Занятие 19

Тема занятия: Характеристика семейства энтеробактерий. Эшерихии. Шигеллы. Биологические свойства. Классификация. Патогенез вызываемых заболеваний. Лабораторная диагностика.

Учебная цель занятия: Познакомиться с характеристикой семейства энтеробактерий, биологическими свойствами эшерихий и шигелл, их классификацией, патогенезом и клиникой вызываемых ими заболеваний, методами лабораторной диагностики, профилактикой эшерихиозов и дизентерии.

Задачи занятия:Познакомиться с биологическими свойствами эшерихий и шигелл, ролью этих возбудителей в инфекционной патологии, особенностями лабораторной диагностики коли-инфекции и дизентерии.

Характеристика семейства Еnterobacteriaceae

Семейство Enterobacteriaceae является одним из самых обширных и включает наибольшее число патогенных для человека представителей.  Местом обитания всех видов энтеробактерий является кишечник, откуда они выделяются во внешнюю среду. Энтеробактерии представляют собой грамотрицательные палочки средних размеров. Спор не образуют. По типу дыхания относятся к факультативным анаэробам. Подвижны благодаря перитрихиально расположенным жгутикам или неподвижны при их отсутствии. Хорошо растут на простых питательных средах. Все представители семейства Enterobacteriaceae обладают сахаролитической активностью – ферментируют углеводы до кислоты и газа или только до кислоты. Протеолитическая активность выражена слабо. В биохимическом отношении наиболее активна Escherichiacoli, являющаяся представителем нормальной микрофлоры организма человека. Наименьшей ферментативной активностью обладают Shigelladysenteriae и Salmonellatyphi.

Род Escherichia Естественным местом обитания эшерихий является  кишечник человека, животных, большинства птиц, многих пресмыкающихся, рыб, насекомых. Эти микроорганизмы были открыты в 1885 г. Т. Эшерихом.

Морфология. Эшерихии представляют собой палочки средних размеров. Грамотрицательны, большинство разновидностей подвижно благодаря перитрихиально расположенным жгутикам, но есть и неподвижные варианты. Спор не образуют. Некоторые штаммы имеют капсулу. Факультативные анаэробы. Могут расти при температуре от 10° до 46°С, оптимальная температура 35 - 37°С. Хорошо растут на простых питательных средах. На плотных средах образуют колонии средних размеров, гладкие, влажные, блестящие, с ровным краем. На жидких средах вызывают равномерное помутнение, иногда с осадком или пленкой. Эшерихии обладают высокой сахаролитической активностью – ферментируют углеводы, в т.ч.  лактозу,  до кислоты и газа. Протеолитическая активность выражена слабо – желатин не разжижают, могут продуцировать индол. На среде Эндо лактозоположительные штаммы образуют темно-красные колонии с металлическим блеском. Эшерихии, не ферментирующие лактозу, растут в виде бесцветных колоний. Антигенная структура сложная: имеется соматический О-антиген, капсульный К-антиген и жгутиковый Н-антиген. О-антиген определяет  серологическую группу. Имеется  171 разновидность О-антигена. Поверхностный К-антиген может быть представлен 3 вариантами – А, В и L. Эти антигены отличаются друг от друга по термоустойчивости – самым термостабильным является А-антиген – он выдерживает кипячение в течение двух часов. L-антиген разрушается при нагревании до 60°С. В-антиген выдерживает воздействие температуры 60°С в течение часа. У эшерихий обнаружено более 90 разновидностей К-антигена, преимущественно В-типа. К-антиген располагается более поверхностно, чем О-антиген, поэтому он может препятствовать агглютинации О-сыворотками. В этом случае О-антиген можно выявить только после разрушения К-антигена кипячением в течение двух часов. Типовой специфичностью обладает Н-антиген, по которому эшерихии делятся на серологические варианты (около 60). В окружающей среде эшерихии  устойчивы. При 60°С они погибают в течение 15 мин. В воде, почве сохраняют жизнеспособность в течение нескольких месяцев. Прямой солнечный свет вызывает гибель  через несколько минут. Чувствительны к действию дезинфицирующих веществ.

Роль в патологии. Вид E. coliне является однородным. Различают:

1. непатогенные (резидентные) комменсалы, пожизненно колонизирующие толстый кишечник;

2. условно-патогенные – вызывают внекишечные поражения (цистит, сепсис); такие заболевания возникают, как правило, эндогенно за счет эшерихий, колонизирующих кишечник;

3. патогенные (диареегенные) эшерихии – вызывают острые кишечные инфекции (ОКИ), которые имеют экзогенное происхождение.

       Условно-патогенные эшерихии входят в состав нормальной микрофлоры  кишечника. Являются санитарно-показательными микроорганизмами (присутствие кишечной палочки в воде, почве, пищевых продуктах, предметах обихода свидетельствует о их фекальном загрязнении). Условно-патогенные эшерихии способны вызывать заболевания при проникновении  в ткани вне пищеварительного тракта  - в мочевыводящие и желчные пути, легкие, брюшину, мозговые оболочки, где возникает гнойно-воспалительный процесс, который нередко  развивается на фоне иммунодефицита. Патогенные E. сoli – возбудители ОКИ, получили название диареегенных. Они подразделяются на 4 основные категории:

1. энтеротоксигенные E. сoli (ETEC);

2. энтероинвазивные (EIEC);

3. энтеропатогенные (EPEC);

4. энтерогеморрагические (EHEC).

Энтеротоксигенные эшерихии (ETEC). Серогруппы: О6, О8, О15, О20, О25, О27, О63, О78, О80, О85, О115, О128ас, О139, О148, О153, О159, О167. Продуцируют термолабильный (LT) и термостабильный (ST) энтеротоксины, синтез которых обусловлен наличием плазмиды. Это приводит к накоплению цАМФ и развитию диарейного синдрома. Некоторые штаммы эшерихий продуцируют оба энтеротоксина одновременно, другие – один из них. Клиническая картина инфекции сходна с холерой: водянистая диарея, тошнота, рвота, кишечные спазмы, небольшая лихорадка. В испражнениях примеси отсутствуют или обнаруживается небольшое количество слизи. Вспышки водные, пищевые. Сезонность летняя.

Энтероинвазивные эшерихии (EIEC). Серогруппы: О28ас, О29, О124, О136, О143, О144, О152, О164, О167.         Способны внедряться и размножаться в клетках эпителия нижнего отдела подвздошной и толстой кишки. Это обусловлено наличием плазмиды. Являются возбудителями дизентериеподобных заболеваний, характеризующихся непродолжительной водянистой диареей, развитием колитического синдрома, лихорадкой, токсикозом. В стуле возможна примесь крови, слизи, полиморфноядерных лейкоцитов. Обычно болеют дети в возрасте от 1,5 до 2 лет, но могут болеть и подростки, и взрослые. Сезонность летне-осенняя. Вспышки пищевые, водные. Заболевания нередко регистрируются как госпитальная инфекция, при этом доминирует E. сoli О124.

Энтеропатогенные эшерихии (EPEC). Эта группа эшерихий включает 9 серогрупп класса 1: О55, О86, О111, О119, О125, О126, О127, О128аb, О142 и четыре серогруппы класса 2:  О18, О44, О112, О114.         Вирулентность этой группы эшерихий связана с белком наружной мембраны, получившим название интимин, его синтез детерминирован  хромосомным геном, а также белком, синтез которого контролируется плазмидой 60 мДа. Некоторые серовары продуцируют шигаподобные токсины. ЕРЕС обладают способностью размножаться на поверхности эпителия тонкого кишечника, что приводит к разрушению микроворсинок и повреждению апикальной поверхности эпителия. Заболевание характеризуется продолжительной водянистой диареей, рвотой, лихорадкой, симптомами обезвоживания. Часто имеет место тяжелое, пролонгированное течение. В стуле обнаруживается примесь слизи. Инфекция передается преимущественно контактно-бытовым путем. Преимущественно болеют дети в возрасте до двух лет. Сезонность не выражена. Вспышки бытовые, редко пищевые. Часто регистрируются как внутрибольничные инфекции в отделениях для новорожденных и грудных детей, находящихся на искусственном вскармливании.

Энтерогеморрагические эшерихии (EHEC). Серогруппы: О26, О111, О145, О157.  Наибольшее эпидемиологическое значение имеет E. сoli серовара О157:Н. ЕНЕС способны к адгезии на поверхности клеток эпителия толстой кишки. Адгезия обусловлена пилями, детерминированными плазмидой размером 60 мДа. Эта плазмида, кроме этого, детерминирует синтез гемолизина, способствующего нарушению барьерной функции кишечника. Развитие геморрагического колита обусловлено способностью эшерихий данной группы продуцировать шигаподобные токсины (их синтез контролируется конвертирующими фагами). Поражаются слепая, восходящая и поперечная толстая кишка. Клинически заболевание  проявляется колитическим синдромом, отсутствием лихорадки. В испражнениях наблюдается обилие крови, но без полиморфноядерных лейкоцитов. Около 5% больных погибает, у 12 – 30% возникают тяжелые осложнения, включая почечную недостаточность, гипертонию, поражение центральной нервной системы.  Сезонность летне-осенняя. Поражаются все возрастные группы за исключением грудных детей.

Клинические проявления коли-инфекции Гастроэнтерит новорожденных - тяжелое, часто смертельное заболевание. Диарея взрослых - от легких форм, сопровождающихся жидким стулом, недомоганием, до тяжелой холероподобной формы болезни. Эти заболевания встречаются повсеместно, однако чаще среди некачественно питающихся групп населения. Инфекция мочевого тракта. Е. coli - самый распространенный возбудитель воспаления мочевого пузыря (цистит), реже почек (пиело­нефрит). Инфекция преимущественно восходящая - из уретры в мочевой пузырь и почечные лоханки. Штаммы, вызывающие эти заболевания, отличаются по некоторым свойствам, например, по способности образовывать фимбрии, которые служат у них фактором адгезии. Бактериемия — тип генерализованного процесса, вызываемого E.coli. Иногда этот тип инфекции встречается при внутрибольничном заражении. Бактериемия может исходить из абсцессов в брюшной по­лости, мозге, костях.

Иммунитет. Ненапряженный, типоспецифический.

Лабораторная диагностика. Основной метод диагностики – бактериологический. Исследуемым материалом может служить гнойное отделяемое раны, моча, кровь. При острых кишечных инфекциях – фекалии. Материал засевают на среду Эндо. По морфологическим, культуральным и биохимическим свойствам патогенные и непатогенные эшерихии не отличаются друг от друга, поэтому отбор подозрительных колоний проводят по антигенной структуре: на стекле ставят реакцию агглютинации с поливалентными адсорбированными коли-сыворотками и материалом из колоний. Если на чашке вырастают колонии одного типа (на среде Эндо – малиново-красные, с металлическим блеском), агглютинируют не менее 10 колоний. Если обнаруживаются колонии разных типов (малиново-красные без металлического блеска, темно-розовые и т.п.), то испытывают с помощью реакции агглютинации по 5 колоний каждого типа. Чистую культуру выделяют из колоний, давших положительную реакцию агглютинации с поливалентной коли-сывороткой. Идентификацию выделенных культур проводят путем изучения ферментативной активности и антигенной структуры. Определяют серологическую группу с живой и гретой культурой и О- и К-сыворотками. Для выявления О-антигена культуру эшерихий кипятят на водяной бане в течение 1 – 2 часов, что приводит к разрушению К-антигена.

Профилактика. Специфическая профилактика не разработана. Основу неспецифической профилактики составляют санитарно-гигиенические и противоэпидемические мероприятия.

ШИГЕЛЛЫ

Морфология и другие биологические свойства. Шигеллы представляют собой короткие неподвижные грамотрицательные палочки. Не образуют капсул и спор. Факультативные анаэробы. Растут в широком диапазоне температур (от 10 до 45°С), оптимальная температура - 37°С, оптимальная рН 6,7 – 7,2. К составу питательных сред не требовательны. На плотных средах образуют мелкие (диаметром около 2 мм) гладкие, с ровными краями, выпуклые, блестящие, полупрозрачные  колонии. На плотных дифференциально-диагностических средах с лактозой (Плоскирева, Эндо, Левина) колонии бесцветные. На жидких средах вызывают равномерное помутнение.  Углеводы ферментируют до кислоты. Не ферментируют лактозу (за исключением  Sh. sonnei, которая способна ферментировать лактозу замедленно, в течение 48 - 120 часов). Не продуцируют сероводород, не разжижают желатин. Могут образовывать индол. Содержат соматический О- и капсульные К-антигены. В зависимости от осособенностей строения О-антигена делятся на 4 подгруппы или вида:   подгруппа А –  Sh. dysenteriae (13 сероваров); подгруппа В – Sh. flexneri (6 сероваров); подгруппа С – Sh. boydii (18 сероваров); подгруппа D –  Sh. sonnei.

Факторы вирулентности. Шигеллы имеют факторы адгезии и колонизации: пили, белки наружной мембраны, липополисахарид клеточной стенки. Адгезии и колонизации способствуют ферменты, разрушающие слизь, - нейраминидаза, гиалуронидаза, муциназа.  Все виды шигелл обладают способностью к инвазии в клетки эпителия слизистой оболочки толстой кишки, межклеточному распространению и размножению в клетках. Эта способность определяется плазмидой инвазии, которая имеется у всех четырех видов шигелл. Шигеллы продуцируют токсин Шига и шигаподобные токсины. Токсин Шига продуцирует Sh. dysenteriae1 серовара, остальные – шигаподобные токсины. Это белковые токсины, состоящие из субъединиц А и В. Субъединица А, проникнув в клетку, взаимодействует с 60S-субъединицей рибосом, что приводит к нарушению синтеза белка. Токсин Шига обладает свойствами энтеротоксина, нейротоксина и сильного цитотоксина.   Эндотоксин  шигелл  подавляет активность клеток иммунной памяти.

Устойчивость. Шигеллы во влажной почве сохраняют жизнеспособность до трех   месяцев, в воде – в течение 92 дней, в молоке – до скисания, в масле – в течение 8 – 10 дней. Sh. sonneiв молоке и молочных продуктах способны размножаться. Шигеллы хорошо переносят высушивание, низкие температуры (во льду сохраняются до 96 дней), но быстро погибают при действии прямого солнечного света, нагревании (при 60°С в течение 30 мин, при 100°С – моментально). Чувствительны к обычно используемым дезинфицирующим веществам.

Патогенез. Шигеллы поражают дистальные отделы толстого кишечника – сигмовидную и прямую кишку, вызывая дизентерию. Дизентерия (dysenteria) – острое инфекционное заболевание, которое клинически проявляется частым болезненным стулом с кроваво-слизистыми испражнениями и интоксикацией. Шигеллы прикрепляются к М-клеткам, которые покрывают региональные лимфатические образования подслизистой кишечника. Через М-клетки шигеллы проникают в подслизистую оболочку, где поглощаются макрофагами. Взаимодействие шигелл с макрофагами приводит к гибели последних, следствием чего является выделение ИЛ-1 и ИЛ-18, которые вызывают острое воспаление в подслизистой с привлечением большого количества нейтрофилов. Гибель фагоцитов позволяет шигеллам сохранить жизнеспособность и проникать в эпителиальные клетки слизистой оболочки через базальную мембрану. Внутри энтероцитов шигеллы размножаются, проникают в соседние клетки, что приводит к появлению эрозий. В результате гибели шигелл происходит выделение токсина Шига, шигаподобных токсинов и эндотоксина, что приводит к появлению крови в испражнениях. Инкубационный период дизентерии колеблется от нескольких часов до трех – пяти дней. Постепенно или сразу развиваются явления острого колита. Характерны резкие, коликообразные боли в животе и частые, ложные, мучительные позывы к дефекации – тенезмы (до 20 – 30 раз в сутки). Испражнения становятся слизисто-водянистыми, с примесью слизи и гноя, а при более тяжелом течении дизентерии – крови, гноя и частиц слизистой кишечника. Заболевание продолжается 1 – 3 недели. Могут встречаться атипичные, стертые формы. Заболевания, вызванные Sh. sonnei, могут начинаться по типу пищевых токсикоинфекций. Примерно в 3% случаев заболевание переходит в хроническую форму, в 2% - формируется длительное бактерионосительство.

Иммунитет. После перенесенного заболевания формируется антимикробный и антитоксический иммунитет. Иммунитет вариантоспецифический, поэтому при заражении другими сероварами шигелл возможны повторные заболевания. Основную защитную роль играет местный иммунитет, в частности, большое значение имеет уровень секреторных IgA.

Лабораторная диагностика. Основным методом диагностики является бактериологический. Исследуемым материалом служат испражнения, которые засевают на дифференциально-диагностические питательные среды с лактозой (Плоскирева, Эндо, Левина). Для выделения чистой культуры отбирают лактозонегативные (бесцветные) колонии, которые пересевают на трехсахарный агар (среда Олькеницкого). В качестве вспомогательного используют серологический метод (РНГА).

Эпидемиология. Источником инфекции является только человек, больной острой или хронической дизентерией, либо являющийся бактерионосителем. Механизм передачи – фекально-оральный, пути: 1) алиментарный (преобладающий путь для шигелл Зоне); 2) водный (преобладающий для шигелл Флекснера); 3) контактно-бытовой (является ведущим для Sh. dysenteriaе).

Особенностью эпидемиологии дизентерии является смена видового состава возбудителей. До конца 30-х годов ХХ века на долю Sh. dysenteriaeприходилось до 30 – 40% всех случаев заболеваний дизентерией, затем этот серовар стал встречаться все реже и почти исчез. Однако в 60 – 80-е годы Sh. dysenteriae1 серовара вновь появилась и вызвала серию эпидемий, которые привели к формированию трех гиперэндемических очагов ее – в Центральной Америке, Центральной Африке и Южной Азии. Причины смены видового состава возбудителей дизентерии, по-видимому, связаны с изменением коллективного иммунитета и с изменением свойств дизентерийных бактерий. В частности, возвращение Sh. dysenteriaeI серовара и ее широкое распространение связывают с приобретением ею плазмид, обусловивших множественную лекарственную устойчивость и повышенную вирулентность. В настоящее время преобладают заболевания, вызванные Sh. sonneiи Sh. flexneri. Естественная восприимчивость людей к дизентерии высокая. Дизентерия распространена повсеместно. Обычно заболевания возникают в виде вспышек алиментарного или водного характера. Чаще  болеют дети до 10-летнего возраста. Характерна летне-осенняя сезонность.

Лечение и профилактика. Антибиотики применяют  после определения антибиотикограммы. Наиболее эффективными в настоящее время являются фторхинолоны. Целесообразность назначения антибактериальных химиопрепаратов определяется тяжестью заболевания. Для лечения может применяться дизентерийный бактериофаг. Фаг может использоваться и для экстренной профилактики. В случае возникновения дисбактериоза показано применение препаратов для коррекции микрофлоры. Профилактика неспецифическая. Включает комплекс санитарно-гигиенических и противоэпидемических мероприятий.

 Контрольные вопросы по теме занятия: 1. Общая характеристика семейства энтеробактерий. 2. Бактерии рода Escherichia. Биологические свойства. Антигенная структура. 3. Гнойно-воспалительные процессы, вызываемые эшерихиями. 4. Эшерихии – возбудители кишечных инфекций. Патогенез и клиника вызываемых заболеваний. 5. Лабораторная диагностика заболеваний, вызываемых эшерихиями. 6. Эпидемиология эшерихиозов. Профилактика. 7. Внутрибольничные эшерихиозы. Госпитальные штаммы эшерихий. 8. Характеристика бактерий рода Shigella. Классификация. 9. Патогенез и клиника дизентерии. Иммунитет. 10. Лабораторная диагностика дизентерии. 11. Эпидемиология дизентерии. Профилактика.

ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ: Основная литература: 1. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. Под ред.А.А. Воробьева. М., 2004

Дополнительная литература: 1.Л.Б.Борисов. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. М., 2002. 2. О.К.Поздеев. Медицинская микробиология. М., ГЭОТАР-МЕД, 2001. 3. Медицинская микробиология. Справочник. Под ред. В.И.Покровского и О.К.Поздеева. М., ГЭОТАР-МЕД, 1998. 4.  З.Н.Кондрашова и др. Грамотрицательные бактерии (учебное пособие). Екатеринбург, 2001.