насекомых. При этом, как было отмечено ранее, большое значение для передачи микроба из одного восприимчивого макроорганизма в другой имеет количественное содержание микробов в экскретах.
Популяция паразитов гетерогенна. Микробы, относящиеся к одному и тому же виду, обладают генотипической и феноти-пической гетерогенностью. Гетерогенность — универсальное свойство всего живого.
В связи с тем, что патогенность, являясь по-лифакториальным генотипическим видовым признаком, подвержена фенотипическим изменениям, для обозначения степени патоген-ности введено понятие «вирулентности» (от лат. virulentus — ядовитый). В отличие от па-тогенности, характеризующейся лишь потенциальной способностью данного вида вызывать инфекционный процесс, вирулентность —это динамичное индивидуальное свойство данного штамма микроба вызывать развитие инфекционного процесса. Это мера патогенности, ее качественная характеристика или феноти-пическое проявление генотипа.
По этому признаку все штаммы данного вида микроба могут быть подразделены на высоко-, умеренно-, слабо- и авирулентные. Высоковирулентные штаммы, как правило, вызывают более тяжело протекающие заболевания, чем умеренно- или слабовирулентные штаммы. Тем не менее авирулентные штаммы есть даже среди возбудителей конвенционных и особо опасных инфекций.
В вирусологии вместо термина «вирулентность» применяют термин «инфекционность» или «инфекциозность». В лабораторных условиях о вирулентности микробов и силе действия их токсинов судят по величине летальной (LD) и инфицирующей (ID) доз, которые выражают в условно принятых единицах. Летальная доза — это наименьшее количество живого возбудителя или токсина, вызывающее в определенный срок гибель конкретного количества (%) животных, взятых в опыт. Инфицирующая доза — это минимальное количество живых микробов, способное вызвать инфекционное заболевание у определенного количества (%) животных, взятых в опыт. Различают:
Del (dosis certa fetalis) — наименьшее количество живого микроба или его токсина, вызывающее в течение определенного времени гибель 100 % экспериментальных животных, взятых в опыт. Это безусловно смертельная доза.
Dim (dosis fetalis minima) — наименьшее количество живого микроба или его токсина, вызывающее в течение определенного времени гибель 95 % экспериментальных животных, взятых в опыт.
ID100 — это минимальное количество живых микробов, вызывающее развитие инфекционного заболевания у 100 % зараженных экспериментальных животных, взятых в опыт.
Чаще всего используют LD50 — дозу живого микроба или его токсина, вызывающую в течение определенного времени гибель 50 % экспериментальных животных, взятых в опыт, и ID50 — минимальное количество живых микробов, способное вызвать развитие инфекционного заболевания у 50 % зараженных экспериментальных животных, взятых в опыт.
При постановке опыта необходимо учитывать вид, пол, возраст, вес, условия содержания и полноценность питания экспери-
ментальных животных, что тесным образом связано с формированием и активностью работы иммунной системы у них, а также способ заражения (пероральный, интрана-зальный, внутривенный, внутримышечный, внутрибрюшинный, интрацеребральный и т. д.). Например, у морских свинок, которые наиболее чувствительны к М. tuberculosis, чем другие лабораторные животные, заболевание с летальным исходом возникает при введении через дыхательные пути 1—2 клеток микроба, тогда как при пероральном заражении летальная доза увеличивается до нескольких тысяч клеток. Даже внутри одного и того же вида существуют внутривидовые генетические отличия. Например, есть линии мышей, высокочувствительные к вирусам, но устойчивые к бактериям, и наоборот. Для снижения степени влияния индивидуальных колебаний резистентности макроорганизма на результаты исследований определение вирулентности проводят на значимом количестве животных. Более однородные результаты получают при использовании генетически управляемых линий животных, например инбредных (от англ. in — в, внутри и breeding — разведение). Инбредные животные — это линейные, гомозиготные животные, которые получены в результате скрещивания близко родственных особей на протяжении 20 и более поколений. Такие животные генетически однородны, так как достигают 100%-й гомозиготности.
Как фенотипическое проявление генотипа, вирулентность подвержена изменениям как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения под действием физических, химических и биологических факторов. Снижение вирулентности (аттенуация) может происходить при длительном культивировании бактерий на искусственной питательной среде или в результате длительного пассирования микробов через организм маловосприимчивых животных. Полная утрата вирулентности связана с изменением генотипа. Повышение вирулентности отмечается, наоборот, при пассировании микробов через организм высоковосприимчивых животных, при лизогении, а также вследствие мутаций и рекомбинаций. Эти особенности изменения вирулентности учитываются при получении вакцинных штаммов микробов.
С учетом вирулентности микробов и степени опасности работы с ними, все патогенные микробы подразделены на четыре группы, режимы работы с которыми регламентируются соответствующими приказами и инструкциями МЗ России. Примером изменения вирулентности может служить L-трансформа-ция у бактерий, образование цист у спирохет, синтез капсулы у бактерий при их попадании в макроорганизм, температурозависи-мый синтез инвазивных белков у иерсиний и Ви-антигена у S. typhi, синтез индуцибельных экзоферментов и т. д.
8.3.1. Факторы патогенности микробов
Дата добавления: 2016-02-04; просмотров: 4930;