Таксономия и классификация
Эшерихии - наиболее распространенные аэробные бактерии кишечника, способные при определенных условиях вызывать обширную группу заболеваний человека, как кишечной (диарея), так и внекишечной (бактеремия, инфекции мочевыводящих путей и др.) локализации. Семейство Enterobacteriaceae, род Escherichia, основной вид - E.coli (кишечная палочка) - самый распространенный возбудитель инфекционных заболеваний, вызываемых энтеробактериями. Вид Е. coli не является однородным, а подразделяется на подвиды. Различают условно-патогенные эшерихий и диареегенные, обладающие вирулентностью.
Условно-патогенные эшерихиивходят у человека в состав микрофлоры кишечника и влагалища. Е. coli также составляют микрофлору толстого кишечника млекопитающих, птиц, рептилий, рыб. С испражнениями микроб выделяется в окружающую среду. Присутствие кишечной палочки в воде, почве, продуктах, предметах обихода является показателем фекального загрязнения, особенно воды. Коли - титр и коли - индекс часто использовали как санитарные показатели.
Нозологические формы
Условно-патогенные Е. coli способны вызывать эндогенные гнойно-воспалительные процессы различной локализации, называемые парентеральными эшерихиозами. Парентеральный эшерихиоз может протекать в виде сепсиса, нагноения ран, вторичной пневмонии, инфекции моче вы водящих путей. Часто возникает на фоне иммунодефицита.
Штаммы Е. coli, вовлеченные в инфекционный процесс нижних отделов мочевыводящих путей, обладают специфическим О-антигеном, позволяющим им адгезироваться на поверхности эпителия мочевого пузыря. Те штаммы Е. coli, которые вызывают инфекцию верхних отделов мочевыводящих путей (пиелонефрит), имеют особые Р-фимбрии, обладающие антигенными свойствами. Эти Р-фимбрии позволяют микробу адгезироваться на эпителии собирательных канальцев. Е. coli, вызывающие инфекцию мочевыводящих путей, чаще относятся к серогруппам O2, Об, O9. Некоторые из них обладают гемолитической активностью за счет наличия Н1у-плазмиды.
Подавляющее число (около 80 %) менингитов новорожденных вызваны Е.coli, которой новорожденный заражается через родовые пути. Е.coli, вызывающая неонатальный менингит, часто обладает микрокапсулой, состоящей из гомополимера сиаловой кислоты. Наличие микрокапсулы придает возбудителю антифагоцитарные свойства, так как микроб перестает опсонизироваться из-за потери способности активировать комплемент.
Из условно-патогенных Е. coli могут формироваться полирезистентные к антибиотикам штаммы за счет приобретения R-плазмид, которые становятся возбудителями ВБИ. Патогенные Е. coli, которые являются возбудителями кишечного эшерихиоза, ОКИ, получили название диареегенных.
Эпидемиология и пути передачи
Основной механизм распространения диареегенных кишечных палочек - фекально-оральный. Заражение может происходить через пищу, воду, при уходе за животными. Поскольку эшерихии обитают в кишечниках многих видов животных, конкретный источник заражения установить сложно. Контактный путь заражения может быть в закрытых заведениях. Втечение нескольких месяцев сохраняется в воде и почве. Погибает при нагревании до 55 °С в течение 60 мин, при 60 °С — в течение 15 мин. Эшерихии в окружающей среде способны переходить в некультивируемую форму.
4. Морфологические и тинкториальные свойства
Е. coli представлены прямыми грамотрицательными палочками, размером 0,4/0,6х2,0/6,0 мкм, подвижные за счет перитрихиально расположенных жгутиков. Для некоторых характерно наличие микрокапсулы, построенной из гомополимера сиаловой кислоты; такие штаммы обозначаются как К+.
Питательные среды и культуральные свойства
На жидких средах E.coli дает диффузное помутнение, на плотных средах образует S- и R- формы колоний. На основной для эшерихий среде Эндо лактозоферментирующие кишечные палочки образуют интенсивно красные колонии с металлическим блеском, не ферментирующие - бледно- розовые или бесцветные колонии с более темным центром, на среде Плоскирева - красные с желтоватым оттенком, на среде Левина - темно- синие с металлическим блеском.
Антигенная структура
Какие - либо существенные морфологические различия между патогенными и непатогенными кишечными палочками не обнаружены. Их дифференциация основана на изучении антигенных свойств. Е. coli обладает сложной антигенной структурой. Среди поверхностных антигенов выделяют полисахаридные соматические О- антигены, входящие в ЛПС клеточной стенки, термостабильные; жгутиковые Н- антигены из белка флагеллинажгутиков, термолабильные и капсульные полисахаридные К- антигены. Поверхностный К-антиген может быть представлен 3 антигенами: А, В и L, отличающимися по чувствительности к температуре и химическим веществам (L- и В-антигены - в разной степени термолабильныеи А-антигены термостабильные). У эшерихий встречается более 97 разновидностей К-антигена, преимущественно В типа. К-антиген обладает способностью маскировать О-антиген, вызывая феномен О-инагглютинабельности. В этом случае О-антиген можно выявить только после разрушения К-антигена кипячением; Известно более 170 вариантов О- антигенов (это соответствует принадлежности возбудителя к определенной серогруппе) и 57 - Н- антигенов (принадлежность к серовару). В состав диареегенных (вызывающих диарею) кишечных палочек входят 43 О- группы и 57 ОН- вариантов.
По О-антигену (или по сочетанию ОК-антигенов) энтеропатогенные эшерихии разделены на серогруппы, по К- и Н-антигенам - на серовары. Антигенная формула диареегенных эшерихий обычно включает все три типа антигенов, например: ОН 1:К55:Н12, О55:К59:Н6. Имеются штаммы, содержащие два типа антигенов, например: О124:К72, О75:Н7. Антигенную характеристику (формулу) выделенных культур Е.coli от больных энтеральными эшерихиозами используют при эпидемиологическом анализе.
Диареегенные E.coli отличаются от остальных эшерихий по антигенным свойствам и относятся к разным серогруппам и сероварам. Кишечные коли-инфекциимогут иметь различное клиническое течение и другие существенные отличия в зависимости от серогруппы и серовара, к которым относится возбудитель.
7. Биохимические свойства Кишечная палочка обладает выраженной биохимической активностью и в большинстве случаев ферментирует углеводы (глюкозу, лактозу, маннит, арабинозу, галактозу и др.) с образованием кислоты и газа, образует индол, но не образует сероводород, не разжижает желатин.
Факторы патогенности диареегенных E.coli.
У диареегенных эшерихий обнаружены факторы адгезии и колонизации, факторы инвазии, эндотоксин и экзотоксины. Причем, разные категории эшерихий отличаются по имеющимся у них факторам патогенности и их свойствам. Наиболее изучены следующие:
1. Факторы адгезии, колонизации и инвазии, связанные с пилями, фимбриальными структурами, белками наружной мембраны. Они кодируются плазмидными генами и способствуют колонизации нижних отделов тонкой кишки.
2. Эндотоксин (липополисахарид). Все штаммы E.coli имеют эндотоксин, который обладает адгезивными свойствами и может быть причиной эндотоксикоза.
3. Экзотоксины: У диареегенных E.coli имеются экзотоксины, которые подразделяются на цитотонины и цитотоксины. Некоторые диареегенные E.coli синтезируют гемолизин, для патогенных кишечных палочек характерна выработка бактериоцинов (колицинов).
Цитотонины (стимулируют гиперсекрецию клетками кишечника жидкости, нарушают водно-солевой обмен и способствуют развитию диареи). Они подразделяются на:
а) Термолабильные знтеротоксины - это белки с м.м. 60000-83000, обладают антигенными свойствами, имеют много сходных свойств с холерогенным токсином. Механизм действия токсинов идентичен механизму действия холерогена: токсин состоит из 5 субъединиц В (акцептор) и I субъединицы А (активатор), которая расщепляется после прикрепления на ганглиозидах эпителиоцитов на А1 и А2. А2 служит для связи с субъединицами В, а А1 является собственно токсином. Токсин А активирует аденилатциклазную систему, в результате накапливается цАМФ. Это ведет к нарушению водно-электролитического баланса, изменяется активный транспорт ионов: в области крипт эпителиоциты усиленно выделяют анионы Cl. HCO, катионы Na, К. затруднено всасывание воды, за ионами из клеток выходит вода что дополнительно усиливает аденилатциклазy. Действие токсина приводит к обезвоживанию организма и к гипокалиемии.
б) Термостабильный энтеротоксин имеет м.м. 2000-10000, не обладает антигенными свойствами. По структуре сходен с LT-токсином. Действует на гуанилат-циклазную систему, что приводит также к нарушению водно-солевого обмена и к диарее, но диарея умеренная и более продолжительная.
Цитотоксины (шигоподобные токсины) кодируются tox-генами конвертирующих бактериофагов. (действуют на клетки стенки кишечника и эндотелия капилляров). Эти токсины по антигенным свойствам идентичны токсину Шига возбудителей дизентерии и нейтрализуются антисывороткой к токсину Шига. Шигоподобные токсины вызывают нарушение синтеза белка в эпителиоцитах слизистой толстого кишечнике, что приводит к их гибели, обладают также и нейротоксическим действием.
Патогенез
На основании различий в антигенных свойствах и факторах патогенности возбудителей, в особенностях патогенеза, локализации патологического процесса, клинических и эпидемиологических отличий у вызываемых ими заболеваний, диареегенные эшерихии делят на пять категорий: энтеротоксигенные, энтероинвазивные, энтеропатогенные, энтерогеморрагические, энтероадгезивные. Для каждой категории характерна принадлежность к определенным серогруппам (табл. 6):
Таблица 6. Серогруппы E. coli, наиболее часто вызывающие поражения у человека
| Категория | Cepoгpyппa |
| Энтеротоксигенные E.coli (ЭТЭ, ЕТЕС) | О6, О8, О20, О25, О63, О78, О80, О85, O115.O128ac.O139, О148, 0 153. 0 159, 0 167 |
| Энтеропатогенные E.coli (ЭПЭ, ЕРЕС) | О55, О86, ОН 1, О119. О125, 0 126, 0 127, О128ав, 0 142 |
| Энтероинвазивные E.coli (ЭИЭ, EIEC) | О26ас, О29, О124, 0 136, О143,О144, О152, 0 164, О167 |
| Энтерогеморрагические E.coli (ЭГЭ, ЕНЕС) | OI57.O26.O1 11,0145 |
| Энтероаггрегирующие (энтероадгезивные) E.coli (ЭАгЭ, EAgEC) | Не выяснены |
Энтеротоксигенные E.coli имеют высокомолекулярный термолабильный токсин, схожий по действию с холерным, вызывают холероподобную диарею (гастроэнтериты у детей младшего возраста, диарею путешественников и др.).
Энтероинвазивные кишечные палочки способны проникать и размножаться в клетках эпителия кишечника. Вызывают профузную диарею с примесью крови и большим количеством лейкоцитов (показатель инвазивного процесса) в испражнениях. Клинически напоминает дизентерию. Штаммы имеют некоторое сходство с шигеллами (неподвижные, не ферментируют лактозу, обладают высокими энтероинвазивными свойствами).
Энтеропатогенные E.coli - основные возбудители диареи у детей. В основе поражений - адгезия бактерий к эпителию кишечника с повреждением микроворсинок. Характерна водянистая диарея и выраженное обезвоживание.
Энтерогеморрагические кишечные палочки вызывают диарею с примесью крови (геморрагический колит), гемолитико-уремический синдром (гемолитическая анемия в сочетании с почечной недостаточностью). Наиболее частый серотип энтерогеморрагических кишечных палочек - О157: Н7.
Энтероадгезивные E.coli не образуют цитотоксины, слабо изучены.
Таблица 7. Заболевания, вызываемые диареегенными E.coli
| Категория | Патогенез | Клинические проявления | Локализация |
| ЭТЭ Неинвазнвные, не цитотоксические, высоко энтеротоксигенные | Прикрепляются к эпителию кишечника при помощи фимбрий и колонизируют его. Секретируемые энтеротоксины проникают в эпителиоциты и нарушают в них водно-электролитный баланс и вызывают обильную водянистую диарею «секреторного типа» с развитием обезвоживания организма. Повреждения и воспаления слизистой не происходит. | Холероподобное течение: тошнота, рвота, кишечные спазмы, водянистая диарея, обезвоживание организма. Болеют как дети (диарея новорожденных), так и взрослые (диарея путешественников) | Тонкий кишечник |
| ЭПЭ цитотоксичные, ограничено инвазивные, иногда энтеротоксигенные | Адгезия и колонизация при помощи белков наружной мембраны, пилей и других адгезинов приводит к сглаживанию микроворсинок энтероцитов слизистой, развивается умеренное воспаление, что ведет к нарушению всасывания воды, развивается диарея. При продукции штаммами ЭПЭ энтеротоксинов развивается гиперсекреция электролитов и воды по «секреторному типу». | Коли-энтерит: диарея с высокой температурой, тошнотой, рвотой, стул без примеси крови. Чаще всего болеют новорожденные и дети первых 2-х лет жизни | Тонкий кишечник |
| ЭИЭ высоко инвазивные, цитотоксичные | Адгезия и колонизация на клетках слизистой, инвазия в эпителиоциты при помощи белков наружной мембраны в вакуоли, выход из вакуолей в цитоплазму и размножение в ней. Цитотоксические повреждения ведут к повреждению и гибели клеток эпителия. Развивается воспаление и изъязвление слизистой оболочки, Возможно диарея «инвазивного типа». | Диэентериеподобное течение: высокая температура, тенезмы, вначале водянистая диарея, затем в испражнениях примесь крови и слизи. | Нижний отдел подвздошной кишки и толстая кишка |
| ЭГЭ цитотоксичные | Адгезия и колонизация с помощью адгезинов. Продуцируемые шигоподобные цитотоксины SLT-1, SLT-П нарушая синтез белка в эпителиоцитах, вызывают их гибель. SL.T-токсины действуют на клетки слизистой кишечники, клетки эндотелия капилляров, вызывая некроз стенок капилляров, образование тромбов кровотечение, ишемию окружающей ткани. Оказывают также нейротоксическое действие. | Геморрагический колит: сильные спазмы кишечника Диарея с кровью. Часто наблюдается уремический синдром: острая почечная - недостаточность, тромбоцитопения, гемолитическая анемия | Толстый кишечник, особенно слепая кишка |
| ЭАгЭ неинвазивные, нецитотоксические | Адгезии на слизистой кишечника при помощи фимбрий, пилей и др. адгезинов ведет к агрегации клеток, что препятствует всасыванию жидкости из просвета кишечника с развитием диареи | Тошнота, рвота, водянистая диарея с длительным течением, приводящая к обезвоживанию организма | Тонкий кишечник |
Иммунитет
Естественный иммунитет против коли-инфекции обеспечивается бифидобактериями и антителами грудного материнского молока. Грудное молоко стимулирует развитие бифидофлоры. Сывороточные антитела IgM против энтеропатогенных штаммов эшерихий не проходят через плаценту, поэтому маленькие дети легко заболевают колиэнтеритом при заражении энтеропатогенными штаммами. Сывороточные антитела против дизентериеподобного эшерихиоза передаётся ребёнку от матери антителами IgG, которые проходят через плаценту, поэтому маленькие дети не восприимчивы к дизентериеподобному эшерихиозу (и к дизентерии).
Формирование местного иммунитета кишечника детей взрослых связано с секреторными SIgA, продуцируемыми лимфоидными клетками кишечника. После заболевания формируется группоспецифический слабо выраженный иммунитет. Возможны повторые заболевания.