医院感染微生物学与微生态学基础.ppt
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1、医院感染微生物学与微生态学基础,中南大学湘雅医院感染控制中心 徐秀华,NI病原特点:,1、90%为条件致病微生物,少数为致病微生物。2、病原菌多重耐药。3、免疫功能低下病人的病原谱广,包括细菌、真菌、病毒、寄生虫等,病原随抗生素应用或免疫功能缺损程度而有变迁。4、一种病原引起多部位感染或一个部位有多种菌感染(复数菌感染)。,常见病原体,全球面临主要细菌耐药问题,MRS 耐甲氧西林葡萄球菌包括MRSA,MRSE,对万古霉素敏感性降低VRE 万古霉素耐药的肠球菌PRP 耐青霉素和多重耐药的肺炎球菌对氨苄西林耐药的流感嗜血杆菌 ESBL 超广谱酶(大肠/肺克)Type I酶:持续高产染色体Type
2、I Lac酶的阴沟、产气、聚团等肠杆菌属 非发酵菌 多重耐药的铜绿、不动、嗜麦芽,细菌的基本结构,细菌的基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、核质及胞质颗粒等。(1)细胞壁细胞壁(cell wall)是细菌最外层的结构,与细胞膜紧密的相连。一般光学显微镜下不易看到,可用胞质分离法和特殊染色法或电子显微镜观察。革兰阳性细菌细胞壁 细胞壁较厚(2080nm),其主要成分为肽聚糖、磷壁酸和少量表面蛋白质。革兰阴性细菌细胞壁 细胞壁较薄(1015nm),结构较复杂,肽聚糖含量少,肽聚糖外层还含有由脂蛋白、外膜(磷脂)和脂多糖组成的多层结构。,细胞质:为细胞膜所包绕的胶状物,核蛋白体(ribosome)游
3、离存在于胞质中的小颗粒,沉降系数为70s,由50s与30s大小两个亚基组成;其化学成分由RNA(70%)和蛋白质(30%)组成,是细菌合成蛋白的场所。质粒 质粒存在于细菌的胞质中,是染色体以外的遗传物质,为环状双螺旋DNA,但它们对于宿主细胞(细菌)的生存不是必需的。胞质颗粒(cytoplasmic granules),质粒特征:,自我复制能力:有的质粒的复制与细菌染色体的复制同步,称紧密型质粒;有的与染色体的复制不相关,称松弛型质粒。质粒DNA编码的基因产物可赋予细菌某些特殊性状,如耐药性、毒力、致育性等。质粒可自行丢失与消除,但细菌的生存和繁殖不受影响。转移性:质粒可通过与性菌毛结合、噬菌
4、体转导及直接整合方式在细菌间及细菌与哺乳动物细菌间转移。相容性与不相容性:具有相同复制起始位点和分配区的两种质粒不能共存于一个宿主菌,几种质粒的复制起始位点不同时,它们有各自的分配系统来精确调节其在子代细胞中的分配,因此可在子代细胞中稳定共存,此为质粒相容性。,核质,细菌没有完整的细胞核,因细菌细胞质中含有大量RNA,将核质掩盖。细菌染色体是单一的环状双螺旋DNA长链,附着在横隔中介体上或细胞膜上。部分细菌的染色体已可由环状变成线状。以大肠埃希菌K12为例,约为菌细胞膜长度的1000倍,整个染色体含40005000个基因,现已知编码了2000多种酶类及其他结构蛋白。,内毒素的主要生物学活性,内
5、毒素具有多种生物学活性。O特异性多糖和非特异性核心多糖除具有免疫源性,诱生特异性抗体外,对于内毒素生物学活性的表达并不起直接作用。引起内毒素生物学活性的物质,主要是类脂A。内毒素主要的生物学活性如下:,发热反应 将极微量的内毒素注入人体(15ng/kg),2h内可使体温上升,维持4h左右。内毒素引起发热反应的作用机理不是直接的,而是通过诱生内源性热原质(endogenous pyrogen)所起的间接作用。当内毒素激活肝脏库普弗细胞(枯否细胞)等单核-巨噬细胞后,这些细胞可合成并释放白细胞介素-1(IL-1)和肿瘤坏死因子(TNF)等内源性热原质,继而刺激下丘脑体温调节中枢的温敏神经元,使体温
6、的“调定点”(set point)上升而导致发热。,白细胞升高反应 注射内毒素后,血循环中的白细胞数首先开始骤减,这可能与大量白细胞粘附于毛细血管壁有关。经12h后,骨髓因受到内毒素刺激,释放出大量白细胞,致使血循环中的白细胞数显著增多,但伤寒杆菌的内毒素例外,它始终使血循环中的白细胞总数减少,机理尚不清楚。,舒瓦兹曼反应(Shwartzman reaction)与弥漫性血管内凝血(DIC)Shwartzman首先发现若将革兰阴性菌的培养物上清液或杀死的菌体注入家免皮内,824h,再以同种或另种革兰阴性菌的产物作静脉注射,隔10h左右,在第1次注射的局部皮肤可出现出血、坏死;若两次均为静脉注射
7、,则动物两侧的肾皮质呈现坏死,动物最终死亡,以上分别是局部和全身性的舒瓦兹曼反应。这种现象并不属于抗原、抗体结合的免疫学反应,因两次注射仅隔10h左右,且两次注射的革兰阴性菌可为无抗原交叉反应者。临床上脑膜炎球菌败血症等革兰阴性菌严重感染时,可出现皮肤、肾上腺大量出血的DIC及全身性舒瓦兹曼反应,与此现象类似。,内毒素引起的凝血机理甚为复杂,与白细胞的减少和增多,激肽系统、凝血系统和补体系统的激活,血小板的凝集等有密切关系。其过程是初期进入血循环的内毒素使白细胞受损,粘性增加,进而粘附于血管壁上。不久白细胞数急剧上升,于1224h达高峰,同时出现暂时性血管内凝血。来自骨髓新增加的白细胞中含有很
8、多幼稚细胞,带大量富有高电荷的蛋白颗粒,此时若有多量的内毒素继续进入血循环,则新增加的大量幼稚细胞遭到破坏,释放出高电荷颗粒,从而激活多种血液成分,最后形成DIC。,内毒素毒血症与休克 内毒素毒血症(endotoxemia)是由于血液中细菌或病灶内细菌释放出大量内毒素至血液,或输入被大量内毒素污染的液体而引起。临床症状不一,主要决定于宿主对内毒素的抵抗力。症状和体征有发热、白细胞数变化、出血倾向、心力衰竭、肾功能减退、肝脏损伤、神经系统症状,以及休克等。内毒素可引起组胺、5-羟色胺、前列腺素、激肽等的释放,导致微循环扩张、静脉回流血量减少、血压下降、组织灌注不足、缺氧及酸中毒等,严重时则形成以
9、循环衰竭和低血压为特征的内毒素休克。,其他:少量内毒素能激活B细胞,产生多克隆抗体,促进T细胞成熟,激活自然杀伤细胞(NK细胞)的活性,激活和增强巨噬细胞吞噬和消化的能力,并能释放干扰素、TNF、集落刺激因子(CSF)等调节因子。因此,适量的内毒素可增强机体的非特异性免疫、抗放射损伤、促进粒细胞生成、增强单核-吞噬细胞吞噬功能等有益于机体的作用。,细胞因子,TNF 给实验动物注射TNF可导致:(1)动物发热、白细胞下降、粒细胞集落刺激因子(CSF)增加;剂量增大可出现血管渗漏、血压下降。(2)促使其他细胞因子IL1、IL6、IL8水平增高使感染发展。(3)明显降低红细胞与多形核白细胞变形能力,
10、致微循环血流下降。(4)对内皮细胞影响,增加内皮细胞表达粘附因子和血管通透性;分泌组织因子;降低内皮细胞血栓调节素致血管内凝血。IL1 白细胞介素I是一种多肽类激素,为内生性致热源,与TNE有类似作用,并与之有协同致使MOF。与TNF不同是IL1只能激活静止的T细胞,促进B细胞增殖,并促进肾上腺皮质激素释放。其他炎性介质 如前列腺素E、白细胞三烯能直接或间接加重毛细血管渗漏、内皮和组织损伤。干扰素(IFN)可增加炎症过程中TNF的产生与活性。IL6促进急性期蛋白的合成并介导热源及前列腺素的合成。IFN和IL6均能增强TNF和IL1的作用。,外毒素,产生外毒素的细菌主要是革兰阳性菌中的破伤风梭菌
11、、白喉杆菌、产气荚膜梭菌、溶血性链球菌、金黄色葡萄球菌等,但某些革兰阴性菌中的痢疾志贺菌、鼠疫杆菌、霍乱弧菌、绿脓杆菌、产肠毒素大肠杆菌等也能产生外毒素。多数外毒素的化学成分是蛋白质。大多数外毒素是在细胞内合成后分泌于细胞外;也有存在于菌体内者,只有当菌体破裂溶解后,才释放出胞外。痢疾志贺菌和产肠毒素大肠杆菌的外毒素即属此类。,外毒素的毒性很强,尤以纯化的肉毒毒素最强,1mg即能杀死2000万只小鼠。不同种细菌产生的外毒素,对宿主的组织器官有明显的选择性作用,引起特殊的病变。例如肉毒毒素能阻断胆碱能神经未稍释放乙酰胆碱,使眼肌及咽肌等麻痹,引起眼睑下垂、复视、斜视、吞咽困难等症状,严重者可因呼
12、吸困难而致死;白喉毒素则对外周神经末稍、心肌、肝、肾等器官有很强亲和性,通过抑制易感细胞蛋白质合成而导致外周神经麻痹和心肌炎等。,多数外毒素不耐热,如白喉外毒素在5860经12h,破伤风外毒素在60经20min即可被破坏,但葡萄球菌的肠毒素例外,能耐100 0.5h。多数外毒素是蛋白质,具有良好的抗原性,在0.4%的甲醛液作用下,经过一定时间可以脱毒,但仍保留抗原性,成为类毒素。类毒素注入机体后,可使机体产生具有中和外毒素作用的抗毒素抗体。类毒素和抗毒素在防治工作中都有实际意义,抗毒素用于治疗和紧急预防。,近年来研究了外毒素的分子结构与功能,发现多数外毒素均由A、B两种亚单位所组成,称为A-B
13、模式。A亚单位的肽链是毒素的活动中心,决定毒素的毒性效应;B亚单位是无毒的肽链,其功能是与宿主易感组织细胞膜上的受体结合。毒素结构完整性是致病的必要条件。无毒B亚单位的抗原性强。提纯无毒的B亚单位,可与易感细胞膜上的受体结合,因此有可能成为良好的亚单位疫苗,用以预防某些疾病。,按细菌外毒素对宿主细胞的亲和性及作用方式的不同,又可将外毒素分为:神经毒(破伤风痉挛毒素等);细胞毒(白喉毒素等);肠毒素(霍乱毒素等)三大类。,内毒素与外毒素的主要区别,微生物与宿主细胞表面的结合过程称粘附。一旦细菌与吞噬细胞吸附,就被吞噬消化。为逃避与吞噬细胞发生粘附,致病菌以3种方式改变自身的表面特性:细菌停止产生
14、粘附素,细菌用莱膜覆盖粘附素,致病菌可吸附宿主蛋白以掩盖其表面结构。,抗粘附性的预防方案:,应用疫苗作免疫;抗微生物治疗;新颖抗粘附治疗。,毒力岛(pathogenicity island),毒力岛是细菌基因组中编码病原体毒力因子(附着因子、毒素、侵袭透明质酸酶、蛋白分泌系统、铁吸收系统等)的特定区域,其普遍存在于致病菌株中,对细菌的致病性起决定性作用。一般认为毒力岛有以下特点:编码细菌毒力基因簇的一个相对分子量较大的染色体DNA片段,一般在10200kb;一些毒力岛的两侧具有重复序列和插入元件;毒力岛多位于细菌染色体的tRNA基因位点内或附近,或位于与噬菌体整合有关的位点;毒力岛DNA片段的
15、G+C mol%和密码使用与宿主菌染色体有明显差异;毒力岛编码的基因产物多是分泌型蛋白和细胞表面蛋白,一些毒力岛编码细菌的分泌系统、信息传导系统和调节系统;一种病原菌可有一个或几个毒力岛;毒力岛可能与新发现的新原菌有关。,正常微生物群:,正常微生物群包括人体表和体内的一切微生物。人体皮肤与粘膜表面寄生着千千万万不同类型的细菌。,1985年瑞典一位微生物学家统计出一个健康成人全身寄居的微生物:,总量达1271克,主要为细菌。其中眼1克、鼻10克、口腔20克、上呼吸道20克、阴道20克、皮肤200克、胃肠道1000克。,一个健康成人大约由1013个动物细胞组成,而人体表面和腔道却定植1014个固有
16、的原核细胞细菌,因此在人体全部细胞中,细菌占90,人体自身细胞仅10。微生物细胞的体积相当于一个人的肝脏,其拥有生命所需要的酶远远超过肝脏所产生的酶。所以细菌成为人体的内环境。,人体正常微生物群对人体作用:,保持菌群之间的相互制约而维持人体微生态平衡,且能阻止和干扰外来微生物在人体的定植或入侵。菌群的细胞成份和代谢产物如内毒素能激发宿主防御机制发育,在实验中,无菌动物难以生存即是证明。有些正常菌群成员与致病菌及外籍菌有共同抗原,故可提高宿主对后两者的免疫水平。正常微生物中的部分菌能在肠内合成一些维生素、抗菌物质和细菌素,细菌素具有排除种内细菌的能力。,人体微生物群的组成与相互关系:,正常微生物
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