Инфекционный процесс, часть 1

Добрый день, уважаемые читатели. Сегодня я познакомлю вас с учением об инфекции — частью медицинской микробиологии, которая изучает общие закономерности развития инфекционных болезней.

Учение об инфекции и микробиология

Медицинская микробиология является одной из отраслей общей микробиологии. Общая микробиология изучает главные закономерности всего мира микроорганизмов, обитающих в почве, в воде, а также в других организмах, например, в животных. Под термином «микроорганизм» понимают любое живое существо, которое невозможно увидеть невооруженным глазом из-за маленьких размером. Синонимом слова «микроорганизм» является слово «микроб».

Так вот, общая микробиология изучается студентами биологических факультетов. Мы же с вами изучаем медицинскую микробиологию — отрасль, которая исследует и описывает микроорганизмы, имеющие медицинское значение. Прежде всего, это возбудители различных инфекционных болезней — бактериальных, вирусных и прионных. Существуют также другие отрасли микробиологии:

Ветеринарная микробиология;
Сельскохозяйственная микробиология;
Техническая микробиология.

Я не изучал этих наук, поэтому я не могу полноценно о них говорить. Однако, на 2-м и 3-м курсах медицинского университета я осваивал медицинскую микробиологию и сейчас могу рассказать несколько интересных вещей.

В фокусе внимания медицинской микробиологии находятся несколько крупных тем:

Общая медицинская микробиология;
Общая иммунология;
Учение об инфекции;
Учение об антибиотиках;
Частная медицинская микробиология.

Это довольно логично, потому что сначала изучается одна сторона «конфликта» — то есть микроорганизмы — бактерии, вирусы, прионы, затем — другая сторона, то есть иммунная система человека. Учение об инфекции показываем нам основные закономерности противостояния этих двух сторон. Завершает формирование полноценной картины патологическая физиология, которая изучает типичные патологические состояния — прежде всего, воспаление. Именно воспаление является главным защитным механизмом человека в ответ на вторжение микроорганизмов.

Иногда в качестве отдельной части выделяют учение об антибиотиках, иногда же этот материал входит в общую медицинскую микробиологию. Итак, сегодня я буду рассказывать именно об инфекции.

Что это?

Учение об инфекции, оно же — инфектология — это название отрасли медицинской микробиологии, изучающей общие закономерности развития инфекционной болезни.

Инфекционная болезнь (инфекция, инфекционный процесс) — это результат взаимодействия микроорганизма и макроорганизма в определённых условиях окружающей среды, при котором микроорганизм и макроорганизм отвечают определённым критериям. В случае медицинской микробиологии, под макроорганизмом мы подразумеваем человека.

Макроорганизм должен быть восприимчив к микроорганизму. Микроорганизм, в свою очередь, должен иметь способность взаимодействовать с макроорганизмом, нарушая его целостность и гомеостаз. Нарушение этих правил и отсутствие развития инфекционного процесса мы можем видеть, например, у людей имеющих мутацию гена CCR5, столкнувшихся с ВИЧ. Эта мутация делает невозможным соединение ВИЧ и лейкоцита, и, соответственно, инфекционный процесс в таких случаях не возникает.

Таким образом, инфекционный процесс представляет собой не только сам факт атаки микроорганизма на целостность восприимчивого макроорганизма, но и комлекс ответных защитных и восстановительных реакций со стороны макроорганизма.

Ещё одна часть определения говорит нам о неких условиях окружающей среды. Это значит, что окружающая среда является обязательным компонентом инфекционного процесса. Например, mycobacterium tuberculosis превосходно себя чувствуют в сырых тёмных помещениях и обеспечивают возникновение случаев туберкулёза в тюрьмах, подвальных помещениях и других мрачных местах.

Инвазии и инфекционный процесс

Инфекционный процесс необходимо отличать от инвазий.

Принципиальным фактором различия здесь будет являться то, при инфекционном процессе на целостность макроорганизма посягает некто из домена бактерий, группы вирусов или неклассифицированных на сегодняшний день прионов. Бактерии — это одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра. Вирусы — это внеклеточная форма жизни, представляющая собой наследственный материал (ДНК или РНК), защищённый белковой оболочкой (капсидом). Прионы — это ещё более примитивные организмы, представляющие собой белки с аномальной структурой, не имеющие наследственного материала.

Инвазия — это аналог инфекционной болезни, только в качестве поражающего агента здесь выступает некто из домена эукариот — от простейших одноклеточных лямблий до высокоорганизованных зверюг вроде многометровых бычьих цепней. К инвазиям относят протозойные болезни (протозоозы, вызваны простейшими), гельминтозы (вызваны гельминтами), арахнозы (вызваны паукообразными), энтамозы (вызваны насекомыми).

Кстати, именно так представлял себе дух блохи (блоха — возбудитель пуликоза) английский художник-романтист Уильям Блейк:

Обращает на себя внимание отсутствие в моих схемах очень частых непрошенных гостей нашего тела, а именно — грибов. Я их не смог отнести ни к инфекциям, ни к инвазиям из-за небольшого противоречия. Как вы заметили, главным критерием отличия инфекции от инвазии является наличие ядра в микроорганизме. Если ядро есть — это инвазия, если ядра нет — это инфекция.

Клетки грибов содержат ядро, однако, клиницисты никогда не говорят «грибковая инвазия», но говорят «грибковая инфекция».Я не отметил грибковые заболевания на схемах, однако, не стоит про них забывать, вед зачастую они играют самую трагичную роль у определённых категорий больных.

Взаимоотношения микро- и макроорганизма

Симбионты и паразиты

В школьной программе экологии изучались типы взаимоотношений между организмами разных видов. Эти знания пригодятся нам с вами прямо сейчас. Напомню, различают:

Симбиоз — близкое сосуществование разных видов организмов;
Хищничество — использование одного вида другим видом в качестве пищи без совместного сосуществования;
Нейтрализм — разные виды не оказывают никакого влияния друг на друга;
Антибиоз — противостояние разных видов, конкурирующих за территорию или другие ресурсы.

Когда мы говорим об инфекционном процессе, мы явно подразумеваем близкое взаимодействие микроорганизма и макроорганизма, поэтому речь идёт о симбиозе. Существует несколько видов симбиоза:

Мутуализм — взаимодействие выгодно обоим участникам, поэтому обозначается как «++»;
Комменсализм — один вид получает выгоду, второй не имеет ни выгоды, ни убытка — «0+»;
Паразитизм — один вид несёт урон (он называется хозяином), а второй (паразит) получает выгоду, используя хозяина в качестве еды и места обитания, соответственно — «+-«.

Я видел разные классификации в разных учебниках, согласно некоторым из них паразитизм не является разновидностью симбиоза, а противопоставляется ему. То есть, занимает место среди симбиоза, хищничества, нейтрализма и антибиоза. Обязательно учтите это, если используете этот текст для подготовки по микробиологии. Присмотримся поподробнее к паразитизму — именно паразитизм лежит в основе развития любого инфекционного процесса.

Сейчас мы перескочим ещё на одну классификацию, но не пугайтесь — очень скоро я объясню, как эти классификации связаны.

Патогенные и условно-патогенные микроорганизмы

Это очень важный момент, пожалуйста, будьте особенно внимательны. Ещё одна классификация, намного более прикладная и клинически важная, разделяет все микроорганизмы по отношению к макроорганизму на три группы:

Сапрофиты;
Условно-патогенные;
Патогенные.

Сапрофиты

Сапрофитные микроорганизмы не взаимодействуют с макроорганизмом напрямую, но питаются отходами его жизнедеятельности или жизнедеятельности других организмов. Многие сапрофиты обитают в почве, разлагая останки растений и используя их в качестве пищи. Это отражено названии, ведь «сапрофит» состоит из латинских слов «sapros», то есть «гнилой» и «phyton», то есть «растение».

Медицинское значение здесь имеют бактерии, которые, являясь сапрофитами, при попадании в кровь человека вызывают опасные заболевания. Ярким примером является Clostridium tetani, вызывающая столбняк и при этом мирно живущая в почве.

Патогенные микроорганизмы

Патогенные микроорганизмы обязательно вызывают болезнь в случае попадания и размножения в макроорганизме. Именно это является их главной, отличительной чертой. Патогенные микроорганизмы имеют огромную зависимость от макроорганизма, вне пределов которого они существовать, как правило, не могут. Наглядным примером здесь является Chlamydia trachomatis, которая вызывает ЗППП — хламидиоз.

Этот микроб не может синтезировать АТФ — главные энергетические молекулы жизни, поэтому может существовать только внутри клеток макроорганизма. Также патогенными микроорганизмами являются вирусы, которые не могут синтезировать ни АТФ, ни белок, ни собственный наследственный материал вне клетки организма-хозяина.

Помните, я говорил, что объясню связь двух классификаций? Так вот, согласно прошлой классификации, патогенные микроорганизмы являются паразитами. Сами патогенные микроорганизмы, в соответствии с необходимой средой обитания, делят на:

Облигатные внутриклеточные паразиты;
Факультативные внутриклеточные паразиты;
Облигатные внеклеточные паразиты.

Облигатные внутриклеточные паразиты способны размножаться только внутри клеток организма-хозяина. Запомните слово «облигатный» — оно часто используется в медицине и означает «обязательный», «исключающий другие варианты». Облигатные внутриклеточные микроорганизмы отлично адаптированы к внутриклеточной среде и умеют использовать все плюсы обитания внутри клетки — это и защита клеточной оболочкой от антител и многих фагоцитов, и большое количество питательного субстрата, и синтез белка и запасы энергии в виде АТФ. К таким микроорганизмам относят риккетсии, хламидии, микобактерии лепры, малярийный плазмодий и другие.

Факультативные внутриклеточные паразиты — это очень приспособленные к выживанию ребята, которые могут и побултыхаться в межклеточной жидкости, и вторгнуться в клетку. Разумеется, второй вариант предпочтительнее, так как проживание внутри клетки даёт множество плюсов (см.выше). Яркими примерами факультативных внутриклеточных паразитов являются микобактерии туберкулёза, гонококки и менингококки. В отличие от термина «облигатный», термин «факультативный» означает «допускающий другие варианты» — вы также встретите этот термин ещё не раз.

Облигатные внеклеточные паразиты из мира инфекционных болезней — это, например, холерный вибрион и лептоспира. Такие микроорганизмы не способны проникнуть внутрь клетки, так как не имеют механизма проникновения через клеточную мембрану и способности выживания внутри клетки. Зато они неплохо перемещаются по межклеточному пространству и прикрепляются ко внешней поверхности клеток.

Патогенные микробы всегда имеют два признака — нозологическая специфичность и органотропность.

Нозологическая специфичность означает то, что каждый вид патогенных микробов может вызывать только одну инфекционную болезнь. Например, Neisseria meningitidi может вызывать только менингококковую инфекцию, а Treponema pallidum — только сифилис.

В противоположность этому, условно-патогенный микроорганизм, например, Staphylococcus aureus может вызывать остеомиелит, фурункул, абсцесс, флегмону, эндокардит, пневмонию, менингит.

Органотропность означает способность поражать строго определённые органы и ткани. Так, Mycobacterium leprae, возбудитель лепры, поражает кожу и периферическую нервную систему, а риккетсия Провачека, вызывающая сыпной тиф, поражает эндотелий сосудов.

Условно-патогенные микроорганизмы

Эти микробы занимают промежуточное положение между сапрофитами и патогенными микробами. Условно-патогенные микроорганизмы могут вполне спокойно сосуществовать с макроорганизмом, принося ему пользу. Однако, при неких факторах условно-патогенные микроорганизмы превращаются в патогенные и вызывают инфекционный процесс. К условно-патогенным микроорганизмам человека относят обитателей:

ЖКТ — здесь вы можете встретить разнообразие бактерий — кишечные палочки, бифидобактерии, протеи, клебсиеллы;
Кожи — это многочисленные стрептококки, стафилококки, коринебактерии, дрожжеподобные грибы;
Мочеполового тракта — у обоих полов отмечаются стрептококки, стафилококки, коринебактерии, однако, в микрофлоре влагалища преобладают лактобактерии, бифидобактерии и другая анаэробная флора;
Верхние отделы дыхательных путей — это место обитания стрептококков, стафилококков, коринебактерий, протеев, гемофильных палочек и других микроорганизмов.

Как вы можете заметить, условно-патогенные микроорганизмы заселяют именно те части нашего организма, которые имеют непосредственный контакт с внешней средой. Причём, во многих случаях мы можем заметить постепенное увеличение количества микроорганизмов, в нисходящем или восходящим направлениях — это называется градиентом заселённости. Градиент заселённости хорошо заметен в ЖКТ, где в желудке иногда обитают только немногочисленные helicobacter pylori. Если мы спустимся ниже, к двенадцатиперстной и тощей кишкам, мы увидим значительно более богатую микрофлору. Ещё дистальнее находится толстая кишка, которая у здорового человека обильно заселена энтерококками, кишечными палочками и огромным количеством других условно-патогенных микроорганизмов.

Нечто похожее мы можем видеть и в дыхательной системе — полость носа и глотка здорового человека кишат микробами, в гортани их значительно меньше, в бронхах — ещё меньше, а лёгкие практически стерильны.

Подробнее об условно-патогенных микроорганизмах

Согласно классификации, которую я разбирал чуть выше, условно-патогенные микроорганизмы, обитающие внутри нас, состоят с нами в мутуализме или комменсализме. Давайте разберём это поподробнее на примере кишечной палочки.

Кишечная палочка — это привычный нам обитатель нашей толстой кишки, который в обычных условиях и в здоровом организме совершает массу полезных вещей:

Участвует в переваривании остатков пищи;
Синтезирует витамин К:
Заселяет толстую кишку, не позволяя патогенным микроорганизмам занять это пространство;
Является постоянным стимулом для клеточного звена иммунитета, поддерживает иммунный гомеостаз, не вызывая при этом воспаления

И многие другие, на самом деле их значительно больше.

Но теперь давайте представим, что произошла проникающая травма живота и кишечная палочка попала в брюшную полость. Здесь наш привычный союзник немедленно начнёт размножаться и вызовет грозное осложнение — перитонит. Если кишечная палочка, в небольшом количестве обитающая во влагалище, восходящим путём доберётся до почки, мы столкнёмся с воспалением в чашечно-лоханочной системе почки, называемое пиелонефритом. Атака на ткани нашего организма и использование его в качестве пищи позволяет полноценно отнести кишечную палочку в такой ситуации к паразитам.

Ещё один пример — травма кожи. Небольшой разрез, глубина которого доходят хотя бы до подкожно-жировой клетчатки, создаёт возможность для бактерий, с которыми мы находимся в состоянии мутуализма, проникнуть вглубь и стать полноценными паразитами. Тут же возникает инфекционный процесс и воспаление в качестве защитной реакции макроорганизма. Если эти события разворачиваются в мягких тканях пальца руки, мы наблюдаем гнойно-воспалительное заболевание, известное как панариций.

Переход на тёмную сторону

Какие же факторы заставляют условно-патогенную микрофлору превратится в патогенную и начать пожирать своего недавнего партнёра? Один из них мы уже разобрали — и это ситуация, при которой полезные бактерии покидают свой привычный ареал обитания и оказываются в каком-то другом органе.

Ещё одна хорошая иллюстрация этого примера — это разнообразные воспалительные заболевания женских половых органов, которые возникают у женщин, долгое время использующих внутриматочную спираль в качестве средства контрацепции.

Просто посмотрите на эту иллюстрацию — внутриматочная спираль похожа на канат, который свисает из полости матки во влагалище. По этому «канату» условно-патогенные микроорганизмы влагалища попадают в матку, которая в норме должна быть стерильна, и, разумеется, вызывают там бурное гнойное воспаление. Зачастую это приводит к экстирпации матки, перитониту или сепсису.

Следующий случай — снижение возможностей иммунной системы. Идеальной иллюстрацией здесь является то, что происходит с человеческим телом после смерти. Огромное количество условно-патогенной микрофлоры начинает колонизировать все близлежащие ткани. Кадаверы распухают и приобретают серо-зелёный оттенок именно из-за гниения тканей под воздействием ещё совсем недавно полезных бактерий. Причём гниение трупа начинается именно с толстой кишки, которая среди остальных органов наиболее плотно заселена микроорганизмами. Трупы людей, скончавшиеся от генерализованных инфекций, таких как сепсис или перитонит, подвергаются намного более быстрому разложению, что неудивительно.

Однако, такое происходит не только с кадаверах. Резкое увеличение болезней, вызыванных условно-патогенной микрофлорой, мы можем наблюдать у пациентов с ВИЧ-инфекцией, которые не используют антиретровирусную терапию. Именно поэтому при пневмоцистных пневмониях, обильных кандидозах, упорно не проходящих контагиозных моллюсках, врач обязательно направляет пациента на анализ на ВИЧ. Также условно-патогенная микрофлора «поднимает голову» при лучевой терапии, агрессивной химиотерапии, состояниях после пересадки органов и экстремальных переохлаждениях.

Подведём итог. Условно-патогенные микробы становятся патогенными в нескольких случаях:

Занос в новые органы или системы органов;
Снижение защитных сил макроорганизма;
Резкое увеличение количества микроорганизмов (зачастую — следствие предыдущих двух факторов).

Чем же функционально отличаются условно-патогенные микроорганизмы от полностью патогенных? Что приобретает уже знакомая нам кишечная палочка или другой безобидный организм при развитии пиелонефрита или перитонита? Способности вызывать болезни и нарушать постоянство среды организма-хозяина называют факторами патогенности. Именно с факторов патогенности я начну мою следующую статью.