ZAKAŻENIA PRZEWODU POKARMOWEGO
POSTACIE KLINICZNE ZAKAŻEŃ PRZEWODU POKARMOWEGO
§ Zapalenie jelit (enteritis)
§ Zapalenie żołądka i jelit (gastroenteritis)
§ Zapalenie jelita grubego (colitis)
§ Biegunka (dysenteria)
§ Dur brzuszny i paradury (typhus abdominalis)
§ Rzekomobłoniaste zapalenie jelit (enterocolitis pseudomembranacea)
§ Zaburzenie trawienia (dyspepsja)
§ Zatrucia pokarmowe - intoksykacje
§ zapalenie węzłów chłonnych krezki jelitowej (lymphadenitis mesenterialis)
Mechanizmy działania drobnoustrojów w obrębie przewodu pokarmowego:
Mechanizm (model) toksyczny tzw. intoksykacja – bezpośrednim czynnikiem wywołującym objawy chorobowe są toksyny i enzymy wytwarzane przez drobnoustroje (enterotoksyna gronkowcowa, verotoksyny produkowane przez EHEC, toksyna choleryczna, enterotoksyny LT i ST, toksyna Shiga itp.).
Mechanizm (model) inwazyjny – drobnoustroje penetrują w głąb śluzówki jelita (Salmonella spp., Shigella spp., EIEC).
Oba mechanizmy mogą występować osobno lub jednocześnie – toksoinfekcja (Shigella dysenterie I – inwazja śluzówki jelita z jednoczesnym wytwarzaniem toksyny Shiga).
Zakażenia przewodu pokarmowego można również podzielić na te, które pozostają zlokalizowane w przewodzie pokarmowym i takie, które rozprzestrzeniają się poza przewód pokarmowy tzw. układowe (ogólnoustrojowe).
Kał ludzi lub zwierząt zawierający patogenne mikroorganizmy lub ich toksyny
Żywość Płyny (mleka, woda) Ręce (kontakt)
Spożycie mikroorganizmów lub ich toksyn
jelito
mikroorganizmy mnożą się mikroorganizmy inwadują nabłonek jelita
i syntetyzują toksyny, ale zakażenie lub toksyny, które wytwarzają wchłaniają się
pozostaje zlokalizowane w jelicie z jelita do krwiobiegu
biegunka rozsiew drogą krwionośną
patogeny wydalane z kałem zakażenie układowe
Czynniki wirulencji patogenów jelitowych.
1. Adhezyny warunkujące kolonizację, która stanowi pierwszy krok w rozwoju zakażenia.
Proces przylegania (adhezji) związany jest ze strukturami powierzchniowymi drobnoustrojów chorobotwórczych: fimbriami, białkami, wielocukrowymi otoczkami, łańcuchami polisachrydowymi LPS .
Wśród patogenów jelitowych opisano szereg fimbrii adhezyjnych zbudowanych z podjednostek białka strukturalnego piliny:
a) fimbrie tzw. powszechne występujące u wielu pałeczek jelitowych rodziny Enterobacteriaceae (także u gatunków komensalnych) oznaczane akronimem MS (mannose – sensitive) z uwagi na hamujące działanie mannozy na proces hemaglutynacji (zlepiania krwinek czerwonych pod wpływem fimbrii). Hemaglutynacja jest jednym z testów pozwalających na wykrywanie u bakterii obecności fimbrii.
b) fimbrie CFA/I i CFA/II nazywane czynnikiem kolonizacji (colonization factor antigen)
c) fimbrie agregacyjne AAF-I i AAF-II (aggregative adherence fimbria)
d) fimbrie BFP (bundle forming pilus) – tworzące na powierzchni bakterii skupiska (wiązki).
Poza fimbriami (jedna komórka bakteryjna może posiadać kilka rodzajów fimbrii) w procesie adhezji ważną rolę spełniają białka błony zewnętrznej np.: - białko intimina enteropatogennych szczepów E. coli odpowiedzialne za ścisły kontakt E. coli z enterocytem; - białka adhezyjne Yersinia enterocolitica – YadA, PsaA;
2. Oporność na bakteriobójcze działanie dopełniacza i fagocytozę - uwarunkowana obecnością: ► wirulentnych białek błony zewnętrznej np.: białka Yersinia spp.
► wydłużonych łańcuchów polisacharydowych LPS, które nie pozwalają na przyłączanie do ściany komórkowej składowych dopełniacza np.: LPS Salmonella spp.
► otoczek powierzchniowych hamujących fagocytozę np.: otoczki wielocukrowe K szczepów E. coli lub Klebsiella spp., otoczki Vi szczepów Salmonella spp.
3. Zdolność inwazji komórek nabłonka jelita – związana z białkami powierzchniowymi nazywanymi inwazynami.
4. Toksyny.
a) endotoksyna – LPS obecny w ścianie komórkowej wszystkich bakterii Gram – ujemnych. Działanie LPS na ustrój człowieka obejmuje m.in. gorączkę, leukopenię, hipoglikemię, hipotensję i wstrząs, zaburzenie perfuzji narządów wewnętrznych i kwasicę metaboliczną, unieczynnianie składowej C3 kasady dopełniacza, zespół DIC i zgon.
b) egzotoksyny, które dzielą się na:
- neurotoksyny (np.: neurotoksyna syntetyzowana przez Clostridium botulinum, wchłaniana z jelita do krwiobiegu) hamujące przekaźnictwo synaptyczne
- cytotoksyny – letalne dla komórek eukariotycznych. Przykłady: toksyna shiga ShT, shiga – like toksyny SLT1 i SLT2 E. coli (nazywane również verotoksynami VT), czynnik nekrotyzujący CNF E. coli, cytotoksyna rozciągająca komórki CDT wytwarzana przez niektóre szczepy Campylobacter jejuni, E. coli, Shigella spp., hemolizyny syntetyzowane przez różne szczepy wielu gatunków patogenów jelitowych
- enterotoksyny – zaburzają działanie pompy jonowej enterocytów i wchłanianie wody w jelicie, co jest przyczyną rozwoju biegunki. Enterotoksyny zaburzają jedynie funkcje komórek nie uszkadzając ich. Przykładami enterotoksyn syntetyzowanych przez patogeny jelitowe są: enterotoksyna ciepłochwiejna - LT, enterotoksyna ciepłostała - ST, enterotoksyna ciepłostała EAST1, enterotoksyna ciepłostała Yersinia enterocolitica - Yst, enterotoksyna ciepłochwiejna choleryczna CT, enterotoksyny Shigella flexneri - ShET1 i ShET2.
Enterotoksyny:
8ciepłochwiejna / ciepłolabilna (wrażliwa na działanie podwyższonej temperatury) LT – egzotoksyna białkowa należąca do tzw. toksyn A-B, które charakterystycznie zbudowane są z podjednostki B (lub kilku podjednostek B – zwykle pięciu w holotoksynach) wiążących cząsteczkę toksyny ze swoistym receptorem (dla LT receptorem jest gangliozyd GM1 obecny na rąbku szczoteczkowym enterocytów) oraz podjednostki enzymatycznej A, która stanowi właściwą toksynę. Podjednostka A wnika do wnętrza komórki i aktywuje cyklazę adenylową, co prowadzi do wzrostu stężenia wewnątrzkomórkowego cAMP. cAMP aktywuje cAMP- zależną kinazę białkową, która fosforyluje białka komórki i bierze udział w transporcie jonów. Wzrost stężenia cAMP jest bezpośrednią przyczyną zaburzenia działania pompy jonowej komórki: sodowo-chlorkowej. Dochodzi do nadmiernego wydzielania z komórki wody i jonów chlorkowych oraz zahamowania wchłaniania zwrotnego jonów sodowych i wody. W wyniku tego w jelicie gromadzi się nadmierna ilość wody, która nie jest wchłaniana, co wzmaga perystaltykę jelita, prowadzi do rozwoju biegunki sekrecyjnej i odwodnienia tkanek. Toksyny LT E. coli oraz toksyna choleryczna CT działają w taki sam sposób.
8enterotoksyna ciepłostała/ciepłostabilna (nie jest wrażliwa na działanie podwyższonej temperatury) ST – jest egzotoksyną polipeptydową, która działa w sposób podobny do LT, z tym, że aktywuje ona w komórce cyklazę guanylową, co prowadzi do wzrostu stężenia wewnątrz komórki cGMP. Większość pozostałych enterotoksyn ciepłostałych działa w podobny sposób.
Cytotoksyny:
8białkowa egzotoksyna shiga ShT - syntetyzowana jest przez gatunek Shigella dysenteriae typ 1. Toksyna ta jest przykładem holotoksyny zbudowanej z pięciu podjednostek wiążących B oraz jednostki enzymatycznej A, która hamuje w komórkach eukariotycznych biosyntezę białek, co prowadzi do ich śmierci. W taki sam sposób działają shiga – like toksyny SLT (verotoksyny) syntetyzowane przez pałeczki E. coli
8toksyna rozciągająca CDT nazwana tak z uwagi na efekt cytopatyczny obserwowany na komórkach nabłonka hodowanych in vitro, jest egzotoksyną białkową działającą na białka cytoszkieletu komórek eukariotycznych (aktynę) – powoduje ona reorganizację włókien aktyny, co prowadzi do zaburzenia morfologii i funkcji komórki oraz jej śmierci. W podobny sposób działa egzotoksyna białkowa – czynnik nekrotyzujący CNF. CNF zaburza ponadto podziały komórkowe co jest przyczyną powstawania tzw. zespólni wielojądrzastych (syncytiów komórkowych). CNF pośredniczy w procesie inwazji bakterii do komórek.
8hemolizyny – należą do cytotoksyn białkowych, wydzielanych przez bakterie do środowiska a tworzących w błonach plazmatycznych komórek eukariotycznych tunele (tzw. pory), przez które następuje wypływ elektrolitów z cytoplazmy i napływ do komórki dużych ilości wody, w efekcie prowadzi to do rozerwania komórki. Hemolizyny działają w ten sposób na większość komórek eukariotycznych (nie tylko na krwinki czerwone, jak sugeruje nazwa) m.in. leukocyty, zaburzając w ten sposób odpowiedź immunologiczną gospodarza. Nieliczne dotąd opisane hemolizyny kontaktowe syntetyzowane m.in. przez szczepy E. coli enteroagregacyjne (EAEC) i Shigella flexneri są enzymami (fosfolipazami), które również tworzą w błonach plazmatycznych komórek eukariotycznych tunele, ale ich działanie wymaga bezpośredniego kontaktu komórki bakteryjnej z komórką gospodarza, gdyż nie są one wydzielane do środowiska.
5. Zdolność pozyskiwania żelaza w ustroju gospodarza – bakterie wiążą żelazo (niezbędne w procesach ich metabolizmu) za pośrednictwem sideroforów (niskocząsteczkowych związków wykazujących powinowactwo do żelaza – tzw. chelatorów żelaza), białek błony zewnętrznej OMP oraz hemolizyn.
6. Synteza bakteriocyn tzw. kolicyn – substancji białkowych, które działają bójczo na gatunki inne niż te przez które są wytwarzane. Ułatwiają one gatunkom patogennym kolonizację w wyniku niszczenia drobnoustrojów flory fizjologicznej.
7. Atrybuty genetyczne: wymiana materiału genetycznego pomiędzy patogenami za pośrednictwem plazmidów i transpozonów na drodze koniugacji lub transdukcji (pozyskiwanie genów warunkujących syntezę toksyn, oporność na antybiotyki).
Czynniki etiologiczne bakteryjnych zakażeń przewodu pokarmowego:
Ziarniaki Gram – dodatnie: Staphylococcus aureus, Enterococcus spp.,
Laseczki Gram – dodatnie zarodnikujące:
a) beztlenowe: Clostridium difficile, Clostridium botulinum, Clsotridium perfringens
b) tlenowe: Bacillus cereus
Pałeczki Gram – ujemne: Rodzina Enterobacteriaceae (Escherichia coli, Salmonella spp., Shigella spp., Yersinia spp., Klebsiella spp., Enterobacter spp., i inne), pałeczki niefermentujące np.: Pseudomonas aeruginosa.
Bakterie spiralne: Campylobacter spp., Vibrio spp., Helicobacter spp.
Rzadko izolowane: Listeria monocytogenes, Aeromonas hydrophila, Plesiomonas shigelloides.
Chorobotwórczość wybranych patogenów jelitowych.
1. Escherichia coli.
Chorobotwórcze szczepy Escherichia coli (E. coli) klasyfikowane są na podstawie:
a) specyficznej budowy antygenów powierzchniowych – somatycznego O, który stanowi część LPS (identyfikacja serogrup) oraz rzęskowego H (identyfikacja serotypów). W przypadku szczepów E. coli posiadających wielocukrową otoczkę – antygen otoczkowy K jest również uwzględniany w klasyfikacji np.: szczepy E. coli posiadające antygen K1 są często izolowane z przypadków zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych noworodków.
Wśród chorobotwórczych szczepów E. coli zidentyfikowano dotychczas 171 serogrup, spośród których pewne związane są szczególnie często z zakażeniami przewodu pokarmowego np.: E. coli O26, O111, O114, O119, O157 itp.
b) syntetyzowanych czynników wirulencji i dzielone na tzw. wirotypy. Obecnie wyróżnia się 5 wirotypów związanych z zakażeniami przewodu pokarmowego oraz wirotyp E. coli uropatogennych, odpowiedzialnych za zakażenia układu moczowego.
Wirotypy związane z zakażeniami układu pokarmowego:
I. ETEC – enterotoksynogenne szczepy E. coli pod względem patomechanizmu zakażenia przypominają Vibrio cholerae. Zakażenia przewodu pokarmowego wywołane przez ETEC (typu enteritis) mają kliniczną postać biegunek sekrecyjnych, najczęściej samoograniczających się, ustępujących bez leczenia. Z uwagi na często występujące zakażenia wywołane przez ETEC u osób podróżujących, biegunki o etiologii ETEC nazywane są biegunkami podróżnych.
Zakażenie rozpoczyna się adhezją ETEC do błony śluzowej jelita cienkiego (bez cech inwazji) i syntezą enterotoksyn.
Adhezyny wytwarzane przez ETEC nazywane są czynnikami kolonizacji lub CFA antygenami - są to fimbrie (np.: CFA/I, CFA/II), których synteza jest często związana z wytwarzaniem cytotoksyny – czynnika nekrotyzującego CNF. Enterotoksyny syntetyzowane przez ETEC to LT i/lub ST.
II. EAEC (lub inny akronim EAggEC) – enteroagregacyjne szczepy E. coli odpowiedzialne są za przewlekłe biegunki trwające od 2 tygodni do kilku miesięcy a dotyczące najczęściej niemowląt i dzieci. Charakterystyczną cechą zakażeń wywołanych przez EAEC jest obecność w próbkach kału dużych ilości śluzu a często także krwi oraz ich przewlekły charakter.
Podobnie jak w przypadku ETEC, grupa tych szczepów E. coli adheruje do błony śluzowej jelita cienkiego (bez cech inwazji), jednak w przeciwieństwie do ETEC sposób przylegania EAEC jest bardzo charakterystyczny, co stało się podstawą ich rozpoznawania (w teście adhezji in vitro). EAEC adherują do komórek nabłonka za pośrednictwem fimbrii agregacyjnych AAF w postaci skupisk przypominających „stosy cegieł.” Szczepy tej grupy mogą syntetyzować enterotoksynę ciepłostałą – EAST1, podobną do ST oraz cytotoksynę (hemolizynę) kontaktową, której działanie cytopatyczne ujawnia się w wyniku ścisłego kontaktu bakterii z komórka eukariotyczną. Ponadto opisano wśród EAEC szczepy syntetyzujące verotoksyny, cytotoksynę CDT oraz CNF.
III. EPEC – enteropatogenne szczepy E. coli, najczęściej odpowiedzialne są za biegunki u niemowląt. Szczepy te, w początkowej fazie zakażenia luźno przyczepiają się do błony śluzowej jelita cienkiego za pośrednictwem fimbrii tworzących charakterystyczne wiązki tzw. BFP fimbrii. Dalsza ścisła adhezja EPEC, uwarunkowana obecnością białka adhezyjnego błony zewnętrznej – intiminy, związana jest z drastycznymi zmianami w obrębie cytoszkieletu enterocytów, zaburzeniem ich morfologii i funkcji, co jest bezpośrednią przyczyną biegunki. Szczepy EPEC wykazują słabe zdolności inwazji enterocytów, co prowadzi do rozwoju w obrębie jelita odczynu zapalnego. Chociaż ta grupa chorobotwórczych E. coli nie syntetyzuje żadnej charakterystycznej toksyny, EPEC mogą nabywać geny kodujące LT, ST, EAST1, shiga – like toksyny i hemolizyny.
IV. EHEC – enterokrwotoczne szczepy E. coli, których klasycznym przedstawiecielem jest serotyp E. coli O157:H7 adherują do błony śluzowej jelita grubego w sposób podobny do EPEC (różnica dotyczy miejsca kolonizacji: EPEC – jelito cienkie, EHEC – jelito grube). EHEC syntetyzują cytotoksyny, które budową i mechanizmem działania przypominają toksynę shiga (wytwarzana przez Shigella dysenteriae typ1) i stąd są nazywane shiga – like toksynami (SLT1 i SLT2) lub verotoksynami (SLT1=VT1; SLT2=VT2) z uwagi na charakterystyczny efekt cytopatyczny jaki toksyny te wywołują na linii komórek nerki małpy zielonej - Vero hodowanej in vitro. Poza SLT toksynami EHEC mogą wytwarzać enterohemolizynę o cechach cytotoksyny. Szczepy EHEC związane są z krwawymi biegunkami i krwotocznym zapaleniem jelita grubego, którego częstym powikłaniem jest hemolityczny zespół mocznicowy i/lub małopłytkowa plamica zakrzepowa.
V. EIEC – enteroinwazyjne szczepy E. coli wywołują zakażenia klinicznie przypominające czerwonkę bakteryjną, aktywnie inwadując do komórek nabłonka okrężnicy, co prowadzi do powstania owrzodzenia błony śluzowej i biegunki. Enteroinwazyjne szczepy ...
kasiula264