Газовата гангрена (газов флегмон) е изключително тежък инфекциозен процес, който се развива при инфектиране на рани с анаеробни патогенни бактерии от рода Clostridium. Заболяването е придружено от тежка интоксикация, бързо прогресираща тъканна некроза (некроза), оток и образуване на газ.
Клостридиите живеят в земята, има много от тях в уличния прах. Предразположени към заболяването са пострадалите с обширни участъци от смачкана мускулна тъкан, където кръвоснабдяването е рязко намалено и се образуват множество „джобове“. Бактериите се размножават само в среда, в която няма кислород. Когато са изложени на кислородна среда, микроорганизмите образуват спори и остават в това състояние в продължение на много десетилетия. Те живеят в червата на хора и тревопасни животни, навлизат в почвата с изпражнения и след това се разпространяват чрез уличния прах до обекти на околната среда. При благоприятни условия клостридиите се активират и започват да се размножават интензивно. От многото видове клостридии обикновено само 7 причиняват газова гангрена.70-80% от всички заболявания се причиняват от Clostridium perfringens. Основният метод за лечение на заболяването е хирургически. Раната се отваря с помощта на ивични разрези. С напредване на заболяването крайникът се ампутира.
Ориз. 1. На снимката газова гангрена на долен крайник.
Епидемиология
Към днешна дата са описани около 80 вида бактерии от рода Clostridium. Причината за газовата гангрена при хората са само патогенни видове клостридии: Clostridium perfringens (70 - 80% от всички случаи на заболяването), Clostridium novi и Clostridium septicum. Описани са и други видове патогенни бактерии от рода Clostridium, но те са много по-рядко срещани. Всички микроорганизми са облигатни анаероби - те растат и се размножават при липса на кислород.
При неблагоприятни условия бактериите образуват спори. Те могат да останат в това състояние за значително време. Спорите са устойчиви на слънчева светлина, изсушаване и висока температура. Растежът и развитието на клостридиите се извършват само при анаеробни условия. Хората и всички видове животни са податливи на болестта.
Източници на инфекция
Клостридиите постоянно присъстват в почвата, червата на хората и тревопасните животни; в някои случаи при лоша хигиена могат да се открият бактерии по кожата.
Пътища на предаване
Газова гангрена се развива при заразяване с клостридии на обширни раздробени рани (огнестрелни рани, разкъсвания, натъртвания), най-често на долните крайници и торса, и рани на дебелото черво. Бактериите проникват в увредените тъкани с пръст, прах, през парчета дрехи, фрагменти от черупки, по време на хирургични интервенции, инжекции с лекарства и извънболнични аборти.При минни и транспортни наранявания често се получават наранявания в седалището и бедрата. Възприемчиви към заболяването са лицата, пострадали от говеда, свине, овце и кози. Раните се замърсяват с животински тор. В някои случаи заболяването се развива от малки, но замърсени порязвания. Заболяването се развива бързо. Първите му признаци се появяват от първия ден на нараняване.
Ориз. 2. 90% от всички случаи на газова гангрена са причинени от Clostridium perfringens.
Клостридиите са факултативни анаероби (бактериите растат и се размножават при липса на кислород). Те са сапрофити. Те освобождават природата от мъртъв органичен материал чрез процесите на ферментация и гниене. Те присъстват в червата на животните и хората, където се хранят с органични остатъци, но не нахлуват (проникват) в живи здрави тъкани.
Клостридиите са пръчковидни бактерии (бацили), които произвеждат редица токсини и ензими, които при неблагоприятни условия образуват спори. Патогенните форми на патогени причиняват такива сериозни заболявания като тетанус, ботулизъм и газова гангрена. Те произвеждат най-мощните известни отрови - тетаноспазмин (Clostridium tetani), ботулинов токсин (Clostridium botulinum) и а-токсин (Clostridium perfringens).
Основните причинители на газовата гангрена са Clostridium perfringens (70 - 80% от случаите), Clostridium novyi (20 - 43%) и Clostridium septicum (5 - 18%). Много по-рядко се срещат видове клостридии като Clostridium histolyticum, Clostridium sordellii, Clostridium difficile, Clostridium fallax и др.
Газовата гангрена почти винаги е смесена инфекция.Често, по време на инфекция, аеробни микроорганизми се присъединяват към клостридиите: стрептококи, стафилококи, Escherichia coli, Proteus и др.
Таксономия на клостридиите
Причинителите на газовата гангрена принадлежат към семейство Bacillaceae, род Clostridium. Родът Clostridium включва множество (около 80) вида клостридии.
Морфология
Причинителят на газовата гангрена е грам-положителна пръчка. Бактериите обикновено са подвижни и имат капсула. Някои видове клостридии нямат капсула, но имат флагели. Най-голямата по размер от всички клостридии е C. novyi. Всички други бактерии са много по-малки.
Ориз. 3. Причинителят на газовата гангрена Clostridium perfringens (чиста натривка) под микроскоп.
Спорулация на клостридии
Клостридиите при неблагоприятни условия образуват спори, разположени централно или субтерминално. Когато спорите са централно разположени, пръчката става като вретено (closter - spindle).
Спорите на Clostridia са устойчиви на изсушаване, висока температура и слънчева светлина. Те могат да оцелеят в солеви разтвори, да понасят продължително кипене, замразяване, ултравиолетово облъчване, радиация и вакуум. Спорите проявяват устойчивост към редица токсични и дезинфектанти.
Бактериите могат да останат в подобно на спори състояние в продължение на стотици години. При благоприятни условия на околната среда спорите покълват. Процесът на покълване продължава 4 - 5 часа.
Ориз. 4. Спори на Clostridium perfringens.
Ориз. 5. Снимката показва спора на клостридия. В сърцевината му има почиваща вегетативна клетка.
Ориз. 6. Деление на вегетативната клетка след поникване на спорите.
Биохимични свойства и токсини на клостридиите
Причинителите на газовата гангрена ферментират въглехидрати с образуване на газ и киселина, образуват сложни екзотоксини - 12 ензима (токсини) и ентеротоксин, който причинява възпаление на червата. Бактериите са разделени на шест серовара (A, B, C, D, E, F), всеки от които има свои собствени некротични характеристики. Серовар А е основният причинител на газовата гангрена. Той формира до 90% от всички случаи на заболяването. Основните мишени за токсините са клетъчните мембрани. Ензимите насърчават тяхното разграждане, последвано от набъбване и автолиза (саморазтваряне).
Бактериите тип А и С произвеждат ентеротоксини, които причиняват хранителни заболявания и некротичен ентерит.
Clostridium perfringens е основният причинител на газовата гангрена
Газова гангрена, хранително отравяне и некротичен ентерит при хора и животни се причиняват от Clostridium perfringens типове A, C и D. Подобни заболявания, но само при животни, се причиняват от Clostridium perfringens типове B, C, D и E.
Патогенът е открит за първи път от Welch и Nettal през 1892 г.
Морфология на Clostridium perfringens
Бактериите приличат на пръчици със заоблени краища. Те са големи, с размери 3-9 × 0,9-1,2 микрона. Фиксирана. Те са разположени единично. Клостридиите, изолирани от чисти култури, имат капсула. Лилаво оцветено по Грам. Старите култури губят тази способност. Те образуват спори, които остават в околната среда в продължение на много десетилетия.
Ориз. 7. Натривка от чиста култура на Clostridium perfringens (снимката вляво). Бактериална спора (снимка вдясно).
Ориз. 8. На снимката са показани бактериите Clostridium perfingens и спори.
Култивиране на Clostridium perfringens
Clostridium perfringens са строги облигатни анаероби, хемоорганохетеротрофи. Те растат върху прости хранителни среди - кръвнозахарен агар и среда Kitta-Tarozzi. Растежът на бактериите е придружен от образуване на газ и намаляване на pH към киселинната страна.
Върху захарно-кръвен агар бактериите образуват гладки, лъскави, кръгли форми (S-колонии) или сивкави колонии, плоски, грапави с назъбени ръбове (R-колонии). Около колониите се образува зона на хемолиза. Когато са изложени на въздух, колониите придобиват зеленикав цвят. Колониите в дебелината на агара придобиват лещовидна форма.
При отглеждане в течна среда (среда Kitta-Tarozzi) се образува мътност с интензивно газообразуване. Впоследствие средата се избистря и на дъното пада белезникава утайка, подобна на плоча.
При отглеждане върху жлъчен агар се образуват зони на утаяване.
При отглеждане на мляко след 4 часа се забелязва интензивна коагулация и изварата, поради образуването на газ, придобива дупчиста структура и често отскача нагоре. Подобна реакция се използва в лабораториите за бърза диагностика.
Когато растат в месен бульон, бактериите произвеждат оцетна и маслена киселина, както и големи количества газове като H2S,NH3 и CO.
Ориз. 9. Колонии от Clostridium perfringens върху кръвен агар.
Ориз. 10. C. perfringens се идентифицира по своята характерна „двойна зона“ на хемолиза.
Биохимични свойства на клостридиите
Мощната ензимна активност на бактериите им е дала епитета perfringens, което означава пробиване, пробиване. Поради интензивното образуване на газ се появяват подуване на увредените тъкани и разкъсвания на хранителни среди.Clostridium perfringens произвежда огромен брой захаролитични ензими, които ферментират глюкоза, лактоза, малтоза и захароза с последващо образуване на киселина и газ. Те интензивно подсирват млякото, последвано от образуване на гъбест съсирек с груби клетки („реакция на буря“).
Бактериите разграждат желатина, яйчния белтък, коагулираната суроватка и колагена. Не разлага казеина.
По време на ацетобутиратна ферментация Clostridium perfringens синтезира маслена киселина, редуцира нитратите до нитрити и образува лецитиназа.
Ориз. 11. Определяне на лецитиназна активност. Около колониите ясно се виждат зони на мътен ореол, състоящ се от утаени липиди.
Ориз. 12. В лявата епруветка има култура от Clostridium perfringens върху захарен агар. В резултат на интензивно газообразуване в хелиевоподобната среда се образуват зони на разкъсване.
Образуване на токсини
Бактериите Clostridium perfringens, според спектъра на произвежданите от тях токсини (ензими), се разделят на типове А, В, С и Е. Газовата гангрена и хранителните токсични инфекции по-често се свързват с тип А, некротизиращият ентероколит - с тип С Понятието „токсин“ обединява около 12 идентифицирани днес токсини (ензими) и ентеротоксин. Освобождаването на ензими в областта на увредената тъкан води до разграждане на сложни вещества и нарушаване на клетъчната пропускливост, в резултат на което клетките набъбват и се стопяват.
Основните екзотоксини на клостридиите
α-токсин (фосфолипаза С). По-интензивно се произвежда от клостридии тип А. Това е основният и най-мощен токсин. Ензимът хидролизира (разгражда) фосфолипидите на клетъчните мембрани, което води до разрушаване (лизис) на клетките.Има дерматонекротичен и летален ефект и е основният фактор за интерстициална инвазия и интраваскуларна хемолиза - символ на фатална клостридиална токсинемия. Има лецитиназна активност.
b-токсин (цитотоксин). Основно се произвежда от клостридии тип В и С. Има дерматонекротичен и летален ефект и не предизвиква хемолиза. Предизвиква развитието на некротичен ентерит.
Тета токсин. Има хемолитично и дерматонекротично действие. Чувствителен към кислород. Той е подобен на О-стрептолизин на стрептококи.
v-токсин (протеинази). Те нарушават реакциите на протеинов синтез чрез разделяне на нуклеинови киселини.
р-токсин (колагеназа и желатиназа). Произвежда се от клостридии тип А, С и Е, както и от някои щамове бактерии тип D. Ензимите разграждат желатиновите и колагенови влакна на съединителната тъкан. Имат некротизиращо и летално действие.
Му-токсин (хиалуронидаза). Той е фактор за проникването на клостридиите. Ензимите разграждат киселинните мукополизахариди и хиалуроновата киселина.
Ну-токсин (ДНК-за). Разрушава клетъчната ДНК.
q-хемолизин. С участието на комплемента разрушава мембраните на червените кръвни клетки.
Фибринолизин. Разтваря фибриновите влакна.
Хемаглутинин. С негово участие възниква реакцията на аглутинация на еритроцитите.
у-токсин (протеиназа). Действието му наподобява фибринолизин. Не разгражда нативния (естествен) колаген, но унищожава азокол (денатуриран колаген), казеин и желатин.
Делта токсин (еластаза). Той е протеолитичен ензим. Разгражда протеини и пептиди.
Сигма токсин. Те произвеждат клостридии тип В и С. Има летален ефект и проявява хемолитична активност.
Омега токсин. Произвежда се главно от клостридии тип С.Има дерматонекротичен и смъртоносен ефект.
Епсилон токсин. Произвеждат се от клостридии тип В и D, l-токсин - от клостридии тип Е. Проявяват летален и дерматонекротичен ефект.
у- и н-токсини. Биохимичната природа на тези токсини остава неизвестна.
р-токсин. Това е фактор за тъканна пропускливост.
Ентеротоксин на причинителя на газова гангрена
Ентеротоксинът се произвежда от клостридии тип А и С.
Ентеротоксин Clostridium perfringens щам А е топлинно лабилен протеин, освободен в тънките черва по време на образуването на спори. Когато са изложени на него, капилярите се разширяват, тяхната пропускливост се увеличава, секрецията на вода, натриеви и хлорни йони се увеличава, мембраните на ентероцитите се увреждат.
Ентеропатогенност на Clostridium perfringens тип C свързани с b-токсин. Заболяването протича като некротизиращ ентерит.
Ориз. 13. При неблагоприятни условия някои бактерии образуват спори. Те помагат на микроорганизма да оцелее в неблагоприятни условия в продължение на много десетилетия. Снимката показва спори на бактерии от рода Clostridium.
Clostridium novyi е един от основните причинители на газова гангрена. По време на Великата отечествена война газовата гангрена е причинена от бактерии от този тип в 42% от случаите. Патогенът е изолиран за първи път и му е дадено името Clostridium oedematiens от E. Segen и M.V. Weinberg през 1891 г. По-късно този вид клостридии е по-пълно описан от американския бактериолог Ф. Нови, чието име по-късно започва да се нарича този вид бактерии.
Морфология на Clostridium novyi
Клостридиите са пръчици, големи, понякога леко извити, с размери 4 - 22 х 1,4 - 2 микрона, подвижни, имат до 25 флагела, често разположени във вериги. Патогенът, както всички клостридии, са задължителни анаероби. Капсула не се образува. Виолетово оцветено по Грам (Грам-положително). Старите култури губят тази способност. Те образуват овални спори, разположени централно и субтерминално.
Ориз. 14. Clostridium novyi. Големи пръчки, подредени поединично или във вериги.
Култивиране
Clostridium novyi са строги анаероби. Силно чувствителен към кислород. Те растат върху прости среди: въглехидрати, казеин и месен пептон.
При отглеждане върху твърда среда след 48 часа се образуват полупрозрачни, сочни сивкави колонии. Ръбовете са неравни. Повърхността е зърнеста. Clostridia тип A, B и C понякога образуват дъщерни колонии. Колониите са заобиколени от зона на хемолиза. Clostridia тип D не разрушава червените кръвни клетки.
В дълбините на агара колониите приличат на бучки памучна вата или снежни люспи, често оцветени в кафяво или жълто.
При отглеждане в течна среда се образува газ и хранителната среда става мътна, а утайката пада на дъното. pH се измества към киселинната страна поради образуването на H2S и органични киселини.
Антигенна структура
Clostridium novyi се идентифицира чрез откриване на соматични антигени. Има 4 серовара, различни по антигенни характеристики и синтезирани токсини - серовари A, B, C и D.
Биохимични свойства
Серовари тип A, B и C ферментират фруктоза, глюкоза и малтоза; серовари тип D ферментират само глюкоза. Серовари типове A, C и D разграждат глицерол. Всички щамове подсирват млякото и разграждат желатина. Клостридиите тип D произвеждат сероводород и индол, други видове бактерии не.
Clostridium novyi токсини
Clostridium novyi произвежда патогенен ензим като фосфолипаза (a-токсин), както и b, y, sigma, e и n - токсини, които имат некротичен, хемолитичен и летален ефект. Като нарушават пропускливостта на кръвоносните съдове, те водят до развитие на желеобразен оток.
Clostridium septicum е описан за първи път през 1877 г. от L. Pasteur. Тези бактерии са опортюнистични. При нормални условия те се намират в червата на човека и не причиняват заболяване. В случай на чревни дефекти, като колоректален рак, инфекцията уврежда червата и се разпространява чрез кръвта (хематогенно) в цялото тяло. За разлика от Clostridium perfringens, газовата гангрена може да възникне без предварително нараняване или увреждане. Инфекцията е по-честа при хора с наранявания и изгаряния на кожата, след операции и септични аборти, периферни съдови заболявания, диабет и рак на дебелото черво.
Заболяването се развива бързо. До 80% от възрастните умират през първите 2 дни. Процентът на преживяемост се увеличава при лица без съпътстващи заболявания на долните крайници.
Clostridium septicum засяга както хората, така и домашните животни: едър и дребен добитък.
Морфология
Clostridium septicum е пръчковидна бактерия. с размери 3 - 4 х 1,1 - 1,6 микрона. В културите понякога се образуват нишковидни форми на бактерии с дължина до 50 микрона. Подвижни (имат флагели). Капсула не се образува. Грам положителен. С течение на времето клостридиите губят тази функция. Те са строги анаероби.
Clostridium septicum произвежда спори. Спорите са разположени най-често субтерминално, по-рядко - централно.
Ориз. 16.Clostridium septicum под микроскоп.
Културни ценности
Clostridium septicum се развива добре върху казеинови и месни среди, допълнени с глюкоза.
На повърхността на глюкозно-кръвен агар бактериите образуват полупрозрачни колонии, лъскави, състоящи се от преплетени нишки със зона на хемолиза по периферията.
При отглеждане върху 2% агар колониите имат вид на дискове.
При отглеждане върху Цайслер агар след 48 часа се образува непрекъснато деликатно покритие със зона на хемолиза по периферията.
При отглеждане в 1% захарен агар се образуват колонии в дълбочина. Имат плътен център, с преплитащи се нишки, излизащи от периферията.
При отглеждане в месопептонен бульон се образува равномерна облачност. Освен това се наблюдава рохкава утайка и образуване на газ.
При отглеждане на среда Kitta-Tarozzi бактериите растат с интензивно газообразуване.
Ориз. 17. При отглеждане в 1% захарен агар се образуват колонии в дълбочина. Имат плътен център, с преплитащи се нишки, излизащи от периферията.
Антигенна структура
Clostridium septicum има Н и О антигени. H антигените идентифицират 6 серовара: A, B, C, D, E и F.
Биохимични свойства
Clostridium septicum синтезира редица ензими. Те живеят върху различни органични субстрати, включително такива, съдържащи захари и аминокиселини, отделяйки въглероден диоксид и молекулярен водород.
Бактериите ферментират някои въглехидрати: глюкоза, малтоза и лактоза, произвеждайки газ и киселина. Нитратите се превръщат в нитрити. Те разграждат протеините, освобождавайки амоняк и сероводород. Млякото се подсирва бавно под въздействието на бактерии. Те не разлагат захароза, глицерин и манитол. Те не образуват индол.
Токсини
Clostridium septicum произвежда 4 екзотоксина: a, p, y и s. имащи некротичен, хемолитичен и летален ефект.
Ориз. 18.Растеж на Clostridium septicum върху хранителни среди.
