Патогенные простейшие факторы патогенности. Методы определения факторов патогенности микроорганизмов. Адгезия микроорганизмов к имплантируемым устройствам
| " |
Патогенность как биологический признак бактерий реализуется через их три свойства: инфекциозность, инвазивность и токсигенность (или токсичность).
Под инфекциозностью (или инфективностью) понимают способность возбудителей проникать в организм и вызывать заболевание, а также «способность микривое передаваться с помощью одного из механизмов передаги, сохраняя в этой фазе свои патогенные свойства и преодолевая поверхностные барьеры (кожу и слизистые)» (Королюк А. М., 1995). Она обусловлена наличием у возбудителей факторов, способствующих их прикреплению к клеткам организма и колонизации.
Под инвазивностью понимают способность возбудителей преодолевать защитные механизмы организма, размножаться, проникать в его клетки и распространяться в нем. Это свойство также связано с наличием у патогенных микроорганизмов большой группы факторов патогенности, которые наделяют их способностью к внедрению в клетки и размножению в них; факторов, подавляющих фагоцитоз и препятствующих ему; большой группы ферментов «агрессии и защиты».
Токсигенность бактерий обусловлена выработкой ими экзотоксинов. Токсичность обусловлена наличием эндотоксинов. Экзотоксины и эндотоксины обладают своеобразным действием и вызывают глубокие нарушения жизнедеятельности организма.
Инфекциозные, инвазивные (агрессивные) и токсигенные (токсические) свойства относительно слабо связаны друг с другом, они по-разному проявляются у разных микроорганизмов. Существуют микроорганизмы, у которых на первый план выходят агрессивные (инвазивные) свойства. К ним относится, например, возбудитель чумы. Хотя Y. pestis и образует экзотоксин («мышиный» токсин), однако основными факторами его патогенности служат те, которые подавляют защитные силы организма, обеспечивая быстрое внутриклеточное размножение возбудителя и распространение его по организму.
В то же время возбудители столбняка, дифтерии и ботулизма, обладая слабыми ин-фекциозными свойствами, продуцируют сильнейшие экзотоксины, которые и обусловливают развитие болезни, ее патогенез и клинику.
Следовательно, такое сложное биологическое свойство, как патогенность, обусловлено наличием у патогенных бактерий конкретных факторов патогенности, каждый из которых ответствен за проявление определеннных свойств. К ним относятся следующие факторы:
1. Хемотаксис и подвижность (у бактерий, имеющих жгутики). С помощью хемотаксиса бактерии ориентируются в отношении своих клеток-мишеней, а наличие Жгутиков ускоряет их приближение к клеткам.
2. Ферменты, разрушающие субстраты слизи, которая покрывает эпителиальные клетки слизистых оболочек. Протеазы, нейраминидазы, лецитиназы и другие ферменты, разрушая слизь, способствуют высвобождению рецепторов, с которыми взаимодействуют микроорганизмы.
3. Факторы адгезии и колонизации, с помощью которых бактерии распознают рецепторы на мембранах клеток, прикрепляются к ним и колонизируют клетки. У бактерий функцию факторов адгезии выполняют различные структуры клеточной Стенки: фимбрий, белки наружной мембраны, ЛПС и другие компоненты. Адгезия является пусковым механизмом реализации патогенности. Бактерии могут размножаться либо в клетках, либо на поверхности клеток слизистой (на их мембранах) Либо проходить через них и далее распространяться по организму. Поэтому ни один возбудитель, в том числе и вирусы, не может реализовать свою патогенность, если Он не способен прикрепиться к клетке (адсорбироваться на ней). В свою очередь И токсины, до тех пор, пока они не свяжутся с рецепторами мембран клеток, также не смогут реализовать токсические функции. Поэтому адгезия и колонизация - начальные, пусковые механизмы развития болезни.
4. Факторы инвазии, т. е. факторы, с помощью которых бактерии проникают Клетку. Обычно они сопряжены с факторами, подавляющими клеточную активность и способствующими внутриклеточному размножению бактерий. Факторы инвазии у грамотрицательных бактерий обычно представлены белками наружной мембраны.
5. Факторы, препятствующие фагоцитозу, т. е. защищающие от фагоцитоза. Они также связаны с компонентами клеточной стенки и либо маскируют бактерии от фагоцитов, либо подавляют их активность. Такие факторы есть у многих бактерий. Они представлены либо капсулой из гиалуроновой кислоты, которая не распознается фагоцитами как чужеродная, так как химически не отличается от таковой организма, либо капсулами другой химической природы (у В. anthracis, Y. pestis и т. д.); различными белками, тормозящими фагоцитоз, - белок А (у стафилококков), М-белок (у стрептококков), антиген Fral у возбудителя чумы; пленка из фибрина, образующаяся у стафилококков, имеющих плазмокоагулазу; к их числу относятся также пептидогликан, тейхоевые кислоты и другие компоненты клеточной стенки.
6. Факторы, подавляющие фагоцитоз, например V-W-антигены у Y. pestis. Наличие таких факторов обусловливает незавершенный характер фагоцитоза. Чаще всего он связан с образованием бактериями веществ, которые подавляют «окислительный взрыв» фагоцитов. Незавершенный фагоцитоз - одна из важных причин хронизации течения болезни (хрониосепсис).
7. Ферменты «защиты и агрессии» бактерий. С помощью таких ферментов, как фибринолизин, лецитиназа, гиалуронидаза, протеазы и т. п., бактерии реализуют (наряду с факторами, подавляющими фагоцитоз и защищающими от него) свои агрессивные свойства.
Ряд авторов считает, что до 77% всех случаев заболеваний, более 50% смертельных случаев и более 57% случаев неправильного физического развития связаны с влиянием изменившейся в результате человеческой деятельности окружающей среды, а также с неправильным отношением людей к своему здоровью .
Воздействия, которые влияют на организм из окружающей среды, являются по отношению к организму внешними. Эти воздействия относятся к экологическим факторам.
Воздействия, которые исходят из самого организма (наследственность, конституция, реактивность, темперамент), называются внутренними, или эндогенными факторами.
В то же время, воздействие, исходящее из самого организма (воздействие внутренних, или эндогенных факторов), может быть связано в своём развитии с влиянием внешней среды. Примером является формирование диатезов под влиянием неблагоприятных факторов окружающей среды в процессе внутриутробного развития.
Развитие болезни или патологического процесса (либо отсутствие их развития) зависит, в конечном счете, от взаимодействия внешних (экологических) факторов и внутренних (эндогенных) факторов.
При этом современная медицина отличает основную причину заболевания (внешнюю или внутреннюю) от условий .
Причина болезни – патогенный фактор, который вызывает заболевание и сообщает ему специфические черты. То есть, патогенный, или чрезвычайный фактор – это то воздействие, без которого невозможно возникновение и развитие именно данной болезни даже при наличии всего комплекса дополнительных условий. Например, при воздействии внешних патогенных факторов развиваются лучевая болезнь, отравление угарным газом, свинцовая интоксикация, крупозная пневмония и т.д.
Исключительно сильные, разрушительные, повреждающие факторы называются экстремальными.
Существуют определённые характеристики факторов, придающие им свойства патогенности:
1. Избыточность фактора (например, избыток фтора ведёт к развитию флюороза)
2. Недостаток фактора (например, недостаток фтора способствует развитию кариеса).
2. Необычность природы фактора
Необычность природы фактора для данного организма означает, что ранее организм с таковым не встречался. Это может касаться и часто встречаемого в окружающей среде фактора (это положение особенно касается детей). Поэтому по отношению к этому фактору отсутствуют индивидуальные механизмы адаптации. Следовательно, организм не располагает к такому фактору механизмами противодействия – резистентности, специфической защиты, компенсации.
4. Периодичность и/или длительность воздействия
5. Сочетание патогенного фактора с индифферентным
Сочетанное воздействие какого-либо индифферентного фактора (звука, запаха, света, внешней обстановки) и патогенного агента, особенно при неоднократном их сочетании, может привести к тому, что индифферентный фактор может вызывать патологическую реакцию, характерную для патогенного агента. Это происходит в результате формирования условного патогенного рефлекса. Если патогенный агент имеет характеристики экстремального, бывает достаточно однократного его сочетания с индифферентным фактором.
2. Полиэтиологичность
Один и тот же патогенный фактор может быть причиной многих болезней или патологических состояний.
Любой фактор внешней среды может стать патогенным при определённых его характеристиках. Этому способствуют:
Увеличение интенсивности действия фактора,
Высокая скорость нарастания этого воздействия,
Продолжительность действия,
Повышение индивидуальной чувствительности организма, которая зависит от наследственности, пола, возраста, физиологического состояния организма в момент воздействия неблагоприятного фактора, ранее перенесенных заболеваний.
Эти характеристики касаются всех видов факторов: физических, химических, биологических, психо-социальных, информационных .
Существуют факторы, с которыми ранее все живые организмы (или большинство из них) не встречались - например, синтетические ксенобиотики , полученные путём генной инженерии микробиологические агенты. К таким факторам отсутствуют видовые механизмы адаптации.
Примеры: невесомость, ксенобиотики, биологические факторы, не характерные для данной местности
Внутренние факторы, вызывающие развитие болезни, чаще всего являются врождёнными – например, при целиакии существует врождённый дефицит глиадинаминопептидазы, участвующего в расщеплении глютена.
В настоящий момент академику РАМН Казначееву В.П. удалось в эксперименте показать наличие полевых энергетических структур в белковонуклииновом пространстве живых клеток, которые перемещаются внутри организма и из организма в виде голографических солитонов. Голографические солитоны распространяются в виде сгустков энергии, могут циркулировать по жидким средам и вызывать в различных органах функциональные расстройства. Именно эти энергетические структуры привнесённые из вне и порожденные самим организмом являются первопричиной огромного числа патологии организма.
Факторы, не вызывающие болезни, а только влияющие на их возникновение, развитие и исход, называются условиями .
Условия, в отличие от причинного фактора, не являются обязательным фактором для развития заболевания. Они способствуют, модифицируют или препятствуют развитию патологического процесса.
Достаточно сильный патогенный агент может вызвать заболевание без предрасполагающих условий .
Например, крупозная пневмония, вызываемая высоко вирулентным пневмококком, может развиться и без простуды, без нарушения питания и других условий её возникновения.
Однако условия влияют на течение болезни, появление осложнений и рецидивов.
Условия бывают:
1. Предрасполагающими к болезни (или способствующими её развитию):
Внутренние:
§ наследственная предрасположенность к определённой патологии,
§ патологическая конституция (диатез),
§ критические возрастные периоды,
§ тип ВНД,
§ десинхроноз,
§ стадии биоритмов системы или органа со сниженной резистентностью,
§ переутомление (физическое, интеллектуальное, эмоциональное),
§ невротическое состояние,
§ снижение резистентности, в том числе иммунной в результате ранее перенесенных травм (физических, психоэмоциональных) и заболеваний,
§ сенсибилизация организма.
Внешние;
§ нерациональное питание,
§ некачественные (вредные) продукты питания, плохое качество питьевой воды, воздуха,
§ перегрузки (физические, интеллектуальные, эмоциональные),
§ перегревание, переохлаждение, шум и другие физические факторы,
§ плохое качество жилья и экологического состояния населённого пункта,
§ не рациональный режим труда и отдыха,
§ наличие профессиональных вредностей,
§ неблагоприятные климато-погодные характеристики,
§ гиподинамия, тяжёлые физические нагрузки,
§ нерациональное, неадекватное лечение,
§ плохой уход за больным,
2. Препятствующие возникновению и развитию болезни:
Внутренние,
§ наследственные факторы (видовой иммунитет к определённым видам патологии, высокая стресс-устойчивость и т.д.),
§ конституция,
§ высокий уровень общей и иммунной резистентности со значительными внутренними резервами,
§ полноценная система репарации,
§ высокая физическая и психологическая толерантность,
§ возрастные периоды с высокой устойчивостью организма,
§ стадии биоритмов систем и органов с максимальной резистентностью,
§ достаточная система антиоксидантной защиты.
Внешние.
§ рациональное питание,
§ качественные продукты питания,
§ благоприятные климато-погодные факторы,
§ благоприятный режим труда и отдыха,
§ оптимальные нагрузки (физические, эмоциональные, умственные),
§ адекватные профилактические и лечебные мероприятия,
§ хороший уход за больным.
3. Модифицирующие (адъюванты, поллютанты)
Таким образом, возможность возникновения, особенности развития и исходы болезней и патологических процессов определяются:
1. свойствами причинного (патогенного) фактора (комплекса факторов);
2. свойствами организма (эндогенными факторами);
3. условиями, в которых происходит взаимодействие организма и причинного фактора (факторы окружающей среды, в том числе различные происшествия; питание; образ жизни; материально-бытовые условия; профессия.
Существует несколько факторов и условий, играющих важную роль в развитии экологических заболеваний:
1. Наследственность.
2. Пищевой статус:
Особенности рациона питания (избыток или недостаток отдельных компонентов),
Нарушение пищеварения (всасывания, ассимиляции и т.д.)
3. Токсическое воздействие.
4. Действие аллергенов.
5. Действие физических факторов.
6. Действие психосоциальных факторов.
Воздействие неблагоприятных экологических факторов может наблюдаться :
На улице,
На работе.
Экологические факторы могут вызывать патологические эффекты, которые могут быть объединены в 3 основные группы :
1. патологические проявления генов (экогенетические реакции), связанные с наличием генетического биохимического полиморфизма и проявляющиеся патологией, характерной для дефектного гена (например при генетически обусловленной недостаточности α1-ингибитора протеиназ высок риск развития простудных заболеваний при холодовом воздействии, обструктивных болезней бронхо-легочной системы при курении и контактах с пылью);
2. повреждение наследственного аппарата, которые могут вести к индуцированному мутагенезу, тератогенезу и онкогенезу;
3. изменение интенсивности и направленности отбора , т.е. дифференциальной смертности, или плодовитости популяции в целом, или лиц с определённым генотипом.
Любые из перечисленных эффектов возникают или усиливаются при контакте со всем, что в широком смысле называется средой обитания – с вредными факторами атмосферного воздуха, производства, бытовыми химическими веществами, пищевыми добавками, курением и т.д.
Все существующие концепции развития патологических состояний, связанных с экологическими воздействиями, основаны на выявлении общих закономерностей их формирования.
Общие закономерности в формировании экологических болезней :
1. Антропогенность окружающей среды.
2. Увеличение частоты встречаемости неспецифических заболеваний среди населения с преобладанием одного или нескольких синдромов. При этом заболевают лица с генетически обусловленной высокой чувствительностью к тем или иным факторам окружающей среды.
3. Длительное воздействие на определённой территории экологического патогенного фактора малой интенсивности. Предполагается, что клинической проявление в виде патологических реакций связано не столько с аккумуляцией токсического фактора, сколько с эффектом его воздействия.
4. Длительный латентный период, в течение которого развиваются изменения в организме, что ведёт к запаздыванию выявления экологического неблагополучия. Во время этого периода в популяции наблюдается повышение неспецифической заболеваемости. На высоте этой заболеваемости возможно массовое появление однотипного ярко выраженного синдрома.
5. Полисиндромность и развитие патологии различной степени тяжести при одном причинном факторе. При воздействии поллютантов атмосферного воздуха возможно развитие от лёгких форм респираторной патологии (поражение верхних дыхательных путей) до тяжёлой (БА, токсический отёк лёгких).
6. Устойчивость (резистентность) к стандартному лечению на фоне продолжающего воздействия экологического фактора.
Оглавление темы "Патогенность микроорганизмов. Вирулентность.":1. Патогенность микроорганизмов. Патогенные микроорганизмы. Патогенные микробы.
2. Условно-патогенные микроорганизмы. Условно-патогенные микробы. Оппортунистические патогены. Непатогенные микроорганизмы.
3. Облигатные паразиты. Факультативные паразиты. Случайные паразиты. Патогенность. Что такое патогенность?
4. Вирулентность. Что такое вирулентность? Критерии вирулентности. Летальная доза (DL, LD). Инфицирующая доза (ID).
5. Генетический контроль патогенности и вирулентности. Генотипическое снижение вирулентности. Фенотипическое снижение вирулентности. Аттенуация.
6. Факторы патогенности микроорганизмов. Факторы патогенности микробов. Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.
7. Капсула как фактор патогенности микроорганизмов. Ингибирующие ферменты микробов как фактор патогенности. Инвазивность микроорганизмов.
8. Токсигенность микроорганизмов. Токсины. Парциальные токсины. Цитолизины. Протоксины.
9. Экзотоксины. Экзотоксины микроорганизмов. Классификация экзотоксинов. Группы экзотоксинов.
10. Эндотоксины. Эндотоксины микроорганизмов. Эндотоксиновый шок. Эндотоксинемия. Экзоферменты. Суперантигены.
Факторы патогенности микроорганизмов. Факторы патогенности микробов. Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.
К основным факторам патогенности (вирулентности ) относят способность микроорганизмов к колонизации , их устойчивость к разным микробицидным факторам организма, свойства инва-зивности и токсигенности, а также способность к длительному персистированию.
Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.
Размножению бактерий в первичном очаге инфицирования предшествует адгезия [от лат. adhaesio , прикрепляться к чему-либо], то есть закрепление бактерий на поверхности клеток, что, собственно, и служит началом инфекционного процесса. Прикрепление к поверхности клеток (например, к эпителию слизистых оболочек) обеспечивают адгезины, или факторы колонизации - различные микробные продукты - молекулы адгезии (белки, ЛПС, липо-тейхоевые кислоты). Молекулы адгезии могут располагаться непосредственно на поверхности бактериальной клетки либо входить в состав микроворсинок или капсул.
Взаимодействие инфекционного агента с эпителиальными клетками происходит в результате нескольких типов связей , различных по природе и специфичности. Выделяют связи, основанные на взаимодействии электростатических сил, обусловленные гидрофобными свойствами поверхности, лиганд-рецепторные взаимодействия.
Заряд . Бактериальные и эукариотические клетки заряжены отрицательно, но поверхностные микроворсинки грамотрицательных бактерий снижают заряд бактерий и уменьшают электростатические силы отталкивания.
Гидрофобность . Бескапсульные бактерии обладают высокой гидрофобностью, усиливающей адгезивность ; гидрофобные участки обладают сродством к лигандам на поверхности эукарио-тических клеток, что и приводит к прочности связи.
Специфические взаимодействия . На поверхности бактерий имеются молекулы, способные к стереоспецифичному связыванию с комплементарными молекулами на мембранах эукарио-тических клеток (например, гемагглютинины или тейхоевые кислоты).
Другие механизмы колонизации . Некоторые бактерии способны «заранее подготавливать» место для дальнейшего размножения; например, нейраминидаза облегчает проникновение холерного вибриона через слой слизи и контакт с сиалосодержащими рецепторами эпителия кишечника. Микроорганизмы также способны сорбироваться на бактериях, уже колонизировавших поверхность слизистых оболочек, либо связывать белки (например, фибронектин), рецепторы к которому имеются на многих клетках макроорганизма. У капсулированных бактерий в прикреплении активно участвуют полисахариды капсулы. Для успешной колонизации очага первичного инфицирования бактерии должны выдержать действие многочисленных и разнообразных микробицидных факторов хозяина. Для защиты от них микроорганизмы активно используют ряд структур (например, капсулы) и синтезируемых веществ (например, ферменты).
Фенотипическим признаком патогенного микроорганизма является его вирулентность , т.е. свойство штамма, которое проявляется в определенных условиях (при изменчивости микроорганизмов, изменении восприимчивости макроорганизма и т.д.). Вирулентность можно повышать, понижать, измерять, т.е. она является мерой патогенности. Количественные показатели вирулентности могут быть выражены в DLM (минимальная летальная доза), DL« (доза, вызывающая гибель 50 % экспериментальных животных). При этом учитывают вид животных, пол, массу тела, способ заражения, срок гибели.
К факторам патогенности относят способность микроорганизмов прикрепляться к клеткам (адгезия), размещаться на их поверхности (колонизация), проникать в клетки (инвазия) и противостоять факторам защиты организма (агрессия).
Адгезия является пусковым механизмом инфекционного процесса. Под адгезией понимают способность микроорганизма адсорбироваться на чувствительных клетках с последующей колонизацией. Структуры, ответственные за связывание микроорганизма с клеткой называются адгезинами и располагаются они на его поверхности. Адгезины очень разнообразны по строению и обусловливают высокую специфичность - способность одних микроорганизмов прикрепляться к клеткам эпителия дыхательных путей, других - кишечного тракта или мочеполовой системы и т.д. На процесс адгезии могут влиять физико-химические механизмы, связанные с гидрофобностью микробных клеток, суммой энергии притяжения и отталкивания. У грамотрицательных бактерий адгезия происходит за счет пилей I и общего типов. У грамположительных бактерий адгезины представляют собой белки и тейхоевые кислоты клеточной стенки. У других микроорганизмов эту функцию выполняют различные структуры клеточной системы: поверхностные белки, липополисахариды, и др.
Инвазия. Под инвазивностью понимают способность микробов проникать через слизистые, кожу, соединительно-тканные барьеры во внутреннюю среду организма и распространятся по его тканям и органам. Проникновение микроорганизма в клетку связывается с продукцией ферментов, а также с факторами подавляющими клеточную защиту. Так фермент гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в состав межклеточного вещества, и, таким образом, повышает проницаемость слизистых оболочек и соединительной ткани. Нейраминидаза расщепляет нейраминовую кислоту, которая входит в состав поверхностных рецепторов клеток слизистых оболочек, что способствует проникновению возбудителя в ткани.
Агрессия. Под агрессивностью понимают способность возбудителя противостоять защитным факторам макроорганизма. К факторам агрессии относятся: протеазы - ферменты, разрушающие иммуноглобулины; коагулаза - фермент, свертывающий плазму крови; фибринолизин - растворяющий сгусток фибрина; лецитиназа - фермент, действующий на фосфолипиды мембран мышечных волокон, эритроцитов и других клеток. Патогенность может быть связана и с другими ферментами микроорганизмов, при этом они действуют как местно, так и генерализовано.
Важную роль в развитии инфекционного процесса играют токсины. По биологическим свойствам бактериальные токсины делятся на экзотоксины и эндотоксины.
Экзотоксины
продуцируют как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии. По своей химической структуре это белки. По механизму действия экзотоксина на клетку различают несколько типов: цитотоксины, мембранотоксины, функциональные блокаторы, эксфолианты и эритрогемины. Механизм действия белковых токсинов сводится к повреждению жизненно важных процессов в клетке: повышение проницаемости мембран, блокады синтеза белка и других биохимических процессов в клетке или нарушении взаимодействия и взаимокоординации между клетками. Экзотоксины являются сильными антигенами, которые и продуцируют образование в организме антитоксинов.
Экзотоксины обладают высокой токсичностью. Под воздействием формалина и температуры экзотоксины утрачивают свою токсичность, но сохраняют иммуногенное свойство. Такие токсины получили название анатоксины и применяются для профилактики заболевания столбняка, гангрены, ботулизма, дифтерии, а также используются в виде антигенов для иммунизации животных с целью получения анатоксических сывороток.
Эндотоксины по своей химической структуре являются липополисахаридами, которые содержатся в клеточной стенке грамотрицательных бактерий и выделяются в окружающую среду при лизисе бактерий. Эндотоксины не обладают специфичностью, термостабильны, менее токсичны, обладают слабой иммуногенностью. При поступлении в организм больших доз эндотоксины угнетают фагоцитоз, гранулоцитоз, моноцитоз, увеличивают проницаемость капилляров, оказывают разрушающее действие на клетки. Микробные липополисахариды разрушают лейкоциты крови, вызывают дегрануляцию тучных клеток с выделением вазодилататоров, активируют фактор Хагемана, что приводит к лейкопении, гипертермии, гипотонии, ацидозу, дессиминированной внутрисосудистой коагуляции (ДВК).
Эндотоксины стимулируют синтез интерферонов, активируют систему комплемента по классическому пути, обладают аллергическими свойствами.
При введении небольших доз эндотоксина повышается резистентность организма, усиливается фагоцитоз, стимулируются В-лимфоциты. Сыворотка животного иммунизированного эндотоксином обладает слабой антитоксической активностью и не нейтрализует эндотоксин.
Патогенность бактерий контролируется тремя типами генов: гены - собственной хромосомами, гены привнесенные плазмидами умеренными фагами.
