構(gòu)成病原菌毒力的主要因素是侵襲力和毒素。
侵襲力(Invasiness)是指細(xì)菌突破機(jī)體的防御機(jī)能,在體內(nèi)定居、繁殖及擴(kuò)散、蔓延的能力。構(gòu)成侵襲力的主要物質(zhì)有細(xì)菌的酶、莢膜及其他表面結(jié)構(gòu)物質(zhì)。
1.細(xì)菌的胞外酶:本身無毒性,但在細(xì)菌感染的過程中有一定作用。常見的有:
(1)血漿凝固酶(Coagulase):大多數(shù)致病性金黃色葡萄球菌能產(chǎn)生一種血漿凝固酶(游離血漿凝固酶),能加速人或兔血漿的凝固,保護(hù)病原菌不被吞噬或免受抗體等的作用。凝固酶是一種類似凝血酶原(Prothrombin)的物質(zhì),通過血漿中的激活因子變成凝血樣物質(zhì)后,才能使血漿中的纖維蛋白原變?yōu)槔w維蛋白因而血漿凝固。金黃色葡萄球菌還產(chǎn)生第二種血漿凝固酶(凝聚因子),結(jié)合在菌細(xì)胞上,在血漿中將球菌凝集成堆,無需血漿激活因子,而是直接作用于敏感的纖維蛋白原。在抗吞噬作用方面,凝聚因子比游離血漿凝固酶更為重要。
(2)鏈激酶(Streptokinase):或稱鏈球菌溶纖維蛋白酶(Streptococcal fibrinolysin),大多數(shù)引起人類感染的鏈球菌能產(chǎn)生鏈激酶。其作用是能激活溶纖維蛋白酶原或胞漿素原(Plasminogen)成為溶纖維蛋白酶或胞漿毒(Plasmin),而使纖維蛋白凝塊溶解。因此,鏈球菌感染由于容易溶解感染局部的纖維蛋白屏障而促使細(xì)菌和毒素?cái)U(kuò)散。致病性葡萄球菌也有溶纖維蛋白酶,稱為葡激酶,其作用不如鏈激酶強(qiáng),在致病性上意義不大。
(3)透明質(zhì)酶酶(Hyaluronidase):或稱擴(kuò)散因子(Spreading factor)是一種酶,可溶解機(jī)體結(jié)締組織中的透明質(zhì)酸,使結(jié)締組織疏松,通透性增加。如化膿性鏈球菌具有透明質(zhì)酸酶,可使病細(xì)菌在組織中擴(kuò)散,易造成全身性感染。
此外,產(chǎn)氣莢膜桿菌可產(chǎn)生膠原酶,是一種蛋白分解酶,在氣性壞疽中起致病作用。許多細(xì)菌有神經(jīng)氨酸酶,是一種粘液酶,能分解細(xì)胞表面的粘蛋白,使之易于感染。A族鏈球菌產(chǎn)生的脫氧核糖核酸酶,能分解膿液中的DNA,因此,該菌感染的膿液,稀薄而不粘稠。
2.莢膜與其他表面結(jié)構(gòu)物質(zhì):細(xì)菌的莢膜具有抵抗吞噬及體液中殺菌物質(zhì)的作用。肺炎球菌、A族和C族乙型鏈球菌、炭疽桿菌、鼠疫桿菌、肺炎桿菌及流行性感冒桿菌的莢膜是很重要的毒力因素。例如:將無莢膜細(xì)菌注射到易感的動(dòng)物體內(nèi),細(xì)菌易被吞噬而消除,有莢膜則引起病變,甚至死亡。
有些細(xì)菌表面有其他表面物質(zhì)或類似莢膜物質(zhì)。如鏈球菌的微莢膜(透明質(zhì)酸莢膜)、M-蛋白質(zhì);某些革蘭氏陰性桿菌細(xì)胞壁外的酸性糖包膜,如沙門氏桿菌的Vi抗原和數(shù)種大腸桿菌的K抗原等。不僅能阻止吞噬,并有抵抗體和補(bǔ)體的作用。此外粘附因子,如革蘭氏陰性菌的菌毛,革蘭氏陽性菌的膜磷壁酸在細(xì)菌感染中起重要作用。
細(xì)菌毒素(Toxin)按其來源、性質(zhì)和作用的不同,可分為外毒素和內(nèi)毒素兩大類。
1.外毒素(Exotoxin):有些細(xì)菌在生長過程中,能產(chǎn)生外毒素,并可從菌體擴(kuò)散到環(huán)境中。若將產(chǎn)生外毒素細(xì)菌的液體培養(yǎng)基用濾菌器過濾除菌,即能獲得外毒素。
外毒素毒性強(qiáng),小劑量即能使易感機(jī)體致死。如純化的肉毒桿菌外毒素毒性最強(qiáng),1mg可殺死2,000萬只小白鼠;破傷風(fēng)毒素對(duì)小白鼠的致死量為10-6mg;白喉毒素對(duì)豚鼠的致死量為10-3mg。
產(chǎn)生外毒素的細(xì)菌主要是某些革蘭氏陽性菌,也有少數(shù)是革蘭氏陰性菌,如志賀氏痢疾桿菌的神經(jīng)毒素、霍亂弧菌的腸毒素等。外毒素具親組織性,選擇性地作用于某些組織和器官,引起特殊病變。例如破傷風(fēng)桿菌、肉毒桿菌及白喉?xiàng)U菌所產(chǎn)生的外毒素,雖對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)都有作用,但作用部位不同,臨床癥狀亦不相同。破傷風(fēng)桿菌毒素能阻斷膽堿能神經(jīng)末梢傳遞介質(zhì)(乙酰膽堿)的釋放,麻痹運(yùn)動(dòng)神末梢,出現(xiàn)眼及咽肌等的麻痹;白喉?xiàng)U菌外毒素有和周圍神經(jīng)末梢及特殊組織(如心肌)的親和力,通過抑制蛋白質(zhì)合成可引起心肌炎、腎上腺出血及神經(jīng)麻痹等。有些細(xì)菌的外毒素已證實(shí)為一種特殊酶。例如產(chǎn)氣莢膜的甲種毒素是卵磷脂酶,作用在細(xì)胞膜的磷脂上,引起溶血和細(xì)胞壞死等。
一般外毒素是蛋白質(zhì),分子量27,000-900,000,不耐熱。白喉毒素經(jīng)加溫58~60℃1~2小時(shí),破傷風(fēng)毒素60℃20分鐘即可被破壞。外毒素可被蛋白酶分解,遇酸發(fā)生變性。在甲醛作用下可以脫毒成類毒素,但保持抗原性,能刺激機(jī)體產(chǎn)生特異性的抗毒素。
表6-1 細(xì)菌外毒素舉例
細(xì)菌種類 | 革蘭氏染色 | 引起疾病 | 毒素名稱 | 毒素作用方式 |
百日咳桿菌 | - | 百日咳 | 百日咳毒素 | 壞死性 |
內(nèi)毒桿菌 | + | 肉毒中毒 | 6型特異性毒素① | 麻痹(抑制乙酰膽堿釋放) |
Novyi氏水腫桿菌 | + | 氣性壞疽 | α-毒素 | 壞死性 |
β-毒素 | 溶血性卵磷脂酶,壞死作用 | |||
δ-毒素 | 溶血性 | |||
產(chǎn)生莢膜桿菌② | + | 氣性壞疽 | α-毒素 | 溶血性卵磷脂酶,壞死性 |
β-毒素 | 溶血性心臟毒素 | |||
λ-毒素 | 溶蛋白性 | |||
破傷風(fēng)桿菌 | + | 破傷風(fēng) | 破傷風(fēng)溶血毒素 破傷風(fēng)痙攣毒素 | 溶血性心臟毒素 引起骨骼肌痙攣 |
白喉?xiàng)U菌 | + | 白喉 | 白喉毒素 | 壞死性 |
鼠疫桿菌 | - | 鼠疫 | 鼠疫毒素 | 可能壞死性 |
志賀氏痢疾桿菌 | - | 菌痢 | 神經(jīng)毒素 | 出血性,麻痹性 |
霍亂弧菌 | - | 霍亂 | 腸毒素 | 引起小腸過度分泌液體 |
金黃色葡萄球菌 | + | 食物中毒 | 腸毒素 | 嘔吐 |
化膿性感染 | α-毒素 | 溶血性,殺白細(xì)胞性壞死性 | ||
β-毒素 | 溶血性 | |||
δ-毒素 | 皮膚壞死性,溶血性,殺白細(xì)胞性 | |||
殺白細(xì)胞素 | 殺白細(xì)胞性 |
化膿性鏈球菌 | + | 化膿性感染與猩紅熱 | α-毒素 | 溶血性 |
紅疹毒素 | 猩紅熱紅斑(疹) | |||
溶血毒素O | 細(xì)胞毒性,溶血性 | |||
溶血毒素S | 收縮平滑肌,溶血性 |
① 毒素中C型與D型作用于低等動(dòng)物。
② 只例舉由這種細(xì)菌產(chǎn)生的部分毒素。
2.內(nèi)毒素(Eedotoxin):內(nèi)毒素存在于菌體內(nèi),是菌體的結(jié)構(gòu)成份。細(xì)菌在生活狀態(tài)時(shí)不釋放出來,只有當(dāng)菌體自溶或用人工方法使細(xì)菌裂解后才釋放,故稱內(nèi)毒素。大多數(shù)革蘭氏陰性都有內(nèi)毒素,如沙門氏菌、痢疾桿菌、大腸桿菌、奈瑟氏球菌等。
(1)化學(xué)成份:內(nèi)毒素是磷脂一多糖一蛋白質(zhì)(Phospholid-polysaccharide-protein)復(fù)合物,主要成份為脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)。是細(xì)胞壁的最外層成分,覆蓋在堅(jiān)韌細(xì)胞壁的粘肽上。各種細(xì)菌內(nèi)毒素的成份基本相同,都是由類脂A、核心多糖和菌體特異性多糖(O特異性多糖)三部分組成。類脂A是一種特殊的糖磷脂,是內(nèi)毒素的主要毒性成份。菌體特異多糖位于菌體胞壁的最外層,由若干重復(fù)的寡糖單位組成。多糖的種類與含量決定著細(xì)菌種、型的特異性,以及不同細(xì)菌間具有的共同抗原性。它還參與細(xì)菌的抗補(bǔ)體溶解作用。
內(nèi)毒素耐熱,加熱100℃1小時(shí)不被破壞,必須加熱160℃,經(jīng)2~4小時(shí)或用強(qiáng)堿、強(qiáng)酸或強(qiáng)氧化劑煮沸30分鐘才能滅活。內(nèi)毒素不能用甲醛脫毒制成類毒素,但能刺激機(jī)體產(chǎn)生具有中和內(nèi)毒素活性的抗體。
(2)內(nèi)毒素的作用:內(nèi)毒素對(duì)組織細(xì)胞的選擇性不強(qiáng),不同革蘭氏陰性細(xì)菌的內(nèi)毒素,引起的病理變和臨床癥狀大致相同。
①發(fā)熱反應(yīng):內(nèi)毒素作為外源性致熱原(即熱原質(zhì))作用于粒細(xì)胞和單核細(xì)胞等,使之釋放內(nèi)源性致熱原,引起發(fā)熱。
②糖代謝紊亂:先發(fā)生高血糖,轉(zhuǎn)而為低血糖,大量糖元消耗,可能與腎上腺素大量分泌有關(guān)。
③血管舒縮機(jī)能紊亂:內(nèi)毒素激活了血管活性物質(zhì)(5-羥色胺、激肽釋放酶與激肽)的釋放。末梢血管擴(kuò)張,通透性增高,靜脈回流減少,心臟輸出量減低,導(dǎo)致低血壓并可發(fā)生休克。因重要器官(腎、心、肝、肺與腦)供血不足而缺氧,有機(jī)酸積聚而導(dǎo)致代謝性酸中毒。
④彌漫性血管內(nèi)凝血(Disseminatedintravascular coagulation,DIC):內(nèi)毒素能活化凝血系統(tǒng)的Ⅻ因子,當(dāng)凝血作用開始后,使纖維蛋白原轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維蛋白,造成DIC;由于血小板與纖維蛋白原大f1411.cn/yishi/量消耗,以及內(nèi)毒素活化胞漿素原為胞漿素,分解纖維蛋白,進(jìn)而產(chǎn)生出血傾向。
⑤施瓦茲曼現(xiàn)象(Shwartzmanphenomenon):可能是由內(nèi)毒素引起DIC的一種特殊形式。將內(nèi)毒素注入動(dòng)物皮內(nèi),次日再以內(nèi)毒素靜脈注射,數(shù)小時(shí)后第一次注射的局部皮膚出現(xiàn)壞死。如果二次均為靜脈注射內(nèi)毒素,就可出現(xiàn)DIC,F(xiàn)認(rèn)為第一次劑量的內(nèi)毒素封閉了單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng),以至不能消除第二次注入的內(nèi)毒素,故發(fā)生這種反應(yīng)。亦可用炭粒代替第一次內(nèi)毒素劑量以阻斷單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng),或以腎上腺皮質(zhì)類因醇處理,也可得同樣結(jié)果。
此外,內(nèi)毒素還能引起早期粒細(xì)胞減少血癥,以后繼發(fā)粒細(xì)胞增多血癥;活化補(bǔ)體C3,引起由補(bǔ)體介導(dǎo)的各種反應(yīng)等。
表6-2 外毒素與內(nèi)毒素的主要區(qū)別
區(qū)別要點(diǎn) | 外毒素 | 內(nèi)毒素 |
存在部位 | 由活的細(xì)菌釋放至細(xì)菌體外 | 為細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)成份,菌體崩解后釋出 |
細(xì)菌種類 | 以革蘭氏陽性菌多見 | 革蘭氏陰性菌多見 |
化學(xué)組成 | 蛋白質(zhì)(分子量27,000~900,000) | 磷脂一多糖一蛋白質(zhì)復(fù)合物(毒性主要為類脂A) |
穩(wěn)定性 | 不穩(wěn)定,60℃以上能迅速破壞 | 耐熱,60℃耐受數(shù)小時(shí) |
毒性作用 | 強(qiáng),微量對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有致死作用(以u(píng)g計(jì)量)。各種外毒素有選擇作用,引起特殊病變,不引起宿主發(fā)熱反應(yīng)。抑制蛋白質(zhì)合成,有細(xì)胞毒性、神經(jīng)毒性、紊亂水鹽代謝等 | 稍弱,對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物致死作用的量比外毒素為大。各種細(xì)菌內(nèi)素的毒性作用大致相同。引起發(fā)熱、彌漫性血管內(nèi)凝血、粒細(xì)胞減少血癥、施瓦茲曼現(xiàn)象等 |
抗原性 | 強(qiáng),可刺激機(jī)f1411.cn/zhuyuan/體產(chǎn)生高效價(jià)的抗毒素。經(jīng)甲醛處理,可脫毒成為類毒霉,仍有較強(qiáng)的抗原性,可用于人工自動(dòng)免疫 | 刺激機(jī)體對(duì)多糖成份產(chǎn)生抗體,不形成抗毒素,不能經(jīng)甲醛處理成為類毒素 |
病原微生物引起感染,除必須有一定毒力外,還必須有足夠的數(shù)量和適當(dāng)?shù)那秩氩课。有些病原菌毒力極強(qiáng),極少量的侵入即可引起機(jī)體發(fā)病,如鼠疫桿菌,有數(shù)個(gè)細(xì)菌侵入就可發(fā)生感染。而對(duì)大多數(shù)病原菌而言,需要一定的數(shù)量,才能引起感染,少量侵入,易被機(jī)體防御機(jī)能所清除。
病原菌的侵入部位也與感染發(fā)生有密切關(guān)系,多數(shù)病原菌只有經(jīng)過特定的門戶侵入,并在特定部位定居繁殖,才能造成感染。如痢疾桿菌必須經(jīng)口侵入,定居于結(jié)腸內(nèi),才能引起疾病。而破傷風(fēng)桿菌,只有經(jīng)傷口侵入,厭氧條件下,在局部組織生長繁殖,產(chǎn)生外毒素,引發(fā)疾病,若隨食物吃下則不能引起感染。
病原菌的這種特性是它的寄生與機(jī)體免疫系統(tǒng)抗寄生相互作用,長期進(jìn)化過程中相互適應(yīng)的結(jié)果。