Лекція № 2

Тема лекції:

Мікроби і навколишнє середовище. Генетика і мінливість мікроорганізмів. Бактерофаги, антибіотики

План лекції

1. Поширення мікробів у природі. Мікрофлора організму людини, її значення. Гнотобіологія. Циркуляція патогенних мікроорганізмів у довкіллі. Мікроекологія.

2. Циркуляція мікроорганізмів у лікарняних установах. Протиепідемічні заходи в лікарняних установах. Санітарно-показникові мікроорганізми довкілля, лікарняних установ.

3. Вплив фізичних, хімічних і біологічних чинників на мікроби. Стерилізація. Дезінфекція.

4. Поняття про генотипову і фенотипову мінливість, її практичне використання. Мутації. Генетичні рекомбінації. Роль плазмід та транспозонів у формуванні резистентності у бактерій. Генодіагностика інфекційних хвороб (полімеразна ланцюгова реакція тощо).

5. Бактеріофаг, його природа і практичне застосування. Вплив бактеріофага на мінливість мікроорганізмів.

6. Поняття про антибіотики, їх природа. Антибіотичні речовини та бактеріоцини. Хіміотерапевтичні препарати. Принципи класифікації. Застосування. Хіміотерапевтичний індекс.

7. Вплив антибіотиків на мінливість мікроорганізмів. Побічна дія антибіотиків і методи її подолання. Антибіотикограма, її практичне застосування. Противірусні хіміотерапевтичні препарати. Антисептики.

Зміст лекції

1.Поширення мікробів у природі. Мікрофлора організму людини, її значення. Гнотобіологія. Циркуляція патогенних мікроорганізмів у довкіллі. Мікроекологія. Поширення мікробів у природі

"Міріади мікробів населяють стихії і оточують нас всюди. Незри­мо вони є супутниками людини на всьому її життєвому шляху, влад­но втручаючись у її життя то як вороги, то як друзі. У величезній кількості вони зустрічаються у харчах, які ми споживаємо, у воді, яку п'ємо, в повітрі, яким ми дихаємо. Оточуючі нас предмети, наш одяг, поверхня нашого тіла — все це буквально кишить мікробами, серед яких зустрічаються і хвороботворні види", — так образно сха­рактеризував мікрофлору, що нас оточує, великий російський мі­кробіолог В.Л. Омелянський.

Активна діяльність цих мікробів підтримує динамічну рівновагу всієї біосфери, порушення якої призвело б до катастрофічних наслідків.

Мікрофлора організму людини, її значення

Мікрофлора організму людини (автофлора) — це сукупність мікроорганізмів, які постійно перебувають в організмі здорової людини. Вона сформувалася в процесі еволюції і заселяє шкіру, слизові оболонки, а також порожнини тіла, що контактують з навколишнім середовищем. її маса становить 2,5—3 кг. До складу автофлори входить близько 500 видів бактерій, 50 видів вірусів, 20 видів найпростіших.

Внутрішнє середовище людського організму (кров, лімфа, спинномозкова рідина тощо) переважно не містить мікроорганізмів. Останнім часом було доведено, що тканини організму заселені персистуючими вірусами, які виділяються з молоком, слиною, мокротинням, потом, сечею, випорожненнями.

Нормальну мікрофлору людини поділяють на дві групи : облігатну нормальну мікрофлору — автохтонну, або резидентну (від лат. resi-dens — той, що залишається на місці) — специфічну для певних біотопів організму і факультативну — транзиторну (від лат. transi­tas — проходження) — занесену з інших біотопів даного організму (алохтонна) або із зовнішнього середовища (заносна).

Кількісний і видовий склад нормальної мікрофлори характеризується індивідуальною стабільністю і залежить від віку людини, статі, характеру харчування, мікрофлори навколишнього середовища, санітарно-гігієнічних навичок, вживання антимікробних лікувальних препаратів.

Значною мірою в однакових епітопах різних людей знаходяться однакові мікроби, але бувають деякі розбіжності. Мікроби легко передаються від однієї людини до іншої, тому спостерігається обмін мікрофлорою в закритих колективах шкіл, дитячих садків, казарм, лікарень. Вивчення індивідуальної мікрофлори має велике значен­ня для формування екіпажу експедицій (географічних, космічних), підводних човнів тощо.

Дитина, що розвивається в утробі здорової матері, стерильна. Але вже під час пологів вона контамінується (від лат. contaminatio — доторкання) вагінальною мікрофлорою матері. Після народження організм дитини продовжує заселятися мікрофлорою від матері, медичного персоналу, із оточуючого середовища. Формування мікрофлори дитини закінчується майже протягом першого тижня життя. З віком вона змінюється, але в загальних рисах залишається постійною.

Залежно від умов існування в організмі людини формуються різні асоціації мікроорганізмів.

Мікрофлора шкіри різноманітна і достатньо численна, особливо в місцях, захищених від світла і висихання (пахвинні ямки, промежина, між пальцями, в складках шкіри). Вважають, що загальна кількість мікробів шкіри становить від 100 млн до 1 млрд клітин (від одиниць до сотень тисяч на 1 см²).

Місця постійного перебування мікробів — це роговий шар шкіри, протоки сальних і потових залоз, устя волосяних мішечків. Кількість мікробів також збільшується біля природних отворів порожнин тіла.

До автохтонної мікрофлори належать: стафілококи, стрептоко­ки, дифтероїди, сарцини, плісеневі гриби, дріжджі, бацили, гриби роду Candida. У разі забруднення рук на їх шкірі виявляють також заносну мікрофлору: кишкову паличку, клостридії тощо. Умови для розвитку мікроорганізмів на шкірі несприятливі. На них згубно діють висихання, кисле середовище шкіри (рН 5,5), перекисні сполуки, злущування епітелію. Але бактерицидний стан шкіри залежить від загального стану здоров'я людини. Шкіра першою сигналізує про виникнення патології в організмі появою гнійно-запальних процесів.

Порушення санітарно-гігієнічного режиму, травми шкіри нерідко призводять до виникнення гнійних захворювань шкіри, мікозів, а також ранових інфекцій.

Визначення мікрофлори шкіри має практичне значення. Кількісний і якісний склад мікрофлори шкіри вивчають перед операцією, у разі лікування антибіотиками, гормонами, під час променевої терапії. Мікрофлору шкіри рук обстежують у медичного персоналу, працівників дитячих закладів, їдалень, харчових підприємств.

Мікрофлора верхніх дихальних шляхів. Разом з повітрям людина вдихає велику кількість часточок пилу і мікробів, адсорбованих на них. Але завдяки адсорбційним властивостям слизу, війок епітелію часточки пилу затримуються в порожнині носа. Слизова оболонка виділяє лізоцим, муцин, містить секреторні антитіла. Ці речовини згубно діють на мікроби. Тому в повітрі, що видихає здорова людина, їх міститься в 200—500 разів менше, ніж у повітрі, що вдихає. До складу мікрофлори верхніх дихальних шляхів входять стафілококи, стрептококи, дифтероїди, нейсерії, капсульні грамнегативні бактерії, віруси (зокрема, аденовіруси). У частини людей, особливо у медичного персоналу, на слизовій оболонці носа іноді виявляють патогенний стафілокок, що вказує на носійство. Це може призвести до повітряно-крапельної передачі інфекції. Такі особи потребують санації (від лат. sanatio — оздоровлення). Слизова оболонка гортані, трахеї, бронхів і альвеоли здорової людини не містять мікроорганізмів.

У разі ослаблення захисних сил організму (нестача вітамінів, виснаження, охолодження, дія радіації) мікроби, що знаходяться у верхніх дихальних шляхах, можуть спричинити гострі респіраторні хвороби: трахеїт, бронхіт, пневмонію, ангіну тощо.

Мікрофлора порожнини рота — це складний природний динамічний біоценоз з резидентної та транзиторної мікрофлори. Незважаючи на бактерицидну дію слини (містить лізоцим, секреторні антитіла), у дорослих людей у порожнині рота виявляють більше ніж 300 видів мікроорганізмів (10⁸—10⁹ клітин в 1 см³ слини, співвідношення між аеробами й анаеробами становить 1:10). їх розмноженню сприяють слабколужне середовище слини, оптималь­на температура, достатня кількість вологи, поживних речовин. Уже в перші дні життя у порожнині рота новонароджених виявляють різні види аеробних мікробів: стрептококи, в тому числі S. salivari-us, нейсерії, актиноміцети, лактобактерії; після прорізування зубів з'являються анаеробні: бактероїди, бацили.

У порожнині рота дорослих людей також виявляють: пептококи (анаеробні грампозитивні коки), вейлонели (анаеробні грамнегативні коки), лептотрикси (грампозитивні палички), клостридії, фузобакте-рії, спірили, спірохети, вібріони, мікоплазми, дрібну ясенну амебу, ро­тові трихомонади, коринебактерії, актиноміцети, гриби роду Candida.

Мікроорганізми порожнини рота беруть участь у розщепленні залишків їжі. При розщепленні вуглеводів виділяються органічні кислоти, які можуть сприяти розвитку карієсу зубів (патологічно­го процесу в твердих і м'яких тканинах зуба, що супроводжується запальними процесами і призводить до утворення дефекту у вигля­ді порожнини). Завдяки біохімічним процесам, які спричинюють мікроби, утворюється зубний наліт; S. salivarius, коринебактерії, актиноміцети зумовлюють утворення скупчень на поверхні зубів (зубні камені). Ці процеси також призводять до руйнування емалі зубів. Бактероїди нерідко спричинюють запалення м'яких тканин навколо зубів — пародонтоз; фузобактерії в асоціації зі спірохетами призводять до розвитку виразково-некротичного стоматиту Венса-на. Систематичний догляд за порожниною рота, регулярне чищення зубів дають змогу запобігти запальним процесам і карієсу зубів.

Стравохід у здорових людей зазвичай вільний від мікробів або містить їх дуже мало.

Мікрофлора шлунка містить порівняно мало мікробів (близько ЗО видів, 10³ клітин в 1 см³ шлункового соку). Згубна дія кислого середовища шлункового соку (рН 0,9—2,0) є захисним бар'єром, що запобігає проникненню патогенних і умовно-патогенних мікробів в організм людини. У шлунку можуть бути кислотостійкі мікроби: дріжджі, сарцини, гриби, лактобактерії, стафілококи, стрептококи, кампілобактерії, гелікобактерії. Небезпечною є Helicobacter pilori, що спричинює виразку і рак шлунка й дванадцятипалої кишки. Разом з їжею і водою в організм людини можуть проникати збудники дизентерії, черевного тифу, холери та інші, які найчастіше гинуть у кислому середовищі шлункового соку. У разі зниження кислотності шлункового соку його бар'єрна функція послаблюється, що призводить до зараження макроорганізму.

Мікрофлора дванадцятипалої і тонкої кишки нечисленна (10³— 10⁵ клітин в 1 см³ кишкового соку) і досить однорідна: лактобак-терії, ентерококи, біфідобактерії. Співвідношення між аеробною і анаеробною мікрофлорою становить 1:100. їх розмноженню пе­решкоджають кишкова перистальтика, жовч, секрети кишкового соку, секреторні антитіла. Але у разі порушення функції печінки, підшлункової залози, імунодефіцитного стану, ураження слизо­вої оболонки кишок унаслідок радіаційного опромінення розвива­ється синдром надлишкової колонізації тонкої кишки: у ній різ­ко збільшується концентрація бактерій і за кількісним і видовим складом вона стає аналогічною до мікрофлори товстої кишки. Це призводить до порушення функцій (у тому числі всмоктувальної) тонкої кишки.

Мікрофлора товстої кишки найбільш численна і різноманітна (400—500 видів, 10¹²—10¹³ клітин в 1 г калу, що становить 35—50 % калу). Співвідношення між аеробною і анаеробною мікрофлорою 1:1000. Загальна маса її становить близько 1,5 кг. Розвитку мікро­флори сприяє рН середовища, оптимальна температура, достатня кількість поживних речовин, а також те, що стінки товстої кишки не виділяють секрети.

Травний тракт новонародженої дитини стерильний (у меконії, тобто первородному калі плоду, мікроби відсутні). Формування мікрофлори починається із вживанням їжі. Під впливом грудного молока формується специфічна мікрофлора, що складається з мо­лочнокислих бактерій (біфідобактерії, лактобактерії). На 3-ю—5-у добу життя з'являються кишкова паличка (Е. соїі), ентерококи. Під час переходу на змішане вигодовування кількість мікробів швидко зростає. Основну масу складають біфідобактерії, лактобактерії, кло-стридії, бактероїди, фузобактерії, пептострептококи, а також гри­би, найпростіші, мікоплазми, актиноміцети, віруси.

Деякі мікроорганізми товстої кишки у разі надмірного вживан­ня антибіотиків здатні спричинити тяжкі хвороби. Так, Clostridium difficile зумовлює псевдомембранозний коліт, a Bacteroides fragilis у дітей спричинює діарею, у дорослих — рак прямої кишки.

Оскільки ешерихії (Е. соїі) й інші бактерії групи кишкової палички (БГКП) постійно й у великій кількості виділяються з випорожненнями в навколишнє середовище, то виявлення їх на об'єктах довкілля є показником фекального забруднення. Така мікрофлора називається санітарно-показниковою. Разом із санітарно-показниковою у хворих виділяється й патогенна мікрофлора, що призводить до фекально-оральної передачі ін­фекції.

Мікрофлора сечостатевих органів нечисленна, але за видовим складом різноманітна. Нирки, сечовивідні канальці, сеча в сечово­му міхурі стерильні. У нижній частині сечівника трапляються ас-порогенні анаероби: стафілококи, пептококи, бактероїди, корине­бактерії, фузобактерії та ін. На шкірі і слизових оболонках статевих органів виявляються фузобактерії, стафілококи, мікоплазми, а та­кож мікобактерії смегми, які за морфологічними ознаками подібні до мікобактерій туберкульозу, та сапрофітні трепонеми, що морфо­логічно схожі на збудника сифілісу.

Мікрофлора піхви у дівчаток формується в перші 4—5 діб після народження. Вона містить переважно стафілококи, стрептококи, ен­терококи, коринебактерії і невелику кількість молочнокислих бак­терій. Ця мікрофлора зумовлює слаболужну реакцію у піхві, тому дівчатка можуть легко заражатися збудниками венеричних хвороб побутовим шляхом (через рушник, білизну, губку).

Після настання статевої зрілості під впливом гормонів мікрофло­ра змінюється. Переважно розвиваються лактобацили (їх 7 видів): 52,5 % із них припадає на Lactobacillus acidophilus (паличку До-дерлайна), яка виробляє молочну кислоту, інші лактобацили крім кислоти продукують пероксид водню. Кисле середовище піхви (рН 4,0—4,2) і наявність пероксиду водню у здорових жінок є бар'єром для патогенної мікрофлори. Порожнина матки, фалопієві труби мі­кробів не містять.

Загальна кількість лактобацил у здорових жінок становить 10^е— 10⁸ клітин в 1 см³ вагінального секрету. При бактеріальному вагіно-зі — запаленні слизової оболонки вагіни (від лат. vagina — піхва) кількість лактобацил зменшується до 10⁴ клітин в 1 см³ і менше, рН середовища підвищується, зростає кількість облігатних анаеробів, коків,гарднерел.

Розрізняють 4 ступеня чистоти піхви:

I ступінь: реакція середовища кисла, багато паличок Додерлай-

на, є невелика кількість клітин плоского епітелію.

II ступінь: реакція середовища слабокисла, окрім паличок До- дерлайна і плоского епітелію виявляється невелика кількість коків й інших мікробів.

III ступінь: реакція середовища нейтральна або слаболужна, мало паличок Додерлайна, виявляються переважно коки, ба- гато лейкоцитів.

IV ступінь: реакція середовища лужна, відсутні або одиничні палички Додерлайна, велика кількість лейкоцитів, стафі- лококів, стрептококів, можуть бути бактероїди, стрепто- бактерії.

Ступінь чистоти піхви тісно пов'язаний із захворюваннями ста­тевих органів жінки. Відновленню нормальної мікрофлори сприяє вагітність, і навпаки, штучне переривання вагітності порушує мі­крофлору. Цим пояснюється те, що після штучного переривання ва­гітності розвиваються запальні процеси статевих органів, що часто призводить до безпліддя.

Мікрофлора кон'юнктиви ока незначна. Сльози містять лізо­цим, який згубно діє на мікроби. На кон'юнктиві інколи виявляють коринебактерії ксерози (морфологічно схожі на збудника дифтерії), стафілококи, пневмококи.

Значення нормальної мікрофлори організму людини. Нормаль­на мікрофлора — це симбіоз мікроорганізмів із макроорганізмом, який існує як єдина цілісна екологічна система. Видовий склад і стан мікрофлори залежить від макроорганізму; в свою чергу мікро­організми суттєво впливають на стан здоров'я макроорганізму.

Ці взаємовідносини проявляються так:

1. Нормальна мікрофлора, колонізуючи шкіру, слизові оболон­ки, заселяючи порожнини тіла, запобігає заселенню її екзо­генною мікрофлорою, конкуруючи з нею за місця прикріплен­ня і джерела живлення.

2. Представники нормальної мікрофлори перебувають у стані антагонізму з патогенною мікрофлорою. Ще 1.1. Мечников ви­сунув ідею про вживання в їжу молочнокислих продуктів для пригнічення розвитку в кишках гнилісних бактерій.

3. Представники нормальної кишкової мікрофлори беруть участь у детоксикації речовин метаболізму. Високий вміст бі-фідобактерій і лактобактерій запобігає канцерогенезу.

4. Нормальна мікрофлора стимулює розвиток лімфоїдної ткани­ни макроорганізму, що сприяє формуванню імунної системи. У дослідах на стерильних тваринах (гнотобіонтах) було дове­дено, що у них слабше розвинена лімфоїдна тканина, менша маса внутрішніх органів, менший об'єм крові, менше води у тканинах і антитіл у сироватці крові порівняно з контрольни­ми тваринами. Гнотобіонти гинули від контакту з тими мікро­організмами, до яких контрольні тварини зовсім не чутливі.

5. Нормальна мікрофлора травного тракту бере участь у пере­травленні їжі. її метаболічну роль можна зіставити з метабо­лічною активністю печінки.

6. Деякі представники нормальної мікрофлори синтезують віта­міни К, Е, РР, групи В і забезпечують ними макроорганізм.

Але представники нормальної мікрофлори не завжди приносять користь. У разі зниження природної резистентності макроорганіз­му, особливо під впливом іонізуючої радіації, практично всі пред­ставники нормальної мікрофлори, за винятком біфідобактерій, можуть спричинити різні ендогенні інфекції, найчастіше — гнійно-запальні процеси різної локалізації: ангіну, менінгіт, цистит, отит, сепсис, апендицит, абсцес тощо.

Унаслідок кількісного і видового порушення нормальної мікро­флори виникає дисбактеріоз. Причини його виникнення різнома­нітні: стрес, нераціональна медикаментозна терапія (антибіотики, гормональні препарати, імунодепресанти), хірургічні втручання, під­вищені дози радіаційного опромінення (часто дисбактеріоз виникає у лікарів-рентгенологів), екологічні чинники (забруднення довкілля промисловими викидами). Всі ці фактори призводять до ослаблення імунного стану організму людини. Розвитку дисбактеріозу у дітей сприяють травми під час пологів, штучне вигодовування, хвороби (глистяні інвазії, гострі і хронічні інфекційні та неінфекційні хворо­би). Порушення нормальної мікрофлори призводить до того, що кіль­кість мікроорганізмів резидентної мікрофлори зменшується, а деякі види взагалі зникають, натомість розмножується умовно-патогенна мікрофлора: стафілококи, протей, стрептококи, синьогнійна палич­ка, гриби роду Candida (спричинюють особливо небезпечний вид дис­бактеріозу — кандидоз), гемолітичні ешерихії та ін.

Дисбактеріоз — гостра медична проблема. Його виявляють у ЗО % дітей першого року життя і більше ніж у 50 % дорослого на­селення. Внаслідок розвитку дисбактеріозу знижується резистент­ність макроорганізму. Найчастіше дисбактеріоз проявляється в ки­шечнику і на шкірі, але може проявитися і в інших біотопах.

При кишковому дисбактеріозі порушується перетравлення їжі, синтез вітамінів, погіршується всмоктування їжі, іонів металів, ві­тамінів, а це, в свою чергу, призводить до гіповітамінозу, анемії, ін­токсикації, порушення нервової системи, виникнення алергійних реакцій організму, схильності до остеопорозу.

При шкірному дисбактеріозі розвивається запалення шкіри. У дітей першого року життя дисбактеріоз проявляється пліснявкою та запрілостями.

Корекція нормальної мікрофлори і лікування хвороб, що ви­никли внаслідок дисбактеріозу, складні і тривалі. Краще починати профілактику дисбактеріозу до народження дитини. Вагітна жінка повинна отримувати повноцінне харчування, вести здоровий спо­сіб життя, не вживати, по можливості, антибактеріальні препара­ти. Крім того, за 3—4 тиж до пологів у вагітної жінки рекоменду­ють виділяти з кишечнику штам біфідобактерій. Через 2 год після народження дитини цей штам уводять дитині через рот у кількості

10⁹ мікробних клітин. Колонізація кишечнику дитини материн­ськими штамами біфідобактерій запобігає його колонізації умовно-патогенною мікрофлорою. Особливо це важливо для дітей, які на­роджуються шляхом кесаревого розтину. Для оздоровлення піхви вагітної використовують автоштами біфідобактерій жінки або пре­парат "Жлемик", який містить живі культури деяких видів лакто-бактерій. Під час народження дитина ковтає їх разом із навколо­плідними водами.

Для лікування хвороб, що виникли внаслідок дисбактеріозу, у дітей і дорослих крім медикаментозного використовують немедика-ментозне лікування: дієтичні добавки, пробіотики (еубіотики), пре-біотики, донорські штами біфідобактерій, лактобактерій, продукти функціонального харчування.

Дієтичні добавки — це вітаміни, мінерали, протеїни, ферменти.

Пробіотики (еубіотики) — це ліофілізовані (висушені) ліку­вальні препарати, що містять живу культуру мікробів — представни­ків нормальної мікрофлори: колібактерин, біфідумбактерин, лакто-бактерин, біфікол. їх випускають у вигляді порошків або пігулок.

Пребіотики — це компоненти харчових продуктів, частіше низь­комолекулярні моносахариди (інулін, рафіноза), які є субстратом для розвитку біфідо- і лактобактерій. їх містять: цибуля, часник, грудне і коров'яче молоко, кукурудза, квасоля, горох, вівсяна крупа.

Донорські штами біфідо- і лактобактерій виділяють у здоро­вих близьких родичів хворого і вводять йому через рот або у вигля­ді клізми. Рекомендуються людям похилого віку, а також тим, хто протягом тривалого часу лікувався антибіотиками, гормональними препаратами, отримав великі дози радіаційного опромінення (у тому числі учасникам Чорнобильської аварії).

Продукти функціонального харчування — це харчові продук­ти, до складу яких входять живі мікроорганізми та їх метаболіти: йогурти, біфідокефір, ацидофільне молоко, кумис та ін.