Тема 13. Основы экологической микробиологии.

Микрофлора тела здорового человека.

Содержание:

Основные понятия по микроэкологии.

Микрофлора тела здорового человека.

Значение микрофлоры тела в жизни человека.

Микрофлора окружающей среды.

Основы санитарной микробиологии.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПО МИКРОЭКОЛОГИИ

Экология микроорганизмов - наука о взаимоотношениях микробов друг с другом и с окружающей средой. В медицинской микробиологии объектом изучения служит комплекс взаимоотношений микроорганизмов с человеком.

Популяция – совокупность особей одного вида, обитающих в пределах определенного биотопа.

Биотоп – территориально ограниченный участок биосферы с относительно однородными условиями жизни.

Микробиоценоз – сообщество популяций микроорганизмов, обитающих в определенном биотопе.

Рис. 1. Микроколонии бактерий - биопленки, в разных биотопах.

Типы взаимоотношений микробов в биоценозах

Симбиоз - совместное длительное существование микроорганизмов в долгоживущих сообществах. При этом обе популяции извлекают для себя пользу.

Коменсализм - разновидность симбиоза, при которой выгоду извлекает только один партнер, не принося видимого вреда другому

Паразитизм

Антагонистический симбиоз - симбиотические отношения, наносящие хозяину более или менее выраженный вред; его крайнее проявление паразитизм. Паразитические виды живут за счет живых тканей растений и животных. Проникая в организм хозяина, они могут вызывать у него заболевание, поэтому их обозначают как патогенные микроорганизмы.

Факультативные паразиты в зависимости от внешних условий могут вести себя как паразиты, либо как сапрофиты. К ним относятся большинство условно-патогенных бактерий.

Облигатные паразиты в естественных условия размножаются только в организме хозяина, вне организма они могут сохраняться лишь некоторое время, не размножаясь. В организме они размножаются внеклеточно или внутриклеточно.

Факультативно внутриклеточные паразиты лучше размножаются в цитоплазме или ядре клеток, но могут размножаться и вне клетки (менингококки, гонококки, микобактерии туберкулеза и др.).

Облигатно внутриклеточные паразиты размножаются только в клетках организма-хозяина (риккетсии, хламидии, вирусы).

Антагонизм

При антагонизме (конкуренции) происходит подавление жизнедеятельности одной популяции другой. Формы истребления могут быть вариабельными - от банального поглощения более мелких видов до выделения высокоспецифичных продуктов, токсичных для конкурента (бактериоцины, антибиотики, фитонциды, интерферон, органические и жирные кислоты и др.)

МИКРОФЛОРА ТЕЛА ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА

Организм человека в норме содержит сотни видов микроорганизмов; среди них доминируют бактерии. Вирусы и простейшие представлены значительно меньшим числом видов.

Термин «нормальная микрофлора» объединяет микроорганизмы, более или менее часто выделяемые из организма здорового человека. Провести четкую границу между сапрофитами и патогенными микробами, входящими в состав нормальной микрофлоры, часто невозможно.

Кровь и внутренние органы здорового человека и животных практически стерильны. Не содержат микробов и некоторые полости, соприкасающиеся с внешней средой - матка, мочевой пузырь. Быстро уничтожаются микробы в легких. Но в ротовой полости, в носу, в кишечнике, во влагалище имеется постоянная нормальная микрофлора, характерная для каждой области тела (аутохтонная). При этом человек служит источником поступления в окружающую среду множества микроорганизмов.

В течение внутриутробного периода организм развивается в стерильных условиях полости матки, и его первичное обсеменение происходит при прохождении через родовые пути и в первые сутки при контакте с окружающей средой. Затем в течение ряда лет после рождения формируется характерный для определенных биотопов его организма микробный «пейзаж». Среди нормальной микрофлоры выделяют резидентную (постоянную) облигатную микрофлору и транзиторную (непостоянную) микрофлору, не способную к длительному существованию в организме.

Основные микробные биотопы

Кожа

На кожных покровах микроорганизмы подвержены действию бактерицидных факторов сального секрета, повышающих кислотность. В подобных условиях живут преимущественно Staphylococcus epidermidis, микрококки, сарцины, аэробные и анаэробные дифтероиды. Соблюдение элементарных правил гигиены может уменьшить число бактерий на 90%.

Дыхательная система

В верхние дыхательные пути попадают пылевые частицы, нагруженные микроорганизмами, большая часть которых задерживается в носо- и ротоглотке. Здесь растут бактероиды, коринеморфные бактерии, гемофильные палочки, пептококки, лактобактерии, стафилококки, стрептококки, непатогенные нейссерии и др. Трахеи и бронхи обычно стерильны.

Мочеполовая система

Микробный биоценоз органов мочеполовой системы более скудны. Верхние отделы мочевыводящих путей обычно стерильны; в нижних отделах доминируютStaphylococcus epidermidis, негемолитические стрептококки, дифтероиды; часто выделяют грибы родов Candida. В наружных отделах доминируют Mycobacterium smegmatis. В микробиоценоз влагалища включены молочнокислые бактерии, энтерококки, стрептококки, стафилококки, коринебактерии, палочки Додерлайна.

Рис. 2. Нормофлора влагалища.

Полость рта

Ротовая полость является удобным местом для развития микроорганизмов. Влажность, обилие питательных веществ, оптимальная температура, слабо щелочная реакция среды являются благоприятными факторами для развития микроорганизмов. Поэтому микрофлора полости рта чрезвычайно обильна и разнообразна.

Среди бактерий доминируют стрептококки, составляющие 30-60% всей микрофлоры ротоглотки. Менее аэрируемые участки колонизируют анаэробы - актиномицеты, бактероиды, фузобактерии и вейлонеллы. В полости рта также обитают спирохеты,микоплазмы, грибы рода Candida и разнообразные простейшие.

Нормальная микрофлора ротовой полости может быть причиной воспалительных процессов и кариеса зубов, однако, при огромном количестве микробов в полости рта воспалительные процессы возникают сравнительно редко. Защитное значение имеют барьерная функция слизистой оболочки и эмали зубов, фагоцитоз.

Рис. 3. Трехдневный зубной налет (электронная фотография).

Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ)

Наиболее активно бактерии заселяют ЖКТ; при этом колонизация осуществляется «по этажам».

В желудке здорового человека микробов практически нет, что вызвано действием желудочного сока. Тем не менее отдельные виды (например, Helicobacter pylori) адаптировались к обитанию на слизистой оболочке желудка.

Рис. 4. Хеликобактер (электронная фотография).

Верхние отделы тонкой кишки также относительно свободны от бактерий, что связано с неблагоприятным действием щелочного рН и пищеварительных ферментов. Тем не менее в этих отделах можно обнаружить кандиды, стрептококки и лактобациллы.

Нижние отделы тонкой и, особенно, толстая кишка - огромный резервуар бактерий; их содержание может достигать 1012 в 1 г фекалий (30% сухой массы кала).

Микрофлора кишечника представлена тремя основными группами.

К 1-й группе относятся грамположительные бесспоровые анаэробы - бифидобактерии и грамотрицательные бактероиды, составляющие 95% микробиоценоза.

Рис. 5. Бифидобактерии (слева) и бактероиды (справа) кишечника (световая микроскопия).

2-я группа (сопутствующая микрофлора) представлена в основном аэробами (лактобактерии, кокковая флора, Еscherichia coli) удельный вес ее невелик и не превышает 5%. Лактобактерии и нормальная E. coli являются синергистами бифидобактерий.

Рис. 6. Лактобактерии (слева), кокковая флора (в центре), кишечная палочка (внизу) (световая микроскопия).

В 3-ю группу включают редко встречающуюся микрофлору условно-патогенную или факультативную). Ее удельный вес не превышает 0,01-0,001% от общего количества микробов. Представителями факультативной микрофлоры являются протей, синегнойная палочка, стафилококк, кандида, серрацина, цитро-, энтеро- и кампилобактерии.

Представители 2-й и 3-й групп в физиологических условиях являются симбионтами 1-й группы, прекрасно с ней сосуществуют, не нанося вреда, проявляя агрессивные свойства лишь при определенных условиях.

Значение микрофлоры тела для человека

Барьер. Пристеночная микрофлора кишечника колонизирует слизистую оболочку в виде микроколоний, образуя своеобразную биологическую пленку. При этом бактерии препятствуют проникновению внутрь организма и вредных микробов, и продуктов их жизнедеятельности.

Защита. Нормальная микрофлора является одним из важнейших факторов естественной резистентности (устойчивости) организма, так как проявляет высоко антагонистическое действие по отношению к другим, в том числе патогенным бактериям, препятствуя их размножению в организме.

Метаболизм. Микрофлора, особенно толстого кишечника, участвует в процессах пищеварения, в том числе в обмене холестерина и желчных кислот. Важная роль микрофлоры заключается также в том, что она обеспечивает организм человека различными витаминами, которые синтезируются ее представителями (витамин В1, В2, В6, В12, К, никотиновая, пантотеновая, фолиевая кислоты и др.) Эти витамины обеспечивают большую часть потребностей в них организма. Микрофлора регулирует водно-солевой обмен и газовый состав кишечника.

Детоксикация. Микроорганизмы ингибируют выделение токсина некоторыми микроорганизмами, принимают участие в детоксикации попадающих из внешней среды в организм ксенобиотиков (чужеродные вещества) и образующихся токсичных продуктов метаболизма путем их преобразования в нетоксичные продукты, разрушают концерогенные вещества.

Стимуляция иммунной системы. Микрофлора своими антигенными факторами стимулирует развитие лимфоидной ткани организма, образование антител и таким образом способствует поддержанию гомеостаза слизистых оболочек.

Инфекция. Однако представители нормальной микрофлоры не всегда приносят только пользу. При определенных условиях, в частности, при воздействии факторов, снижающих естественную резистентность, особенно в результате ионизирующего облучения, практически все представители нормальной микрофлоры, за исключением бифидобактерий, могут стать виновниками различных эндогенных инфекций, чаще всего гнойно-воспалительных заболеваний с различной локализацией: ангины, менингиты, циститы, отиты, нефриты, аппендициты, абсцессы, флегмоны и т.п.

Дисбактериоз

Состояние эубиоза - динамического равновесия микрофлоры и организма человека может нарушаться под влиянием факторов окружающей среды: состава и качества пищи, курения и употребления алкоголя, нормальной перистальтики и своевременного опорожнения кишечника и мочевого пузыря, качества пережевывания пищи и даже характера трудовой деятельности (сидячий или иной), стрессовых воздействий, широкого и бесконтрольного применения антимикробных препаратов, лучевой и химиотерапии. В результате нарушается колонизационная резистентность. Аномально размножившиеся микроорганизмы продуцируют токсичные продукты метаболизма - индол, скатол, аммиак, сероводород. Такое состояние, развивающееся в результате утраты нормальных функций микрофлоры, называется дисбактериозом или дисбиозом (дисбиоценоз). При дисбактериозе происходят изменения количественного соотношения и состава нормальной микрофлоры организма, главным образом его кишечника, при котором происходит уменьшение количества или исчезновение обычно составляющих ее микроорганизмов и появление в большом количестве редко встречающихся или несвойственных ей микробов, а также изменение сферы их обитания. Наиболее тяжелые формы дисбактериозов - стафилококковый сепсис, системный кандидоз и псевдомембранозный колит; среди всех форм доминируют поражения микрофлоры кишечника.

Для лечения дисбактериоза используют длительное время препараты, содержащие представителей нормальной микрофлоры, например, бифидобактерии (бифидумбактерин), лактобактерии (лактобактерин), бифидобактерии и кишечную палочку (бификол) и др. Кроме того необходимо соблюдать определенную диету с преобладанием в рационе молочно-растительной пищи, а также психотерапию с настроем на добрые чувства.

Рис. 7.Слизистая тонкого кишечника: сверху биопленка, покрывающая кишку (фотография).

МИКРОФЛОРА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Микрофлора почвы

Почва - главный резервуар и естественная среда обитания микроорганизмов, принимающих участие в процессах ее формирования и самоочищения, а также в круговороте веществ (азота, углерода,серы) в природе. В почве обитают бактерии, грибы, лишайники и простейшие.

В почве большинство представителей нормальной и патогенной микрофлоры человека и животных длительно не выживают. Однако некоторые бактерии, входящие в состав нормальной микрофлоры человека, включаются в биоценоз почвы. В почву они попадают с фекально-бытовыми и сточными водами различных предприятий.

В нормально функционирующей почве интенсивно протекает процесс самоочищения, в результате чего относительно быстро перерабатываются органические вещества в гумус и почва освобождается от несвойственных ей микроскопических грибов и бактерий.

Аспорогенные патогенные и условно-патогенные бактерии, вирусы выживают в течение нескольких дней, недель или месяцев; споры возбудителей сибирской язвы, столбняка, газовой гангрены, ботулизма могут сохраняться много лет.

Микрофлора воды

Вода - естественная среда обитания разнообразных микроорганизмов: бактерий, простейших, грибов, водорослей и вирусов.

В прибрежной зоне открытых водоемов, особенно вблизи крупных населенных пунктов, вода содержит большое количество заносных микробов, в том числе патогенных и условно-патогенных для человека, обитающих в кишечнике животных и самого человека и возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры, лептоспироза, энтеровирусных инфекций и др.).

Хотя вода и неблагоприятна для существования патогенных и условно-патогенных микробов, многие из них способны переживать в ней определенное время, а в некоторых случаях даже размножаться (холерный вибрион, легионеллы). Споры возбудителя сибирской язвы могут сохраняться в воде годы; многие месяцы переживают в воде энтеровирусы, сальмонеллы, лептоспиты, вирус гепатита А; меньше (дни, недели) - возбудители дизентерии, холеры, бруцеллеза. Условно-патогенные аспорогенные бактерии выживают в воде в течение нескольких недель.

Основной путь самоочищения воды - конкурентная активация сапрофитической микрофлоры, приводящая к быстрому разложению органических веществ и уменьшению численности бактерий, особенно фекального происхождения.

Микрофлора воздуха

Воздух не пригоден для размножения микроорганизмов, так как в нем недостаточно влаги и питательных веществ, а солнечная радиация и высушивание действуют на микроорганизмы губительно. Большее количество микроорганизмов присутствует в воздухе крупных городов, меньше - в воздухе сельской местности. Особенно мало микроорганизмов в воздухе над лесами, горами и морями. Воздух закрытых помещений содержит в основном микрофлору дыхательных путей и кожи человека, многие представители которой способны переживать в воздухе в течение времени, достаточного для инфицирования находящихся в нем людей.

Микрофлора пищевых продуктов

Многие пищевые продукты молоко и молочные продукты, мясо и мясные изделия, рыба, яйца, фрукты, овощи и др.) являются благоприятной средой для размножения микроорганизмов.

Микроорганизмы могут попасть в пищевые продукты при их заготовке, доставке, переработке и хранении. Источником этих микробов являются сырье, воздух, вода, оборудование, люди, занятые в процессе заготовки, доставки, переработки продуктов, а также животные (обычно грызуны), вступающие в контакт с продуктами. Через пищевые продукты (алиментарным путем) передаются возбудители кишечных инфекций, пищевых токсикоинфекций, зоонозов, микозов.

Микрофлора других сред

Кроме почвы, воды, воздуха, пищевых продуктов, микроорганизмы обнаруживаются на разнообразных предметах в окружении человека. В медицинских учреждениях, кроме бытовых предметов, имеются также специфические медицинские объекты (медицинский инструментарий и оборудование, перевязочный и шовный материалы, лекарственные препараты, растворы дезинфектантов, антисептиков, спецодежда, предметы ухода за больными). В перечисленных объектах обнаруживаются как свободноживущие, так и паразитические, микроорганизмы. Главным источником контаминации (загрязнения) условно-патогенными видами микроорганизмов являются выделения человека и реже - животных. Ряд возбудителей инфекционных заболеваний (легионеллы, псевдомонады, протеи, клебсиелла пневмонии, иерсинии) способны размножаться на некоторых объектах внешней среды (ванны, душевые и др.). Другие микроорганизмы – возбудители контактных, кишечных и капельных инфекций - сохраняются в окружающей среде в течение определенных сроков, достаточных для передачи новому хозяину. Эти сроки колеблются от нескольких минут (возбудители коклюша, кори, сифилиса) до многих месяцев (возбудитель туберкулеза) и лет (споры возбудителя сибирской язвы).

Рис. 8. Микробы есть повсюду.

ОСНОВЫ САНИТАРНОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

Санитарная микробиология - раздел медицинской микробиологии, изучающий микроорганизмы, содержащиеся в окружающей среде и способные оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Она разрабатывает микробиологические показатели гигиенического нормирования, методы контроля эффективности обеззараживания объектов окружающей среды, а также выявляет в объектах окружающей среды патогенные, условно-патогенные и санитарно-показательные микроорганизмы.

Для оценки санитарно-гигиенического состояния различных объектов окружающей среды, воды, пищевых продуктов и напитков проводятся санитарно-бактериологические исследования, целевое назначение которых состоит в определении эпидемической безопасности указанных объектов. Выявление в них патогенных микроорганизмов служит показателем эпидемической опасности.

О микробной обсемененности судят по микробному числу - общему количеству микроорганизмов, содержащихся в единице объёма или массы исследуемого объекта ( 1 см3 воды, 1г. почвы, 1м3 воздуха) . Содержание санитарно-показательных бактерий оценивается по двум показателям - титру и индексу. Титром называется тот минимальный объём или масса, в которой обнаруживаются данные бактерии; индексом - количество санитарно-показательных бактерий, содержащихся в 1 литре жидкости, 1г. плотных веществ, 1м3 воздуха.

К санитарно-показательным бактериям относятся представители облигатной микрофлоры организма человека и теплокровных животных, для которых средой обитания являются кишечник и воздушно-дыхательные пути. Возбудители кишечных инфекций имеют общий путь выделения (с фекалиями) с такими санитарно-показательными бактериями, как бактерии группы кишечной палочки - БГКП (в эту группу, кроме кишечной палочки, входят сходные по свойствам бактерии рода Citrobacter, Enterobacter, Klebsiella ), энтерококки, клостридии перфрингенс; возбудители воздушно-капельных инфекций имеют общий путь выделения с бактериями, постоянно обитающими на слизистой оболочке верхних дыхательных путей, выделяющимися в окружающую среду при кашле, чиханье, разговоре. В связи с этим в качестве санитарно-показательных бактерий для воздуха закрытых помещений предложены гемолитические стрептококки и золотистые стафилококки.

Влияние факторов окружающей среды на микроорганизмы