Синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) вызывает разнообразные гнойно-воспалительные процессы вплоть до генерализованных форм. Основная часть синегнойной инфекции имеет внутрибольничное происхождение. Она выделяется у каждого третьего госпитализированного пациента. Особые свойства бактерии и особенности ее взаимодействия с организмом человека создают объективные трудности в борьбе с инфекцией. Ситуацию осложняет растущая угроза развития антибиотикорезистентности.
Синегнойные палочки обладают большой адаптиционной способностью. Они способны размножаться в условиях полного отсутствия органических веществ, развиваются даже в дистиллированной воде, не теряют жизнеспособность в целом ряде дезинфицирующих растворов. Бактерии часто инфицируют послеожоговые раневые поверхности, рваные раны, порезы и др. Никогда не поражают здоровые ткани. Инфекция может развиться в мочевыводящих путях при введениях катетеров. Поражение глаз возникает при травмах и оперативных вмешательствах. Часто синегнойная инфекция регистрируется при воспалении среднего уха. Она поражает легкие и сердечные клапаны, мозговые оболочки и суставы, желудочно-кишечный тракт и ногти. При проникновении бактерий в кровяное русло развивается бактериальный сепсис.
Рис. 1. Синегнойные палочки. Фото с электронного микроскопа. Компьютерная окраска.
Как передается синегнойная палочка. Эпидемиология заболевания
К роду Pseudomonas относится около 140 подвидов бактерий. Микроорганизмы вызывают развитие опасной для жизни и трудноизлечимой псевдомонадной инфекции. Для своей жизнедеятельности бактерии используют почти все природные органические соединения.
Болезнь фиксируется круглогодично. Чаще болеют маленькие дети и лица пожилого возраста, регистрируется высокий уровень распространения инфекции в стационарах лечебных учреждений, в том числе отделениях для новорожденных.
Распространенность
Синегнойные палочки широко распространены в природе. Они обитают в почве, растениях и воде, в организмах животных, насекомых, человека и птиц.
Жидкая среда
Бактерии предпочитают места с повышенной влажностью — кондиционеры, раковины, респираторы, увлажнители, влагосборники. Они обнаруживаются в 90% пробах сточных вод, колонизируют поверхность кафельной отделки бассейнов, забиваются в швы, образуя защитную биопленку, на которую плохо воздействуют дезинфицирующие растворы. В воде при температуре 37 °С бактерии сохраняют жизнеспособность в течение года, выживают в растворах антисептиков, применяемых в медицинских учреждениях, в жидкости, предназначенной для хранения контактных линз.
Медицинские учреждения
Синегнойные палочки широко распространены в стационарных медицинских учреждениях. Они являются главными возбудителями внутрибольничной инфекции. Инфицированным становятся до 30% стационарных больных. Инфекция передается с пищей и водой, через раковины, санузлы, ручки кранов, руки медицинского персонала, общие полотенца, постельное белье, лекарственные растворы и мази, а также через медицинскую аппаратуру и инструменты.
Человек
Синегнойная палочка является условно-патогенным микроорганизмом. Она входит в состав нормальной микрофлоры человека. Ее можно обнаружить на кожных покровах ушных раковин (2%), подмышечных впадин и в паху, на слизистых оболочках носа (3%), глотки (7%) и желудочно-кишечного тракта (до 24%). Сдерживает развитие инфекции крепкая иммунная система.
Рис. 2. Синегнойная инфекция. Поражение ногтя (фото слева), наружного и среднего уха.
Источник, механизм и факторы передачи инфекции
Резервуаром и источником синегнойной инфекции является человек (больной или носитель) и животные. Не исключается, что источником Pseudomonas aeruginosa может быть окружающая среда.
Механизм передачи инфекции контактный, воздушно-капельный и пищевой. Наиболее опасными являются лица с поврежденными кожными покровами (открытые гнойные раны разного происхождения) и больные пневмонией.
К факторам передачи синегнойной инфекции в домашних условиях относятся инфицированные предметы обихода, крема, растворы, полотенца для лица и гениталий, помазки для бритья и др.
К факторам передачи синегнойной инфекции в медицинских учреждениях относятся инструменты, медицинская аппаратура, приборы, дезинфицирующие растворы, лечебные мази, глазные капли, предметы ухода за больными, руки медицинского и обслуживающего персонала.
Рис. 3. Поражение роговой оболочки глаза при синегнойной инфекции. Язва роговицы.
Группы риска
В группу риска по псевдомонадной инфекции входят лица с ослабленным иммунитетом — больные хроническими инфекционными заболеваниями, муковисцидозом, новорожденные, маленькие дети и люди престарелого возраста,
Высок риск развития синегнойной инфекции у больных с открытыми гнойными ранами (ожоги, порезы, рваные раны).
В группу риска входят больные с постоянными катетерами, находящиеся на ИВЛ и пр.
Синегнойная палочка относится к семейству Pseudomonadaceae, роду Pseudomonas, к которому относятся многочисленные виды (более 20) возбудителей, три из которых патогенны для человека:
Вид Pseudomonas aeruginosa вызывают разнообразные гнойно-воспалительные процессы.
Вид Pseudomonas mallei — возбудители сапа.
Вид Pseudomonas pseudomallei вызывают мелиоидоз.
Бактерии этого рода — грамотрицательные палочки, строгие аэробы, спор не образуют, не требовательны к питательным средам.
Pseudomonas aeruginosa открыта в 1862 году А. Люкке. Исследователь отметил характерное окрашивание перевязочного материала в сине-зеленый цвет. В 1872 году П. Жессар выделил чистую культуру возбудителя и изучил его свойства. В 1897 году была зарегистрирована первая вспышка внутрибольничной (госпитальной) инфекции, причиной которой оказались синегнойные палочки. В 1899 году С. Н. Серковский указал на возникновение бактериального заболевания у истощенных больных и детей — лиц с ослабленным иммунитетом. Сегодня синегнойная палочка является одним из основных возбудителей локальных и системных гнойно-воспалительных процессов, особенно в условиях стационаров.
Бактерии палочковидные, прямые или слегка изогнуты, концы закруглены, имеют 1 или 2 полярных жгутика и пили (микроворсинки), 1 — 5 мкм в длину и 0,5 — 1,0 мкм в ширину, в нативных препаратах подвижны, спор не образуют, оболочка капсулоподобная.
Рис. 6. Грамотрицательные бактерии Pseudomonas aeruginosa в мазках чистых культур под микроскопом располагаются поодиночке, попарно или в виде коротких цепочек. Располагаясь в цитоплазме фагоцитов могут деформироваться.
Биологические свойства возбудителя
Образование слизи
Бактерии синтезируют внеклеточное крахмалоподобное вещество — слизь. Более вирулентные штаммы синтезируют повышенное ее количество. Слизь покрывает микробные клетки тонким слоем. Она придает колониям и бульонным культурам вязкость. На жидких средах слизь образует серовато-серебристую пленку. При старении культуры жидкая среда мутнеет, муть постепенно опускается сверху вниз, далее на дно выпадает слизистый осадок. Бактериальная слизь расценивается как фактор патогенности.
Синегнойные палочки синтезируют пигменты сине-зеленого, красного, черно-коричневого и желтого цветов.
Большинство штаммов продуцируют водорастворимый феназидовый пигмент пиоцианин, окрашивающий отделяемое из ран, перевязочный материал и питательную среду в сине-зеленый цвет. Большое количество пигмента продуцируют более вирулентные штаммы. Пигментообразование является важным диагностическим признаком. Оно регистрируется у 70 — 80% клинических изолятов. Пиоцианин растворяется в хлороформе.
Рис. 7. Окрашивание питательной среды ферментом пиоцианин в сине-зеленый цвет.
Многие штаммы продуцируют пигмент пиовердин (флюоресцеин) — пигмент желто-зеленого цвета, который флюоросцирует в лучах УФО с длиной волны 254 нм.
Рис. 8. Пигмент желто-зеленого цвета пиовердин (фото слева), флюоросцирует в лучах УФО (фото справа).
В кислой среде бактерии продуцируют пигмент пиорубин, который окрашивает питательную среду в красный или бурый цвета.
Рис. 9. Пигмент пиорубин окрашивает питательную среду в красный или бурый цвет.
Некоторые штаммы бактерий продуцируют пиомеланин (меланиновый пигмент), который окрашивает питательную среду в черный, коричнево-красный или коричнево-черный цвета.
Рис. 10. Пигмент пиомеланин окрашивает питательную среду в черный, коричнево-красный или коричнево-черный цвета.
Пигмент L-оксифеназин дает желтую окраску.
Рис. 11. Пигмент L-оксифеназин окрашивает питательную среду в желтый цвет.
Химические свойства бактерий
Синегнойная палочка проявляет устойчивость к целому ряду химических соединений и внешних воздействий:
Утилизирует фенолы, нитрофурановые соединения (растет в фурацилине), карболовую кислоту.
Хлорная известь и хлорамин на нее не действуют.
УФО на бактерии проявляет губительное действие только при воздействии в течение 3-х часов и более.
Синегнойные палочки обладают высокой протеолитической активностью.
Благодаря наличию каталазы бактерии способствуют разложению пероксида водорода на молекулярный кислород и спирты,
Синтезируют цитохромоксидазу, играющую большую роль в процессах синтеза АТФ, регулирует активность всей дыхательной цепи, играет ключевую роль в производстве энергии клеткой. Оксидазный тест является ведущим при идентификации условно-патогенных и патогенных бактерий.
Расщепляют белки и некоторые аминокислоты (валин и аланин), противостоят разрушению эластазами.
Утилизируют гемоглобин (на питательных средах образуют зону гемолиза).
Обладают низкой сахаролитической активностью (окисляют только глюкозу), что используется с целью идентификации бактерий. Утилизация глюкозы и L-аланина происходит с накоплением кислых продуктов. При этом тест-полоска не меняет окраску из-за нейтральной рН среды (диагностический тест).
Ввиду того, что протеолитическая активность Pseudomonas aeruginosa превалирует над сахаролитической, питательную среду для бактерий готовят с высокой концентрацией углеводов (до 2%) и низким содержанием пептона (не более 0,1%).
Продуцируют аргининдигидролазу и нитратредуктазу. Не производят лизиндекарбоксилазу.
Отличительной способностью синегнойной палочки является ограниченная потребность в питательных веществах. Она сохраняет жизнеспособность в условиях почти полного отсутствия источников питания.
Физические свойства бактерий
Резистентность Pseudomonas aeruginosa
Длительное пребывание в окружающей среде и способность противостоять защитному повышению температуры тела больного объясняется способностью микроорганизма сохранять жизнеспособность при температуре среды обитания от 4 до 42С. Оптимальной считается температура от 20С до 42С.
Синегнойная палочка погибает при кипячении. При температуре 60С погибает в течение 15 минут.
Эковары Pseudomonas aeruginosa, широко распространенные в хирургических отделениях, приобретают высокую устойчивость к антибактериальным препаратам и таким антисептикам, как фурацилин и риванол.
Бактерии устойчивы к УФО, 2 недели сохраняются в пыли, 8 недель в кусочках ожоговых корочек.
Чувствительность Pseudomonas aeruginosa
Бактерии чувствительны к воздействии щавелевой, 10% борной и муравьиной кислотам, перманганату калия, 5% раствору хлорамина, 2% раствору карболовой кислоты (фенола). Для дезинфекции оборудования в медицинских учреждениях применяют 6% раствор перекиси водорода и моющее средство. Для остановки носовых кровотечений и обработки ран применяют 3% раствор перекиси водорода.
Синегнойные палочки чувствительны к бактериофагам.
Рис. 12. Обильный рост синегнойных палочек выявление при температуре +20 град C — +40 град C. (см. пробирки с образованием пигмента сине-зеленого цвета).
Синегнойные бактерии являются строгими аэробами (живут и развиваются только при наличия атмосферного кислорода). К питательным средам нетребовательны. Сохраняют жизнеспособность при полном отсутствии источников питания. Отмечается хороший рост микроорганизмов на нейтральных средах. В факторах роста не нуждаются. Оптимальной для роста является температура 37С, но растут и при температуре 42С. Время культивирования составляет 24 часа. При росте на кровяном агаре вокруг колоний образуется зона просветления (гемолиза).
Рис. 13. На 5% кровяном агаре вокруг колоний синегнойной палочки видна зона просветления – гемолиз.
Рост бактерий на жидких средах
При росте на жидких питательных средах на поверхности образуется серовато-серебристая пленка. По мере старения культур образуется муть, которая со временем опускается сверху вниз.
Рис. 14. В пробирке слева отчетливо виден сине-зеленый пигмент пиоцианин и серовато-серебристая пленка. В пробирке справа отмечается флюоресценция пигмента, а также отчетливо видна муть, опускающаяся сверху вниз.
Рост бактерий на плотных средах
Форма колоний
Синегнойные палочки при росте на плотных средах формируют небольшие колонии 2 — 5 мм в диаметре разных типов: S-тип (выпуклые колонии), R-тип (плоские колонии неправильной формы, складчатой поверхностью и волнистыми краями, напоминающие цветок маргаритка). Колонии гладкие, полупрозрачные, окрашиваются в разные цвета (чаще в сине-зеленый), имеют специфический запах карамели, жасмина или винограда.
Рис. 15. Колонии синегнойных палочек формы «маргаритки».
Рис. 16. Колонии Pseudomonas aeruginosa гладкие, полупрозрачные, сочные, слизистые.
Феномен радужного лизиса
Феномен радужного лизиса характерен для многих штаммов Pseudomonas aeruginosa. Он заключается в том, что на поверхности колоний бактерий появляется переливающаяся всеми цветами радуги в отраженном свете пленка. Данный феномен обусловлен спонтанным воздействием бактериофагов и характерен только для синегнойных палочек.
Рис. 17. Чистая культура синегнойных палочек на скошенных средах.
Окрашивание колоний и запах
Окрашивание колоний и появление специфического запаха происходит уже к концу первых суток роста.
Питательные среды
Селективной средой является питательный агар, содержащий цетилперидиниум-хлорид (ЦПХ-агар).
На мясопептонном агаре образуются крупные (3 — 5 мм в диаметре), округлой формы или плоские, слизистые колонии, часто с феноменом радужного лизиса, крепко спаянные с питательной средой.
На кровяном агаре вокруг колоний образуется зона просветления (гемолиза).
На среде Плоскирева (агар Плоскирева) через 24 часа вырастают колонии интенсивного желтого цвета, через 48 часов колонии приобретают коричневую окраску, они вязкие, трудно снимаются петлей.
Рис. 18. На фото селективная среда для культивирования бактерий — питательный агар, содержащий цетилперидиниум-хлорид (ЦПХ-агар).
Синегнойная палочка выделяет эндотоксины, оказывающие патогенное действие на организм больного, а также эндотоксины, выделяющиеся при гибели и распаде микроорганизмов. Вирулентность бактерий обеспечивается белками наружной мембраны клеточной стенки и пилями. К факторам инвазии относятся протеазы и нейрамидаза.
Экзотоксины бактерий
Экзотоксины это продукты жизнедеятельности микроорганизма, имеющие широкий биологический спектр активности. Основное значение у синегнойной палочки имеют следующие из них:
Экзотоксин А
Экзотоксин А представляет собой белок. Его молекулярная масса 66 — 72 тыс. Д.
Является самым токсичным из всех продуктов жизнедеятельности синегнойная палочки. Его выделяют 80 — 90% штаммов Pseudomonas aeruginosa. Токсин А угнетает иммуногенез, обладает инвазивными свойствами, под его воздействием развивается паралич внутриклеточного синтеза белков. Его действие проявляется общетоксическим эффектом. У больных развиваются некрозы, отеки, метаболический ацидоз, что осложняется развитием дыхательной недостаточности и коллапсом.
Токсин термолабилен (утрачивает свои свойства при повышенной температуре), расщепляется под воздействием собственных ферментов, панкреатической эластазы и проназы (протеолитический фермент бактерий стрептомицетов). На экзотоксин А в организме инфицированного человека вырабатываются антитела.
Экзотоксин S
Экзотоксин S выделяют до 90% штаммов возбудителей. В организме человека вызывает глубокие повреждения легочной ткани. Термостабилен (под воздействием повышенной температуры не разрушается). Антителами к экзотоксину А не нейтрализуется (высокоспецифичен).
Цитотоксин
Цитотоксин (кислый белок) формирует глубокие структурные и функциональные изменения в полиморфно-ядерных нейтрофилах, что приводит к их гибели и развитию нейтропении.
Гемолизины
Синегнойная палочка в результате своей жизнедеятельности образует термостабильный (фосфолипаза) и термолабильный (фосфолипаза С) гемолизины. Обе субстанции (мембранотоксины) вызывают солюбилизацию (коллоидное растворение) и гидролиз фосфолипидов с образованием фосфорилхолинов. Под воздействием гемолизинов разрушаются эритроциты, происходят некротические повреждения легочной и печеночной тканей.
Протеолитические ферменты
В результате своей жизнедеятельности Pseudomonas aeruginosa выделяет целый ряд протеолитических ферментов — активных соединений, расщепляющих белки. 75% всей протеолитической активности обусловливается ферментом протеазой II (эластаза). Фермент расщепляет казеин, эластин, фибрин, гемоглобин, иммуноглобулины, комплемент и другие белки. Протеаза III (щелочная протеаза) гидролизирует многие белки (в том числе 7-ИФН). Фермент коллагеназа расщепляет коллаген соединительных тканей. Она считается основным фактором вирулентности при синегнойном поражении наружной оболочки глаза (роговицы). Протеолитические ферменты расплавляют пораженные ткани, отвечают за общую и местную реакции при заболевании, способствуют глубокому проникновению бактерий, их питанию, обладают выраженной (от 5 g и выше) антилизоцимной активностью.
Эндотоксины бактерий
Эндотоксины высвобождаются при распаде бактериальной клетки. Среди эндотоксинов Pseudomonas aeruginosa выделяют:
Энтеротоксический фактор
Данный эндотоксин имеет белковую природу, термолабилен, чувствителен к действию трипсина. Взрослые здоровые люди к эндотоксину нечувствительны. У новорожденных вызывает энтерит с образованием гнойных налетов и даже язв. Регистрируются случаи развития перитонита.
Фактор проницаемости
Данный эндотоксин термолабилен, чувствителен к действию трипсина. Отвечает за адгезию бактерий на клетках тканей организма больного с последующим их повреждением. Фактор проницаемости вырабатывается синегнойными палочками с высокой степенью вирулентности.
Нейрамидаза
Нейрамидаза нарушает процессы обмена веществ в организме больного, содержащих нейраминовые кислоты. Это касается в первую очередь соединительнотканных элементов. Фермент усиливает в 2 — 3 раза действие других токсинов, вырабатываемых бактериями.
Лейкоцидин
Данный фермент выделяется при саморастворении бактерий (аутолизе) под воздействием собственных ферментов. Лизирует лейкоциты.
Другие токсичные субстанции
Адгезия
Прикрепление к клеткам пораженных тканей бактериями реализуется через рецепторы, включающие N-ацетилнейраминовые кислоты. Способствует прикреплению фимбрии (пили или микроворсинки). Синегнойные палочки обладают способностью прикрепляться к поверхности катетеров и эндотрахеальных трубок, длительно на них сохраняються и периодически проявлять свою инфекционную способность. Со временем колонии бактерий объединяются в одну сплошную биопленку, сверху покрытую полимером полисахаридной природы — гликокаликсом. Адгезия возрастает при нарушениях мукоцилиарного транспорта у больного, что часто регистрируется при целом ряде патологий.
От фагоцитоза и дезинфектантов бактериальные клетки защищает слизь капсулоподобной оболочки и секретируемые цитотоксины.
Рис. 19. Пили и жгутики — факторы патогенности бактерий.
Кооперативная чувствительность
Pseudomonas aeruginosa присущ «Quorum sensing» — синдром кооперативной чувствительности. При измени численности бактерий происходит модификация их основных физиологических функций — синтез экзотоксинов и образование биопленки. То есть синегнойные палочки способны принимать общие решения с целью приспособления к факторам внешней среды. Сообщества бактерий, таким образом, вырабатывают устойчивость к высоким дозам антибиотиком. Биопленка, покрывающая колонии микроорганизмов, затрудняет проникновение противомикробных средств в зоны поражения, что в значительной мере затрудняет лечение инфекционного заболевания.
Несмотря на то, что Pseudomonas aeruginosa обладает значительным числом факторов вирулентности, инфекция редко наблюдается у лиц с крепкой иммунной системой и неповрежденными анатомическими барьерами.
Рис. 20. Биопленка, покрывающая бактерии — один из факторов патогенности микроорганизмов.
Различают соматический (О-Аг) и жгутиковый (Н-Аг) антигены.
Роль О-антигенов выполняет клеточная стенка бактерий. Антиген представляет собой эндотоксин липополисахарид. Типо- и группоспецифичен. Серологическое типирование проводят именно по этому антигену. Бактерии по О-антигенам разделены на серовары. Доказано наличие около 20 серогрупп.
Жгутиковый антиген. Является протективным антигеном. Используется для приготовлении вакцин.
Антигены пилей.
Рис. 21. Рана, инфицированная синегнойной палочкой, до и после лечения.
В процессе заболевания в сыворотке крови больных образуются типоспецифические антибактериальные и антитоксические антитела, роль которых в защите от повторных заболеваний мало изучена.
