Zgorzel gazowa (ropowica gazowa) to niezwykle ciężki proces zakaźny, który rozwija się, gdy rany zostają zakażone beztlenowymi patogennymi bakteriami z rodzaju Clostridium. Chorobie towarzyszy ciężkie zatrucie, szybko postępująca martwica tkanek (martwica), obrzęk i powstawanie gazów.
Clostridia żyją w ziemi, jest ich wiele w kurzu ulicznym. Na tę chorobę predysponowane są osoby kontuzjowane, posiadające rozległe obszary rozdrobnionej tkanki mięśniowej, gdzie dopływ krwi jest znacznie zmniejszony i tworzy się wiele „kieszonek”. Bakterie rozmnażają się tylko w środowisku pozbawionym tlenu. Mikroorganizmy wystawione na działanie środowiska tlenowego tworzą zarodniki i pozostają w tym stanie przez wiele dziesięcioleci. Żyją w jelitach ludzi i roślinożerców, dostają się do gleby z odchodami, a następnie rozprzestrzeniają się poprzez kurz uliczny do obiektów środowiska. W sprzyjających warunkach Clostridia aktywują się i zaczynają intensywnie się rozmnażać. Spośród wielu rodzajów Clostridia, na ogół tylko 7 powoduje zgorzel gazową.70-80% wszystkich chorób wywoływanych jest przez Clostridium perfringens. Główną metodą leczenia tej choroby jest leczenie chirurgiczne. Ranę otwiera się za pomocą nacięć w paski. W miarę postępu choroby kończyna zostaje amputowana.
Ryż. 1. Na zdjęciu zgorzel gazowa kończyny dolnej.
Epidemiologia
Do chwili obecnej opisano około 80 gatunków bakterii z rodzaju Clostridium. Przyczyną zgorzeli gazowej u ludzi są jedynie chorobotwórcze gatunki Clostridia: Clostridium perfringens (70 - 80% wszystkich przypadków tej choroby), Clostridium novi i Clostridium septicum. Opisano także inne typy bakterii chorobotwórczych z rodzaju Clostridium, lecz są one znacznie mniej powszechne. Wszystkie mikroorganizmy są bezwzględnymi beztlenowcami - rosną i rozmnażają się przy braku tlenu.
W niesprzyjających warunkach bakterie tworzą zarodniki. Mogą pozostawać w tym stanie przez dłuższy czas. Zarodniki są odporne na światło słoneczne, suszenie i wysoką temperaturę. Wzrost i rozwój Clostridia zachodzi wyłącznie w warunkach beztlenowych. Na tę chorobę podatni są ludzie i wszystkie zwierzęta.
Źródła infekcji
Clostridia są stale obecne w glebie, jelitach ludzi i zwierząt roślinożernych, w niektórych przypadkach przy złej higienie bakterie można znaleźć na skórze.
Drogi transmisji
Zgorzel gazowa rozwija się, gdy Clostridia zakaża rozległe rany kruszeniowe (rany postrzałowe, szarpane, siniaki), najczęściej kończyn dolnych i tułowia oraz rany jelita grubego. Bakterie przedostają się do uszkodzonych tkanek wraz z ziemią, kurzem, przez skrawki odzieży, fragmenty skorup, podczas zabiegów chirurgicznych, zastrzyków leków i pozaszpitalnych aborcji.Przy urazach minowych i transportowych często dochodzi do urazów pośladków i ud. Osoby ranne przez bydło, świnie, owce i kozy są podatne na tę chorobę. Rany zostają zanieczyszczone odchodami zwierząt. W niektórych przypadkach choroba rozwija się z małych, ale zanieczyszczonych skaleczeń. Choroba rozwija się szybko. Pierwsze jej oznaki pojawiają się już od pierwszego dnia urazu.
Ryż. 2. 90% wszystkich przypadków zgorzeli gazowej jest spowodowanych przez Clostridium perfringens.
Clostridia to fakultatywne beztlenowce (bakterie rosną i rozmnażają się przy braku tlenu). Są saprofitami. Uwalniają naturę od martwej materii organicznej poprzez procesy fermentacji i rozkładu. Występują w jelitach zwierząt i ludzi, gdzie żywią się odpadami organicznymi, ale nie atakują (nie penetrują) żywej, zdrowej tkanki.
Clostridia to bakterie w kształcie pałeczek (pałeczki), które w niesprzyjających warunkach wytwarzają szereg toksyn i enzymów tworzących zarodniki. Patogenne formy patogenów powodują tak poważne choroby, jak tężec, zatrucie jadem kiełbasianym i zgorzel gazowa. Wytwarzają najsilniejsze znane trucizny – tetanospasminę (Clostridium tetani), toksynę botulinową (Clostridium botulinum) i toksynę a (Clostridium perfringens).
Głównymi czynnikami sprawczymi zgorzeli gazowej są Clostridium perfringens (70–80% przypadków), Clostridium novyi (20–43%) i Clostridium septicum (5–18%). Znacznie mniej powszechne są rodzaje Clostridia, takie jak Clostridium histolyticum, Clostridium sordellii, Clostridium difficile, Clostridium fallax itp.
Zgorzel gazowa jest prawie zawsze infekcją mieszaną.Często podczas infekcji mikroorganizmy tlenowe dołączają do Clostridia: paciorkowce, gronkowce, Escherichia coli, Proteus itp.
Taksonomia Clostridia
Czynniki wywołujące zgorzel gazową należą do rodziny Bacillaceae, rodzaju Clostridium. Rodzaj Clostridium obejmuje liczne (około 80) gatunki Clostridia.
Morfologia
Czynnikiem sprawczym zgorzeli gazowej jest pręt Gram-dodatni. Bakterie są zwykle mobilne i mają kapsułkę. Niektóre rodzaje Clostridia nie mają torebki, ale mają wici. Największym ze wszystkich Clostridia jest C. novyi. Wszystkie inne bakterie są znacznie mniejsze.
Clostridia w niesprzyjających warunkach tworzą zarodniki zlokalizowane centralnie lub poniżej. Kiedy zarodniki są umieszczone centralnie, pręt staje się jak wrzeciono (klaster - wrzeciono).
Zarodniki Clostridia są odporne na suszenie, wysoką temperaturę i światło słoneczne. Są w stanie przetrwać w roztworach soli, tolerują długotrwałe gotowanie, zamrażanie, promieniowanie ultrafioletowe, promieniowanie i próżnię. Zarodniki wykazują odporność na szereg środków toksycznych i dezynfekcyjnych.
Bakterie mogą pozostawać w stanie przypominającym zarodniki przez setki lat. W sprzyjających warunkach środowiskowych zarodniki kiełkują. Proces kiełkowania trwa 4 - 5 godzin.
Ryż. 4. Zarodniki Clostridium perfringens.
Ryż. 5. Zdjęcie przedstawia zarodnik Clostridia. W jego rdzeniu znajduje się spoczynkowa komórka wegetatywna.
Ryż. 6. Podział komórki wegetatywnej po wykiełkowaniu zarodników.
Właściwości biochemiczne i toksyny Clostridia
Czynniki wywołujące zgorzel gazową fermentują węglowodany z utworzeniem gazu i kwasu, tworzą złożone egzotoksyny - 12 enzymów (toksyny) i enterotoksynę, która powoduje zapalenie jelit. Bakterie dzielą się na sześć serotypów (A, B, C, D, E, F), z których każdy ma swoją własną charakterystykę nekrotyczną. Serowar A jest głównym czynnikiem sprawczym zgorzeli gazowej. Stanowi do 90% wszystkich przypadków choroby. Głównym celem toksyn są błony komórkowe. Enzymy sprzyjają ich rozpadowi, po którym następuje pęcznienie i autoliza (samorozpuszczenie).
Bakterie typu A i C wytwarzają enterotoksyny, które powodują choroby przenoszone przez żywność i martwicze zapalenie jelit.
Clostridium perfringens jest głównym czynnikiem sprawczym zgorzeli gazowej
Zgorzel gazowa, zatrucie pokarmowe i martwicze zapalenie jelit u ludzi i zwierząt wywoływane są przez Clostridium perfringens typu A, C i D. Podobne choroby, ale tylko u zwierząt, wywoływane są przez Clostridium perfringens typu B, C, D i E.
Patogen został po raz pierwszy odkryty przez Welcha i Nettala w 1892 roku.
Morfologia Clostridium perfringens
Bakterie wyglądają jak pręciki z zaokrąglonymi końcami. Są duże, mierzą 3-9 × 0,9-1,2 mikrona. Naprawił. Znajdują się pojedynczo. Clostridia wyizolowana z czystych kultur ma otoczkę. Gram barwione na fioletowo. Stare kultury tracą tę zdolność. Tworzą zarodniki, które utrzymują się w środowisku przez wiele dziesięcioleci.
Ryż. 7. Rozmaz z czystej kultury Clostridium perfringens (zdjęcie po lewej). Zarodnik bakteryjny (zdjęcie po prawej).
Ryż. 8. Zdjęcie przedstawia bakterię Clostridium perfingens wraz z zarodnikami.
Uprawa Clostridium perfringens
Clostridium perfringens to bezwzględne beztlenowce, chemoorganoheterotrofy. Rosną na prostych podłożach odżywczych - agarze z cukrem krwi i podłożu Kitta-Tarozzi. Rozwojowi bakterii towarzyszy tworzenie się gazów i spadek pH w stronę kwaśną.
Na agarze z krwią cukrową bakterie tworzą gładkie, błyszczące, okrągłe kształty (kolonie S) lub kolonie szarawe, płaskie, szorstkie z postrzępionymi krawędziami (kolonie R). Wokół kolonii tworzy się strefa hemolizy. Po wystawieniu na działanie powietrza kolonie nabierają zielonkawego koloru. Kolonie na grubości agaru przyjmują kształt soczewkowaty.
Podczas uprawy w pożywce płynnej (pożywka Kitta-Tarozzi) powstaje zmętnienie w wyniku intensywnego tworzenia się gazu. Następnie podłoże klaruje się i białawy, przypominający płytki osad opada na dno.
Podczas uprawy na agarze żółciowym tworzą się strefy opadów.
Przy uprawie na mleku już po 4 godzinach następuje intensywna koagulacja, a twaróg na skutek tworzenia się gazów nabiera dziurawej struktury i często podskakuje. Podobną reakcję stosuje się w laboratoriach do szybkiej diagnostyki.
Podczas wzrostu w bulionie mięsnym bakterie wytwarzają kwas octowy i masłowy, a także duże ilości gazów, takich jak H2S, NH3 i CO.
Ryż. 9. Kolonie Clostridium perfringens na agarze z krwią.
Ryż. 10. C. perfringens charakteryzuje się charakterystyczną „podwójną strefą” hemolizy.
Właściwości biochemiczne Clostridia
Silna aktywność enzymatyczna bakterii nadała im przydomek perfringens, co oznacza przebijanie się, przebijanie. Z powodu intensywnego tworzenia się gazów dochodzi do obrzęku uszkodzonych tkanek i przerwania ośrodków odżywczych.Clostridium perfringens wytwarza ogromną liczbę enzymów sacharylitycznych, które fermentują glukozę, laktozę, maltozę i sacharozę, a następnie tworzą kwas i gaz. Intensywnie ścinają mleko, po czym tworzy się gąbczasty, grubokomórkowy skrzep („reakcja burzy”).
Bakterie rozkładają żelatynę, białka jaj, skoagulowaną serwatkę i kolagen. Nie rozkłada kazeiny.
Podczas fermentacji acetomaślanowej Clostridium perfringens syntetyzuje kwas masłowy, redukuje azotany do azotynów i tworzy lecytynazę.
Ryż. 11. Oznaczanie aktywności lecytynazy. Wokół kolonii wyraźnie widoczne są strefy mętnego halo składającego się z wytrąconych lipidów.
Ryż. 12. W lewej probówce znajduje się kultura Clostridium perfringens na agarze cukrowym. W wyniku intensywnego tworzenia się gazu w ośrodku helopodobnym utworzyły się strefy pęknięć.
Tworzenie się toksyn
Bakterie Clostridium perfringens, zgodnie ze spektrum wytwarzanych przez nie toksyn (enzymów), dzielą się na typy A, B, C i E. Zgorzel gazowa i toksyczne zakażenia przenoszone przez żywność częściej kojarzone są z typem A, martwiczym zapaleniem jelit - z typem C Pojęcie „toksyny” łączy w sobie około 12 zidentyfikowanych dzisiaj toksyn (enzymów) i enterotoksyny. Uwolnienie enzymów w obszarze uszkodzonej tkanki prowadzi do rozkładu substancji złożonych i zakłócenia przepuszczalności komórek, w wyniku czego komórki pęcznieją i topią się.
Główne egzotoksyny Clostridia
α-toksyna (fosfolipaza C). Jest wytwarzana intensywniej przez Clostridia typu A. Jest główną i najsilniejszą toksyną. Enzym hydrolizuje (rozkłada) fosfolipidy błon komórkowych, co prowadzi do zniszczenia (lizy) komórek.Ma działanie dermatonekrotyczne i śmiertelne, jest głównym czynnikiem inwazji śródmiąższowej i hemolizy wewnątrznaczyniowej - symbol śmiertelnej toksynemi Clostridium. Ma aktywność lecytynazy.
b-toksyna (cytotoksyna). Wytwarzany głównie przez Clostridia typu B i C. Ma działanie dermatonekrotyczne i śmiertelne, nie powoduje hemolizy. Powoduje rozwój martwiczego zapalenia jelit.
Toksyna theta. Ma działanie hemolityczne i dermatonekrotyczne. Wrażliwy na tlen. Jest podobny do O-streptolizyny paciorkowców.
v-toksyna (proteinazy). Zakłócają reakcje syntezy białek poprzez rozszczepienie kwasów nukleinowych.
p-toksyna (kolagenaza i żelatynaza). Wytwarzany przez Clostridia typu A, C i E, a także niektóre szczepy bakterii typu D. Enzymy rozkładają włókna żelatynowe i kolagenowe tkanki łącznej. Mają działanie martwicze i śmiertelne.
Mu-toksyna (hialuronidaza). Jest czynnikiem penetrującym Clostridia. Enzymy rozkładają kwaśne mukopolisacharydy i kwas hialuronowy.
Nu-toksyna (DNA-za). Niszczy DNA komórkowe.
q-hemolizyna. Przy udziale dopełniacza niszczy błony krwinek czerwonych.
Fibrynolizyna. Rozpuszcza włókna fibryny.
Hemaglutynina. Przy jego udziale zachodzi reakcja aglutynacji erytrocytów.
toksyna y (proteinaza). Jego działanie przypomina fibrynolizynę. Nie rozkłada natywnego (naturalnego) kolagenu, ale niszczy azokol (zdenaturowany kolagen), kazeinę i żelatynę.
Toksyna delta (elastaza). Jest to enzym proteolityczny. Rozkłada białka i peptydy.
Toksyna Sigma. Wytwarzają Clostridia typu B i C. Ma działanie śmiertelne i wykazuje działanie hemolityczne.
Toksyna omega. Wytwarzany głównie przez Clostridia typu C.Ma działanie dermatonekrotyczne i śmiertelne.
Toksyna Epsilon. Wytwarzane przez Clostridia typu B i D, l-toksyna - przez Clostridia typu E. Wykazują działanie śmiertelne i rogowaciejące skórę.
toksyny y i n. Biochemiczna natura tych toksyn pozostaje nieznana.
toksyna p. Jest to czynnik przepuszczalności tkanki.
Enterotoksyna jest wytwarzana przez Clostridia typu A i C.
Enterotoksyna Clostridium perfringens szczep A jest termolabilnym białkiem uwalnianym w jelicie cienkim podczas tworzenia się przetrwalników. Pod wpływem niego naczynia włosowate rozszerzają się, zwiększa się ich przepuszczalność, zwiększa się wydzielanie wody, jonów sodu i chloru, a błony enterocytów ulegają uszkodzeniu.
Enteropatogenność Clostridium perfringens typu C związany z toksyną B. Choroba występuje w postaci martwiczego zapalenia jelit.
Ryż. 13. W niesprzyjających warunkach niektóre bakterie tworzą zarodniki. Pomagają mikroorganizmowi przetrwać w niesprzyjających warunkach przez wiele dziesięcioleci. Na zdjęciu zarodniki bakterii z rodzaju Clostridium.
Clostridium novyi jest jednym z głównych czynników wywołujących zgorzel gazową. Podczas Wielkiej Wojny Ojczyźnianej zgorzel gazowa była spowodowana przez bakterie tego typu w 42% przypadków. Patogen został po raz pierwszy wyizolowany i nazwany Clostridium oedematiens przez E. Segena i M.V. Weinberga w 1891 roku. Później ten typ Clostridia został szerzej opisany przez amerykańskiego bakteriologa F. Novi, którego nazwę później zaczęto nazywać tego typu bakteriami.
Morfologia Clostridium novyi
Clostridia to pałeczki, duże, czasem lekko zakrzywione, o wymiarach 4 – 22 x 1,4 – 2 mikronów, ruchome, posiadające do 25 wici, często ułożone w łańcuszki. Patogen, podobnie jak wszystkie Clostridia, jest bezwzględnymi beztlenowcami. Kapsułka nie tworzy się. Fiolet barwiony gramowo (gram-dodatni). Stare kultury tracą tę zdolność. Tworzą owalne zarodniki umiejscowione centralnie i poniżej.
Ryż. 14. Clostridium novyi. Duże patyki, ułożone pojedynczo lub w łańcuszkach.
Uprawa
Clostridium novyi to ścisłe beztlenowce. Bardzo wrażliwy na tlen. Rosną na prostych podłożach: węglowodanach, kazeinie i peptonie mięsnym.
W przypadku uprawy na podłożu stałym po 48 godzinach tworzą się przezroczyste, soczyste, szarawe kolonie. Krawędzie są nierówne. Powierzchnia jest ziarnista. Clostridia typu A, B i C czasami tworzą kolonie potomne. Kolonie otoczone są strefą hemolizy. Clostridia typu D nie niszczy czerwonych krwinek.
W głębi agaru kolonie przypominają grudki waty lub płatki śniegu, często zabarwione na brązowo lub żółto.
Podczas uprawy w pożywce płynnej tworzy się gaz, pożywka staje się mętna, a osad opada na dno. pH przesuwa się w stronę kwaśną w wyniku tworzenia się H2S i kwasy organiczne.
Struktura antygenowa
Clostridium novyi identyfikuje się poprzez wykrycie antygenów somatycznych. Istnieją 4 serotypy różniące się właściwościami antygenowymi i syntetyzowanymi toksynami - serowary A, B, C i D.
Właściwości biochemiczne
Serowary typu A, B i C fermentują fruktozę, glukozę i maltozę; serowary typu D fermentują tylko glukozę. Serowary typu A, C i D degradują glicerol. Wszystkie szczepy powodują zsiadanie mleka i rozkładanie żelatyny. Clostridia typu D wytwarzają siarkowodór i indol, inne typy bakterii nie.
Toksyny Clostridium novyi
Clostridium novyi wytwarza patogenny enzym, taki jak fosfolipaza (a-toksyna), a także toksyny b, y, sigma, e i n, które mają działanie nekrotyczne, hemolityczne i śmiertelne. Zaburzając przepuszczalność naczyń krwionośnych, prowadzą do rozwoju galaretowatych obrzęków.
Clostridium septicum zostało po raz pierwszy opisane w 1877 roku przez L. Pasteura. Bakterie te są oportunistyczne. W normalnych warunkach przebywają w jelitach człowieka i nie powodują chorób. W przypadku wad jelitowych, takich jak rak jelita grubego, infekcja uszkadza jelita i rozprzestrzenia się poprzez krew (hematogennie) po całym organizmie. W przeciwieństwie do Clostridium perfringens, zgorzel gazowa może wystąpić bez wcześniejszych obrażeń lub uszkodzeń. Zakażenie częściej występuje u osób po urazach i oparzeniach skóry, po operacjach i poronieniach septycznych, z chorobami naczyń obwodowych, cukrzycą i rakiem jelita grubego.
Choroba rozwija się szybko. Do 80% dorosłych umiera w ciągu pierwszych 2 dni. Wskaźniki przeżycia wzrastają u osób bez współistniejących chorób kończyn dolnych.
Clostridium septicum atakuje zarówno ludzi, jak i zwierzęta domowe: duże i małe zwierzęta gospodarskie.
Morfologia
Clostridium septicum to bakteria w kształcie pałeczki. o wymiarach 3 - 4 x 1,1 - 1,6 mikrona. W kulturach czasami tworzą się nitkowate formy bakterii o długości do 50 mikronów. Ruchliwy (mają wici). Kapsułka nie tworzy się. Gram-dodatnie. Z biegiem czasu Clostridia tracą tę funkcję. Są to ścisłe beztlenowce.
Clostridium septicum wytwarza zarodniki. Zarodniki najczęściej zlokalizowane są podterminalnie, rzadziej - centralnie.
Ryż. 16.Clostridium septicum pod mikroskopem.
Właściwości kulturowe
Clostridium septicum dobrze rośnie na podłożach kazeinowych i mięsnych uzupełnionych glukozą.
Na powierzchni agaru glukozowo-krwi bakterie tworzą przezroczyste, błyszczące kolonie, składające się ze splecionych nitek ze strefą hemolizy wzdłuż obwodu.
W przypadku wzrostu na 2% agarze kolonie mają wygląd krążków.
W przypadku uprawy na agarze Zeisslera po 48 godzinach tworzy się ciągła, delikatna powłoka ze strefą hemolizy wzdłuż obwodu.
W przypadku uprawy na agarze cukrowym 1% kolonie tworzą się głęboko. Mają gęsty środek, z przeplatającymi się nitkami wystającymi z obwodu.
Podczas uprawy w bulionie peptonowym z mięsa tworzy się jednolite zmętnienie. Ponadto obserwuje się powstawanie luźnego osadu i gazu.
Podczas wzrostu na podłożu Kitta-Tarozzi bakterie rosną z intensywnym tworzeniem się gazu.
Ryż. 17. Przy uprawie na agarze cukrowym 1% kolonie tworzą się głęboko. Mają gęsty środek, z przeplatającymi się nitkami wystającymi z obwodu.
Struktura antygenowa
Clostridium septicum ma antygeny H i O. Antygeny H identyfikują 6 serotypów: A, B, C, D, E i F.
Właściwości biochemiczne
Clostridium septicum syntetyzuje wiele enzymów. Żyją na różnych substratach organicznych, w tym zawierających cukry i aminokwasy, wydzielając dwutlenek węgla i wodór cząsteczkowy.
Bakterie fermentują niektóre węglowodany: glukozę, maltozę i laktozę, wytwarzając gaz i kwas. Azotany przekształcają się w azotyny. Rozkładają białka uwalniając amoniak i siarkowodór. Mleko siada powoli pod wpływem bakterii. Nie rozkładają sacharozy, gliceryny i mannitolu. Nie tworzą indolu.
Toksyny
Clostridium septicum wytwarza 4 egzotoksyny: a, p, y i s. wywołujące skutki nekrotyczne, hemolityczne i śmiertelne.
