Инфекционный процесс
Инфекционный процесс (инфП) — типовой патологический процесс, возникающий в организме человека под действием микроорганизмов.
ИнфП представляет собой комплекс взаимосвязанных изменений: функциональных, морфологических, иммунобиологических, биохимических и других, лежащих в основе развития конкретных инфекционных болезней (инфБ).
ИнфБ по распространённости устойчиво удерживают третье место в мире (после болезней сердечно-сосудистой системы и онкологических заболеваний). Крупные эпидемии и пандемии инфБ уносили многие миллионы жизней: от эпидемии чумы в средние века погибла треть населения Европы; в XVII‑XVIII веках натуральной оспой ежегодно заболевало около 10 млн. человек. Вместе с тем в этот период:
• Выработаны принципы борьбы с эпидемиями (например, сжигание одежды больных, трупов умерших, изоляция пациентов).
• Открыты возбудители основных инфБ человека (сибирской язвы, дифтерии, столбняка и др.).
• Установлено, что патогенные для человека бактерии способны вырабатывать токсины, с действием которых связано развитие инфекционного процесса. Аргументом в пользу важной роли бактериальных токсинов в развитии инфБ явилась высокая клиническая эффективность использования для их лечения сывороток, что способствовало существенному снижению летальности от инфБ.
В России в настоящее время ежегодно регистрируется более 30 млн. больных инфБ, включая грипп и острые респираторные заболевания. Общей тенденцией является изменение спектра регистрируемых инфБ. Параллельно с увеличением доли заболеваний, вызываемых условно‑патогенными бактериями, появились принципиально новые возбудители (ВИЧ‑инфекция, прионные инфекции, геморрагические лихорадки из группы арбовирусных инфекций и пр.).
Терминология
Выделяют следующие виды инфП.
• Сепсис — тяжёлая генерализованная форма инфП, обусловленная размножением микроорганизмов в крови и нередко в других биологических жидкостях организма.
• Септикопиемия — инфП, характеризующийся вторичным развитием гнойных очагов в различных тканях и органах у пациентов с сепсисом.
• Бактериемия, вирусемия — наличие в крови бактерий и/или вирусов без признаков их размножения. Является одним из этапов развития ряда инфП.
• Микст‑инфекция — инфП, вызванный одновременно двумя и более возбудителями.
• Реинфекция — повторное (после выздоровления пациента) возникновение инфП, вызванного тем же микроорганизмом.
• Суперинфекция — повторное инфицирование организма тем же возбудителем до периода выздоровления.
• Вторичная инфекция — инфП, развивающийся на фоне уже имеющейся (первичной) инфБ, вызванной другим микроорганизмом.
Этиология
Организм человека — идеальный объект для роста и размножения микробов. Он обеспечивает достаточно высокую стабильность основных параметров внутренней среды (температуры, электролитного состава, рН и др.) и лёгкую доступность питательных веществ для микроорганизмов.
Взаимоотношения макро‑ и микроорганизмов
Макро‑ и микроорганизмы могут находится в различных отношениях: паразитизма, мутуализма и комменсализма (табл. 7–1).
Таблица 7–1. Основные формы симбиоза макро‑ и микроорганизма
-
Тип взаимодействия
Категория микроорганизмов
Краткая характеристика
Паразитизм
Патогенные
Микроорганизм наносит ущерб организму‑хозяину. В большинстве случаев микроорганизмы данной группы продуцируют токсины
Мутуализм
Непатогенные
Взаимовыгодные отношения макро‑ и микроорганизма
Комменсализм
Патогенные условно
Промежуточный тип взаимодействия: размножающиеся в макроорганизме микробы не наносят ему вреда
Паразитизм — форма антагонизма, при которой микроорганизм использует макроорганизм как источник питания и объект постоянного или временного обитания.
Мутуализм — форма взаимовыгодного сосуществования микро‑ и макроорганизма (например, бактерии из группы кишечной микрофлоры и организм).
Комменсализм — форма взаимоотношения микро‑ и макроорганизма, при которой жизнедеятельность микробов в макроорганизме не наносит последнему вреда (например, нормальная микрофлора кишечника, кожи, слизистых оболочек).
Виды возбудителей
К возбудителям инфБ относятся простейшие, грибы, бактерии, вирусы и прионы.
Каждый из вышеуказанных возбудителей инфБ обусловливает специфические черты инфП. В значительной мере они определяются природой микроорганизма.
Свойства возбудителей
Классическая модель инфП наиболее типична для бактериальных инфекций. В отличие от этого, развитие инфП при вирусных инфекция имеет существенные особенности в связи с тем, что вирусы являются «генетическими паразитами».
Важным свойством микроорганизмов‑паразитов является их патогенность — способность вызывать определённую инфБ.
Патогенность
Патогенность — видовой признак (присущий представителям одного и того же вида возбудителя). Этот признак закреплён в генетической программе микроорганизма и, следовательно, передается по наследству.
Свойство патогенности означает способность микроорганизма:
• проникать в макроорганизм,
• размножаться в нём,
• вызывать болезнь с патогенезом, характерным для данного возбудителя.
Мерой патогенности является фенотипическое свойство — вирулентность.
Вирулентность
Вирулентность — свойство, характеризующее степень болезнетворности данного микроорганизма. Она зависит как от характеристик микроорганизма, так и от восприимчивости макроорганизма.
Факторы патогенности
Факторы патогенности перечислены на рис. 7–1.
Рис. 7–1. Основные факторы патогенности микроорганизмов.
Факторы распространения
Факторы распространения обеспечивают или облегчают проникновение возбудителя во внутреннюю среду организма и распространение в ней. К ним относятся:
• ферменты (например, гиалуронидаза, коллагеназа, нейраминидаза);
• жгутики (например, у холерного вибриона, кишечной палочки, протея);
• ундулирующая мембрана (например, у спирохет и некоторых простейших).
Факторы адгезии и колонизации
Факторы адгезии и колонизации способствуют попадающим в организм хозяина микроорганизмам взаимодействовать со специфическими рецепторами клеток, обеспечивая тем самым возможность паразитирования, размножения и образования колоний.
• Адгезивные молекулы — поверхностные химические структуры микробных клеток белковой или полисахаридной природы. Различные адгезины обеспечивают прочность взаимодействия микробов с определёнными клетками макроорганизма.
• Колонизация — размножение и образование большого количества однородных микробов (колоний). Этому способствуют также многие экзотоксины.
Факторы защиты
К факторам защиты возбудителя от бактерицидных механизмов организма хозяина относятся:
• капсулы, механически защищающие микроб от фагоцитоза (таким свойством обладают, например, возбудители сибирской язвы, гонореи, туберкулёза);
• факторы, угнетающие различные стадии фагоцитоза и реакции иммунитета (например, каталаза, содержащаяся у отдельных штаммов стафилококка разрушает H2O2 и тем самым угнетает процесс переваривания микробов в фагоците; протеаза гидролизует Ig; коагулаза стимулирует свёртывание белков плазмы крови, в том числе — АТ).
Токсины
Токсины — вещества, оказывающие повреждающее действие на клетки и ткани организма хозяина (рис. 7–2).
Рис. 7–2. Дозозависимые эффекты биологически активных веществ, образующихся под действием ЛПС.
Описано более 50 разновидностей бактериальных токсинов. По происхождению в макроорганизме их подразделяют на эндогенные (эндотоксины) и экзогенные (экзотоксины).
Эндотоксины
Эндотоксины — вещества, выделяемые бактериями в среду обитания при их разрушении. Образование токсинов контролируется генами хромосом или/и плазмидами (например, Col, F, R), которые включают в себя tox–транспозоны или фаги.
• Эндотоксин обладает классическими признаками, характерными для ядов (например, токсическое действие в минимальных дозах, взаимодействие со специфическими рецепторами, селективность действия, термостабильность и др.).
• Эндотоксины являются липополисахаридами (ЛПС). Они относятся к основным структурным компонентам внешней мембраны практически всех грамотрицательных бактерий (в том числе и непатогенных для человека). Биологическая активность эндотоксина определяется его гидрофобным компонентом — липидом А.
• Механизм действия ЛПС in vivo не носит специфического характера.
† При попадании в организм ЛПС поглощается фагоцитами (лейкоцитами, макрофагами, купферовскими клетками и др.).
† Указанные
клетки активируются, синтезируют и
секретируют в окружающую среду
значительное количество БАВ липидной
и белковой природы: Пг, активирующий
тромбоциты фактор (PAF),
лейкотриены, ИЛ, ИФН, ФНО,
колониестимулирующие факторы и др.
† В крови эндотоксин взаимодействует с ЛПВП и белком, связывающим его. Этот липопротеинсвязывающий белок катализирует перенос его же мономерной формы на мембрану клетки‑мишени (моноциты, нейтрофилы).
† На клеточной мембране происходит связывание липопротеинсвязывающего белка с CD14. Этот белок выполняет функцию «рецептора–мусорщика», ответственного за удаление молекулы эндотоксина с поверхности клетки с помощью эндоцитоза, а также презентирует молекулы эндотоксина «истинному» рецептору. Описаны также другие мембранные белки, выполняющие функцию рецептора для ЛПС.
• Повреждающий эффект ЛПС реализуется при участии ИЛ 1–8, ФНО, PAF.
• В настоящее время выделен ряд критических этапов, воздействие на которые способно подавить активацию клеток‑мишеней и блокировать патогеное действие эндотоксинов.
Экзотоксины
Экзотоксины — вещества, выделяемые в окружающую среду (т.е. секретируемые) микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности. В зависимости от объекта воздействия в эукариотических клетках, экзотоксины условно подразделяют на мембранотоксины и токсины, влияющие на внутриклеточные структуры.
• Действующие на цитолемму мембранотоксины обеспечивают повышение её проницаемости и/или деструкцию. К основным мембранотоксинам относят:
† порообразующие неферментные вещества (могут приводить к апоптозу T-лимфоцитов),
† соединения, оказывающие прямое ферментативное повреждение мембран (нейраминидаза, гиалуронидаза, фосфолипазы, сфингомиелиназы и пр.);
† токсины, оказывающие детергентный эффект на липидный слой мембран (они содержат амфифильные соединения типа лизофосфолипидов).
• Влияющие на внутриклеточные структуры токсины. В молекуле экзотоксинов этой подгруппы имеется две функционально различные части: рецепторная и каталитическая. Каждая из них ответственна за определённый этап взаимодействия с эукариотической клеткой.
• Взаимодействие экзотоксинов с клетками протекает в четыре этапа: (1) связывания с рецептором, (2) интернализации, (3) перемещения в цитозоле, (4) внутриклеточных эффектов (табл. 7–2).
Таблица 7–2. Этапы взаимодействия экзотоксинов микробов с клеткой‑мишенью
-
Этап
Содержание
Взаимодействие с клеткой
Рецепторная часть токсина взаимодействует со специфическим рецептором клетки
Интернализация
Токсин‑рецепторный комплекс инвагинирует, везикулируется и поступает в цитозоль клетки
Транслокация в цитозоле
Токсин перемещается в цитоплазме клетки
Ферментативная модуляция структуры мишени
Каталитическая субъединица токсина повреждает структуры клетки
• Экзотоксины обладают исключительно высокой специфичностью действия. Благодаря этому они обеспечивают развитие синдромов, характерных для действия именно данного токсина (ботулизма, столбняка, дифтерии и пр.).
Инфицирующая доза
Инфицирующая доза — минимальное количество жизнеспособных возбудителей, необходимых для развития инфБ. От величины инфицирующей дозы микроба может зависеть тяжесть течения инфП, а в случае условно‑патогенных бактерий — возможность его развития.
Величина инфицирующей дозы в большой мере зависит от вирулентных свойств возбудителя. Между этими двумя характеристиками существует обратная зависимость: чем выше вирулентность, тем ниже инфицирующая доза и наоборот. Известно, что для такого высоковирулентного возбудителя как чумная палочка (Yersinia pestis) инфицирующая доза может колебаться от одной до нескольких микробных клеток; для Shigella dysenteriae (палочка Григорьева‑Шига) — около 100 микробных клеток. В отличие от этого, инфицирующая доза низковирулентных штаммов может быть равна 105–106 микробных клеток.
Условия возникновения инфекции
Они определяются входными воротами инфекции, путями её распространения в организме, механизмами противоинфекционной резистентности.
Входные ворота
Входные ворота инфекции — место проникновения микробов в макроорганизм. Такими воротами могут быть:
• кожные покровы (например, для возбудителей малярии, сыпного тифа, кожного лейшманиоза),
• слизистые оболочки дыхательных путей (для возбудителей гриппа, кори, скарлатины и др.),
• слизистые оболочки ЖКТ (например, для возбудителей дизентерии, брюшного тифа),
• слизистая оболочка мочеполовых органов (для возбудителей гонореи, сифилиса и др.),
• стенки кровеносных и/или лимфатических сосудов, через которые возбудитель поступает в кровь или лимфу (например, при укусах членистоногих и животных, инъекциях и хирургических вмешательствах).
Входные ворота могут определять нозологическую форму заболевания. Так, внедрение стрептококка в области миндалин вызывает ангину, через кожу — рожу или пиодермию, в области матки — эндометрит.
Пути распространения бактерий
Известны следующие пути распространения бактерий в организме:
• по межклеточному пространству (благодаря бактериальной гиалуронидазе или дефектам эпителия),
• по лимфатическим капиллярам — лимфогенно,
• по кровеносным сосудам — гематогенно,
• по жидкости серозных полостей и спинномозгового канала.
Большинство возбудителей имеет тропность к определённым тканям макроорганизма. Это определяется наличием молекул адгезии у микробов и специфических рецепторов у клеток макроорганизма, что ведёт к присоединению бактерий к рецепторам клеток‑мишеней.
Механизмы противоинфекционной резистентности
Существуют эффективные защитные системы, препятствующие проникновению возбудителей в организм, их размножению и реализации их патогенных эффектов. Особенно велика роль факторов, тормозящих проникновение патогенных или условно‑патогенных бактерий. В качестве примера в табл. 7–3 представлены основные защитные факторы ЖКТ.
Таблица 7–3. Основные защитные факторы желудочно‑кишечного тракта
-
Отдел ЖКТ
Факторы защиты
Ротоглотка
Лизоцим, протеолитические ферменты слюны, секреторные Ig, эндогенная микрофлора
Желудок
Кислая среда, протеолитические ферменты, перистальтика
Тонкий кишечник
Жёлчные кислоты, протеолитические ферменты, секреторные Ig, кишечная микрофлора, муцин, слущивание эпителиоцитов, лимфоидные образования, перистальтика
Толстый кишечник
Кишечная микрофлора, секреторные Ig, муцин, слущивание эпителиоцитов, перистальтика
Учитывая наличие защитных факторов макроорганизма, попадание в него инфекционного агента не означает обязательного и, тем более, немедленного развития инфБ. В зависимости от условий инфицирования и состояния защитных систем, инфП может вообще не развиться или протекать в форме бактерионосительства. В последнем случае какие‑либо системные ответные реакции организма (включая иммунные) не выявляются.