Mikrobiologický ústav LF MU a FN u sv. Anny v Brně Miroslav Votava, Vladana Woznicová FAKTORY PATOGENITY A VIRULENCE Přednáška pro obor zubní lékařství 11.4.2006

Tři složky patogenity a virulence Kontagiozita – schopnost přenášet se mezi hostiteli Invazivita – schopnost vstoupit do hostitele schopnost množit se v něm = překonávat šířit se jím obranu Toxicita – schopnost poškozovat hostitele

Kontagiozita – I Závisí na způsobu přenosu – zejm. na způsobu vylučování množství vylučovaných mikrobů vstupní bráně tenacitě mikroba – na jeho odolnosti vůči zevnímu prostředí minimální infekční dávce – na počtu mikrobů nutných k zahájení infekce chování hostitele – zneužití obranných reflexů

Kontagiozita – II Způsob vylučování: nakažlivé jsou zvl. respirační sekrety a průjmová stolice, ale i všechen ostatní biologický materiál břišní tyf – nebezpečnější je Salm. Typhi v ledvinách než ve žlučníku Množství vylučovaných mikrobů: 102 virionů/1 nakaženou respirační epitelii → 109 virionů/ml sekretu Vstupní brána: obecně sliznicemi proniká infekce snáz než pokožkou (laboratorní respir. infekce virem kl. encefalitidy: )

Kontagiozita – III Tenacita mikrobů (stabilita v prostředí) Odolné: spory bakterií (Clostridium tetani), cysty prvoků (Giardia lamblia), vajíčka helmintů (Taenia saginata) Choulostivé spoléhají na přímý přenos (zejména pohlavním stykem – gonokoky, treponemata) biologické vektory (borrelie, arboviry) přenos vodou (leptospiry, shigely)

Minimální infekční dávka (příklady) Salmonella sp. – infekční dávka relativně vysoká – původce se většinou musí pomnožit v tzv. vehikulu – majonéza, omáčka, žloutek v zákusku… Shigella sp. - infekční dávka relativně nízká (desítky buněk) – vzniká tzv. nemoc špinavých rukou – infekce při kontaktu s kontaminovanými předměty (klika u WC apod.)

Kontagiozita – IV Infekční dávka vysoká: V. cholerae, salmonely – cca 108 vždy u imunního jedince! nízká: shigely 102 gonokoky, Mycob. tuberculosis 101 Coxiella burnetii (Q-horečka) 100 Chování jedince Zneužití obranných reflexů: kašel, kýchání, průjem Cílená změna chování: Toxoplasma gondii – infikovaní potkani ztrácejí strach z koček

Chování hostitele (příklady) Yersinia pestis (původcem moru) přiměje blechu (Xenopsylla cheopis) k zuřivému sání, protože blokuje její trávicí ústrojí Toxoplasma gondii „tlumí“ reakce hostitele (např. potkan), takže ten je snadnější obětí predátora (kočka)….člověk – psychická reaktivita ???

Invazivita – vstup do hostitele Nejčastěji skrze sliznice Někdy vstupu předchází kolonizace = překonání konkurence komenzálů Předpoklad vstupu: schopnost adherovat (přilnout) na epitel pomocí adherenčních faktorů penetrovat (pronikat) epitelem pomocí penetračních faktorů

Adherenční faktory bakterií Fimbrie (pili) cca 5100 nm jejich konec reaguje specificky reaguje s receptorem na povrchu epitelie P-fimbrie močových E. coli CFA I a CFA II enteropatogenních E. coli fimbrie gonokoků Nefimbriální adhesiny hemaglutininy yersinií, bordetel F-protein Streptococcus pyogenes

Adherenční faktory jiných mikrobů Viry výběžky obalu (hemaglutinin) viru chřipky glykoprotein gp120 HIV Parazité přísavný disk lamblií přísavky, příp. rostellum tasemnic Mikromycety glukany a mannany kvasinek keratofilie kožních plísní

Průnik do vnitřního prostředí – I Přímý Trhlinkami v pokožce (S. aureus, Str. pyogenes, B. anthracis, F. tularensis, virus bradavic) Trhlinkami ve sliznici (T. pallidum, HBV, HIV) Pokousáním (v. vztekliny, P. multocida) Bodnutím členovce (arboviry, borrelie, plasmodia aj.) Pomocí enzymů (penetračních faktorů) lecithinasa (C. perfringens): povrch. membrána hyaluronidasa (S. pyogenes): mezibuněčný tmel

Průnik do vnitřního prostředí – II Vynucenou fagocytózou Pomocí invazinů měnících buněčný skelet Ipa (shigelly) internalin (L. monocytogeses) YadA (Y. enterocolitica) Zvlnění povrchu (ruffling) epitelií (salmonelly) Zatím neznámým mechanismem (legionelly, chlamydie)

Schopnost množit se in vivo Intracelulární množení výhodnější – spousta živin, ochrana před imunitou intracelulární parazité (mykobakteria, rickettsie, chlamydie, listerie, i salmonelly) Extracelulární množení – zvl. v plasmě vadí protibakteriální látky (komplement, lysozym, protilátky), ale především málo volného Fe (laktoferin, transferin), proto bakterie tvoří siderofory, hemolyziny vysoká teplota (M. leprae, M. haemophilum)

Schopnost šířit se organismem Infekce lokální (rýma, salmonelóza, kapavka) Infekce systémové (chřipka, meningitida) Infekce generalizované (spalničky, břišní tyf, výjimečně i infekce lokální a systémové) Způsob šíření: lymfou krví per continuitatem podél nervů (podrobněji v přednášce o patogenezi infekce)

Schopnost překonávat obranu – A A) Schopnost překonávat vrozenou imunitu: odolávat komplementu zábrana aktivace C ochrana povrchu odolávat fagocytóze nenechat se pohltit přežít uvnitř fagocytu interferovat s funkcí cytokinů

Schopnost odolávat komplementu Zábrana aktivace C pouzdro kryjící povrchové molekuly (meningokoky, pneumokoky) inhibitory aktivace (gonokoky – přídavek kys. sialové k terminálním sacharidům, viry, E. coli a S. pyogenes – regulační faktor H, S. pyogenes a P. aeruginosa - enzymy štěpící C3b a C5a) Ochrana povrchu (salmonely a E. coli v S-fázi, bičíky salmonel a proteů) Schopnost odolávat C → serorezistence

Schopnost odolávat fagocytóze – I 1. Nenechat se pohltit inhibitory chemotaxe (bordetely, vaginální anaeroby, pseudomonády) leukocidiny a lecithinasa (stafylokoky, streptokoky, pseudomonády, klostridia) injekce Yop (yersinie) tvorba pouzdra – nejdůležitější – původci meningitid a pneumonií (N. meningitidis, H. influenzae, S. pneumoniae, E. coli, K. pneumoniae)

Schopnost odolávat fagocytóze – II 2. Přežít uvnitř fagocytu blokáda vzniku fagolysosomu (chlamydie, mykobakteria, legionely, toxoplasmata) únik z fagosomu (rickettsie, shigely, listerie, leishmanie, trypanosomy) tvorba antioxidantů (stafylokoky, gonokoky, meningokoky) výrazná tenacita (koxiely, ehrlichie)

Schopnost překonávat obranu – B B) Schopnost překonávat získanou imunitu: vždy pokus vyhnout se PL, příp. imunním lymfocytům rychle se pomnožit (respirační viry, původci průjmů, malarická plasmodia) pokus oklamat imunitní systém ukrýt se změnit své antigeny navodit toleranci pokus potlačit imunitní reakci

Schopnost klamat imunitní systém 1. Ukrýt se v gangliích (HSV, VZV) na nitrobun. membránách (HIV, adenoviry) v inf. ložiscích (M. tbc, echinokoky) v privileg. místech (agens slizničních nákaz, T. gondii v oku, retroviry v genomu) 2. Navodit toleranci (CMV, v. zarděnek, leishmanie, kryptokoky, snad i HIV)

Schopnost klamat imunitní systém 3. Měnit své antigeny antigenní mimikry (S. pyogenes, T. pallidum, M. pneumoniae) antigenní kamufláž (schistosomy – krevní bílkoviny, stafylokoky – protein A, streptokoky – protein G, CMV – βmG) antigenní proměnlivost (trypanosomy, borrelie, gonokoky, v. chřipky)

Schopnost klamat imunitní systém 4. Potlačit imunitní reakci invaze do imun. systému (HIV, v. spalniček) zásah do tvorby cytokinů (M. leprae, prvoci) tvorba superantigenů (stafylokoky, strept.) tvorba proteas (meningokoky, gonokoky, hemofily, pneumokoky) vazba Fc-fragmentu IgG (stafylokoky, streptokoky, HSV) ? (v. chřipky, HBV, EBV)

Toxicita – I Poškození přímým účinkem infekčního agens Buněčná smrt lýza vlivem toxinů, virů, imun. lymfocytů apoptóza (HSV, shigely) Metabolické poškození – vliv exotoxinů Mechanické příčiny (vajíčka schistosom, P. jirovecii, pablány při difterii) Nejčastější příčina smrti → septický šok vlivem endotoxinů G – : lipopolysacharid G + : kys. teichoová + peptidoglykan

Bakteriální exotoxiny Průnikové faktory (hyasa, DN-asa, elastasa, kolagenasa) Cytolysiny (lecithinasa, sfingomyelinasa, hemolysiny) Inhibitory proteosyntézy (difterický toxin) Farmakologicky účinné toxiny (choleragen, termolab. enterotoxin E. coli, pertusový t.) Neurotoxiny (tetanotoxin, botulotoxin) Superantigeny (staf. enterotoxin a exfoliatin, streptokokový pyrogenní toxin)

Kasuistika – ŽENA POKOUSANÁ PSEM   71letá pacientka byla pokousána psem. Utrpěla četné tržně-zhmožděné rány pronikající až na fascii na levém stehně, bérci a levé ruce. Byla primárně ošetřena na chirurgické ambulanci s toaletou rány betadinem, excizí, primární suturou, drenáží, přeočkováním TAT 0,5 ml i.m. Do 48 hodin po příhodě dochází k rozvoji zažívacích obtíží s průjmem, zvracením, bolestí v oblasti ran na LDK. Opět ošetřena na chirurgii, lokální nález minimální, exprese hematomů, drény ponechány. Podán Novalgin i.m., dále Novalgin 3x1 tbl, Algifen tbl. Pacientka odmítla hospitalizaci. Do dalších 24 hodin je přivezena na interní příjem pro zhoršující se bolest v LDK, trvalé zvracení, závratě. … LDK oteklá, rány bez výtoku. Pacientka byla do 30minut od příjmu pro šokový stav zaintubována a přijata na lůžkové oddělení ARO.

Mikrobiologické nálezy Hemokultury (celkem 4x): 2x nález Streptococcus pyogenes (včetně jedenkráte zároveň Staphylococcus epidermidis, interpretovaný jako kontaminace). Sputum a stolice – kultivačně nález běžná flóra. Moč kultivačně negativní. Nejzajímavější byl nález v ráně – kde zjištěn Streptococcus pyogenes a zároveň Staphylococcus aureus (kmen byl následně určen NRL pro stafylokoky jako producent TSST–1 a enterotoxinu A). Citlivost obou „koků“ byla dobrá: Streptococcus pyogenes byl citlivý k penicilinu, erytromycinu, linkomycinu, chloramfenikolu, ofloxacinu. Staphylococcus aureus byl citlivý k oxacilinu, kotrimoxazolu, erytromycinu, linkomycinu, tetracyklinu, gentamicinu, rifampicinu, ofloxacinu, amikacinu, vankomycinu.

Léčba Nasazen klindamycin 900 mg i.v., dále 900 mg á 6h, amikacin 500 mg i.v., dále 500 mg á 12h., hydrocortison v dávce 3x100 mg i.v. Během následujících 8 hodin se trvale zhoršuje oběh, zvyšována podpora noradrenalinem až na 1 ug/kg/min, nedaří se korigovat metabolickou acidózu, pH trvale pod 7,2, laktát až 17 mmol/l, myoglobin 38000ug/l!, rozvoj koagulační poruchy, podávána mražená plasma, teplota i přes zahřívání pod 36°C.   Na levém lýtku rozvoj splývajících hemoragických bul, stehno je lividní, z ran vytéká serózní tekutina, z punktátu z bul mikroskopicky potvrzen streptokok. Nasazen penicilin 5 mil.j. i.v. dále 5 mil.j. á 4h, ciprofloxacin 600 mg i.v., dále 400 mg á 12h, vysazen amikacin. 12 hodin od příjmu indikována operační revize s nálezem myonekrózy proximálně až na stehno s nutností vysoké amputace pod kyčelním kloubem do makroskopicky vitální tkáně s ponecháním otevřeného pahýlu, krytí betadinem, bandáží.

Fatální vyústění Pacientka umírá 47 hodin po přijetí do nemocnice na podkladě refrakterního septického šoku s multiorgánovým selháním. Přes vhodně nasazenou kombinovanou ATB terapii se nepodařilo zabránit šíření infekce ani výrazně ovlivnit projevy onemocnění, které bylo vyvoláno kombinovaným působením invazivního kmene Streptococcus pyogenes a kmene Staphylococcus aureus s produkcí toxinu syndromu toxického šoku TSST-1 a enterotoxinu A.   Závěr: Jednalo se o těžký případ nezvládnutelné sepse vyvolaný kmenem Streptococcus pyogenes, komplikovaný syndromem toxického šoku, který byl způsoben toxinogenním kmenem Staphylococcus aureus. (Převzato: Letální případ infekce vyvolané kmeny Streptococcus pyogenes a Staphylococcus aureus po pokousání psem - Aleš Hodek, Martina Pelichovská, Karel Cvachovec, Jan Matějková, Filip Prusík, Zprávy CEM, Praha )   

Staphylococcus aureus

Streptococcus pyogenes

Toxicita – II Poškození jako důsledek obranných reakcí a) Poškození způsobená zánětlivou reakcí calor, rubor, tumor, dolor, functio laesa = typické známky zánětu = chorobné příznaky otok: encephalitis, epiglottitis zánětlivý infiltrát: pneumonie hnisání: kapavčitá blenorrhoea neonatorum tvorba vaziva: jizvení

Toxicita Poškození jako důsledek obranných reakcí b) Poškození způsobená specifickou imunitní reakcí (imunopatol. následky přecitlivělosti) I. typ: (IgE, anafylaxe) helmintózy II. typ: (cytotoxicita) hepatitis B, FR III. typ: (imunokomplexy) farm. plíce, poststr. zánět ledvin, systémové reakce při sepsi IV. typ: (pozdní, buněčná) tbc, lepra, syfilis, aktinomykóza, vyrážka u spalniček

Doporučená literatura Paul de Kruif: Lovci mikrobů Paul de Kruif: Bojovníci se smrtí Alarich: Medicina v županu Axel Munthe: Kniha o životě a smrti Svatopluk Káš – sbírky historek o lékařích M. Votava: Universitas 2005, č. 1 – 4 André Maurois: Život Sira Alexandra Fleminga