Возбудитель туберкулеза |
|
Возникновение и течение туберкулеза зависят от особенностей его возбудителя, реактивности организма и санитарно-бытовых условий. Современное название возбудителя — микобактерия туберкулеза. Старое название — бактерия Коха (БК). 24 марта 1882 Р. Кох продемонстрировал чистую культуру возбудителя под микроскопом, также он доказал его инфекционную природу, заразив животных. Поэтому микроб назван его именем. Следует отметить, что 18 марта 1882 Баумгартен, также немецкий ученый, показал палочку туберкулеза, выделенную из органов кролика, пораженного туберкулезом, но только под микроскопом.
Возбудитель туберкулеза относится к роду микобактерий, семьи актиномицетов и класса шизомицетив. К роду микобактерий относятся также возбудитель лепры и группа сапрофитов, которые встречаются в выделении из ушей, в мокроте при бронхоэктазах, а также кислотоустойчивые микроорганизмы, вегетирующие на слизистых оболочках человека, в сливочном масле, молоке, на растениях, в воде, почве и т. д.
По патогенности для человека и для отдельных видов микобактерии делятся на 2 группы. Первая группа — собственно патогенные микобактерии туберкулеза, среди которых выделяют три вида. Вторая группа — атипичные микобактерии, среди которых есть сапрофиты — не патогенные для людей и животных и условно патогенные микобактерии — при некоторых условиях могут вызвать микобактериоз, который напоминает туберкулез.
По одной из классификаций они разделены на четыре группы (в зависимости от скорости роста и пигментообразования).
Атипичные микобактерии определяются в 0,3-3% культур, чаще вследствие загрязнения среды. Этиологическая роль их считается доказанной, если из патологического материала они высеваются повторно и их рост характеризуется большим количеством колоний, а других возбудителей заболевания нет.
Заболевание, вызванное атипичными штаммами микобактерий туберкулеза, называют микобактериозом. Из штаммов атипичных микобактерий получен продукт их жизнедеятельности — сенситин. При внутрикожном введении сенситина у больных микобактериозом возникает положительная реакция. По клиническому течению микобактериоз напоминает туберкулез, иногда сопровождается кровохарканьем, быстро прогрессирует.
Различают три типа микобактериоза, которые зависят от вида микобактерий и иммунного статуса организма:
1. Генерализованная инфекция с развитием видимых невооруженным глазом патологических изменений внешне напоминают туберкулезные, но гистологически несколько отличаются от них. В легких обнаруживают диффузные интерстициальные изменения без гранулем и полостей распада. Основными признаками являются повышение температуры тела, двусторонняя диссеминация в средних и нижних отделах легких, анемия, нейтропения, хроническая диарея и боль в животе. Диагноз подтверждается нахождением возбудителя в мокроте, кале или биопсией. Эффективность лечения низкая, смертность высокая и достигает 20%. Эффективными для лечения при микобактериоза является циклосерин, этамбутол, канамицин, рифампицин и частично стрептомицин.
2. Локализованная инфекция — характеризуется наличием макро- и микроскопических поражений, выявляемых в определенных участках тела.
3. Инфекция, которая протекает без развития видимых поражений; возбудитель находится в лимфатических узлах.
Туберкулез у людей преимущественно (95-97%) возникает вследствие заражения человеческим, реже (3-5%) бычьим и казуистически — птичьим видом микобактерий туберкулеза. М. africanum вызывает туберкулез у людей в странах Тропической Африки.
М. tuberculosis
Микобактерии туберкулеза имеют форму тонких, длинных или коротких, прямых или искривленных палочек, длиной 1,0-4,0 мкм и диаметром 0,3-0,6 мкм; неподвижные, спор и капсул не образуют, грамположительные, имеют большой полиморфизм.
Микобактерии туберкулеза человеческого вида более тонкие и длинные, чем бычьего. Микобактерии бычьего вида менее патогенны для людей, и заболевание, вызванное ими, встречается значительно реже. Для определения МБТ человеческого вида применяют ниациновий тест. Он базируется т том, что МБТ этого вида выделяют больше ниацина (никотиновой кислоты).
Молодые бактерии гомогенные, в процессе их старения образуется зернистость (зерна Муха), которая более подробно изучается методом электронной микроскопии. Зернистая форма микобактерий туберкулеза образуется также под влиянием антимикобактериальных препаратов. После введения зерен животным у них возникает кахексия, увеличение лимфатических узлов или заболевания туберкулезом с развитием типичных штаммов микобактерий туберкулеза. Описанные оскольчатые формы микобактерий туберкулеза. Возбудитель туберкулеза может существовать также в виде фильтрующихся форм.
Под влиянием противотуберкулезных препаратов морфологические и физико-химические свойства микобактерий туберкулеза изменяются. Микобактерии становятся короткими, приближаясь к кокобацилам, их кислотостойкость уменьшается, поэтому при окраске по Цил-Нильсену они обесцвечиваются и не определяются.
Микобактерии туберкулеза размножаются поперечным делением, ветвлением или отпочкование отдельных зерен. Микобактерии туберкулеза растут на питательных средах при наличии кислорода. Но они являются факультативными аэробами, т.е. растут и когда доступа воздух не имеет — кислород они получают из углеводов. Поэтому для выращивания микобактерий требуется питательная среда, богатая углеводами.
Эффективны плотные среды, в состав которых входят яйца, молоко, картофель, глицерин. Чаще применяют среды Левенштейна-Иенсена, Гельберга, Финна-2, Миддлбрука, Огава.
Микобактерии туберкулеза растут медленно. Первые колонии появляются на 12-30-й день, а иногда и через 2 месяца. Для обеспечения роста микобактерий туберкулеза к питательным средам добавляют 3-6% глицерина. Микобактерии лучше растут в слабо-щелочной среде, хотя могут расти и в нейтральной.
Добавление желчи в питательную среду замедляет их рост. Это обстоятельство использовали Кальметт и Герен при разработке вакцины. На жидких питательных средах с добавлением глицерина микобактерии туберкулеза растут в виде пленки. Колонии микобактерий могут быть шероховатыми (К.-варианты) и реже — гладкими, сливающимися между собой (8-варианты). К.-варианты микобактерий вирулентные для людей и животных, а 8-варианты чаще невирулентные.
Микобактерия состоит из клеточной оболочки и цитоплазмы. Клеточная оболочка трехслойная и состоит из наружного, среднего и внутреннего слоев. В вирулентных микобактерий она имеет толщину 230-250 нм.
Внешний слой, окружающий клетку, называют микрокапсулой. Она образована полисахаридами и содержит фибриллы. Микрокапсула может окружать целый популяцию микобактерий, а также помещаться на местах прилегания микобактерий друг к другу. Отсутствие или наличие роста, его интенсивность и состав микрокапсулы зависят от того, какое количество корд-фактора экстрагируется из цитоплазмы в клеточную стенку. Чем больше корд-фактора экстрагируется, тем лучше выражена микрокапсула у микобактерий туберкулеза.
Клеточная оболочка участвует в регуляции метаболических процессов. В ней содержатся видоспецифические антигены, благодаря чему клеточная стенка является локусом, где происходят аллергические реакции повышенной чувствительности замедленного типа и образование антител, поскольку она, как собственно поверхностная структура бактериальной клетки, первой контактирует с тканями макроорганизма.
Под клеточной оболочкой расположена трехслойная цитоплазматическая мембрана, тесно прилегает к цитоплазме. Она состоит из липопротеидных комплексов. В ней происходят процессы, обусловливающие специфичность реакции микобактерий на факторы окружающей среды.
Цитоплазматическая мембрана микобактерий туберкулеза путем своей центростремительной инвагинации формирует в цитоплазме внутрицитоплазматическая мембранную систему — мезос. Мезосомы — полуфункциональные структуры. В них содержится много ферментных систем. Они участвуют в синтезе и формировании клеточной стенки и выполняют роль посредника между ядром и цитоплазмой бактериальной клетки.
Цитоплазма микобактерий состоит из гранул и включений. У молодых микобактерии туберкулеза цитоплазма более гомогенная и компактная, чем у старых, у которых в цитоплазме больше вакуоль и полостей. Основную массу гранулярных включений составляют рибосомы, располагающиеся в цитоплазме в свободном состоянии или образующие полисомы — скопление рибосом. Рибосомы состоят из РНК и белка и синтезируют специфический белок.
Иммуногенность микобактерий туберкулеза обусловлена в основном антигенными комплексами, содержащихся в оболочках микобактериальных клеток. Рибосомы, рибосомный белок и цитоплазма микобактерий имеют антигенную активностью в реакциях замедленного типа.
Химический состав микобактерий туберкулеза изучен достаточно хорошо. Они содержат 80% воды и 2-3% золы. Сухой остаток наполовину состоит из белков, преимущественно туберкулопротеинов, липидов — от 8 до 40%, столько же полисахаридов. Предполагают, что туберкулопротеины являются полноценными антигенами и могут вызывать у животных состояние анафилаксии. Липидная фракция приводит резистентность возбудителя туберкулеза, а полисахаридная участвует в иммуногенезе.
Туберкулопротеины и липидные фракции обусловливают токсичность микобактерий туберкулеза, которая присуща не только живым, но и убитым микроорганизмам. Выявлено три фракции липидов: фосфатидная, жировая и восковая. Большое содержание липидов отличает микобактерии туберкулеза от других видов микроорганизмов и приводит следующие свойства:
1. Устойчивость к кислотам, щелочам и спиртам (преимущественно обусловлено наличием миколевой кислоты).
2. Устойчивость против обычных дезинфицирующих веществ.
3. Патогенность туберкулезных микобактерий.
Экзотоксины не определены, но сами клетки микобактерий токсичные - приводят к частичному или полному распаду лейкоцитов. В неорганическом остатке микобактерий туберкулеза определяют соли железа, магния, марганца, калия, натрия, кобальта. Антигенная структура микобактерий сложная и еще не в совершенстве изучена.
Микобактерии имеют специфические видовые и межвидовые и даже межродовые антигенные связи. В отдельных штаммах выявлены различные антигены. Однако все без исключения микобактерии содержат вещества, устойчивые к нагреванию и воздействию протеолитических ферментов — полисахариды, которые являются общим антигеном.
Кроме того, различные виды микобактерий имеют свои специфические антигены. А. П. Лысенко (1987) доказал, что все штаммы M. bovis имеют идентичный антигенный спектр с 8 антигенов, из которых 5-6 были общеродовыми и реагировали с антисыворотками к микобактерий других видов: 6 — с M. tuberculosis, 3-5 — M. kansasii и т.д.
Патогенность — это видовое свойство микобактерий туберкулеза, оказывается возможностью вызвать заболевание. Главным фактором патогенности являются токсические гликолипиды — корд-фактор. Это вещество, которое склеивает вирулентные микобактерии, благодаря чему они растут на питательных средах, в виде жгутов. Корд-фактор обусловливает токсическое действие на ткани и защищает туберкулезные палочки от фагоцитоза, блокируя окислительное фосфорилирование в митохондриях макрофагов. Поэтому, поглощены фагоцитами, они размножаются в них и вызывают их гибель. Кислотостойкие сапрофиты не образуют корд-фактора.
Вирулентность — степень патогенности; возможность роста и размножения микобактерий в определенном макроорганизме и способность вызывать специфические патологические изменения в органах. Вирулентным считают штамм микобактерий в том случае, когда он в дозе 0,1 0,01 мг вызывает заболевания туберкулезом, а через 2 месяца - смерть гвинейской свинки массой 250-300 г. Когда после введения этой дозы животное умирает через 5 6 месяцев, то этот штамм считают слабовирулентным. Вирулентность не является неизменным свойством микобактерий. Она снижается при старении культуры или выращивание на искусственных питательных средах и в процессе лечения больных. При пассажах на животных или в случаях обострения туберкулезного процесса вирулентность возрастает.
Носителями генетической информации микобактерий туберкулеза являются хромосомы и внехромосомные элементы — плазмиды. Главное отличие между хромосомами и плазмидами заключается в их размерах. Плазмида сравнению с хромосомой значительно меньше и поэтому несет меньшее количество генетической информации. Именно благодаря своим малым размерам плазмида хорошо приспособлена к перенесению генетической информации из одной микобактериальной клетки в другую.
Плазмиды могут взаимодействовать с хромосомой. Гены устойчивости микобактерий туберкулеза против химиопрепаратов локализуются и в хромосомах, и в плазмидах.
У микобактерии есть ДНК, которая функционирует как главный носитель генетической информации. Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК — это ген. Генетическая информация, которую несет ДНК, не является чем стабильным и неизменным. Она изменчива и эволюционирует, совершенствуясь. Единичные мутации обычно не сопровождаются большими изменениями информации, заложенной в геноме. С одного штамма может возникнуть несколько различных фенотипов (или признаков, проявляющихся в результате действия генов в определенных условиях), которые устойчивы против определенного антимикобактериального препарата.
Мутация может проявляться и в изменении морфологии колоний. Так, если изменить вирулентность микобактерий туберкулеза, то может измениться и морфология колоний мутантов.
Трансдукция — это перенос генетического материала (частицы ДНК) от одной микобактерии (донора) к другой (реципиенту), что приводит к изменению генотипа микобактерии-реципиента.
Трансформация — это включение в хромосому или плазмиду микобактерии (реципиента) фрагмента ДНК другой микобактерии (донора) в результате переноса изолированной ДНК.
Конъюгация — это контакт клеток микобактерии туберкулеза, во время которого происходит переход генетического материала (ДНК) из одной клетки в другую.
Трансфекция — это воспроизведение вирусной формы микобактерии туберкулеза в клетке, которая инфицирована изолированной вирусной нуклеиновой кислотой.
Изложенные гипотетические пути переноса генетической информации еще не изучены. Однако несомненно, что эти генетические процессы являются основой для возникновения лекарственной устойчивости как в отдельных микобактерий, так и у всей бактериальной популяции, имеющейся в организме больного.
Изменчивость микобактерий — это свойство их приобретать новые или / и терять старые признаки. В связи с тем, что у микобактерий туберкулеза короткий период генерации, высокая частота мутаций и рекомбинаций, обмена генетической информацией, изменчивость в них весьма высока и частая (Н. А. Васильев и соавт., 1990).
Различают фенотипическую и генотипическую изменчивости. Фенотипическую мутацию называют еще модификационной, которой свойственна высокая частота изменений и их частая реверсия в исходную форму, адаптация к изменениям внешней среды отсутствие изменений в генетическом коде. Она наследственно не передается.
Генотипическая мутация наступает вследствие мутаций и рекомбинаций.
Мутации — это стабильные унаследованные изменения в нуклеотидном составе генома микобактерии включая плазмиды. Они бывают спонтанные и индуцированные. Спонтанные мутации возникают со специфической для данного гена скоростью. Большинство из них являются следствием ошибок в репликации и репарации ДНК. Индуцированные мутации возможны в результате воздействия мутагенов (ультрафиолетовая; ионизирующая радиация, химические вещества и т.п.). Мутации часто приводят к появлению в фенотипе нового признака или потери старой признаки (по сравнению с родительской формой).
Рекомбинации генетические — это процесс образования потомства, содержащее признаки донор; и реципиента.
Одним из видов изменчивости микобактерий туберкулеза является образование ими фильтрующиеся формы. Это очень мелкие, невидимые при обычной микроскопии формы, имеющие очень слабую вирулентность, их можно обнаружить только при реверсии, используя для этого повторные пассажи на морских свинках. В этих случаях иногда обнаруживают кислотостойкие палочки с очень низкой вирулентностью.
Фильтрующиеся формы — это мелкие фрагменты микобактерий туберкулеза, образующиеся в неблагоприятных условиях существования и способны к реверсии. Природа этих форм, их структура, а также значение в патогенезе туберкулеза до сих пор окончательно не установлено.
L-формы микобактерий туберкулеза имеют или дефекты или отсутствие клеточной стенки. Для них характерна резко измененная морфология бактериальной клетки и пониженный метаболизм. Они имеют низкую вирулентность и быстро разрушаются в окружающей среде. Из-за отсутствия или повреждения оболочки микобактерий туберкулеза L-формы красят обычными красителями, поэтому их не удается выявить бактериоскопически в мазках. Преобразование микобактерий туберкулеза в L-формы происходит под действием противотуберкулезных препаратов, под воздействием защитных сил макроорганизма и других факторов.
L-формы микобактерий туберкулеза могут быть в макроорганизме в стабильном и нестабильном состоянии, то есть реверсировать в исходный микробный вид с восстановлением вирулентности. Вирулентные свойства стабильных L-форм микобактерий резко снижены по сравнению с вирулентностью нестабильных форм.
Нестабильные L-формы микобактерий туберкулеза вызывают у морских свинок генерализованный туберкулез, а стабильные L-формы обусловливают лишь морфологические изменения, близкие к вакцинному процессу. Стабильные L-формы микобактерий преимущественно содержатся в неактивных туберкулезных очагах. Эти очаги способствуют возникновению у здоровых инфицированных людей противотуберкулезного иммунитета.
Для эффективного лечения больных туберкулезом нужно проводить определение чувствительности возбудителя, потому устойчивость против антимикобактеральных препаратов затрудняют лечение. Обычно в организме больного резистентность микобактерий против лекарственных средств может храниться в течение 1-2 лет после их отмены.
Медикаментозная устойчивость микобактерий туберкулеза — это устойчивость МБТ против друга антимикобактериального препарата или более.
Первичная медикаментозная устойчивость — устойчивость, обнаруженная у впервые выявленных больных, которые никогда не принимали противотуберкулезные препараты.
Начальная медикаментозная устойчивость — устойчивость МБТ, выявленная у впервые выявленных больных, леченных противотуберкулезными препаратами не более 4 недель или у больных при отсутствии данных о предшествующем лечении. Вторичная (приобретенная) медикаментозная устойчивость — резистентность МБТ, обнаружена у больных, которым назначали противотуберкулезные препараты более 4 недели. Монорезистентность — устойчивость МБТ против 1 из 5 препаратов I ряда (изониазиду стрептомицина, рифампицина, этамбутола, пиразинамида).
В Украине частота возникновения первичной резистентности возбудителя туберкулеза против препаратов I ряда отмечается в 23-25%, а вторичной — в 55-56% случаев. Множественная лекарственная устойчивость — устойчивость МБТ против двух и больше препаратов. Мультирезистентность — это разновидность множественной лекарственной устойчивости, и именно — устойчивость возбудителя только против комбинации изониазид + рифампицин или и рядом: другими препаратами.
Результат определения чувствительности микобактерий туберкулеза к противотуберкулезным препаратам называется антибиограмой.
Причины лекарственной устойчивости:
1. Биологические — недостаточная концентрация препарата, индивидуальные особенности организма пациента (скорость инактивации препаратов)
2. Причины, обусловленные пациентом — контакт с больными химиорезистентным туберкулез, нерегулярный прием препаратов, преждевременное прекращение приема лекарств, неудовлетворительная переносимость препаратов, проведение неадекватного лечения.
3. Факторы, обусловленные болезнью — при изменении доз препаратов, при большом количестве МБТ в участках пораженного органа может возникать определенная рН, которая препятствует активному действию лекарств, лечение одним препаратом, недостаточная доза или продолжительность лечения.
В последние годы интенсивно проводили генетические исследования штамма М. tuberculosis. Количество гуанинцитозиновых основ, которые распределяются на спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), составляет 65,5%. Геном содержит много вставных последовательностей, мультигенных семей, амплифицированных (удвоенных) мест собственного обмена веществ.
РНК-молекулы кодируют около 50 генов, в частности:
М. tuberculosis имеет 11 рецепторзависимых гистидинкиназ, несколько цитоплазматических киназ и немного генов, участвующих в регуляторных каскадах. В М. tuberculosis является группа эукариотических серинтиреонинових протеинкиназ, отвечающих за фосфорилирование в бактериальной клетке.
Для осуществления липидного обмена в М. tuberculosis синтезируются приблизительно 250 ферментов. Окисление жирных кислот обеспечивают такие ферментные системы:
1. РабА / РабВ-Р-оксидазные комплексы.
2. Тридцать шесть ацил-СоА-синтетаз и группа из тридцати шести ацил-СоА-синтетазсвязанных белков.
3. Пять ферментов, завершают цикл окисления (реакция тиолиза 3 кетоэстеров).
4. Четыре гидроксиацил-СоА-дегидрогеназы.
5. Двадцать один вид белков эноил-СоА-гидратазо-изомеразной группы.
6. Ацетил-СоА-С-ацетилтрансферазы.
Патогенность М. tuberculosis обусловлена также такими факторами, как:
1) антиоксидазная каталазная-пероксидазная система;
2) сигма-фактор;
3) МСЭ-оперон, кодирующий белки внутриклеточной инвазии;
4) фосфолипаза С;
5) ферменты, продуцирующие компоненты клеточной стенки;
6) гематоглобиноподобные Ре-связующие белки, которые обеспечивают длительное анаэробное существование микобактерий;
7) эстеразы и липазы;
8) значительная антигенная лабильность;
9) наличие различных путей обеспечения антибиотикорезистентности;
10) наличие актериоцинов с цитотоксическим действием (некоторые поликетины).
Возбудитель туберкулеза устойчив к воздействию факторов окружающей среды. На страницах книги микобактерии сохраняются в течение 2-3 мес, в уличной пыли — около 2 недель, в сыре и масле — от 200 до 250 дней, в сыром молоке — 18 дней (скисания молока не вызывает гибели микобактерий), в комнате с рассеянным дневным светом — 1- 5 мес., а в сырых подвальных помещениях и в помойных ямах — до 6 мес.
Оптимальной температурой роста возбудителя является 37-38 ° С, при температуре 42-43 ° С и ниже за 22 ° С рост и размножение его прекращаются. Для птичьего вида микобактерий туберкулеза оптимальной температурой роста является 42 ° С. При температуре 50 ° С микобактерии туберкулеза погибают через 12 ч., 70 ° С — через 1 минуту. В белковой среде их устойчивость значительно повышается. Так, микобактерии туберкулеза в молоке выдерживают температуру 55 ° С в течение 4 ч., 60 ° С — 1 час., 70 ° С — 30 мин., 90 95 ° С — от 3 до 5 минут.
Особенно возрастает устойчивость микобактерий туберкулеза в высохшей мокроте. Чтоб обезвредить жидкое мокроты, их нужно кипятить в течение 5 мин. В высохшей мокроте микобактерии туберкулеза погибают при 100 ° С через 45 минут. В тонком слое жидкой мокроты под влиянием ультрафиолетовых лучей микобактерии туберкулеза погибают через 2-3 мин., а в высохшей мокроте и в темном месте они могут сохранять жизнеспособность в течение 6-12 мес. Однако под воздействием прямого или рассеянного солнечного излучения в течение 4 часов высохшие мокроты теряет свойство вызвать заражение животных туберкулезом. В высохшей на солнце мокроте микобактерии туберкулеза не определяются.
Если мокрота попадает в сточные воды или на поля орошения, микобактерии туберкулеза сохраняют свою вирулентность более 30 дней. На расстоянии 100 м от места сброса сточных вод с противотуберкулезного санатория микобактерии туберкулеза обнаружить не пришлось.
Микобактерии туберкулеза неодинаково устойчивы против воздействия различных дезинфицирующих средств. Так, двойное количество 5% раствора хлорамина убивает микобактерии в мокроте через 6 ч., 2% раствор хлорной извести — через 24-48 ч.