Отличие и сходства кишечной палочки от холерного вибриона

Холера, которую вызывает холерный вибрион, входит в список самых опасных болезней человечества. Она известна издревле, протекает в виде эпидемий и уносит миллионы жизней. Очагом холеры была Индия – идеальный по температуре и влажности для бактерии Vibriocholera климат. Специфика региона – высокая плотность населения при низкой санитарно-гигиенической культуре, загрязнении водоемов фекалиями, использовании инфицированной воды в пищу – объясняет факт развития инфекции в данном месте. Как и другие инфекционные болезни, холеру изучают микробиологическими методами.

История обнаружения микроба

Холера с древних времен известна человечеству. Ее упоминал в своих работах Гиппократ, а первое научное описание эпидемии холеры сделал португальский врач Гарсиа дель Хуэрто в 1563 г. (Индия, Гоа).

В 1885 г. Кох выделил чистую культуру бактерии Vibriocholera. И хотя Хуэрто еще в 1563 г. описал холеру как болезнь, только с появлением микроскопов появилась возможность выявить возбудитель. Микробиологические исследования показали, что возбудителями холеры являются микроорганизмы в форме изогнутой палочки, получившие название «холерный вибрион». В 1870 г. Луи Пастер подтвердил влияние ослабленных бактерий на формирование иммунитета на примере эксперимента с куриной холерой. Это подтолкнуло его к открытию способа получения вакцин.

Возбудитель холеры: виды и значения

С развитием микробиологии ученые выявили причину холеры. Ею оказался микроорганизм, согласно принятой классификации, относящийся к царству прокариотов, типу Протеобактерий, порядку Vibrionales, семейству Vibrionaceae, роду Vibrio и виду Vibriocholera – холерный вибрион.

Холерный вибрион (латинское название Vibriocholera) – слабоизогнутая грамотрицательная палочка с выраженным полиморфизмом, определяющим ее морфологическую изменчивость. Бактерия очень подвижна (монотрих), не образует споры и капсулы. Возбудитель холеры относится к группе хемоорганогетеротрофов и является факультативным анаэробом.

Бактерия холеры имеет термолабильный О- и термостабильный жгутиковый Н-антигены. О-антигены по особенностям строения подразделяют на 140 серогрупп. Среди всех V.cholerae только вибрионы серогрупп О1 и О139 вызывают холеру. Бактерии, входящие в другие серогруппы, являются условнопатогенными (О2, О3 и О4 вызывают гастроэнтериты и энтериты) или непатогенными.

По разновидности штаммов бактерий, входящих в О1, биовары подразделяют на:

• классическую холеру с типичным протеканием заболевания;
• биотип холерного вибриона Эль-Тор, для которого характерно легкое и нетипичное протекание болезни.

Биотипы серогруппы О1 по наличию в составе фракций А, В и С разделяют на три серовара (серотипа):

• Огава содержит фракцию В;
• Инаби– фракцию С;
• Хикодзима – носитель фракций А, В и С.

Серовар Хикодзима не является общепризнанным, и его наличие оспаривается рядом ученых. Термостабильный Н-антиген (жгутиковый) вибрионов холеры является общим для всех серотипов. Бактерии холеры, входящие в серогруппы non О1, способны вызвать диарею различной тяжести, вплоть до летального исхода.

Строение

Морфология холерного вибриона описывает строение и форму бактерии. Бактерия Vibriocholera под микроскопом выглядит как прямая или изогнутая палочка с одним жгутиком, длина которого значительно превышает размеры самого вибриона (1,5/4 х 0,2/04 мкм). В стационарной фазе роста (старая культура) вибрион имеет инволюционные формы:

• нитевидные;
• спиралевидные;
• колбовидные;
• кокковидные.

При воздействии пенициллина бактерия образует фильтрующиеся формы. На свежих средах, при пересеве, Vibriocholera возвращается к первоначальному виду изогнутой палочки.

Жизненный цикл и питание

Возбудитель холеры относят к факультативным анаэробам, но лучший рост бактерий происходит при аэробных условиях. По типу питания бактерию Vibriocholera относят к хемоорганотрофам с типичными окислительными и бродильными типами метаболизма. Хемотрофы получают энергию из окислительно-восстановительных (ОВ) процессов и, как многие другие патогенные микроорганизмы, не зависят от солнечной энергии. Холерный вибрион является факультативным анаэробом, то есть процессы окисления-восстановления происходят без участия кислорода по типу брожения.

Органотрофы в ОВ-реакциях взаимодействуют с органическими соединениями, расщепляя их на более простые и устойчивые соединения. Чаще всего донорами в ОВ-процессах являются сахара, жиры и аминокислоты. В пищевой цепочке возбудитель холеры является консументом – он использует уже готовые органические соединения, но не способен разложить их до простейших неорганических составляющих.

Гетеротрофы, к которым относится бактерия холеры, получает необходимый для жизнедеятельности клетки углерод из имеющихся органических соединений. Она не способна усваивать его из углекислого газа. Все гетеротрофы делятся на такие группы:

• симбионты – взаимовыгодно сосуществующие с другим видом;
• паразиты – бактерии, к которым относится холерный вибрион, живущие за счет хозяина и приносящие ему вред;
• сапрофиты – микроорганизмы, использующие для питания мертвую органику.

Путь вибриона в организме

Бактерии холеры попадают в организм человека из окружающей среды вместе с водой и пищей. В желудке большая часть микроорганизмов погибает под воздействием соляной кислоты. Возбудители холеры, преодолевшие кислотный барьер желудка, проникают в тонкий кишечник. Щелочная среда кишечника благоприятна для жизнедеятельности вибрионов. Микроорганизмы прикрепляются к слизистой оболочке кишечника. Вибрион не проникает внутрь клеток кишечника – он остается снаружи.

В процессе жизнедеятельности холерные вибрионы выделяют специфический токсин СТХ, взаимодействие которого с клеточной оболочкой вызывает функциональные нарушения. Внутри клетки происходит нарушение обмена таких веществ, как натрий и хлор, следствием чего является выделение растворенных солей в просвет кишечника и быстрое обезвоживание организма. Обезвоженные клетки слизистой кишечника быстро погибают и выводятся из организма вместе с бактериями – возбудителями заболевания.

Биохимические свойства

Возбудитель холеры обладает высокой биохимической активностью. Сахаролитические свойства:

• сбраживают глюкозу, сахарозу, мальтозу, маннит до кислоты;
• не окисляют арабинозу, инулин, инозит.

Отношение к сахарам является критерием для деления вибрионов на 6 групп. Для определения сахаролитической активности применяется «триада Хейберга» – сахароза, манноза и арабиноза. Истинные возбудители холеры относятся только к первой группе, окисляющей маннозу и сахарозу, и инертные к арабинозе. В другие пять групп входят нехолерные вибрионы.

Протеолитические свойства:

• разжижают желатин;
• вызывают свертываемость плазмы крови кролика;
• гидролизуют казеин;
• разжижают свернувшееся молоко;
• расщепляют белковые соединения до аммиака и индола;
• нитраты восстанавливают в нитриты;
• не образуют сероводород.

Холерный вибрион продуцирует оксидазу, которая является катализатором ОВ-процессов в клетке.

Устойчивость

Для бактерии Vibriocholerae окружающая среда не является благоприятной – воздействие прямых солнечных лучей или высушивание для микроорганизма губительно. Высокие температуры возбудитель холеры тоже не переносит:

• при 60°С он погибает в течение 5 минут;
• при 100°С практически мгновенно.

Низкие температуры и замораживание для холерного вибриона не критичны, он способен несколько дней сохранять свою жизнеспособность даже вмороженным в лед. Кислая среда для бактерии холеры губительна. В растворе серной кислоты даже крайне разбавленной концентрации (1:10000) вибрион холеры погибает за несколько секунд. Щелочная среда (как в кишечнике, где микроорганизмы обитают) и высокие концентрации солей для Vibriocholerae являются вполне благоприятными.

Антигенная структура

Вибрион холеры содержит 2 антигена:

• Н – жгутиковый термолабильный, неспецифический, общий для всех вибрионов;
• О – соматический термостабильный, обладает видовой специфичностью, делит вибрионы на 140 серогрупп. Так, биовары Vibriocholerae классической холеры и биотип Эль-тор относятся к подгруппе О1.

Подгруппа О1, в зависимости от входящей в состав фракции А, И и С, делится на 3 серовара:

• Огава;
• Инаба;
• Хикодзима.

У носителей и больных обнаружили подобные холерному вибриону формы, не обладающие антигенами О и Н. Их назвали НАГ-вибрионами, и достаточно часто выделяют из различных объектов окружающей среды, в частности, из воды.

Патогенность

Холерный вибрион попадает в организм человека и в большей части гибнет в желудке с его кислой средой. Вибрионы, проскочившие желудок, попадают в тонкий кишечник, где среда щелочная. В нем бактерии холеры проникают через слизистую оболочку стенок и прикрепляются к энтероцитам.

Основной фактор патогенности бактерии холеры – это секреция белковых эндо- и экзотоксинов. К экзотоксинам относится холероген, состоящий из двух субъединиц (А и В) и являющийся функциональным блокатором. Субъединица А является источником токсических свойств. Она провоцирует выработку аденилатциклазы, что приводит к нарушению водно-солевого баланса, выведению солей натрия и хлора и быстрому обезвоживанию организма больного. Субъединица В вырабатывает эндотоксин, который входит в состав клеточной стенки и защищает вибрион холеры от фагоцитов.

Тинкториальные свойства холерного вибриона

Являясь грамотрицательными микроорганизмами, бактерии холеры окрашиваются по Граму в красный цвет.

Токсины

В процессе жизнедеятельности холерный вибрион продуцирует два вида токсинов:

• экзотоксин холероген, обладает ярко выраженным энтеротоксическим действием;
• эндотоксин.

Возбудители холеры в организме человека продуцируют фибринолизин, коллагеназу, лерициназу, муциназу, нейраминедазу, которые называют ферментами агрессии.

Выращивание и лабораторная диагностика

Вибрионы Vibriocholera являются факультативными анаэробами, они хорошо растут на щелочных средах с pH от 7,3 до 8,7.

1. Плотные среды. При культивировании холерных вибрионов на плотных средах получаются дискообразные колонии с ровными краями, почти прозрачные, с легким голубым оттенком.
2. Желатин. Выращенные на желатине вибрионы формируют зернистые прозрачные колонии, под микроскопом напоминают битые стекла.
3. Щелочной бульон. На пептонной воде и щелочном бульоне выращивают холерный вибрион в виде пленки. Бактерии Vibriocholera вызывают острую карантинную инфекцию, и требования к забору материала для лабораторных исследований учитывают возможную высокую заразность образцов. С учетом этого бактериологические исследования образцов с подозрением на холеру следует проводить только в режимных лабораториях, укомплектованных специально обученным персоналом.

Лабораторная диагностика образцов проводится следующими методами:

• бактериоскопический;
• бактериологический;
• серологический.

Бактериологические исследования проводят поэтапно, с максимально короткими интервалами между анализами. Данные исследования проводятся в режиме круглосуточной работы.

1. Этап 1. Делается посев исследуемого материала на пептонной воде 1%; пептонной воде 1% с теллуритом калия; щелочном МПА; селективной среде.
2. Этап 2. Спустя 7-8 ч. после посева изучают рост микроорганизмов образца. Интенсивно растущие в щелочной среде холерные вибрионы опережают сопутствующую микрофлору и образуют на поверхности нежно-голубую прозрачную пленку. Полученную пленку, для дальнейшего накопления микроорганизмов, засевают на пептонную воду 1% и щелочной агар. Также проводят реакцию с диагностической сывороткой.
3. Этап 3. Посевы выдерживают в термостатах 12-14 ч. С полученными микроорганизмами проводят реакцию агглютинации с использованием О-сыворотки. При положительном результате полученный материал высевают на среду (чаще всего полиуглеводную), содержащую 2-3 сахара для получения чистой культуры. На этом этапе, спустя 48 ч. с момента получения образца для исследования, выдается ответ о наличии вибриона холеры в исследуемом образце.
4. Этап 4. Материал термостатируется в течении 12-14 ч. За счет расщепления сахаров цвет столбика изменяется. Проводят идентификацию культуры по характерным морфологическим, антигенным и другим свойствам. На данном этапе проводят дифференциацию классической холеры и Эль-Тора. Для чего используют рот-тест, пестрый ряд Гисса, реакцию Фогеса-Проскауэра, гексминовый тест и другие специфические методики. Спустя 60 ч. после начала исследований определяется вирулентность изучаемых образцов.

Серологический метод:

1. Реакция агглютинации культуры холерного вибриона, выращенной на агаре в течение 5 часов, и сыворотки больного.
2. Применение ИФА-методов для обнаружения копроантител.

Существуют ускоренные методы, к которым относятся:

• исследование реакций микроагглютинации и иммобилизации вибрионов с противохолерной О-сывороткой на фазовоконтрастном микроскопе;
• иммунофлюоресцентный метод;
• ПЦР-диагностика.

Эпидемиология

Холерный вибрион вызывает острую кишечную инфекцию, а единственным источником инфекции в природе может быть только больной человек или бактерионоситель. Животные не болеют холерой, а при искусственном заражении сразу погибают.

При биоваре холеры Эль-Тор возможно продолжительное вибрионосительство, кроме того, заболевание протекает по атипическим формам, затрудняя своевременную диагностику и способствуя распространению инфекции.

Инфекция может попадать в организм человека по следующим путям заражения:

• водный – при употреблении или использовании в хозяйственных целях инфицированной воды;
• пищевой – с инфицированными продуктами (молоко, моллюски, рыба);
• контактный – через предметы или прямой контакт с больным;
• смешанный – представляет сочетание предыдущих путей заражения.

Заразиться холерой воздушно-капельным путем через органы дыхания маловероятно.

Особенности болезни

Заболевание относится к особо опасным заболеваниям с высокой восприимчивостью. Чаще всего распространяется в форме эпидемий. Скрытый (инкубационный) период может длиться от нескольких часов до 5 суток. У человека заболевание может протекать от стертой до тяжелой формы с летальным исходом через сутки-двое.

До 80% случаев инфицирования холерным вибрионом протекает как заболевание легкой или средней степени тяжести, сопровождающееся диареей. Возбудитель заболевания, попав в организм человека через рот, локализуются в организме больного на поверхности ворсинок тонкого кишечника, в просвете кишечника.

Симптомы холеры

Независимо от степени тяжести заболевания, холера обладает двумя выраженными симптомами:

1. Диарея. Под воздействием эндотоксина холерного вибриона происходит отек слизистой оболочки кишечника. Нарушается водно-солевой баланс, и организм начинает выделять жидкость и растворы солей. Это приводит к быстрому обезвоживанию организма.
2. Рвота. Выделяемая тонким кишечником жидкость и растворы солей поднимаются по ЖКТ вверх и удаляются через рот.

Группа риска

Наиболее подвержены инфицированию следующие категории людей:

• имеющие низкую кислотность желудка;
• зараженные глистами;
• после резекции желудка;
• с ослабленной иммунной системой;
• с анемией;
• алкоголики.

Осложнения

При поражении холерным вибрионом наблюдаются два вида осложнений, связанные с потерей организмом жидкостей и минералов:

• неспецифические;
• специфические.

К неспецифическим относят пневмонии, флегмону, сепсис, рожу и абсцессы. Специфические осложнения связаны с патологиями тонкого кишечника на фоне потери жидкости – часто это дифтерический колит. Возможны увеличение селезенки, тромбоз междольковых сосудов печени, некроз эпителия почечных канальцев, постхолерная уремия и другие.

Лечение

Лечебные мероприятия в первую очередь направлены на восполнение и восстановление водно-солевого баланса. Регидратация проводится внутривенно струйно, далее капельно. Вводят раствор хлорида и гидрокарбоната натрия в бидистилляте.

Совместно с регидратационной терапией применяют антибиотики – олететрин, тетрациклин, эритромицин, левомицетин. Применяются сульфаниламидные препараты, витамины группы В, С и РР. Благодаря использованию комплексного лечения летальность холеры на сегодняшний день составляет около 1%.

Иммунитет у переболевших

После перенесения инфекции стойкий иммунитет при холере не создается. Повторное заражение возможно, а эффективную вакцину создать пока не удается.

Прогноз и профилактика

Инфекция опасна обезвоживанием организма, но при своевременном и эффективном лечении прогноз благоприятный. Учитывая орально-фекальный путь заражения холерой, меры профилактики имеют санитарно-гигиеническую направленность. В неблагоприятных районах рекомендуется регулярно мыть руки, овощи и фрукты ошпаривать кипятком, не покупать продукты у случайных лиц, не купаться в открытых водоемах.

В России последний единичный случай заболевания был зафиксирован в 2008 г. Своей холеры в стране нет, но всегда есть угроза завезти инфекцию из других стран.