Роль микроорганизмов в инфекционном процессе. Патогенность. Вирулентность, единицы измерения (DLM, LD50), методы определения. Инфекционная доза (ID)
Развитие инфекционного процесса зависит от основных свойств микроорганизма. К этим свойствам относятся патогенность и вирулентность.
Патогенность ― это потенциальная способность микробов вызывать инфекционный процесс. Патогенные микробы оказывают поражающее и токсическое действие на ткани больного организма. Патогенность является генетическим признаком определенного вида микроба и определяется его генотипом. Патогенность характеризуется специфичностью действия микроба.
Вирулентность ― мера, степень патогенности, связанная с индивидуальным свойством штамма, которая меняется в различных условиях среды. Высокая вирулентность обычно характерна для свежевыделенных штаммов микробл, а при сохранении их в лабораторных условиях она постепенно снижается, но не исчезает. В эксперименте вирулентность микроба можно усилить последовательными пассажами через организм восприимчивых животных. Например, вирулентность стрептококка возрастает при многократных пассажах через организм белых мышей. В классическом опыте Пастер резко усилил вирулентность вируса бешенства для кроликов путем последовательного пассирования через мозг кроликов.
Создавая неблагоприятные условия для жизнедеятельности патогенного микроба путем воздействия физических, химических и биологических факторов, можно ослабить его вирулентность. К этим факторам относятся: повышенная температура (Пастер стойко ослабил вирулентность возбудителя сибирской язвы при температуре 43°), антимикробные препараты, иммунные сыворотки, пересевы на различные питательные среды.
Объективным показателем вирулентности патогенных микробов в естественных условиях является тяжесть и исход вызываемого ими заболевания, а в лаборатории ― количество (доза), вызывающее гибель или инфицирование подопытных животных. Установлено наиболее верным определение 50% летальной (LD50) или инфицирующей (ID50) дозы. Патогенность рассматривается в органической связи с вирулентностью и характеризуется тремя неотъемлемыми свойствами микроорганизмов: инфективностыо, инвазн-онностью и токсигенностью (В. Д. Тимаков, В. Г. Петровская).
Инфективность (заразительность) ― способность патогенного микроба вызывать инфекционный процесс в естественных условиях. Для инфективности характерны способность микроба выживать во внешней среде и проникать через естественные барьеры, т. е. переходить от больного организма к здоровому.
Инвазионность―способность патогенного микроба преодолевать защитные механизмы организма с целью поражения естественно избранного им органа, где он находит благоприятные условия для активного размножения и количественного накопления. Микробы, обладающие инвазионными свойствами, вызывают на месте их внедрения в организм изменение ткани. Вещества, изменяющие проницаемость местной ткани, называются инвазинами, или факторами распространения. Было установлено, что такое вещество (гиалуронидаза) обнаруживается в фильтратах бульонных культур различных видов микроорганизмов. Инвазионность осуществляется целым арсеналом средств. К ним относятся: гиалуронидаза, капсулообразование, капсульные антигены, агрессины, антифагины.
Гиалуронидаза относится к ферментам патогенности и оказывает разрушающее действие на гиалуроновую кислоту (по-лисахаридное образование соединительной ткани), которая создает препятствие проникновению и распространению микробов в организме. Выявление этого фермента основано на его способности гидролизовать гиалуроновую кислоту, которая теряет способность образовать с уксусной кислотой сгусток муцина.
К а п су л о о б р а з о в а н и е ―вирулентность некоторых видов микробов (пневмококки, сибиреязвенные бактерии и др.) связана с их способностью образовывать капсулы в организме человека и животных. Капсула сибиреязвенной бактерии обладает выраженной антифагоцитарной активностью, т. е. защищает бактерии от действия фагоцитоза. Это было доказано опытом. Если морской свинке ввести смесь капсульной и бескапсульной культур сибиреязвенных бацилл, то фагоцитозу подвергаются только бескапсуль-ные, а капсульные развиваются и размножаются в организме.
Капсульные антигены. Патогенные бактерии содержат поверхностные антигенные компоненты, подавляющие защитные функции макроорганизма. Такими свойствами обладают полисаха-ридные антигены пневмококков, vi-антиген энтеробактерий, М-протеин гемолитических стрептококков и др. Антиген типа vi обнаружен у возбудителя туляремии.
Агрессины ― вещества, подавляющие защитные функции организма, были обнаружены у возбудителей чумы, дифтерии, сибирской язвы, брюшного тифа, паратифов, туберкулеза, а также у пневмококков, стафилококков и стрептококков. Агрессины были получены Байлем при фильтрации экссудата из плевральной полости подопытных животных, зараженных возбудителем сибирской язвы и пневмококками. Сам фильтрат не опасен, но если добавить его к несмертелыюй дозе соответствующего микроба, то это вызывает смертельное заболевание с последующей гибелью лабораторных животных.
Антифагины ― вещества, выделенные из взвеси различных видов микроорганизмов, обладающие способностью подавлять фагоцитоз. Они разрушаются при кипячении в течение 20 минут.
К веществам, определяющим вирулентность микроорганизмов, относятся и химические компоненты. Их молено использовать для дифференциации патогенных микробов от непатогенных. Например, штамм микобактерий туберкулеза (Н = 37 RV), обладающий высокой вирулентностью, содержит 7,6% липополисахаридов и фракцию, состоящую из миколовой кислоты (65―80%), авирулентный штамм (Н = 37 Ra) содержит только 0,5% липополисахаридов и не имеет миколовой кислоты. Выявлена существенная разница в количестве рибонуклеиновой и дезоксирибопуклеиновой кислот у холерного и холероподобиого вибрионов (соответственно 1 : 9 и 1:1). Такие данные были обнаружены у некоторых патогенных и пепатогенных микроорганизмов.
Токсигенность ― это способность микроорганизма нарушать метаболические функции макроорганизма. Токсипообразование для некоторых видов микробов является жизненно необходимым процессом. Ядовитые вещества, вызывающие патологические изменения в клетках, тканях и органах макроорганизма, называются токе и нам и.
По характеру образования микробные токсины подразделяются на экзотоксины и эндотоксины.
Экзотоксины выделяются возбудителями газовой анаэробной инфекции, ботулизма, столбняка, дифтерии, дизентерийными бактериями Григорьева―Шига, а также отдельными видами стафилококков и гемолитических стрептококков. Они являются сильными биологическими ядами и в минимальных дозах действуют на чувствительных животных.
Дифтерийный токсин вызывает некроз тканей в зоне внедрения возбудителя и распространяется по всему организму, в котором поражает мышечные, нервные, печеночные, почечные, кожные и другие ткани. Столбнячный токсин действует на двигательные клетки передних рогов спинного мозга и вызывает судорожные мышечные сокращения у восприимчивого организма. Экзотоксины у возбудителей дифтерии, столбняка и газовой анаэробной инфекции разрушаются под воздействием пищеварительных ферментов, а у патогенных стафилококков п палочек ботулизма не разрушаются в желудке и кишечнике. Они вызывают отравление при пероральном введении в организм.
Сила действия микробных токсинов определяется путем их введения в организм восприимчивых животных по принятой методике (Dim, Dl50). За единицу измерения силы дифтерийного токсина принимается 1 Dim, т. е. минимальное количество токсина, которое при подкожном введении морским свинкам весом в 250 г приводит их к гибели на четвертые сутки. Минимальная смертельная доза нативного дифтерийного токсина для морской свинки ― 0,002 мл, столбнячного токсина для белой мыши ― 0,000005 мл, ботулиниче-ского токсина для морской свинки ― 0,00001―0,000001 мл.
Экзотоксины, полученные в очищенном виде, обладают высокой токсичностью для восприимчивых животных. 1 мг азота кристаллического столбнячного токсина содержит 50―75x10", ботули-нического ― 220ХЮ6 Dim для белых мышей и дифтерийного ― 50000―60000 Dim для морских свинок.
Получение экзотоксинов. Токсин получают из питательных сред, в которых культивируются продуценты экзотоксинов, путем их фильтрования. Фильтрат, содержащий экзотоксин, не может считаться чистым токсином, ибо в нем содержатся вещества, входящие в состав питательной среды, и различные продукты обмена. Поэтому проводят очистку и концентрацию токсинов путем применения методов коагуляции в изоэлектрической точке, высаливания сульфатом аммония, многократного переосаждения трихлоруксус-ной кислотой при низкой температуре и рН около 4,0, а также адсорбции различными веществами.
Эндотоксины образуются многими видами микроорганизмов. Например, возбудители брюшного тифа, паратифов А и В, дизентерии, Менингита, гонореи и другие патогенные грамотрицательные бактерии содержат эндотоксины. Они находятся внутри клетки и прочно связаны с телами бактерии. Эндотоксины вызывают в организме комплекс патологических изменений, главным образом действуют на эндотелий капилляров, лейкоциты, лимфо-идную ткань и вегетативную нервную систему. Они освобождаются из клеток при разрушении их ультразвуком, повторным замораживанием и оттаиванием, при экстрагировании слабыми кислотами и щелочами. Например, эндотоксин у дизентерийной бактерии Григорьева―Шига получают путем разрушения клеток и осаждения белков трихлоруксусной или соляной кислотой с последующим центрифугированием.
По химическому составу и некоторым другим признакам токсины делятся на следующие.
Токсины белковой природы ― это экзотоксины, выделяющиеся в питательную среду. Химический состав экзотоксина сложный. Например, дифтерийный экзотоксин имеет общий азот ― 16%, аминный азот ―0,98%, серу ―0,75%, фосфор ― 0,05%. Экзотоксины разрушаются при температуре 60―80° в течение 20―50 минут, при кипячении ― моментально. У экзотоксинов обнаружено явление потенсирования, т. е. смесь токсинов действует на организм более ядовито, чем монотоксин. Резко выражено по-тенсирующее действие токсинов у возбудителей столбняка, газовой анаэробной инфекции и стафилококков, а также возбудителя дифтерии.
Токсины, относящиеся к глюцидо-липидно-про-теиновым комплекса м,― это эндотоксины, связанные с телами грамотрицательных бактерий (кишечно-тифознс-дизентерийная группа, бруцеллы, менингококки). Их не бывает у грамположн-тельных бактерий. Химический состав токсинов: полисахариды (50―65%), жирные кислоты (20―25%), уксусная и фосфорная кислоты, а также протеины и азотистые соединения.
Полисахаридные токсины. Это токсические вещества, выделяемые из бактерий, представляющие собой специфические полисахариды, отличающиеся от обычных полисахаридов содержанием в своем составе глюкозы, галактозы, арабинозы, маннозы, рамнозы, аминосахаридов, липидов и других веществ. Полисахаридные токсины обладают гемолитическими, лейкотоксическими и нейротропными свойствами.
Ферменты патогенности. Токсины играют ведущую роль в патогенезе инфекционных болезней, но не единственную. Их токсическое действие осуществляется в комплексе с ферментами, названными в литературе «ферментами патогенности», и продуктами распада клеток и тканей. Они вызывают не только очаговые поражения, но и через нейро-гуморальную систему нарушения функции различных органов. В результате этого угнетаются защитные механизмы организма, происходит количественное накопление и активное действие возбудителей инфекционных заболеваний.
Обитая в инфицированном организме человека, патогенные бактерии совершают сложные биохимические процессы, катализируемые ферментными системами. Вырабатываемые ими продукты обмена, включая и продукты аутолиза бактерий, нарушают взаимные связи и согласованность действий различных органов и систем в динамике болезни. По характеру влияния на патогенез болезни ферменты патогенности подразделяются на 4 группы: первая ―обладает высокой токсичностью; вторая, не обладая токсичностью,― переводит протоксин в токсин с многократным усилением его ядовитости; третья ― способствует распространению бактерий и их токсинов В тканях; четвертая ― вызывает образование в организме неспецифических ядовитых продуктов клеточного распада.
Ферменты (гиалуронидаза, коагулаза, стрептокиназа и др.) подавляют защитные механизмы организма и усиливают вирулентность у патогенных бактерий. Лейкоцидин стафилококков вызывает гибель нейтрофилов крови; декарбоксилазы аминокислот, синтезируемые бактериями кишечной группы, защищают их от действия кислой среды. По химической структуре ферменты патогенности близки к токсинам. Они взаимодействуют между собой и являются оружием патогенных микробов.