Стафілококи

Стафілокок був відкритий у 1878 році Р. Кохом, а в 1880 році Л. Пастером у гнійному матеріалі. Л. Пастер, заразивши кролика, остаточно довів роль стафілокока як збудника гнійного запалення. Назву «стафілокок» дав у 1881 році А. Огстон (через характерне розташування клітин), а його властивості детально описав у 1884 році Ф. Розенбах.

Стафілококи – це грампозитивні, геометрично правильні, сферичні клітини діаметром 0,5-1,5 мкм, зазвичай розташовані скупченнями, каталазопозитивні, відновлюють нітрати до нітритів, активно гідролізують білки та жири, ферментують глюкозу в анаеробних умовах з утворенням кислоти без газу. Зазвичай вони можуть рости в присутності 15% NaCl та при температурі 45 °C. Вміст G+C у ДНК становить 30-39 мол.%. Стафілококи не мають джгутиків і не утворюють спор. Вони широко поширені в природі. Їх основним резервуаром є шкіра людини та тварин та їхні слизові оболонки, що сполучаються із зовнішнім середовищем. Стафілококи є факультативними анаеробами, лише один вид (Staphylococcus saccharolyticus) є строгим анаеробом. Стафілококи невибагливі до поживних середовищ, добре ростуть на звичайних середовищах, температурний оптимум для росту 35-37 "C, pH 6,2-8,4. Колонії круглі, діаметром 2-4 мм, з рівними краями, опуклі, непрозорі, забарвлені в колір утвореного пігменту. Ріст у рідкій культурі супроводжується рівномірним помутнінням, з часом випадає пухкий осад. При вирощуванні на звичайних середовищах стафілококи не утворюють капсулу, проте при посіві шляхом ін'єкції в напіврідкий агар з плазмою або сироваткою більшість штамів S. aureus утворюють капсулу. Безкапсулярні штами в напіврідкому агарі ростуть у вигляді компактних колоній, капсулярні штами утворюють дифузні колонії.

Стафілококи мають високу біохімічну активність: вони ферментують гліцерин, глюкозу, мальтозу, лактозу, сахарозу, маніт з виділенням кислоти (без газу); утворюють різні ферменти (плазмокоагулазу, фібринолізин, лецитиназу, лізоцим, лужну фосфатазу, ДНКазу, гіалуронідазу, телуридредуктазу, протеїназу, желатиназу тощо). Ці ферменти відіграють важливу роль у метаболізмі стафілококів і значною мірою визначають їх патогенність. Такі ферменти, як фібринолізин і гіалуронідаза, зумовлюють високу інвазивність стафілококів. Плазмокоагулаза є основним фактором їх патогенності: вона захищає від фагоцитозу та перетворює протромбін на тромбін, що викликає коагуляцію фібриногену, в результаті чого кожна клітина покривається білковою плівкою, що захищає від фагоцитів.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Фактори патогенності стафілококів

Стафілокок – унікальний мікроорганізм. Він може спричиняти понад 100 різних захворювань, що відносяться до одинадцяти класів згідно з Міжнародною класифікацією 1968 року. Стафілококи можуть вражати будь-яку тканину, будь-який орган. Ця властивість стафілококів зумовлена наявністю великого комплексу факторів патогенності.

Фактори адгезії – прикріплення стафілококів до клітин тканин зумовлене їх гідрофобністю (чим вона вища, тим сильніші адгезивні властивості), а також адгезивними властивостями полісахаридів, можливо, також білка А, та здатністю зв'язуватися з фібронектином (рецептором деяких клітин).

Різні ферменти, що відіграють роль факторів «агресії та захисту»: плазмокоагулаза (основний фактор патогенності), гіалуронідаза, фібринолізин, ДНКаза, лізоцимоподібний фермент, лецитиназа, фосфатаза, протеїназа тощо.

Комплекс секретованих екзотоксинів:

• мембраноушкоджуючі токсини – a, p, 8 та y. Раніше їх описували як гемолізини, некротоксини, лейкоцидини, летальні токсини, тобто за характером їхньої дії: гемоліз еритроцитів, некроз при внутрішньошкірному введенні кролику, руйнування лейкоцитів, загибель кролика при внутрішньовенному введенні. Однак виявилося, що такий ефект викликаний тим самим фактором – мембраноушкоджувальним токсином. Він має цитолітичну дію на різні типи клітин, яка проявляється наступним чином. Молекули цього токсину спочатку зв'язуються з поки що невідомими рецепторами мембрани клітини-мішені або неспецифічно поглинаються ліпідами, що містяться в мембрані, а потім утворюють грибоподібний гептамер з 7 молекул, що складається з 3 доменів. Домени, що утворюють «шапочку» та «край», розташовані на зовнішній поверхні мембран, а домен «ніжня» служить трансмембранним каналом-порою. Саме через це відбувається надходження та вихід малих молекул та іонів, що призводить до набряку та загибелі клітин з ядром та осмотичного лізису еритроцитів. Відкрито кілька типів мембраноушкоджуючих (пороутворюючих) токсинів: a-, b-, s- та y-гемолізини (a-, b-, S- та y-токсини). Вони відрізняються низкою властивостей. Гемолізин a найчастіше зустрічається у стафілококах, виділених від людини; він лізує еритроцити людини, кролика та барана. Він викликає летальний ефект у кроликів через 3-5 хвилин внутрішньовенного введення. Гемолізин b найчастіше зустрічається у стафілококах тваринного походження; він лізує еритроцити людини та барана (краще при нижчій температурі). Гемолізин S лізує еритроцити людини та багатьох тварин. Летальний ефект на кролика при внутрішньовенному введенні настає протягом 16-24-48 годин. Дуже часто стафілококи містять одночасно a- та 8-токсини;
• Ексфоліативні токсини А та В відрізняються своїми антигенними властивостями, чутливістю до температури (А – термостабільний, В – термолабільний) та локалізацією генів, що контролюють їх синтез (А – контролюється хромосомним геном, В – плазмідним геном). Часто обидва ексфоліатини синтезуються в одному штамі S. aureus. Ці токсини пов'язані зі здатністю стафілококів викликати пухирчатку у новонароджених, бульозне імпетиго та висип, подібний до скарлатини;
• справжній лейкоцидин – токсин, який відрізняється від гемолізинів своїми антигенними властивостями та вибірково діє на лейкоцити, руйнуючи їх;
• екзотоксин, що викликає синдром токсичного шоку (СТШ). Він має суперантигенні властивості. СТШ характеризується лихоманкою, зниженням артеріального тиску, шкірними висипаннями з подальшим лущенням на руках і ногах, лімфопенією, іноді діареєю, ураженням нирок тощо. Більше 50% штамів S. aureus здатні виробляти та секретувати цей токсин.

Сильні алергенні властивості, якими володіють як компоненти клітинної структури, так і екзотоксини та інші продукти життєдіяльності, що виділяються бактеріями. Стафілококові алергени здатні викликати реакції гіперчутливості як уповільненого типу (УТГ), так і негайного типу (НТ) - Стафілококи є основними винуватцями шкірної та респіраторної алергії (дерматит, бронхіальна астма тощо). Особливість патогенезу стафілококової інфекції та її схильність до хронічного перебігу кореняться в ефекті УТГ.

Перехресно реагуючі антигени (з ізоантигенами еритроцитів А та В, нирок та шкіри – індукція аутоантитіл, розвиток аутоімунних захворювань).

Фактори, що пригнічують фагоцитоз. Їхня присутність може проявлятися в пригніченні хемотаксису, захисті клітин від поглинання фагоцитами, забезпеченні стафілококам здатності до розмноження у фагоцитах та блокуванні «окислювального вибуху». Фагоцитоз пригнічується капсулою, білком А, пептидгліканом, тейхоєвими кислотами, токсинами. Крім того, стафілококи індукують синтез супресорів фагоцитарної активності деякими клітинами організму (наприклад, спленоцитами). Пригнічення фагоцитозу не тільки запобігає очищенню організму від стафілококів, але й порушує функцію обробки та презентації антигенів Т- та В-лімфоцитам, що призводить до зниження сили імунної відповіді.

Наявність капсули у стафілококів підвищує їх вірулентність для білих мишей, робить їх стійкими до дії фагів, не дозволяє проводити типування аглютинуючими сироватками та маскує білок А.

Тейхоєві кислоти не тільки захищають стафілококи від фагоцитозу, але й, очевидно, відіграють значну роль у патогенезі стафілококових інфекцій. Встановлено, що у дітей, які страждають на ендокардит, антитіла до тейхоєвих кислот виявляються у 100% випадків.

Мітогенна дія стафілококів на лімфоцити (ця дія здійснюється білком А, ентеротоксинами та іншими продуктами, що виділяються стафілококами).

Ентеротоксини A, B, CI, C2, C3, D, E. Характеризуються антигенною специфічністю, термостабільністю, стійкістю до формаліну (не перетворюються на анатоксини) та травних ферментів (трипсину та пепсину), стабільні в діапазоні pH від 4,5 до 10,0. Ентеротоксини – це низькомолекулярні білки з молекулярною масою від 26 до 34 кДа, що мають суперантигенні властивості.

Також встановлено, що існують генетично зумовлені відмінності у сприйнятливості до стафілококової інфекції та характері її перебігу у людей. Зокрема, важкі стафілококові гнійно-септичні захворювання частіше зустрічаються у людей з групами крові А та АВ, рідше – у людей з групами крові 0 та В.

Здатність стафілококів викликати харчові отруєння інтоксикаційного типу пов'язана з синтезом ентеротоксинів. Найчастіше вони викликані ентеротоксинами A та D. Механізм дії цих ентеротоксинів погано вивчений, але він відрізняється від дії інших бактеріальних ентеротоксинів, які порушують функцію аденілатциклазної системи. Усі види стафілококових ентеротоксинів викликають подібну картину отруєння: нудоту, блювання, біль у підшлунковій залозі, діарею, іноді головний біль, лихоманку, м'язовий спазм. Ці особливості стафілококових ентеротоксинів зумовлені їх суперантигенними властивостями: вони індукують надмірний синтез інтерлейкіну-2, що викликає інтоксикацію. Ентеротоксини збуджують гладку мускулатуру кишечника та посилюють моторику шлунково-кишкового тракту. Отруєння найчастіше пов'язане зі вживанням інфікованих стафілококами молочних продуктів (морозиво, тістечка, торти, сир, сир тощо) та консервів з маслом. Інфікування молочними продуктами може бути пов'язане з маститом у корів або з гнійно-запальними захворюваннями людей, зайнятих у харчовому виробництві.

Таким чином, велика кількість різних факторів патогенності у стафілококів та їх високі алергенні властивості визначають особливості патогенезу стафілококових захворювань, їх характер, локалізацію, тяжкість перебігу та клінічні прояви. Авітаміноз, діабет, зниження імунітету сприяють розвитку стафілококових захворювань.

[ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Резистентність до стафілококів

Серед неспороутворюючих бактерій стафілококи, як і мікобактерії, мають найбільшу стійкість до зовнішніх факторів. Вони добре переносять висушування та залишаються життєздатними та вірулентними протягом тижнів і місяців у сухому дрібному пилу, будучи джерелом пилової інфекції. Прямі сонячні промені вбивають їх лише протягом багатьох годин, а розсіяне світло має дуже слабку дію. Вони також стійкі до високих температур: витримують нагрівання до 80 °C протягом близько 30 хвилин, сухе тепло (110 °C) вбиває їх протягом 2 годин; добре переносять низькі температури. Чутливість до хімічних дезінфікуючих засобів сильно варіюється, наприклад, 3% розчин фенолу вбиває їх протягом 15-30 хвилин, а 1% водний розчин хлораміну - за 2-5 хвилин.

Епідеміологія стафілококових інфекцій

Оскільки стафілококи є постійними мешканцями шкіри та слизових оболонок, то захворювання, що викликаються ними, можуть бути як аутоінфекціями (з різними пошкодженнями шкіри та слизових оболонок, включаючи мікротравми), так і екзогенними інфекціями, спричиненими контактно-побутовим, повітряно-крапельним, повітряно-пиловим або аліментарним (харчові отруєння) способами зараження. Особливе значення має носійство патогенних стафілококів, оскільки носії, особливо в медичних закладах (різні хірургічні клініки, пологові будинки тощо) та в замкнутих колективах, можуть спричиняти стафілококові інфекції. Носійство патогенних стафілококів може бути тимчасовим або періодичним, але люди, які мають його постійно (резидентні носії), становлять особливу небезпеку для оточуючих. У таких людей стафілококи тривалий час і у великій кількості зберігаються на слизових оболонках носа та горла. Причина тривалого носійства не зовсім зрозуміла. Воно може бути наслідком ослаблення місцевого імунітету (відсутність секреторного IgA), порушення функцій слизової оболонки, підвищених адгезивних властивостей стафілокока або викликане деякими іншими його властивостями.

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

Симптоми стафілококових інфекцій

Стафілококи легко проникають в організм через найменші пошкодження шкіри та слизових оболонок і можуть спричиняти різноманітні захворювання – від акне до важкого перитоніту, ендокардиту, сепсису чи септикопіємії, при яких летальність сягає 80%. Стафілококи викликають фурункули, гідраденіт, абсцеси, флегмони, остеомієліт; у воєнний час – часті винуватці гнійних ускладнень ран; стафілококи відіграють провідну роль у гнійній хірургії. Володіючи алергенними властивостями, вони можуть спричиняти псоріаз, геморагічний васкуліт, бешиху, неспецифічний поліартрит. Інфікування харчових продуктів стафілококами є поширеною причиною харчових отруєнь. Стафілококи є основними винуватцями сепсису, в тому числі у новонароджених. На відміну від бактеріємії (наявності бактерій у крові), яка є симптомом захворювання та спостерігається при багатьох бактеріальних інфекціях, сепсис (септицемія – гниття крові) – це самостійне захворювання зі специфічною клінічною картиною, в основі якої лежить ураження органів ретикулоендотеліальної системи (мононуклеарної фагоцитарної системи – МПС). При сепсисі виникає гнійне вогнище, з якого збудник періодично потрапляє в кров, поширюється по всьому організму та вражає ретикулоендотеліальну систему (МСС), у клітинах якої він розмножується, вивільняючи токсини та алергени. Водночас клінічна картина сепсису слабо залежить від виду збудника, але визначається ураженням певних органів.

Септикопіємія – це форма сепсису, при якій збудник викликає гнійні вогнища в різних органах і тканинах, тобто це сепсис, ускладнений гнійними метастазами.

Бактеріємія при сепсисі та септикопіємії може бути короткочасною та довготривалою.

Постінфекційний імунітет існує, він зумовлений як гуморальними, так і клітинними факторами. Важливу роль у ньому відіграють антитоксини, антимікробні антитіла, антитіла проти ферментів, а також Т-лімфоцити та фагоцити. Інтенсивність та тривалість імунітету проти стафілококів вивчені недостатньо, оскільки їх антигенна структура занадто різноманітна, і перехресний імунітет відсутній.

Класифікація стафілококів

Рід Staphylococcus включає понад 20 видів, які поділяються на дві групи – коагулазопозитивні та коагулазонегативні стафілококи. Для диференціації видів використовуються різні ознаки.

Коагулазопозитивні стафілококи є переважно патогенними для людини, але багато коагулазонегативних також здатні викликати захворювання, особливо у новонароджених (неонатальний кон'юнктивіт, ендокардит, сепсис, захворювання сечовивідних шляхів, гострий гастроентерит тощо). Золотистий стафілокок, залежно від того, хто є його основним носієм, поділяється на 10 ековарів (hominis, bovis, ovis тощо).

У стафілококів виявлено понад 50 типів антигенів, до кожного з них в організмі утворюються антитіла, багато з антигенів мають алергенні властивості. За специфічністю антигени поділяються на родові (спільні для всього роду Staphylococcus); перехресно реагуючі – антигени, спільні з ізоантигенами еритроцитів, шкіри та нирок людини (вони пов'язані з аутоімунними захворюваннями); видові та типоспецифічні антигени. За типоспецифічними антигенами, що виявляються в реакції аглютинації, стафілококи поділяються на понад 30 сероваріантів. Однак серологічний метод типізації стафілококів ще не отримав широкого застосування. Білок А, який утворюється S. aureus, вважається видоспецифічним. Цей білок розташований поверхнево, він ковалентно зв'язаний з пептидгліканом, його mm становить близько 42 кДа. Білок А особливо активно синтезується в логарифмічній фазі росту при температурі 41 °C, є термолабільним і не руйнується трипсином; його унікальною властивістю є здатність зв'язуватися з Fc-фрагментом імуноглобулінів IgG (IgG1, IgG2, IgG4), і меншою мірою з IgM та IgA. На поверхні білка А виявлено кілька ділянок, здатних зв'язуватися з ділянкою поліпептидного ланцюга імуноглобуліну, розташованою на межі доменів CH2 та CH3. Ця властивість знайшла широке застосування в реакції коаглютинації: стафілококи, навантажені специфічними антитілами, які мають вільні активні центри, дають швидку реакцію аглютинації при взаємодії з антигеном.

Взаємодія білка А з імуноглобулінами призводить до порушення функції систем комплементу та фагоцитів в організмі пацієнта. Він має антигенні властивості, є сильним алергеном та індукує проліферацію Т- та В-лімфоцитів. Його роль у патогенезі стафілококових захворювань до кінця не з'ясована.

Штами S. aureus різняться за чутливістю до стафілококових фагів. Для типізації S. aureus використовується міжнародний набір із 23 помірних фагів, які поділяються на чотири групи:

• Група 1 - фаги 29.52, 52A, 79, 80;
• Група 2 - фаги 3A, 3C, 55, 71;
• Група 3 – фаги 6, 42E, 47, 53, 54, 75, 77, 83A, 84, 85;
• Група 4 - фаги 94, 95, 96;
• поза групами – фаг 81.

Зв'язок стафілококів з фагами своєрідний: один і той самий штам може лізуватися як одним фагом, так і кількома одночасно. Але оскільки їхня чутливість до фагів є відносно стабільною ознакою, фаготипування стафілококів має велике епідеміологічне значення. Недоліком цього методу є те, що типувати можна не більше 65-70% S. aureus. В останні роки отримано набори специфічних фагів для типування S. epidermidis.

[ 16 ]

Лабораторна діагностика стафілококових інфекцій

Основний метод – бактеріологічний; розроблені та впроваджені серологічні реакції. За необхідності (при інтоксикації) використовується біологічна проба. Матеріалом для бактеріологічного дослідження є кров, гній, слиз із глотки, носа, виділення з рани, мокротиння (при стафілококовій пневмонії), кал (при стафілококовому коліті), при харчовій інтоксикації – блювотні маси, кал, промивання шлунка, підозрілі продукти. Матеріал посівають на кров'яний агар (гемоліз), на молочно-сольовий (молоко-жовток-сіль) агар (рост чужорідних бактерій пригнічується завдяки NaCl, краще виявляються пігмент та лецитиназа). Виділену культуру ідентифікують за видовими ознаками, визначають наявність основних характеристик та факторів патогенності (золотистий пігмент, ферментація маніту, гемоліз, плазмокоагулаза), обов'язково перевіряють чутливість до антибіотиків, за необхідності проводять фаготипування. Серед серологічних реакцій для діагностики гнійно-септичних захворювань використовуються РПГА та ІФМ, зокрема для визначення антитіл до тейхоєвої кислоти або видоспецифічних антигенів.

Для визначення ентеротоксигенності стафілококів використовуються три методи:

• серологічний – за допомогою специфічних антитоксичних сироваток у реакції гель-преципітації виявляється ентеротоксин та визначається його тип;
• біологічний – внутрішньовенне введення фільтрату бульйонної культури стафілокока котам у дозі 2-3 мл на 1 кг ваги. Токсини викликають у котів блювоту та діарею;
• непрямий бактеріологічний метод – виділення чистої культури стафілокока з підозрілого продукту та визначення його факторів патогенності (утворення ентеротоксину корелює з наявністю інших факторів патогенності, зокрема РНКази).

Найпростішим і найчутливішим методом виявлення ентеротоксину є серологічний метод.

Лікування стафілококових інфекцій

Для лікування стафілококових захворювань переважно використовуються бета-лактамні антибіотики, до яких попередньо слід визначити чутливість. При тяжких та хронічних стафілококових інфекціях позитивний ефект досягається специфічною терапією – застосуванням аутовакцини, анатоксину, антистафілококового імуноглобуліну (людського), антистафілококової плазми.

Специфічна профілактика стафілококових інфекцій

Для створення штучного імунітету проти стафілококової інфекції використовується стафілококовий анатоксин (рідкий та таблетований), але він створює антитоксичний імунітет лише проти стафілококів, лізованих переважно фагами I групи. Використання вакцин із убитих стафілококів або їх антигенів хоча й призводить до появи антимікробних антитіл, але лише проти тих сероваркантів, з яких виготовлена вакцина. Проблема пошуку високоімуногенної вакцини, ефективної проти багатьох видів патогенних стафілококів, є однією з найважливіших проблем сучасної мікробіології.