22.2: Бактеріальні інфекції дихальних шляхів

Цілі навчання

• Визначте найбільш поширені бактерії, які можуть викликати інфекції верхніх і нижніх дихальних шляхів
• Порівняйте основні характеристики специфічних бактеріальних захворювань дихальних шляхів

Дихальні шляхи можуть бути заражені різними бактеріями, як грампозитивними, так і грамнегативними. Хоча захворювання, які вони викликають, можуть варіюватися від легкого до важкого, в більшості випадків мікроби залишаються локалізованими в дихальній системі. На щастя, більшість цих інфекцій також добре реагують на антибіотикотерапію.

стрептококові інфекції

Поширена інфекція верхніх дихальних шляхів, стрептококовий фарингіт (стрептококовий горло) викликається Streptococcus pyogenes. Ця грампозитивна бактерія з'являється у вигляді ланцюгів коків, як показано на малюнку\(\PageIndex{1}\). Ребекка Лансфілдсерологічно класифікувала стрептококи в 1930-х роках з використанням вуглеводних антигенів з клітинних стінок бактерій. S. pyogenes є єдиним членом стрептококів групи А Лансфілда і часто його називають GAS, або стрептококами групи А.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Ця скануюча електронна мікрофотографія Streptococcus pyogenes показує характерний клітинний фенотип, що нагадує ланцюги коків. (кредит: модифікація роботи Центрів контролю та профілактики захворювань США - Medical Illustrator)

Подібно стрептококовим інфекціям шкіри, слизові оболонки глотки пошкоджуються при виділенні цим позаклітинним збудником різноманітних екзоферментів і екзотоксинів. Багато штамів S. pyogenes можуть деградувати сполучні тканини за допомогою гіалуронідази, колагенази та стрептокінази. Стрептокіназа активізує плазмін, що призводить до деградації фібрину і, в свою чергу, розчинення тромбів, що сприяє поширенню збудника. До вивільняються токсинів відносяться стрептолізини, здатні руйнувати червоні і білі кров'яні тільця. Класичними ознаками стрептококового фарингіту є лихоманка вище 38° C (100,4° F); інтенсивний біль у глотці; еритема, пов'язана із запаленням глотки; і набряклі темно-червоні піднебінні мигдалини, часто всіяні плямами гною; і петехії (мікрокапілярні крововиливи) на м'якому або твердому піднебінні (дах) рота) (рис.\(\PageIndex{2}\)). Підщелепні лімфатичні вузли під кутом щелепи також часто набрякають під час стрептокозу в горлі.

Деякі штами стрептококів групи А виробляють еритрогенний токсин. Цей екзотоксин кодується помірним бактеріофагом (бактеріальним вірусом) і є прикладом перетворення фагів (див. Життєвий цикл вірусу). Токсин атакує плазматичні мембрани капілярних ендотеліальних клітин і призводить до скарлатини (або скарлатину), дисемінованої дрібної червоної висипки на шкірі, і полуничного язика, червоної висипки на мові (рис.\(\PageIndex{2}\)). Важкі випадки можуть навіть призвести до синдрому стрептококового токсичного шоку (STSS), який є результатом масивної продукції суперантигену, що призводить до септичного шоку та смерті.

S. pyogenes може бути легко поширюватися шляхом прямого контакту або передачі крапель через кашель і чхання. Захворювання можна швидко діагностувати за допомогою експрес-імуноферментного аналізу на антиген групи А. Однак через значну частку хибно-негативних результатів (до 30% ¹) ідентифікація культури все ще залишається золотим стандартом для підтвердження фарингіту через S. pyogenes. S. pyogenes можна ідентифікувати як каталазно-негативну, бета-гемолітичну бактерію, яка сприйнятлива до 0,04 одиниць бацитрацину. Резистентність до антибіотиків обмежена для цієї бактерії, тому більшість β-лактамів залишаються ефективними; пероральний амоксицилін та внутрішньом'язовий пеніцилін G - ті, які найчастіше призначаються.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Стрептококові інфекції дихальних шляхів можуть викликати локалізований фарингіт або системні ознаки і симптоми. (а) Характерна поява стрептоглотки: яскраво-червоні дуги запалення з наявністю темно-червоних плям (петехій). (б) Скарлатина проявляється як висип на шкірі. (кредит a: зміна роботи Центрів контролю та профілактики захворювань; кредит b: модифікація роботи Алісії Вільямс)

Наслідки інфекцій S. pyogenes

Однією з причин стрептових інфекцій горла агресивно лікуються антибіотиками, є те, що вони можуть призвести до серйозних наслідків, пізніше клінічних наслідків первинної інфекції. За оцінками, 1% - 3% нелікованих інфекцій S. pyogenes можуть супроводжуватися негнойними (без вироблення гною) наслідками, які розвиваються через 1—3 тижні після усунення гострої інфекції. Два таких наслідків - гостра ревматична лихоманка і гострий гломерулонефрит.

Гостра ревматична лихоманка може слідувати за фарингітом, викликаним специфічними ревматогенними штамами S. pyogenes (штами 1, 3, 5, 6 і 18). Хоча точний механізм, відповідальний за цей наслідок, залишається неясним, молекулярна мімікрія між протеїном M ревматогенних штамів S. pyogenes та серцевою тканиною, як вважають, ініціює аутоімунну атаку. Найбільш серйозним і летальним клінічним проявом ревматичної лихоманки є ураження і запалення серця (кардит). Гострий гломерулонефрит також є наслідком імунної відповіді на стрептококові антигени після фарингіту та шкірних інфекцій. Гострий гломерулонефрит розвивається протягом 6-10 днів після фарингіту, але може тривати до 21 дня після шкірної інфекції. Подібно до гострої ревматичної лихоманки, існують сильні асоціації між специфічними нефрогенними штамами S. pyogenes та гострим гломерулонефритом, і дані свідчать про роль антигенної мімікрії та аутоімунітету. Однак первинним механізмом гострого гломерулонефриту, як видається, є утворення імунних комплексів між антигенами S. pyogenes і антитілами, і їх відкладення між ендотеліальними клітинами клубочків нирок. Запальна реакція на тлі імунних комплексів призводить до пошкодження і запалення клубочків (гломерулонефрит).

Вправа\(\PageIndex{1}\)

1. Які симптоми стрептокозу в горлі?
2. Що таке еритрогенний токсин і який ефект він надає?
3. Які причини ревматичної лихоманки і гострого гломерулонефриту?

Гострий середній отит

Інфекцію середнього вуха називають гострим отитом (АОМ), але часто її просто називають вушної болем. Стан найчастіше зустрічається у віці від 3 місяців до 3 років. У Сполучених Штатах АОМ є другою провідною причиною відвідування педіатрів дітьми віком до 5 років, і це провідне показання до призначення антибіотиків. ²

АОМ характеризується утворенням і скупченням гною в середньому вусі. Не в змозі стікати, гній накопичується, що призводить до помірного до сильного випинання барабанної перетинки та оталгії (біль у вусі). Запалення, що виникає внаслідок інфекції, призводить до набряку євстахієвих труб, а також може призвести до лихоманки, нудоти, блювоти та діареї, особливо у немовлят. Немовлята та малюки, які ще не можуть говорити, можуть проявляти невербальні ознаки, що вказують на АОМ, такі як утримання, перетягування або розтирання вуха, а також нехарактерний плач або дистрес у відповідь на біль.

АОМ може бути викликаний різними бактеріями. Серед новонароджених S. pneumoniae є найпоширенішою причиною АОМ, але також можуть бути залучені види Escherichia coli, Enterococcus spp. та групи B Streptococcus. У дітей старшого віку та дітей молодше 14 років найпоширенішими бактеріальними причинами є S. pneumoniae, Haemophilus influenzae або Moraxella catarrhalis. Серед інфекцій S. pneumoniae частими причинами АОМ є інкапсульовані штами. На відміну від цього, штами H. influenzae і M. cattarhalis, які відповідають за АОМ, капсули не мають. Замість того, щоб пряме пошкодження тканин цими патогенами, бактеріальні компоненти, такі як ліпополісахарид (ЛПС) у грамнегативних патогенах, викликають запальну реакцію, яка викликає набряк, гній та пошкодження тканин у середньому вусі (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Будь-яка закупорка євстахієвих труб, з інфекцією або без неї, може спричинити потрапляння рідини в пастку і накопичення в середньому вусі. Це називається отитом з випотом (ОМЕ). Накопичена рідина пропонує чудовий резервуар для росту мікробів і, отже, часто виникають вторинні бактеріальні інфекції. Це може призвести до повторюваних і хронічних вушних болів, які особливо часто зустрічаються у маленьких дітей. Більш високу захворюваність у дітей можна віднести до багатьох факторів. У дітей більше інфекцій верхніх дихальних шляхів, як правило, і їх євстахієві труби також коротші і стікають під меншим кутом. Маленькі діти також схильні проводити більше часу лежачи, ніж дорослі, що полегшує дренаж з носоглотки через євстахієву трубу і в середнє вухо. Годування з пляшечки під час лежачи підвищує цей ризик, оскільки смоктальна дія на пляшці викликає негативний тиск, що накопичується в євстахієвій трубі, сприяючи руху рідини та бактерій з носоглотки.

Діагноз зазвичай ставиться на підставі клінічних ознак і симптомів, без лабораторних досліджень для визначення конкретного збудника. Антибіотики часто призначають для лікування АОМ. Високі дози амоксициліну є препаратом першої лінії, але при підвищенні опірності також можуть використовуватися макроліди та цефалоспорини. Пневмококова кон'югатна вакцина (PCV13) містить серотипи, які є важливими причинами АОМ, і було показано, що вакцинація знижує частоту АОМ. Також було показано, що вакцинація проти грипу знижує ризик розвитку АОМ, ймовірно, тому, що вірусні інфекції, такі як грип, схиляють пацієнтів до вторинних інфекцій S. pneumoniae. Незважаючи на те, що існує кон'югатна вакцина для інвазивного серотипу B H. influenzae, ця вакцина не впливає на частоту H. influenzae AOM. Оскільки в АОМ беруть участь некапсульовані штами H. influenzae і M. catarrhalis, необхідно буде розробити вакцини проти бактеріальних клітинних факторів, крім капсул.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): (а) Здорова барабанна перетинка; кістки середнього вуха можна побачити за перетинкою. (б) Вухо з хронічним запаленням, яке призвело до розриву мембрани, ерозії кісток внутрішнього вуха та накопичення слизу. (Кредит а: модифікація роботи «Drer.tv» /YouTube; кредит б: модифікація роботи Лі Мг, Hotez PJ, Vrabec JT, Donovan DT)

бактеріальний риносинусит

Мікробне співтовариство носоглотки надзвичайно різноманітно і таїть в собі безліч умовно-патогенних збудників, тому, мабуть, не дивно, що інфекції, що призводять до риніту і гаймориту, мають безліч можливих причин. Ці стани часто виникають як вторинні інфекції після вірусної інфекції, що ефективно ставить під загрозу імунний захист і дозволяє умовно-патогенним бактеріям утвердитися. Бактеріальний синусит включає інфекцію та запалення в придаткових пазухах носа. Оскільки бактеріальний синусит рідко виникає без риніту, кращим терміном є риносинусит. Найбільш поширені причини бактеріального риносинуситу схожі з причинами АОМ, включаючи S. pneumoniae, H. influenzae та M. catarrhalis.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

1. Які звичайні збудники гострого отиту?
2. Які фактори полегшують гострий отит з випотом у маленьких дітей?
3. Який фактор часто провокує бактеріальний риносинусит?

Дифтерія

Збудником дифтерії Corynebacterium diphtheriae є клубовидний грампозитивний паличка, який відноситься до філум Actinobacteria. Дифтероїди є загальними членами нормальної мікробіоти носоглотки. Однак деякі штами C. diphtheriae стають патогенними через наявність білка, кодованого бактеріофагами, помірного - дифтерійного токсину. Дифтерія, як правило, є респіраторною інфекцією ротоглотки, але також може спричинити імпетигоподібні ураження на шкірі. Хоча хвороба може вражати людей різного віку, вона, як правило, найбільш важка у тих, хто молодше 5 років або старше 40 років. Як і стрептокоз в горлі, дифтерія зазвичай передається в краплях і аерозолі, що утворюються при кашлі. Після заселення горла бактерія залишається в ротовій порожнині і починає виробляти дифтерійний токсин. Цей білок є токсином A-B, який блокує синтез білка хост-клітин шляхом інактивації фактора подовження (EF) -2 (див. Фактори вірулентності бактеріальних та вірусних патогенів). Дія токсину призводить до загибелі клітин господаря і запальної реакції. Скупчення сіруватого ексудату, що складається з мертвих клітин господаря, гною, еритроцитів, фібрину та інфекційних бактерій, призводить до утворення псевдомембрани. Псевдомембрана може покривати слизові оболонки порожнини носа, мигдалин, глотки, гортані (рис.\(\PageIndex{4}\)). Це класична ознака дифтерії. У міру прогресування захворювання псевдомембрана може збільшуватися, щоб перешкоджати змішуванню глотки або трахеї і може призвести до задухи та смерті. Іноді інтубація, розміщення дихальної трубки в трахеї, потрібна при запущених інфекціях. Якщо дифтерійний токсин поширюється по всьому тілу, він може пошкодити і інші тканини. Сюди можна віднести міокардит (ураження серця) і пошкодження нервів, які можуть погіршити дихання.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Псевдомембрана у пацієнта з дифтерією представлена у вигляді шкірястого сірого плями, що складається з мертвих клітин, гною, фібрину, еритроцитів та інфекційних мікробів. (Кредит: модифікація роботи Путнонг Н, Агустін Г, Пасубілло М, Міягі К, Дімаано Е.М.)

Передбачуваний діагноз дифтерії ґрунтується насамперед на клінічних симптомах (тобто псевдомембрани) та анамнезі вакцинації, і, як правило, підтверджується виявленням бактеріальних культур, отриманих з мазків із горла. Сам дифтерійний токсин може бути безпосередньо виявлений in vitro за допомогою полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) на основі систем прямого виявлення гена дифтерійного токсину та імунологічних методів, таких як радіальна імунодифузія або тест на імунодифузію Елека.

Антибіотики широкого спектру дії, такі як пеніцилін та еритроміцин, як правило, ефективно контролюють інфекції C. diphtheriae. На жаль, вони не мають ніякого ефекту проти попередньо сформованих токсинів. Якщо у пацієнта вже відбулося вироблення токсину, вводять антитоксини (попередньо сформовані антитіла проти токсину). Хоча це ефективно для нейтралізації токсину, антитоксини можуть призвести до сироваткової хвороби, оскільки вони виробляються у коней (див. Гіперчутливість).

Широкі зусилля з вакцинації зменшили кількість випадків дифтерії у всьому світі. В даний час доступні чотири комбіновані вакцини проти анатоксину, які забезпечують захист від дифтерії та інших захворювань: DTaP, Tdap, DT та Td. У всіх випадках літери «d», «t» та «p» позначають дифтерію, правець та коклюш відповідно; «а» означає ацелюлярний. Якщо з великої літери, літери вказують на повну силу дозу; малі літери вказують на зменшені дози. Згідно з поточними рекомендаціями, діти повинні отримувати п'ять доз вакцини DTaP в молодості та підсилювач Td кожні 10 років. Дітям з побічними реакціями на вакцину від коклюшу можна призначати вакцину ДТ замість DTAP.

Вправа\(\PageIndex{3}\)

1. Яку дію надає дифтерійний токсин?
2. З чого складається псевдомембрана?

бактеріальна пневмонія

Пневмонія - загальний термін для інфекцій легенів, які призводять до запалення та накопичення рідини та лейкоцитів в альвеолах. Пневмонія може бути викликана бактеріями, вірусами, грибами та іншими організмами, хоча переважна більшість пневмоній мають бактеріальне походження. Бактеріальна пневмонія є поширеною, потенційно серйозною інфекцією; вона спричинила понад 50 000 смертей у Сполучених Штатах у 2014 році. ³ У міру заповнення альвеол рідинами і лейкоцитами (консолідація) повітрообмін порушується і пацієнти відчувають дихальний дистрес (рис.\(\PageIndex{5}\)). Крім того, пневмонія може призвести до плевриту, інфекції плевральної оболонки, що оточує легені, що може зробити дихання дуже болючим. Хоча багато різних бактерій можуть викликати пневмонію за правильних обставин, три види бактерій викликають більшість клінічних випадків: Streptococcus pneumoniae, H. грип, і мікоплазма пневмонії. Крім них, ми також розглянемо деякі менш поширені причини пневмонії.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Рентгенографія грудної клітки пацієнта з пневмонією показує ущільнення (ураження), присутні у вигляді непрозорих плям. (кредит: зміна роботи Центрів контролю та профілактики захворювань)

Пневмококова пневмонія

Найпоширенішою причиною позалікарняної бактеріальної пневмонії є Streptococcus pneumoniae. Цей грампозитивний альфа-гемолітичний стрептокок зазвичай зустрічається як частина нормальної мікробіоти дихальних шляхів людини. Клітини, як правило, мають дещо ланцетну форму і зазвичай виглядають у вигляді пар (рис.\(\PageIndex{6}\)). Пневмококи спочатку колонізують бронхіоли легенів. Зрештою інфекція поширюється на альвеоли, де полісахаридна капсула мікроба перешкоджає фагоцитарному кліренсу. Інші фактори вірулентності включають аутолізини, такі як Lyt A, які погіршують мікробну клітинну стінку, що призводить до лізису клітин та вивільнення факторів цитоплазматичної вірулентності. Один з цих факторів, пневмолізин О, важливий у прогресуванні захворювання; цей пороутворюючий білок пошкоджує клітини господаря, сприяє приєднанню бактерій та підсилює вироблення прозапальних цитокінів. Отримана запальна реакція змушує альвеоли наповнюватися ексудатом, багатим нейтрофілами і еритроцитами. Як наслідок, у інфікованих особин розвивається продуктивний кашель з кров'яною мокротою.

Малюнок\(\PageIndex{6}\): (а) Ця мікрофотографія Streptococcus pneumoniae, вирощеної з культури крові, показує характерну ланцетно-подібну диплококову морфологію. (б) кольорова скануюча електронна мікрофотографія S. pneumoniae. (кредит a: зміна роботи Центрів контролю та профілактики захворювань; кредит b: модифікація роботи Дженіс Карр, Центри контролю та профілактики захворювань)

Пневмококи можуть бути імовірно ідентифіковані за їх відмінною грампозитивною, ланцетно-подібною морфологією клітин і диплококовим розташуванням. У культурах агару крові організм демонструє альфа-гемолітичні колонії, які є аутолитическими через 24 - 48 годин. Крім того, S. pneumoniae надзвичайно чутливий до оптохіна і колонії швидко руйнуються при додаванні 10% розчину дезоксихолату натрію. Всі клінічні пневмококові ізоляти серотипуються за допомогою реакції пригнічення з типуючими антисироватками, що виробляються CDC. Позитивні реакції пригнічення вважаються остаточною ідентифікацією пневмококів.

Антибіотики залишаються основним лікуванням пневмококів. β-лактами, такими як пеніцилін, є препаратами першої лінії, але стійкість до β-лактамів є зростаючою проблемою. Коли β-лактамна резистентність викликає занепокоєння, можуть бути призначені макроліди і фторхінолони. Однак зростає і резистентність S. pneumoniae до макролідів і фторхінолонів, обмежуючи терапевтичні варіанти деяких інфекцій. В даний час доступні дві пневмококові вакцини: пневмококова кон'югатна вакцина (PCV13) та пневмококова полісахаридна вакцина (PPSV23). Як правило, вони даються найбільш вразливим групам населення: дітям молодше 2 років і дорослим старше 65 років.

Гемофільна пневмонія

Інкапсульовані штами Haemophilus influenzae відомі тим, що викликають менінгіт, але некапсульовані штами є важливими причинами пневмонії. Ця невелика грамнегативна коккобацила зустрічається в глотці більшості здорових дітей; однак гемофільна пневмонія в першу чергу спостерігається у літніх людей. Як і інші збудники, що викликають пневмонію, H. influenzae поширюється краплями і аерозолями, що виробляються при кашлі. Вибагливий організм, H. influenzae буде рости тільки на середовищах з наявним фактором X (гемін) і фактором V (NAD), як шоколадний агар (рис.\(\PageIndex{7}\)). Для підтвердження ідентичності ізолятів H. influenzae необхідно проводити серотипування.

Інфекції альвеол H. influenzae призводять до запалення і накопичення рідини. Підвищення стійкості до β-лактамів, макролідів та тетрациклінів створює проблеми для лікування гемофільної пневмонії. Резистентність до фторхінолонів зустрічається рідко серед ізолятів H. influenzae, але спостерігається. Як обговорювалося для АОМ, вакцина, спрямована проти некапсульованого H. influenzae, якщо вона розроблена, забезпечить захист від пневмонії, спричиненої цим збудником.

Малюнок\(\PageIndex{7}\): Культура Haemophilus influenzae на шоколадній агаровій пластині (кредит: зміна роботи Центрів контролю та профілактики захворювань)

Чому я?

Трейсі - 6-річна дитина, у якої розвинувся серйозний кашель, який, здавалося б, не проходить. Через 2 тижні батьки занепокоїлися і відвезли її до педіатра, який запідозрив випадок бактеріальної пневмонії. Тести підтвердили, що причиною був Haemophilus influenzae. На щастя, Трейсі добре відреагувала на лікування антибіотиками і в підсумку зробила повне одужання.

Оскільки в початковій школі Трейсі було кілька інших випадків бактеріальної пневмонії, місцеві чиновники охорони здоров'я закликали батьків провести обстеження своїх дітей. З дітей, які пройшли обстеження, було виявлено, що більше 50% перенесли H. influenzae у своїх носових порожнин, але всі, крім двох, були безсимптомними.

Чому деякі люди серйозно хворіють від бактеріальних інфекцій, які, здається, мало чи зовсім не впливають на інших? Патогенність організму - його здатність завдавати шкоди господареві - не є лише властивістю мікроорганізму. Швидше, це продукт складного взаємозв'язку між факторами вірулентності мікроба та імунним захистом індивіда. Попередньо існуючі умови та фактори навколишнього середовища, такі як вплив пасивного диму, можуть зробити деяких людей більш сприйнятливими до інфекції, створюючи умови, сприятливі для росту мікробів або компрометуючи імунну систему. Крім того, люди можуть мати генетично визначені імунні фактори, які захищають їх - чи ні - від певних штамів патогенів. Взаємодія між цими факторами господаря та факторами патогенності, що виробляються мікроорганізмом, в кінцевому підсумку визначають результат інфекції. Більш чітке розуміння цих взаємодій може дозволити краще ідентифікувати осіб з групи ризику та профілактичні втручання в майбутньому.

Мікоплазмова пневмонія (ходьба пневмонія)

Первинна атипова пневмонія викликається Mycoplasma pneumoniae. Ця бактерія не є частиною нормальної мікробіоти дихальних шляхів і може спричинити спалахи епідемічних захворювань. Також відомі як ходьба пневмонія, інфекції мікоплазми пневмонії поширені в людних умовах, таких як кампуси коледжів та військові бази. Поширюється аерозолями, що утворюються при кашлі або чханні. Захворювання часто протікає в легкій формі, з низькою температурою і постійним кашлем. Ці бактерії, які не мають клітинних стінок, використовують спеціалізовану насадку органели для зв'язування з війчастими клітинами. В процесі відбувається пошкодження епітеліальних клітин і заважає правильне функціонування війок (рис.\(\PageIndex{8}\)).

Мікоплазма ростуть дуже повільно при культивуванні. Тому пеніцилін та ацетат талію додають до агару, щоб запобігти заростанню швидше зростаючими потенційними забруднювачами. Оскільки M. pneumoniae не має клітинної стінки, він стійкий до цих речовин. Без клітинної стінки мікробні клітини виявляються плеоморфними. Інфекції M. pneumoniae, як правило, самообмежуються, але також можуть добре реагувати на макролідну антибіотикотерапію. β-лактами, які синтез цільової клітинної стінки, не показані для лікування інфекцій цим збудником.

Малюнок\(\PageIndex{8}\): Мікрофотографія показує Mycoplasma pneumoniae за допомогою своїх спеціалізованих рецепторів для приєднання до епітеліальних клітин в трахеї інфікованого хом'яка. (кредит: модифікація роботи Американського товариства мікробіології)

Хламідійні пневмонії та пситтакоз

Хламідійна пневмонія може бути викликана трьома різними видами бактерій: Chlamydophila pneumoniae (раніше відомий як Chlamydia pneumoniae), Chlamydophila psittaci (раніше відомий як Chlamydia psittaci) та Chlamydia trachomatis. Всі три є облігатними внутрішньоклітинними збудниками і викликають легку до важкої пневмонії та бронхіту. З трьох Chlamydophila pneumoniae є найбільш поширеним і передається через дихальні краплі або аерозолі. C. psittaci викликає пситтакоз, зоонозне захворювання, яке в першу чергу вражає одомашнених птахів, таких як папуги, індики та качки, але може передаватися від птахів до людини. Псіттакоз є відносно рідкісною інфекцією і зазвичай зустрічається у людей, які працюють з птахами. Хламідіоз трахоматіс, збудник хламідіозу, що передається статевим шляхом, може викликати пневмонію у немовлят, коли інфекція передається від матері до дитини під час народження.

Діагностика хламідіозу шляхом культивування, як правило, важка і повільна. Оскільки вони є внутрішньоклітинними збудниками, вони вимагають багаторазових проходів через культуру тканин. Останнім часом були розроблені різноманітні ПЛР- та серологічні тести для полегшення ідентифікації цих збудників. Для лікування зазвичай призначають тетрациклінові і макролідні антибіотики.

Пневмонія, пов'язана з охороною здоров'я

Різноманітні умовно-патогенні бактерії, які зазвичай не викликають респіраторних захворювань у здорових людей, є поширеними причинами пневмонії, пов'язаної з охороною здоров'я. До них відносяться Klebsiella pneumoniae, золотистий стафілокок та протеобактерії, такі як види Escherichia, Proteus та Serratia. Пацієнти, що входять до групи ризику, включають людей похилого віку, тих, хто має інші раніше існуючі захворювання легенів, та ті, хто має ослаблений імунітет. Крім того, пацієнти, які отримують підтримуючу терапію, таку як інтубація, антибіотики та імуномодулюючі препарати, також можуть піддаватися ризику, оскільки ці втручання порушують мукоциліарний ескалатор та інші легеневі захисні сили. Інвазивні медичні пристрої, такі як катетери, медичні імплантати та апарати штучної вентиляції легенів, також можуть вводити в організм опортуністичні патогени, що викликають пневмонію. ⁴

Пневмонія, спричинена K. pneumoniae, характеризується некрозом легенів та «мокротою смородинового желе», названою так тому, що вона складається з скупчень крові, слизу та залишків товстої полісахаридної капсули, що виробляється бактерією. K. pneumoniae часто має мультимедикаментозну стійкість. Аміноглікозид і цефалоспорин призначаються часто, але не завжди ефективні. Клебсієльна пневмонія часто смертельна навіть при лікуванні.

Псевдогнійна пневмонія

Синьогнійна паличка є ще одним умовно-патогенним збудником, який може викликати серйозні випадки бактеріальної пневмонії у хворих на муковісцидоз (КФ) та госпіталізованих пацієнтів за допомогою апаратів штучної вентиляції легенів. Ця бактерія надзвичайно стійка до антибіотиків і може виробляти різноманітні екзотоксини. Асоційована з вентилятором пневмонія з P. aeruginosa викликається зараженим обладнанням, яке викликає аспірацію збудника в легені. У пацієнтів з КФ генетичний дефект трансмембранного рецептора муковісцидозу (CFTR) призводить до накопичення надлишку висушеної слизу в легенях. Це знижує ефективність дефенсинів і пригнічує мукоциліарний ескалатор. P. aeruginosa, як відомо, заражає більше половини всіх хворих КФ. Він пристосовується до умов в легенях пацієнта і починає виробляти альгінат - в'язкий екзополісахарид, який пригнічує мукоциліарний ескалатор. Пошкодження легенів від хронічної запальної реакції, що виникає, є провідною причиною смертності у пацієнтів з ХФ. ⁵

Вправа\(\PageIndex{4}\)

1. Які три збудники відповідають за найбільш поширені типи бактеріальної пневмонії?
2. Яку причину пневмонії найімовірніше вражає молодих людей?
3. В яких контекстах синьогнійна паличка викликає пневмонію?

Клінічна спрямованість: Частина 2

Рентгенографія грудної клітки Джона виявила велику консолідацію в правій легені, а його посіви мокротиння виявили наявність грамнегативного стрижня. Його лікар призначив курс антибіотика кларитроміцин. Він також замовив швидкі діагностичні тести на грип (RIDTS) для грипу типу А та В, щоб виключити можливу основну вірусну інфекцію. Незважаючи на антибіотикотерапію, стан Джона продовжував погіршуватися, тому його госпіталізували в лікарню.

Вправа\(\PageIndex{5}\)

Які можливі причини пневмонії, які б не відреагували на призначений антибіотик?

Туберкульоз

Туберкульоз (туберкульоз) - одне з найбільш смертоносних інфекційних захворювань в історії людства. Хоча рівень зараження туберкульозом у Сполучених Штатах надзвичайно низький, CDC підрахував, що близько третини населення світу інфікована Mycobacterium tuberculosis, причинним організмом туберкульозу, з 9,6 мільйонами нових випадків туберкульозу та 1,5 мільйона смертей у всьому світі у 2014 році. ⁶

M. tuberculosis - кислотостійкий, високий G+ C, грампозитивний, не спороутворюючий стрижень. Його клітинна стінка багата воскоподібними міколевими кислотами, які роблять клітини непроникними для полярних молекул. Це також змушує ці організми повільно рости. М. туберкульоз викликає хронічне гранулематозне захворювання, яке може інфікувати будь-яку ділянку тіла, хоча воно, як правило, пов'язане з легенями. М. туберкульоз поширюється при вдиханні дихальних крапель або аерозолів від зараженої людини. Інфекційна доза M. tuberculosis становить всього 10 клітин. ⁷

Після інгаляції бактерії потрапляють в альвеоли (рис.\(\PageIndex{9}\)). Клітини фагоцитуються макрофагами, але можуть вижити і розмножуватися в цих фагоцитах через захист воскової міколевої кислоти в їх клітинних стінках. Якщо не усунути макрофагами, інфекція може прогресувати, викликаючи запальну реакцію і скупчення нейтрофілів і макрофагів в області. Може пройти кілька тижнів або місяців, перш ніж імунологічна відповідь буде встановлена Т-клітинами та В-клітинами. Зрештою, ураження в альвеолах стіниться, утворюючи невеликі круглі ураження, звані горбками. Бактерії продовжують виділятися в центр горбків, а хронічна імунна відповідь призводить до пошкодження тканин та індукції апоптозу (запрограмована загибель клітин господаря) у процесі, який називається розрідженням. Це створює казеозний центр, або повітряну кишеню, де може рости і розмножуватися аеробний М. туберкульоз. Горбки можуть врешті-решт розриватися, а бактеріальні клітини можуть вторгнутися в легеневі капіляри; звідти бактерії можуть поширюватися через кров до інших органів, стан, відомий як міліарний туберкульоз. Розрив горбків також полегшує передачу бактерій іншим особам через крапельні аерозолі, які виходять з організму при кашлі. Оскільки ці краплі можуть бути дуже маленькими і залишатися на висоті протягом тривалого часу, необхідні спеціальні запобіжні заходи при догляді за пацієнтами з туберкульозом, такі як використання масок для обличчя та систем вентиляції та фільтрації з негативним тиском.

Врешті-решт, більшість уражень загоюються, утворюючи кальциновані комплекси Ghon. Ці структури видно на рентгенограмах грудної клітки і є корисною діагностичною функцією. Але навіть після того, як хвороба, мабуть, закінчилася, життєздатні бактерії залишаються секвестованими в цих місцях. Вивільнення цих організмів в більш пізній час може спричинити реактивацію туберкульозу (або вторинного туберкульозу). В основному це спостерігається у людей з алкоголізмом, людей похилого віку або у інших осіб з ослабленим імунітетом (рис.\(\PageIndex{9}\)).

Малюнок\(\PageIndex{9}\): В інфекційному циклі туберкульозу імунна відповідь більшості інфікованих особин (приблизно 90%) призводить до утворення горбків, в яких інфекція замурована. ⁸ Решта буде страждати прогресуючим первинним туберкульозом. Секвестровані бактерії можуть бути реактивовані для формування вторинного туберкульозу у пацієнтів з ослабленим імунітетом пізніше. (кредит: зміна роботи Центрів контролю та профілактики захворювань)

Оскільки туберкульоз є хронічним захворюванням, хіміотерапевтичні методи лікування часто тривають місяцями або роками. Багатолікарська резистентність (МЛУ-ТБ) та інтенсивно стійкі до ліків (ШЛУ-ТБ) штами M. tuberculosis викликають зростаючу клінічну стурбованість. Ці штами можуть виникнути через неправильне використання або неправильне управління антибіотикотерапією. Тому вкрай важливо, щоб для лікування цих інфекцій використовувалися належні протоколи з кількома препаратами. Поширеними антибіотиками, що входять до складу цих сумішей, є ізоніазид, рифампін, етамбутол і піразинамід.

Доступна вакцина проти туберкульозу, яка базується на так званому штамі бацили Кальметта-Герена (БЦЖ) M. bovis, який зазвичай зустрічається у великої рогатої худоби. У США вакцина БЦЖ надається лише медичним працівникам та військовослужбовцям, які піддаються ризику впливу активних випадків туберкульозу. Він використовується більш широко у всьому світі. Багато осіб, народжених в інших країнах, були щеплені штамом БЦЖ. БЦЖ застосовується в багатьох країнах з високою поширеністю туберкульозу, для профілактики дитячого туберкульозного менінгіту і міліарної хвороби.

Шкірний тест Манту на туберкулін (рис.\(\PageIndex{10}\)) регулярно використовується в Сполучених Штатах для скринінгу потенційного опромінення туберкульозу (див. Гіперчутливість). Однак попередні щеплення вакциною БЦЖ можуть викликати помилково позитивні результати. Рентгенограми грудної клітки для виявлення утворення комплексу Гхона потрібні, отже, для підтвердження впливу.

Малюнок\(\PageIndex{10}\): (а) Шкірний тест Манту на туберкульоз передбачає введення суб'єкту похідного білка туберкуліну. Ін'єкцію спочатку слід виробляти підняте колесо. (b) Тест слід читати через 48—72 години. На позитивний результат вказують почервоніння, набряк або твердість; розмір відповідної області вимірюється для визначення кінцевого результату. (кредит a, b: зміна роботи Центрів контролю та профілактики захворювань)

Вправа\(\PageIndex{6}\)

1. Яка характеристика Mycobacterium tuberculosis дозволяє йому ухилятися від імунної відповіді?
2. Що відбувається, щоб викликати міліарний туберкульоз?
3. Поясніть обмеження туберкулінової шкірної проби Манту.

Коклюш (коклюш)

Збудником коклюшу, який прийнято називати коклюш, є Bordetella pertussis, грамнегативна кокобацила. Захворювання характеризується скупченням слизу в легенях, що призводить до тривалого періоду сильного кашлю. Іноді після нападу кашлю видається звук, що нагадує «коклюш», коли повітря вдихається через запалені та обмежені дихальні шляхи - звідси і назва коклюш. Хоча дорослі можуть бути заражені, симптоми цього захворювання найбільш виражені у немовлят і дітей. Кашлюк є дуже інфекційним шляхом передачі крапель, тому неконтрольований кашель, що виробляється, є ефективним засобом передачі захворювання у сприйнятливого населення.

Після інгаляції B. pertussis спеціально прикріплюється до епітеліальних клітин за допомогою адгезину, нитчастого гемаглютиніну. Потім бактерії ростуть на місці зараження і викликають симптоми захворювання через вироблення екзотоксинів. Одним з основних факторів вірулентності цього організму є екзотоксин А-В, який називається токсином коклюшу (ПТ). Коли ПТ потрапляє в клітини господаря, він підвищує циклічний рівень аденозинмонофосфату (цАМФ) і порушує клітинну сигналізацію. Відомо, що PT посилює запальні реакції за участю гістаміну та серотоніну. Крім ПТ, B. pertussis виробляє цитотоксин трахеї, який пошкоджує миготливі епітеліальні клітини і призводить до накопичення слизу в легенях. Слиз може підтримувати колонізацію та ріст інших мікробів і, як наслідок, вторинні інфекції поширені. У сукупності вплив цих факторів виробляє кашель, який характеризує цю інфекцію.

Коклюшну інфекцію можна розділити на три окремі стадії. Початкова інфекція, що називається катаральною стадією, відносно легка і нічим не примітна. Ознаки та симптоми можуть включати закладеність носа, нежить, чхання та субфебрильну лихоманку. Це, однак, стадія, в якій B. коклюш найбільш заразний. У нападоподібної стадії скупчення слизу призводить до неконтрольованих кашльових спазмів, які можуть тривати кілька хвилин і часто викликати блювоту. Нападоподібна стадія може тривати кілька тижнів. Тривала стадія реконвалесценції слід за нападоподібною стадією, під час якої пацієнти відчувають хронічний кашель, який може тривати до декількох місяців. Насправді захворювання іноді називають 100-денним кашлем.

У немовлят кашель може бути досить сильним, щоб викликати переломи ребер, а тривалі інфекції можуть призвести до смерті. CDC повідомив про 20 смертей, пов'язаних з коклюсом, у 2012 році, ⁹, але ця кількість зменшилася до п'яти до 2015 року. ¹⁰

Протягом перших 2 тижнів зараження лабораторну діагностику найкраще проводити шляхом культивування організму безпосередньо з зразка носоглотки (НП), зібраного із задньої носоглотки. Зразок NP розміщений на середовищі Борде-Генгу. Зразки повинні бути перевезені в лабораторію якомога швидше, навіть якщо використовуються транспортні середовища. Час транспортування довше 24 годин значно знижує життєздатність B. pertussis.

Протягом першого місяця зараження Б. коклюш можна діагностувати за допомогою методів ПЛР. На пізніх стадіях інфекції імунологічно можуть бути виявлені специфічні антитіла до коклюшу за допомогою імуноферментного аналізу (ІФА).

Кашлюк, як правило, є самообмежуючим захворюванням. Антибіотикотерапія еритроміцином або тетрацикліном ефективна тільки на самих ранніх стадіях захворювання. Антибіотики, що даються пізніше при інфекції, і профілактично неінфікованим особам, знижують швидкість передачі. Активна вакцинація - кращий підхід до боротьби з цим захворюванням. Вакцина від АКДС колись широко використовувалася в Сполучених Штатах. У цій вакцині компонент Р складався з убитих цільноклітинних препаратів B. коклюшу. Через деякі несприятливі ефекти цей препарат тепер витіснили вакцини DTaP та Tdap. В обох цих нових вакцині компонент «AP» - це кашлюковий анатоксин.

Широка вакцинація значно зменшила кількість зареєстрованих випадків і запобігла великі епідемії коклюшу. Однак останнім часом коклюш почав знову з'являтися як дитяче захворювання в деяких штатах через зниження рівня вакцинації та збільшення населення сприйнятливих дітей.

Вправа\(\PageIndex{7}\)

1. На що припадає вироблення слизу при коклюшній інфекції?
2. Які ознаки та симптоми пов'язані з трьома стадіями коклюшу?
3. Чому коклюш стає все більш поширеним у Сполучених Штатах?

Хвороба легіонерів

Атипова пневмонія, яка називається хворобою легіонерів (також відома як легіонельоз), викликана аеробною грамнегативною паличкою, Legionella pneumophila. Ця бактерія заражає вільно живуть амеби, які населяють вологе середовище, і інфекції, як правило, відбуваються з людських водойм, таких як градирні кондиціонера, зволожувачі повітря, системи запотівання та фонтани. Аерозолі з цих резервуарів можуть призвести до інфекцій сприйнятливих осіб, особливо тих, хто страждає хронічними захворюваннями серця або легенів або іншими станами, які послаблюють імунну систему.

При попаданні бактерій L. pneumophila в альвеоли вони фагоцитуються резидентними макрофагами. Однак L. pneumophila використовує систему секреції для введення білків в ендосомну мембрану макрофага; ці білки перешкоджають злиття лізосом, дозволяючи L. pneumophila продовжувати проліферувати всередині фагосоми. Виникаюче респіраторне захворювання може варіюватися від легкої до важкої пневмонії, залежно від стану імунного захисту господаря. Хоча це захворювання в першу чергу вражає легені, воно також може викликати лихоманку, нудоту, блювоту, сплутаність свідомості та інші неврологічні наслідки.

Діагностика хвороби легіонерів дещо ускладнена. L. pneumophila є вибагливою бактерією і важко піддається культурі. Крім того, оскільки бактеріальні клітини недостатньо ефективно фарбуються плямою Грама, для візуалізації цього збудника необхідно використовувати інші методи фарбування, такі як процедура осаду срібла Warthin-Starry. Розроблено експрес-діагностичний тест, який виявляє наявність антигену Legionella в сечі пацієнта; результати займають менше 1 години, а тест має високу селективність і специфічність (більше 90%). На жаль, тест працює лише для одного серотипу L. pneumophila (тип 1, серотип, відповідальний за більшість інфекцій). Отже, виділення та ідентифікація L. pneumophila з мокротиння залишається визначальним тестом для діагностики.

Після діагнозу хворобу Легіонера можна ефективно лікувати фторхінолоном та макролідними антибіотиками. Однак хвороба іноді буває смертельною; близько 10% пацієнтів помирають від ускладнень. ¹¹ Наразі вакцини немає.

Вправа\(\PageIndex{8}\)

• Чому хвороба легіонерів пов'язана з системами кондиціонування?
• Як Legionella pneumophila обходить імунну систему?

Q Лихоманка

Зоонозна хвороба Q лихоманка викликається рикетсією, Coxiella burnetii. Основними резервуарами для цієї бактерії є домашня худоба, така як велика рогата худоба, вівці та кози. Бактерія може передаватися кліщами або через вплив сечі, калу, молока або навколоплідних вод зараженої тварини. У людини первинний шлях зараження - вдихання забруднених аерозолів фермерського двору. Тому це значною мірою професійне захворювання фермерів. Люди гостро чутливі до C. burnetii - інфекційна доза, за оцінками, становить лише кілька клітин. ¹² Крім того, організм витривалий і може тривалий час виживати в сухому середовищі. Симптоми, пов'язані з гострою лихоманкою Q, включають високу температуру, головний біль, кашель, пневмонію та загальне нездужання. У невеликої кількості пацієнтів (менше 5% ¹³) стан може стати хронічним, часто приводячи до ендокардиту, який може призвести до летального результату.

Діагностувати рикетсіальну інфекцію шляхом культивування в лабораторії важко і небезпечно через легку аерозолізацію бактерій, тому зазвичай використовуються ПЛР та ІФА. Доксициклін - препарат першої лінії для лікування гострої лихоманки Q. При хронічній лихоманці Q доксициклін часто поєднується з гідроксихлорохіном.

Бактеріальні захворювання дихальних шляхів

Численні збудники можуть викликати інфекції дихальних шляхів. Багато з цих інфекцій викликають подібні ознаки та симптоми, але відповідне лікування залежить від точного діагнозу за допомогою лабораторних досліджень. Таблиці на малюнку\(\PageIndex{11}\) та малюнку\(\PageIndex{12}\) узагальнюють найважливіші бактеріальні респіраторні інфекції, причому останні зосереджені саме на формах бактеріальної пневмонії.

Малюнок\(\PageIndex{11}\): Бактеріальні інфекції дихальних шляхів

Малюнок\(\PageIndex{12}\): Бактеріальні причини пневмонії

Ключові поняття та резюме

• Найрізноманітніші бактерії можуть викликати респіраторні захворювання; більшість з них піддаються лікуванню антибіотиками або запобігають вакцинами.
• Streptococcus pyogenes викликає стрептокок у горлі, інфекцію глотки, яка також викликає високу температуру і може призвести до скарлатини, гострої ревматичної лихоманки та гострого гломерулонефриту.
• Гострий середній отит - це інфекція середнього вуха, яка може бути викликана декількома бактеріями, включаючи Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae та Moraxella catarrhalis. Інфекція може блокувати євстахієві труби, приводячи до отиту з випотом.
• Дифтерія, викликана Corynebacterium diphtheriae, зараз є рідкісним захворюванням через широко поширену вакцинацію. Бактерії виробляють екзотоксини, які вбивають клітини в глотці, що призводить до утворення псевдомембрани; і пошкоджують інші частини тіла.
• Бактеріальна пневмонія виникає в результаті інфекцій, які викликають запалення і скупчення рідини в альвеолах. Найчастіше викликається S. pneumoniae або H. influenzae. Перший, як правило, мультимедикаментозний резистентний.
• Мікоплазматична пневмонія є наслідком зараження Mycoplasma pneumoniae; вона може швидко поширюватися, але хвороба є легкою і самообмежується.
• Хламідійна пневмонія може бути викликана трьома збудниками, які є облігатними внутрішньоклітинними паразитами. Chlamydophila pneumoniae зазвичай передається від зараженої людини, тоді як C. psittaci зазвичай передається від зараженої птиці. Хламідіоз трахоматіс, може викликати пневмонію у немовлят.
• Кілька інших бактерій можуть викликати пневмонію у людей з ослабленим імунітетом та хворих на муковісцидоз.
• Туберкульоз викликається мікобактерією туберкульозу. Інфекція призводить до вироблення захисних горбків в альвеолах і кальцинованих комплексів Ghon, які можуть тривалий час зберігати бактерії. Антибіотикорезистентні форми поширені, а лікування, як правило, тривале.
• Коклюш викликається кашлюком Bordetella. Скупчення слизу в легенях призводить до тривалих сильних епізодів кашлю (коклюшу), які полегшують передачу. Незважаючи на наявну вакцину, спалахи все ще поширені.
• Хвороба легіонерів викликана інфекцією з екологічних резервуарів бактерії Legionella pneumophila. Бактерія є ендоцитарною в макрофагах, і інфекція може призвести до пневмонії, особливо серед людей з ослабленим імунітетом.
• Q лихоманка викликається Coxiella burnetii, основними господарями якої є одомашнені ссавці (зоонозна хвороба). Він викликає пневмонію в першу чергу у працівників сільського господарства і може призвести до серйозних ускладнень, таких як ендокардит.

Виноски

1. 1 WL Lean та ін. «Експрес-діагностичні тести при стрептококовому фарингіті групи А: мета-аналіз». Педіатрія 134, № 4 (2014) :771—781.
2. 2 г. Уорролл. «Гострий середній отит». Канадський сімейний лікар 53 № 12 (2007) :2147—2148.
3. 3 КД Кочанек та ін. «Смерть: остаточні дані за 2014 рік». Національні звіти статистики життєдіяльності 65 немає 4 (2016).
4. 4 SM Кеніг та ін. «Пневмонія, асоційована з вентилятором: діагностика, лікування та профілактика». Клінічна мікробіологія огляди 19 немає. 4 (2006) :637—657.
5. 5 Р. Сорде та ін. «Лікування рефрактерної інфекції синьогнійної палички при муковісцидозі». Інфекції та стійкість до наркотиків 4 (2011) :31—41.
6. 6 Центри з контролю та профілактики захворювань. «Туберкульоз (туберкульоз). Дані та статистика». http://www.cdc.gov/tb/statistics/default.htm
7. 7 D. Сайні та ін. «Наднизька доза аерозолю Mycobacterium tuberculosis створює часткову інфекцію у мишей Туберкульоз 92 № 2 (2012) :160—165.
8. 8 Г. Каплан та співавт. «Ріст мікобактерій туберкульозу на поверхні порожнини: мікросередовище з невдалим імунітетом». Інфекція та імунітет 71 no. 12 (2003) :7099—7108.
9. 9 Центрів контролю та профілактики захворювань. «Заключний звіт про спостереження за кашлюком за 2012 рік». 2015 рік. http://www.cdc.gov/pertussis/downloa...eport-2012.pdf. Доступ до 6 липня 2016 року.
10. 10 центрів контролю та профілактики захворювань. «Попередній звіт про спостереження за кашлюком за 2015 рік.» 2016. http://www.cdc.gov/pertussis/downloa...rovisional.pdf. Доступ до 6 липня 2016 року.
11. 11 Центрів з контролю та профілактики захворювань. «Легіонела (хвороба легіонерів та понтіакська лихоманка: діагностика, лікування та ускладнення)». http://www.cdc.gov/legionella/about/diagnosis.html. Доступ до 14 вересня 2016 року.
12. 12 WD Тигерт та ін. «Повітряно-крапельна лихоманка Q». Бактеріологічні огляди 25 № 3 (1961) :285—293.
13. 13 Центри з контролю та профілактики захворювань. «Лихоманка. Симптоми, діагностика та лікування» 2013 р. http://www.cdc.gov/qfever/symptoms/index.html. Доступ до 6 липня 2016 року.