Микробиология столбняка
Столбняк – острая токсическая раневая инфекция, характеризующаяся поражением нейротоксином двигательных клеток спинного и головного мозга, которое проявляется в виде судорог поперечнополосатой мускулатуры.
Столбняком болеют люди и различные виды сельскохозяйственных животных. Наиболее восприимчивы к нему в естественных условиях лошади и мелкий рогатый скот. Возбудитель столбняка – Clostridium tetani – был открыт в 1883 г. Н. Д. Монастырским и в 1884 г. А. Николайером. Оба они сообщили о своих открытиях в 1885 г. В чистой культуре возбудитель был получен в 1889 г. С. Китазато. C. tetani – прямая палочка длиной 2,4 – 5,0 мкм, диаметром 0,5 – 1,1 мкм, иногда образующая длинные нити. Большинство штаммов подвижно (перитрихи). Споры круглые, располагаются терминально, придавая возбудителю вид булавки или барабанной палочки (см. цв. вкл., рис. 105). Грамположительна, но в старых культурах становится грамотрицательной. Капсулы не образует. Содержание Г + Ц в ДНК – 25 мол %. Оптимальная температура для роста 37 °C (диапазон роста 14 – 45 °C). На питательном бульоне (среде Китта – Тароцци) рост медленный с равномерным помутнением и редким газообразованием (сахаролитическими свойствами не обладает, лишь редкие штаммы ферментируют глюкозу). Культура издает своеобразный неприятный запах выгребной ямы. На кровяном агаре колонии размером 4 – 6 мм, круглые, плоские, с неровными краями, полупрозрачные, серые, нередко в виде переплетающихся нитей, напоминающих паучков; вокруг колоний – зона гемолиза. В столбике агара колонии в виде комочков ваты. C. tetani обладает слабыми протеолитическими свойствами, медленно гидролизует желатин, молоко свертывает к 4 – 7-му дню в виде мелких хлопьев, затем наступает его пептонизация; не образует индола, восстанавливает нитраты в нитриты.
Антигенное строение. Возбудитель столбняка имеет О– и Н-антигены. По Н-антигену различают более 10 серотипов, однако все они образуют одинаковый экзотоксин.
Факторы патогенности. Главным фактором патогенности C. tetani, определяющим патогенез и клинику столбняка, является вырабатываемый им сильнейший экзотоксин. Смертельная доза его для человека составляет менее 2 нг/кг массы тела. Экзотоксин состоит из двух фракций – тетаноспазмина (нейротоксина) и тетанолизина (разрушает эритроциты).
Тетанолизин выделяется из клеток с первых дней развития культуры с помощью механизма активного транспорта. Тетаноспазмин через клеточную стенку клостридий не проходит, а выделяется в культуральную жидкость лишь при распаде микробных клеток, главным образом в фазе их ускоренной гибели, поэтому он накапливается в бульонной культуре к 5 – 7-му дню инкубации.
Тетаноспазмин синтезируется внутриклеточно в виде неактивного протоксина – одноцепочечного полипептида, имеющего м. м. 150 кД. Превращение протоксина в активный нейротоксин происходит после лизиса микробной клетки и осуществляется бактериальной протеазой, которая разрезает полипептид на две части. Активный внеклеточный нейротоксин («разрезанный» токсин) состоит из двух связанных между собой дисульфидными связями цепей: легкой – L (около 50 кД) и тяжелой – Н (около 100 кД). Н-цепь, по-видимому, выполняет акцепторную роль рецепторами для токсина являются три– и дисиалоганглиозиды мембран аксонных окончаний. Предполагается, что по аналогии с дифтерийным экзотоксином, состоящим также из Н– и L-цепей, которые образуются при разрезании исходной полипептидной цепи токсина, L-цепь обладает какими-то ферментативными свойствами, опосредующими биологическую активность нейротоксина. Взятые сами по себе L– и Н-цепи не токсичны, но после реассоциации молекулы токсина его токсичность восстанавливается. Мишенью токсина служит везикулоассоциированный мембранный белок синаптобревин.
Непосредственно из крови в центральную нервную систему из-за наличия гематоэнцефалического барьера столбнячный токсин проникнуть не может. Он специфически связывается с нервными клетками в области их мионевральных синапсов. Его взаимодействие с нервной клеткой происходит через четыре стадии: 1) связывание с рецептором; 2) связывание с мембранами нервных клеток, которое заключается в том, что вначале токсин фиксируется ганглиозидом, а затем комплекс токсин + ганглиозид латерально перемещается к белковому рецептору и связывается с ним; 3) энергозависимый процесс проникновения токсина в цитозоль клетки, осуществляемый опосредованным рецептором эндоцитозом; 4) продвижение по аксону со скоростью ? 1 см/ч. Продвижение токсина вверх по спинному или продолговатому мозгу может происходить от нейрона к нейрону только в области синапсов, так как оболочка нейронов практически непроницаема для молекул токсина. Кроме того, нейроны изолированы друг от друга клетками глии. Токсин накапливается в центральной нервной системе в основном в двигательных зонах спинного и головного мозга, за исключением переднего мозга и мозжечка. Конечный результат действия столбнячного токсина заключается в том, что он блокирует синаптическую передачу: тормозит освобождение таких медиаторов, как глицин, ацетилхолин, норадреналин, ?-аминомасляная кислота, и вызывает нервно-мышечную патологию. Возможно также, что повреждаются и иные, а не только синаптические структуры.
Тетанолизин – мембранотропный токсин, он разрушает эритроциты и, возможно, другие клетки. Штаммы C. tetani отличаются выраженной гетерогенностью по признаку гемолитической активности. Роль тетанолизина в патогенезе столбняка до сих пор не имеет однозначного объяснения. Однако, вызывая гемолиз и подавляя фагоцитоз, тетанолизин, несомненно, способствует распространению возбудителя в организме и продукции им токсинов.
Резистентность. Вегетативные формы C. tetani не отличаются особой устойчивостью. При кипячении они разрушаются в течение 5 мин. Напротив, споры C. tetani обладают исключительно высокой резистентностью к различным физическим и химическим воздействиям. Для их разрушения требуется кипячение в течение 1 – 3 ч;
автоклавирование при температуре 120 °C они переносят до 40 мин. Споры не чувствительны к низким температурам, к рассеянному солнечному свету. 1 % раствор сулемы, формалина, 5 % раствор фенола уничтожают их через 12 – 14 ч, они практически не чувствительны к химиотерапевтическим препаратам. В высушенном состоянии споры cохраняют жизнеспособность несколько десятков лет, в почве сохраняются длительное время, а при благоприятных условиях могут в ней прорастать и размножаться. Поэтому почва, особенно загрязненная испражнениями животных и человека, является неиссякаемым резервуаром C. tetani и постоянным потенциальным источником заражения людей и животных столбняком.
Особенности эпидемиологии. Возбудитель столбняка распространен повсеместно в почве и других объектах внешней среды на различных территориях Земного шара, поэтому проблема столбняка имеет глобальное значение. Больной столбняком человек неконтагиозен – передачи возбудителя столбняка от больного не происходит. Основным путем заражения столбняком является проникновение возбудителя через поврежденные кожные покровы и слизистые оболочки. Местом входных ворот служат различные раны: огнестрельные, колотые, резаные, занозы, потертости, ожоги, обморожения, травмированные родовые пути (послеродовый или послеабортный столбняк), операционные раны при инфицировании их руками, инструментами или перевязочным материалом и т. п. Иногда травма настолько ничтожна, что входные ворота остаются необнаруженными (криптогенный столбняк). Особенно серьезную глобальную проблему представляет столбняк новорожденных (tetanus neonatorum). Он связан с тем, что в целом ряде развивающихся стран при обработке пуповины применяют такие традиционные методы (при родах на дому), как использование золы, земли, глины, навоза, помета птиц, порошков, приготовленных из различных растительных продуктов и других субстратов, которые часто содержат споры C. tetani. Попадая через пупочный канатик, они и служат причиной столбняка новорожденных. Летальность при этой форме столбняка составляет в среднем 85 % и достигает максимальных значений на 6 – 8-й день жизни больного ребенка. По оценке ВОЗ, в 1980-х гг. ХХ в. ежегодно в развивающихся странах от столбняка новорожденных умирало более 1 млн детей, а общее число случаев столбняка в них составляло более 2,5 млн.
Патогенез и клиника. Столбняк представляет собой классическую токсическую инфекцию, патогенез и клиника которой обусловлены действием экзотоксина возбудителя. При заражении лабораторных животных чистым токсином развивается такая же болезнь, как и при инфицировании возбудителем. В клинической картине столбняка ведущими симптомами являются: 1) тоническое сокращение поперечнополосатой мускулатуры и 2) повышенная рефлекторная возбудимость от внешних раздражений. Картина столбняка у человека и крупных животных отличается от таковой у мелких лабораторных животных – белых мышей и морских свинок. Инкубационный период после заражения белых мышей в среднем составляет 24 – 36 ч, а морских свинок – 48 ч. Заболевание у них развивается по типу восходящего столбняка (tetanus ascendens): при подкожном заражении в область задних конечностей у них отмечаются сначала местные явления (нога держится в вытянутом положении, при движении беспомощно волочится, хвост изогнут и ригидный), потом спастические сокращения охватывают мускулатуру одноименной половины туловища, а затем противоположную, и животное погибает при явлениях общего столбняка.
В противоположность этому у человека и крупных животных последовательность поражения мышечных групп не связана с местом локализации входных ворот, болезнь протекает по типу нисходящего столбняка (tetanus descendens).
Инкубационный период при столбняке у человека составляет в среднем 6 – 14 дней, но может варьировать от 1 – 3 дней до месяца и более, и чем короче инкубационный период, тем тяжелее протекает болезнь. Раньше всего наступает спазм жевательной мускулатуры (тризм) и затылочных мышц. Затем поражаются мышцы лица, – у больного появляется вынужденная («сардоническая») улыбка. Далее наступает спазм мускулатуры туловища и конечностей. Вследствие того что спастическое сокращение разгибательной мускулатуры спины выражено сильнее, чем сгибательных мышц живота, больной лежит, опираясь только на затылок и таз. В связи с повышенной рефлекторной возбудимостью пораженных токсином двигательных центров малейшее раздражение вызывает тетанические (клонические) судороги по-
перечно-полосатой мускулатуры, в результате чего тело приобретает «столбообразное состояние» с выгибанием позвоночника дугой (опистотонус). Больной находится в ясном сознании. Смерть наступает от паралича сердца либо от асфиксии вследствие поражения мышц гортани, межреберных мышц и диафрагмы. Повышение температуры бывает не всегда. При столбняке новорожденных первым симптомом является отказ ребенка от груди в связи с сокращением челюстных мышц, затем у ребенка возникает типичная «поза лягушонка»: он лежит на спине с запрокинутой головой, с согнутыми и подтянутыми к туловищу ногами, на лице – страдальческое выражение. При послеоперационном и послеабортном столбняке нередко наблюдается молниеносное течение заболевания, при котором смерть наступает от паралича дыхательного центра или сердечной недостаточности раньше, чем успевают развиться характерные симптомы болезни. Летальность при этих формах и столбняке новорожденных наиболее высока – до 90 %.
Постинфекционный иммунитет стойкий и длительный, опосредуется главным образом, судя по эффективности искусственной иммунизации, антитоксинами, клетками иммунной памяти и повышением фагоцитарной активности.
Лабораторная диагностика. При типичной клинической картине лабораторную диагностику можно не проводить. Необходимость в ней возникает при спорных и неясных случаях, а также в случаях, когда требуется подтверждение диагноза после операций, абортов, родов на дому без медицинской помощи, при обследовании перевязочного и шовного материала, образцов почвы и т. п. Бактериологическая диагностика столбняка заключается в выделении и идентификации возбудителя и в обнаружении его токсина в исследуемом материале. Для исследования берут от больных кусочки ткани из мест проникновения возбудителя в организм, экссудат, инородное тело, тампоны из раны. При послеродовом или послеабортном столбняке исследуют выделения и ткани из влагалища и матки, при столбняке новорожденных – выделения из пупочного канатика. При исследовании умерших берут материал из раны, воспалительных очагов, старых рубцов, а также кровь, печень, селезенку и легкие, куда возбудитель может быть занесен кровью.
Микробиологическая диагностика включает в себя следующие этапы:
1) бактериоскопия исходного материала;
2) посев для выделения возбудителя и его идентификации;
3) обнаружение столбнячного токсина.
Выделение C. tetani из патологического материала или других образцов проводят по обычной для строгих анаэробов схеме, используя различные плотные и жидкие среды, а идентификацию – на основе морфологических, культуральных, биохимических и токсигенных свойств. Специально для выделения C. tetani П. Филдсом предложен следующий метод: исследуемый материал засевают в каплю конденсационной жидкости на дне пробирки с косячком из кровяного или сывороточного агара. Обычно через 18 – 24 ч инкубации при температуре 37 °C в анаэробных условиях C. tetani благодаря своему ползучему росту, обусловленному жгутиками, образуют тонкую пленку по всей скошенной поверхности среды. Для получения чистой культуры производят 3 – 5 таких пересевов.
Наиболее простым и эффективным методом микробиологической диагностики столбняка является биологическая проба на белых мышах. С этой целью исследуемый материал (растертые в физиологическом растворе кусочки некротизированной ткани, гной и иной материал) или фильтрат изучаемой культуры делят на две фракции. Одну из них смешивают с антитоксической сывороткой и оставляют смесь при комнатной температуре на 40 мин (для нейтрализации токсина). После этого заражают белых мышей нативным материалом и смесью его с антитоксической сывороткой. При наличии в нативном материале столбнячного токсина опытные мыши погибают; контрольные мыши, которым вводят смесь нативного материала с антитоксином, остаются живыми. Для обнаружения столбнячного токсина может быть использована РПГА с антительным эритроцитарным диагностикумом.
Лечение. Для специфического лечения столбняка применяют противостолбнячную антитоксическую сыворотку, получаемую путем гипериммунизации лошадей столбнячным анатоксином и токсином. Сыворотка применяется в дозе 350 МЕ/кг веса больного. Сыворотку вводят после десенсибилизации внутримышечно (или внутривенно, это должно быть указано в инструкции). Лечение начинают при появлении первых симптомов столбняка, сыворотку вводят повторно до исчезновения рефлекторных судорог. Получен иммунохимически чистый столбнячный антитоксин, который, благодаря более высокой удельной активности и более длительной персистенции в организме, обеспечивает терапевтический эффект лучше, чем антитоксическая сыворотка, очищенная методом Диаферм-3. Хороший терапевтический эффект дает и гомологичный иммуноглобулин, т. е. иммуноглобулин людей, иммунизированных против столбняка. Серотерапию необходимо сочетать с антибиотикотерапией (пенициллины, цефалоспорины).
Специфическая профилактика столбняка включает два вида мероприятий.
1. Проведение плановой активной иммунизации детей и взрослых против столбняка.
2. Экстренная иммунопрофилактика в связи с травмами.
Активная иммунизация населения. Ее начинают с детей 3 – 5-месячного возраста столбнячным анатоксином, чистым или в комбинации с другими иммунопрепаратами, чаще всего в виде вакцины АКДС (анатоксины столбняка, дифтерии и убитые коклюшные палочки) по соответствующей схеме, а затем через каждые 5 – 10 лет проводят ревакцинацию. Прививки по этой схеме обеспечивают иммунитет против столбняка на протяжении всей жизни и избавляют от необходимости вводить при травмах антитоксическую сыворотку. По расширенной программе иммунизации (РПИ) ВОЗ все дети на первом году жизни должны быть обязательно привиты против столбняка и ряда других инфекций, а столбняк новорожденных должен был быть ликвидирован к 1995 г. благодаря иммунизации женщин детородного возраста, в первую очередь беременных, в развивающихся странах столбнячным анатоксином (2 – 3 прививки).
Экстренная иммунопрофилактика столбняка производится при травмах и, в зависимости от предшествующих прививок анатоксином, осуществляется в виде либо пассивной иммунизации (вводится однократно 3000 МЕ антитоксической сыворотки); либо активно-пассивной иммунизации (вводится столбнячный анатоксин и через 30 мин другим шприцем и в другой участок тела 3000 МЕ сыворотки или 950 МЕ гомологичного иммуноглобулина); либо экстренной ревакцинации столбнячным анатоксином. Пассивная серопрофилактика ненадежна, так как защитный уровень введенного антитоксина (0,01 МЕ/мл крови) сохраняется меньше, чем может быть срок инкубационного периода при столбняке.
Лица, которые прошли полный курс иммунизации против столбняка любым препаратом, содержащим столбнячный анатоксин, при травмах подлежат только экстренной ревакцинации анатоксином без одновременного введения антитоксической сыворотки или гомологичного иммуноглобулина. Лицам, которые не получили полного курса иммунизации против столбняка или вообще не прививались против него, при травмах проводят активно-пассивную профилактику.
