Gasbrand (Gasphlegmone) ist ein äußerst schwerwiegender Infektionsprozess, der entsteht, wenn Wunden mit anaeroben pathogenen Bakterien der Gattung Clostridium infiziert werden. Die Krankheit geht mit schwerer Vergiftung, schnell fortschreitender Gewebenekrose (Nekrose), Ödemen und Gasbildung einher.
Clostridien leben im Boden, viele davon kommen im Straßenstaub vor. Prädisponiert für die Erkrankung sind Verletzte mit ausgedehnten Bereichen gequetschten Muskelgewebes, in denen die Blutversorgung stark eingeschränkt ist und sich viele „Taschen“ bilden. Bakterien vermehren sich nur in einer Umgebung ohne Sauerstoff. Wenn Mikroorganismen einer Sauerstoffumgebung ausgesetzt werden, bilden sie Sporen und bleiben über viele Jahrzehnte in diesem Zustand. Sie leben im Darm von Menschen und Pflanzenfressern, gelangen mit dem Kot in den Boden und verbreiten sich dann über den Straßenstaub auf Umweltobjekte. Unter günstigen Bedingungen werden Clostridien aktiviert und beginnen sich intensiv zu vermehren. Von den vielen Arten von Clostridien verursachen im Allgemeinen nur sieben Gasbrand.70-80 % aller Krankheiten werden durch Clostridium perfringens verursacht. Die wichtigste Methode zur Behandlung der Krankheit ist die Operation. Die Wunderöffnung erfolgt über streifenförmige Schnitte. Mit fortschreitender Krankheit wird die Extremität amputiert.
Reis. 1. Das Foto zeigt Gasbrand der unteren Extremität.
Epidemiologie
Bisher wurden etwa 80 Bakterienarten der Gattung Clostridium beschrieben. Die Ursache für Gasbrand beim Menschen sind ausschließlich pathogene Clostridienarten: Clostridium perfringens (70 - 80 % aller Krankheitsfälle), Clostridium novi und Clostridium septicum. Auch andere Arten pathogener Bakterien der Gattung Clostridium wurden beschrieben, sie kommen jedoch deutlich seltener vor. Alle Mikroorganismen sind obligate Anaerobier – sie wachsen und vermehren sich in Abwesenheit von Sauerstoff.
Unter ungünstigen Bedingungen bilden Bakterien Sporen. Sie können über einen längeren Zeitraum in diesem Zustand bleiben. Die Sporen sind resistent gegen Sonnenlicht, Austrocknung und hohe Temperaturen. Das Wachstum und die Entwicklung von Clostridien erfolgen nur unter anaeroben Bedingungen. Menschen und alle Tierarten sind anfällig für die Krankheit.
Infektionsquellen
Clostridien sind ständig im Boden, im Darm von Menschen und Pflanzenfressern vorhanden; in einigen Fällen können bei mangelnder Hygiene Bakterien auf der Haut gefunden werden.
Übertragungswege
Gasbrand entsteht, wenn Clostridien ausgedehnte Quetschwunden (Schusswunden, Schnittwunden, Blutergüsse) infizieren, am häufigsten die unteren Extremitäten und den Rumpf sowie Wunden des Dickdarms. Bakterien dringen mit Erde, Staub, durch Kleidungsfetzen, Muschelfragmente, bei chirurgischen Eingriffen, Medikamenteninjektionen und außerklinischen Abtreibungen in geschädigtes Gewebe ein.Bei Gruben- und Transportverletzungen kommt es häufig zu Verletzungen im Gesäß und an den Oberschenkeln. Anfällig für die Krankheit sind Personen, die durch Rinder, Schweine, Schafe und Ziegen verletzt wurden. Die Wunden werden mit Tiermist kontaminiert. In einigen Fällen entwickelt sich die Krankheit aus kleinen, aber kontaminierten Schnittwunden. Die Krankheit entwickelt sich schnell. Die ersten Anzeichen treten bereits am ersten Tag der Verletzung auf.
Reis. 2. 90 % aller Fälle von Gasbrand werden durch Clostridium perfringens verursacht.
Clostridien sind fakultativ anaerob (Bakterien wachsen und vermehren sich in Abwesenheit von Sauerstoff). Sie sind Saprophyten. Sie befreien die Natur durch Gärungs- und Verwesungsprozesse von abgestorbenem organischem Material. Sie kommen im Darm von Tieren und Menschen vor, wo sie sich von organischen Abfällen ernähren, aber nicht in lebendes gesundes Gewebe eindringen (durchdringen).
Clostridien sind stäbchenförmige Bakterien (Bazillen), die eine Reihe von Giftstoffen und Enzymen produzieren, die unter ungünstigen Bedingungen Sporen bilden. Pathogene Formen von Krankheitserregern verursachen so schwere Krankheiten wie Tetanus, Botulismus und Gasbrand. Sie produzieren die stärksten bekannten Gifte – Tetanospasmin (Clostridium tetani), Botulinumtoxin (Clostridium botulinum) und A-Toxin (Clostridium perfringens).
Die Hauptverursacher von Gasbrand sind Clostridium perfringens (70 – 80 % der Fälle), Clostridium novyi (20 – 43 %) und Clostridium septicum (5 – 18 %). Wesentlich seltener sind Clostridienarten wie Clostridium histolyticum, Clostridium sordellii, Clostridium difficile, Clostridium fallax usw.
Gasbrand ist fast immer eine Mischinfektion.Während einer Infektion schließen sich häufig aerobe Mikroorganismen Clostridien an: Streptokokken, Staphylokokken, Escherichia coli, Proteus usw.
Taxonomie von Clostridien
Die Erreger von Gasbrand gehören zur Familie der Bacillaceae, Gattung Clostridium. Die Gattung Clostridium umfasst zahlreiche (ca. 80) Clostridienarten.
Morphologie
Der Erreger von Gasbrand ist ein grampositives Stäbchen. Bakterien sind in der Regel mobil und besitzen eine Kapsel. Einige Arten von Clostridien haben keine Kapsel, dafür aber Geißeln. Die größte aller Clostridien ist C. novyi. Alle anderen Bakterien sind viel kleiner.
Reis. 3. Der Erreger des Gasbrandes Clostridium perfringens (Reinkulturabstrich) unter dem Mikroskop.
Clostridien-Sporulation
Clostridien bilden unter ungünstigen Bedingungen zentral oder subterminal lokalisierte Sporen. Wenn die Sporen zentral angeordnet sind, ähnelt der Stab einer Spindel (Closter – Spindel).
Clostridiensporen sind resistent gegen Austrocknung, hohe Temperaturen und Sonnenlicht. Sie können in Salzlösungen überleben, längeres Kochen, Gefrieren, ultraviolette Strahlung, Strahlung und Vakuum vertragen. Die Sporen weisen eine Resistenz gegen eine Reihe giftiger und desinfizierender Mittel auf.
Bakterien können über Hunderte von Jahren in einem sporenähnlichen Zustand bleiben. Unter günstigen Umweltbedingungen keimen Sporen. Der Keimvorgang dauert 4 - 5 Stunden.
Reis. 4. Clostridium perfringens-Sporen.
Reis. 5. Das Foto zeigt eine Clostridienspore. Im Kern befindet sich eine ruhende vegetative Zelle.
Reis. 6. Teilung der vegetativen Zelle nach der Sporenkeimung.
Biochemische Eigenschaften und Toxine von Clostridien
Die Erreger von Gasbrand fermentieren Kohlenhydrate unter Bildung von Gas und Säure, bilden komplexe Exotoxine – 12 Enzyme (Toxine) und Enterotoxin, das eine Darmentzündung verursacht. Bakterien werden in sechs Serovare (A, B, C, D, E, F) unterteilt, von denen jedes seine eigenen nekrotischen Eigenschaften aufweist. Serovar A ist der Hauptverursacher von Gasbrand. Sie macht bis zu 90 % aller Krankheitsfälle aus. Die Hauptangriffspunkte für Toxine sind Zellmembranen. Enzyme fördern ihren Abbau, gefolgt von Quellung und Autolyse (Selbstauflösung).
Bakterien der Typen A und C produzieren Enterotoxine, die lebensmittelbedingte Krankheiten und nekrotische Enteritis verursachen.
Clostridium perfringens ist der Hauptverursacher von Gasbrand
Gasbrand, Lebensmittelvergiftungen und nekrotische Enteritis bei Menschen und Tieren werden durch Clostridium perfringens Typ A, C und D verursacht. Ähnliche Krankheiten, jedoch nur bei Tieren, werden durch Clostridium perfringens Typ B, C, D und E verursacht.
Der Erreger wurde erstmals 1892 von Welch und Nettal entdeckt.
Morphologie von Clostridium perfringens
Bakterien sehen aus wie Stäbchen mit abgerundeten Enden. Sie sind groß und messen 3–9 × 0,9–1,2 Mikrometer. Fest. Sie stehen einzeln. Aus Reinkulturen isolierte Clostridien haben eine Kapsel. Gramm lila gefärbt. Alte Kulturen verlieren diese Fähigkeit. Sie bilden Sporen, die über viele Jahrzehnte in der Umwelt verbleiben.
Reis. 7. Abstrich aus einer Reinkultur von Clostridium perfringens (Foto links). Bakterienspore (Foto rechts).
Reis. 8. Das Foto zeigt das Bakterium Clostridium perfingens und seine Sporen.
Kultivierung von Clostridium perfringens
Clostridium perfringens sind streng obligate Anaerobier, Chemoorganoheterotrophe. Sie wachsen auf einfachen Nährmedien – Blutzucker-Agar und Kitta-Tarozzi-Medium. Das Wachstum von Bakterien geht mit einer Gasbildung und einem Abfall des pH-Werts in Richtung des Sauren einher.
Auf Zuckerblutagar bilden Bakterien glatte, glänzende, runde Formen (S-Kolonien) oder graue Kolonien, flach, rau mit gezackten Kanten (R-Kolonien). Um die Kolonien bildet sich eine Hämolysezone. An der Luft nehmen die Kolonien eine grünliche Farbe an. Kolonien nehmen in der Dicke des Agars eine linsenförmige Form an.
Beim Wachstum in flüssigen Medien (Kitta-Tarozzi-Medium) kommt es zur Trübung mit intensiver Gasbildung. Anschließend klärt sich das Medium und ein weißlicher, plattenförmiger Bodensatz fällt zu Boden.
Beim Wachstum auf Gallenagar bilden sich Niederschlagszonen.
Beim Wachstum auf Milch wird nach 4 Stunden eine intensive Gerinnung festgestellt, und der Quark erhält durch die Gasbildung eine löchrige Struktur und springt oft auf. Eine ähnliche Reaktion wird in Laboren zur Schnelldiagnostik eingesetzt.
Beim Wachstum in Fleischbrühe produzieren Bakterien Essig- und Buttersäure sowie große Mengen an Gasen wie H2S,NH3 und CO.
Reis. 9. Clostridium perfringens-Kolonien auf Blutagar.
Reis. 10. C. perfringens ist an seiner charakteristischen „doppelten Zone“ der Hämolyse zu erkennen.
Biochemische Eigenschaften von Clostridien
Die starke enzymatische Aktivität der Bakterien gab ihnen den Beinamen perfringens, was „Durchbrechen“, „Durchbrechen“ bedeutet. Aufgrund der starken Gasbildung kommt es zu Schwellungen geschädigten Gewebes und Brüchen von Nährmedien.Clostridium perfringens produziert eine große Anzahl saccharolytischer Enzyme, die Glucose, Lactose, Maltose und Saccharose unter Bildung von Säure und Gas fermentieren. Sie lassen die Milch intensiv gerinnen, es kommt zur Bildung eines schwammigen, grobzelligen Gerinnsels („Sturmreaktion“).
Während der Acetobutyrat-Fermentation synthetisiert Clostridium perfringens Buttersäure, reduziert Nitrate zu Nitriten und bildet Lecithinase.
Reis. 11. Bestimmung der Lecithinase-Aktivität. Um die Kolonien herum sind deutlich Zonen eines trüben Halos aus ausgefällten Lipiden zu erkennen.
Reis. 12. Im linken Röhrchen befindet sich eine Kultur von Clostridium perfringens auf Zuckeragar. Durch die intensive Gasbildung im heliumähnlichen Medium bildeten sich Bruchzonen.
Toxinbildung
Die Bakterien Clostridium perfringens werden entsprechend dem Spektrum der von ihnen produzierten Toxine (Enzyme) in die Typen A, B, C und E eingeteilt. Gasbrand und lebensmittelbedingte toxische Infektionen werden häufiger mit einer nekrotisierenden Enterokolitis vom Typ A und Typ C in Verbindung gebracht Der Begriff „Toxin“ vereint etwa 12 heute identifizierte Toxine (Enzyme) und Enterotoxin. Die Freisetzung von Enzymen im Bereich des geschädigten Gewebes führt zum Abbau komplexer Substanzen und zur Störung der Zellpermeabilität, wodurch die Zellen anschwellen und schmelzen.
Die wichtigsten Exotoxine von Clostridien
α-Toxin (Phospholipase C). Es wird von Clostridien Typ A verstärkt produziert. Es ist das wichtigste und stärkste Toxin. Das Enzym hydrolysiert (spaltet) Phospholipide der Zellmembranen, was zur Zerstörung (Lyse) von Zellen führt.Es hat eine dermatonekrotische und tödliche Wirkung und ist der Hauptfaktor bei der interstitiellen Invasion und intravaskulären Hämolyse – ein Symbol für eine tödliche clostridiale Toxinämie. Hat Lecithinase-Aktivität.
B-Toxin (Zytotoxin). Wird hauptsächlich von Clostridien der Typen B und C produziert. Es hat eine dermatonekrotische und tödliche Wirkung und verursacht keine Hämolyse. Es verursacht die Entwicklung einer nekrotischen Enteritis.
Theta-Toxin. Es hat hämolytische und dermatonekrotische Wirkungen. Empfindlich gegenüber Sauerstoff. Es ähnelt dem O-Streptolysin von Streptokokken.
v-Toxin (Proteinasen). Sie stören Proteinsynthesereaktionen, indem sie Nukleinsäuren spalten.
p-Toxin (Kollagenase und Gelatinase). Produziert von Clostridien der Typen A, C und E sowie einigen Bakterienstämmen des Typs D. Enzyme zersetzen Gelatine und Kollagenfasern des Bindegewebes. Sie wirken nekrotisierend und tödlich.
Mu-Toxin (Hyaluronidase). Es ist ein Faktor bei der Penetration von Clostridien. Enzyme bauen saure Mucopolysaccharide und Hyaluronsäure ab.
Nu-Toxin (DNA-za). Zerstört zelluläre DNA.
q-Hämolysin. Unter Beteiligung von Komplement zerstört es die Membranen roter Blutkörperchen.
Fibrinolysin. Löst Fibrinfasern auf.
Hämagglutinin. Unter seiner Beteiligung kommt es zur Agglutinationsreaktion der Erythrozyten.
y-Toxin (Proteinase). Seine Wirkung ähnelt Fibrinolysin. Zersetzt natives (natürliches) Kollagen nicht, zerstört aber Azocoll (denaturiertes Kollagen), Kasein und Gelatine.
Deltatoxin (Elastase). Es ist ein proteolytisches Enzym. Zersetzt Proteine und Peptide.
Sigma-Toxin. Sie produzieren Clostridien der Typen B und C. Sie haben eine tödliche Wirkung und zeigen eine hämolytische Aktivität.
Omega-Toxin. Wird hauptsächlich von Clostridien Typ C produziert.Es hat eine dermatonekrotische und tödliche Wirkung.
Epsilon-Toxin. Produziert von Clostridien Typ B und D, L-Toxin – von Clostridien Typ E. Sie wirken tödlich und dermatonekrotisierend.
y- und n-Toxine. Die biochemische Natur dieser Toxine ist weiterhin unbekannt.
p-Toxin. Es handelt sich um einen Gewebepermeabilitätsfaktor.
Enterotoxin ist der Erreger von Gasbrand
Enterotoxin wird von Clostridien Typ A und C produziert.
Enterotoxin Clostridium perfringens Stamm A ist ein hitzelabiles Protein, das im Dünndarm bei der Sporenbildung freigesetzt wird. Wenn es ihm ausgesetzt wird, dehnen sich die Kapillaren aus, ihre Durchlässigkeit nimmt zu, die Sekretion von Wasser, Natrium- und Chlorionen nimmt zu und die Membranen der Enterozyten werden geschädigt.
Enteropathogenität von Clostridium perfringens Typ C mit B-Toxin verbunden. Die Erkrankung verläuft als nekrotisierende Enteritis.
Reis. 13. Unter ungünstigen Bedingungen bilden einige Bakterien Sporen. Sie helfen dem Mikroorganismus, viele Jahrzehnte unter ungünstigen Bedingungen zu überleben. Das Foto zeigt Sporen von Bakterien der Gattung Clostridium.
Clostridium novyi ist einer der Hauptverursacher von Gasbrand. Während des Großen Vaterländischen Krieges wurde Gasbrand in 42 % der Fälle durch Bakterien dieser Art verursacht. Der Erreger wurde erstmals 1891 von E. Segen und M.V. Weinberg isoliert und erhielt den Namen Clostridium oedematiens. Später wurde diese Art von Clostridien vom amerikanischen Bakteriologen F. Novi ausführlicher beschrieben, dessen Name später als diese Art von Bakterien bezeichnet wurde.
Morphologie von Clostridium novyi
Clostridien sind Stäbchen, groß, manchmal leicht gebogen, 4 - 22 x 1,4 - 2 Mikrometer groß, beweglich, mit bis zu 25 Geißeln, oft in Ketten angeordnet. Der Erreger ist wie alle Clostridien obligat anaerob. Eine Kapsel wird nicht gebildet. Gramgefärbtes Violett (Grampositiv). Alte Kulturen verlieren diese Fähigkeit. Sie bilden ovale Sporen, die zentral und subterminal angeordnet sind.
Reis. 14. Clostridium novyi. Große Stäbchen, einzeln oder in Ketten angeordnet.
Anbau
Clostridium novyi sind strenge Anaerobier. Sehr sauerstoffempfindlich. Sie wachsen auf einfachen Medien: Kohlenhydraten, Kasein und Fleischpepton.
Beim Wachstum auf festen Medien bilden sich nach 48 Stunden durchscheinende, saftige, gräuliche Kolonien. Die Kanten sind uneben. Die Oberfläche ist körnig. Clostridien der Typen A, B und C bilden manchmal Tochterkolonien. Die Kolonien sind von einer Hämolysezone umgeben. Clostridien Typ D zerstören die roten Blutkörperchen nicht.
In den Tiefen des Agars ähneln Kolonien Watte- oder Schneeflockenklumpen, oft braun oder gelb gefärbt.
Beim Wachstum in flüssigen Medien entsteht Gas, das Nährmedium trübt sich und Sedimente fallen zu Boden. Durch die Bildung von H verschiebt sich der pH-Wert in den sauren Bereich2S und organische Säuren.
Antigene Struktur
Clostridium novyi wird durch den Nachweis somatischer Antigene identifiziert. Es gibt 4 Serovare, die sich in ihren Antigeneigenschaften und synthetisierten Toxinen unterscheiden – Serovare A, B, C und D.
Biochemische Eigenschaften
Die Serovare Typ A, B und C fermentieren Fructose, Glucose und Maltose; die Serovare Typ D fermentieren nur Glucose. Die Serovare Typ A, C und D bauen Glycerin ab. Alle Sorten lassen die Milch gerinnen und zersetzen die Gelatine. Clostridien vom Typ D produzieren Schwefelwasserstoff und Indol, andere Bakterienarten nicht.
Clostridium novyi-Toxine
Clostridium novyi produziert ein pathogenes Enzym wie Phospholipase (a-Toxin) sowie b-, y-, sigma-, e- und n-Toxine, die nekrotische, hämolytische und tödliche Wirkung haben. Indem sie die Durchlässigkeit der Blutgefäße stören, kommt es zur Entstehung geleeartiger Ödeme.
Clostridium septicum wurde erstmals 1877 von L. Pasteur beschrieben. Diese Bakterien sind opportunistisch. Unter normalen Bedingungen befinden sie sich im menschlichen Darm und verursachen keine Krankheiten. Bei Darmfehlern wie Darmkrebs schädigt die Infektion den Darm und breitet sich über das Blut (hämatogen) im gesamten Körper aus. Im Gegensatz zu Clostridium perfringens kann Gasbrand ohne vorherige Verletzung oder Schädigung auftreten. Die Infektion tritt häufiger bei Menschen mit Verletzungen und Verbrennungen der Haut, nach Operationen und septischen Aborten, peripheren Gefäßerkrankungen, Diabetes und Dickdarmkrebs auf.
Die Krankheit entwickelt sich schnell. Bis zu 80 % der Erwachsenen sterben innerhalb der ersten 2 Tage. Bei Personen ohne Begleiterkrankungen der unteren Extremitäten steigen die Überlebensraten.
Clostridium septicum befällt sowohl Menschen als auch Haustiere: Groß- und Kleinvieh.
Morphologie
Clostridium septicum ist ein stäbchenförmiges Bakterium. mit den Abmessungen 3 - 4 x 1,1 - 1,6 Mikrometer. In Kulturen werden manchmal fadenförmige Bakterienformen mit einer Länge von bis zu 50 Mikrometern gebildet. Beweglich (haben Flagellen). Eine Kapsel wird nicht gebildet. Grampositiv. Mit der Zeit verlieren Clostridien diese Eigenschaft. Sie sind strenge Anaerobier.
Clostridium septicum produziert Sporen. Die Sporen liegen meist subterminal, seltener zentral.
Reis. 16.Clostridium septicum unter dem Mikroskop.
Kulturgüter
Clostridium septicum wächst gut auf Kasein und Fleischmedien, denen Glukose zugesetzt ist.
Auf der Oberfläche von Glukose-Blutagar bilden Bakterien durchscheinende, glänzende Kolonien, die aus ineinander verschlungenen Fäden mit einer Hämolysezone entlang der Peripherie bestehen.
Beim Wachstum auf 2 % Agar haben die Kolonien das Aussehen von Scheiben.
Beim Wachstum auf Zeissler-Agar bildet sich nach 48 Stunden eine kontinuierliche, zarte Beschichtung mit einer Hämolysezone entlang der Peripherie.
Beim Wachstum in 1 % Zuckeragar bilden sich Kolonien in der Tiefe. Sie haben ein dichtes Zentrum mit ineinander verschlungenen Fäden, die von der Peripherie ausgehen.
Beim Anbau in Fleischpeptonbrühe entsteht eine gleichmäßige Trübung. Darüber hinaus werden lockere Sedimente und Gasbildung beobachtet.
Beim Wachstum auf Kitta-Tarozzi-Medium wachsen Bakterien unter intensiver Gasbildung.
Reis. 17. Beim Wachstum in 1 % Zuckeragar bilden sich Kolonien in der Tiefe. Sie haben ein dichtes Zentrum mit ineinander verschlungenen Fäden, die von der Peripherie ausgehen.
Antigene Struktur
Clostridium septicum besitzt H- und O-Antigene. Die H-Antigene identifizieren 6 Serovare: A, B, C, D, E und F.
Biochemische Eigenschaften
Clostridium septicum synthetisiert eine Reihe von Enzymen. Sie leben auf verschiedenen organischen Substraten, darunter auch solche, die Zucker und Aminosäuren enthalten, und setzen dabei Kohlendioxid und molekularen Wasserstoff frei.
Bakterien fermentieren einige Kohlenhydrate: Glukose, Maltose und Laktose und produzieren dabei Gas und Säure. Nitrate werden in Nitrite umgewandelt. Sie zersetzen Proteine und setzen dabei Ammoniak und Schwefelwasserstoff frei. Milch gerinnt unter dem Einfluss von Bakterien langsam. Sie zersetzen Saccharose, Glycerin und Mannitol nicht. Sie bilden kein Indol.
Giftstoffe
Clostridium septicum produziert 4 Exotoxine: a, p, y und s. nekrotische, hämolytische und tödliche Wirkung haben.
Reis. 18.Wachstum von Clostridium septicum auf Nährmedien.
