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細菌的生物學特性


細菌的生物學特性

        【細菌的形態與構造】

        細菌(Bacteria)是一類具有細胞壁的單細胞生物;屬於原核細胞型微生物。各種細菌在一定環境條件下,有相對恆定的形態和結構。了解細菌形態結構特點,對於鑑別細菌、診斷疾病和研究細菌的致病性與免疫性,都具有重要意義。

        細菌的大小與形態:

        細菌體積微小,通常以微米(Micrometer簡寫為um,等於1/1000mm)為測量大小的單位。一般需用顯微鏡放大幾百倍才能看到。

        根據細菌的基本形態可將之分成三類:球菌、桿菌和彎曲狀菌。 
        (1)球菌(Coccus):單個球菌呈球形或近似球形,直徑約1um。根據菌細胞分裂的方向和分裂後排列方式又可分為: 
        1.雙球菌:細菌在一個平面上分裂,分裂後兩個成對排列,如腦膜炎球菌。 
        2.鏈球菌:在一個平面上分裂,分裂後菌體相連呈鏈狀排列,如溶血性鏈球菌。 
        3.葡萄球菌:在多個平面上分裂,分裂後菌體堆積呈葡萄狀,如金黃色葡萄球菌。 
        也有的球菌在兩個或三個互相垂直的平面上分裂,並排列成四聯球菌或八疊球菌。 
        (2)桿菌(Baci11us):菌體一般呈直桿狀,有的細長或稍彎曲。桿菌種類很多,大小形狀很不一致。大桿茵如炭疽桿菌長約3~10um,中等大小的桿菌如大腸桿菌長約2~3um,小桿菌如流感桿菌長約.7~1.5um。大多數桿菌兩端鈍圓,少數兩端平齊(如炭疽桿菌)。有的兩端膨大呈棒狀(如白喉桿菌)。桿菌多單獨存在,有的也可成對或成鏈狀排列。 
        (3)彎曲狀菌(Curved or Spira1 forms)菌體呈彎曲狀。 
        1.弧菌(Vibrio):菌體只有一個彎曲呈弧形,如霍亂弧菌。 
        2.螺菌(Spiri11a):菌體有數個彎曲,較為堅韌,如鼠咬熱螺菌。 
        3.彎曲菌(Campylobacter):菌體有單個或多個彎曲,如空腸彎曲菌。

        細菌在適宜條件下,保持其固有的典型形態。當環境條件變化時,其形態可發生改變,可出現多形態或細胞壁缺陷菌。

        細菌細胞的構造:

        細菌的基本構造:即各種細菌都具有的細胞結構,包括細胞壁(Cell wall)、細胞膜(Cytoplasmic membrane)、細胞質(Cytoplasma)、核質(Nuclear)

        細胞壁包圍在細胞膜之外,堅忍而有彈性。主要功能是維持細菌的外形,並對細菌起保護作用。

        細胞膜是位於細胞壁內緊包在細胞質外面一層柔軟而富有彈性的薄膜,在營養物質轉運、能量代謝、生物合成等方面具有重要作用。由細胞膜內陷摺疊而形成的膜狀結構為中介體(Mesosome),它擴大了膜的面積,相應的增加了黴的含量,內含有大量氧化還原黴,與細菌呼吸有關,故稱為擬線粒體

        細胞質為位於細胞膜內的溶膠狀物質,其中含有多種黴系統,是進行新陳代謝的重要場所。

        細胞質內還含有多種重要成分:質粒(Plasmid)、核蛋白體(Ribosome)、內含小體(Inclusion body)、核質(Nuclear material),或稱擬核(Nucleoid)

        細菌的特殊構造:即某些細菌所特有的構造,包括莢膜(Capsule)、鞭毛(Flagella)、菌毛(Fimbriae Pill)、芽胞(Spore)

        莢膜是某些細菌分泌的粘液並包圍在細胞壁外面形成的肥厚的粘液層,其主要功能是保護細菌抵抗吞噬細胞的吞噬和消化,從而增強細菌對宿主的侵襲力。莢膜具有特異的抗原性故可以作為鑑定細菌的依據。

        鞭毛是許多細菌的表面具有的細長彎曲的絲狀物。它是細菌的運動器官。各種細菌的動力與各鞭毛具有的特異的抗原性(稱H抗原),在細菌鑑別分類上有重要價值。 
菌毛是存在於細菌表面纖細、短而直的毛狀結構,在電子顯微鏡下才能看到,它與細菌的致病力有關。

        芽胞是指某些細菌在一定的條件下,細胞質脫水濃縮,外面包以緻密的厚膜,形成的一個圓形或卵圓形小體。不同細菌的芽胞的形狀、大小和位置各不相同,可作為鑑別細菌的依據之一。芽胞對熱、乾燥、化學消毒劑及輻射等均有很強的抵抗力(如有的芽胞耐煮沸數小時)芽胞在自然界可長期存活,成為某些傳染病的重要傳染來源(如破傷風桿菌)。殺死芽胞的最有效的方法是高壓蒸汽滅菌法。

        細菌形態學檢查法原則:

        細菌染色技術和光學顯微鏡觀察是細菌形態學檢查最重要和普遍應用的方法。

        細菌在光學顯微鏡下檢查時,首先要根據不同的目的,將細菌製成染色標本或不染色標本。

        染色標本法是將細菌經過染色後,清楚地觀察其形態學特徵,或利用細菌的染色反應,以助鑑別和分類。包括單染色法、革蘭染色法(Gram’s stain)、抗酸染色法(Acid-fast stain)、特殊染色法。

        常用的不染色標本法有懸滴法、壓滴法、暗視野映光法,主要用於觀察細菌的動力。

        還有各種特殊顯微鏡檢查法用以觀察活菌或細菌的微細結構,如暗視野顯微鏡、相差顯微鏡、螢光顯微鏡和電子顯微鏡等。

        【細菌的生理】

        本節內容包括細菌的營養、代謝、生長繁殖等生理活動規律,及人工培養細菌的原則等,研究細菌生理,對了解細菌的致病作用、藥物抗菌機理、人工培養細菌和利用細菌以及傳染病的診斷和防治都有重要意義。

        細菌的營養:

        各種細菌的生理功能差別很大,因而各自的營養需要也不一致。有些細菌可利用二氧化碳、碳酸鹽等無機物作為碳源,以無機氮、硝酸鹽為氮源,稱為自養菌;有些細菌則必須以有機碳化合物作為碳源和能源,以有機含氮營養物為氮源(少數可利用無機氮化物),稱為異養菌。異養菌必須依賴其他生物提供所需營養物質才能生活,所以是寄生性的,致病菌屬於異養菌。

        細菌細胞的化學組成和其他生物細胞大體相同,還含有一些細菌特有的化學物質,如汰聚糖、磷壁酸、二氨基庚二酸、比啶二梭酸等。細菌細胞的化學成分反映出它們生長的主要物質需要。其所需營養物質為水、氮源、碳源、無機鹽和生長因子等。 
        (1)水:水是細菌細胞的主要組成部分。細菌的吸收、滲透、分泌和排洩都以水為媒介,各種生化反應也都必需有水才能進行。 
        (2)氮源:細菌細胞中的蛋白質和核酸,是主要的含氮化合物,這些化合物在菌體內不斷被利用、消耗和更新,因此必需從周圍環境中攝取含氮物質加以利用。各種細菌所需要的氮源很不相同。致病菌必須從有機氮化物中攝取氮,如蛋白質、各種氨基酸等。 
        (3)碳源:含碳化合物有兩種營養功能,一方面作為碳源用於合成菌體的糖類、脂類和氨基酸等,同時也作為能源。致病菌主要以糖為碳源,有機酸、氨基酸亦可為碳源。 
        (4)無機鹽類:細菌所需無機鹽中有鉀、鈉、鈣、鎂、硫、磷、鐵等。它們除參與構成菌體成分外,尚可維持滲透壓、調節氫離子濃度,以及激活或組成細菌的黴類。其中磷含量較多,可參與組成核酸、磷脂、某些輔黴以及ATP係統的能量基質。 
        (5)生長因子:許多細菌除以上各種營養物質外,還需要一些生長因子。生長因子是一類需要量很少的有機化合物,主要是B族維生素,多屬輔黴或輔基的成分,如硫胺素、核黃素、泛酸、比多醇、煙酸等。此外少數細菌還需要X因子和V因子(均可從血液中獲得)。X因子可能是氯化高鐵血紅素,V因子是輔黴I(NAD),二者都是細胞呼吸所需要的物質。

        細菌生長繁殖的條件:

        (1)營養物質:細菌生長繁殖所需營養物質已如前述。此外,尚需其他一些條件。 
        (2)酸鹼度:大多數細菌最適酸鹼度為pH7.2~7.6,此時黴活性較強,生長旺盛。個別細菌在鹼性環境中生長良好,如霍亂弧菌。 
        (3)溫度:不同種類的細菌,其最適生長溫度相差較大。多數為嗜溫菌(在15~40°C)均能生長)。寄生在人體的細菌即以宿主體溫(37°C)為適宜生長的溫度,因此實驗室採用37°C培養細菌。 
        (4)氣體:與細菌生長有關的氣體主要是氧氣和二氧化碳。二氧化碳在細菌代謝過程中很重要,它與有機酸結合後生成多一個梭基的酸,對細菌的中間代謝有著重要作用,如丙酮酸梭化為草珗乙酸(CH3COCOOH2COCOOH),然後參與三梭酸循環,並可進而轉化為氨基酸、漂呤、嘧啶等。一般細菌在代謝中產生的二氧化碳即可滿足其需要。氧是培養細菌的一個重要因素,但對氧的需要因菌種不同而異。

        專性需氧菌(Aerobe):必須在有氧條件下生長,因為它們在進行氧化時,是以分子氧為受氫體,如結核桿菌、霍亂弧菌等。

        專性厭氧菌(Anaerobe):不能利用分子氧為受氫體,相反分子氧對它們有明顯的毒性,所以只能生活在無氧環境中,如破傷風桿菌、肉毒桿菌等。

        兼性厭氧菌(Facultive anaerobe),在有氧和無氧時都能生活,多數致病菌屬此。

        細菌的新陳代謝:

        細菌結構雖然簡單,但它的代謝活動與高等生物相似,也是各種物質的合成和分解過程。這些代謝作用都是由黴控制的一係列生物化學反應,但和其他生物相比,細菌具有代謝活躍和代謝的多樣性等特點。由於細菌個體微小,其表面積較大,因此菌細胞和環境之間的物質交換迅速,吸收與排洩都快,代謝非常活躍,繁殖率很高。

        細菌的黴:

        細菌的新陳代謝是在黴的催化作用下進行的,並受黴的控制和調節。各種細菌具有不同的黴係統,所以它們的代謝方式、代謝產物、生長條件各不相同,形成各種細菌特有的生物學性狀。研究這些性狀有助於鑑定菌種和疾病的診斷。此外,許多重要的致病物質,往往是細菌所產生的黴。

        能量代謝:

        細菌的生命活動需要能量,這些能量主要通過生物氧化獲得。細菌的氧化方式主要是脫氫和失去電子。細菌的生物氧化類型,根據受氫體的性質而分為呼吸(Respiration)和發酵(Fermentation)

        呼吸是以無機物為受氫體的生物氧化過程,其中以分子氧為受氫體的稱為需氧呼吸,(在有氧條件下進行),以其他無機化合物(如硝酸鹽等)為受氫體的稱為厭氧呼吸(在無氧條件下進行)。發酵是以有機化合物為受氫體(也多在無氧條件下進行)。這幾種氧化形式都是產能代謝。大多數致病菌都只進行需氧呼吸和發酵。

        (1)需氧呼吸:是以分子氧為受氫體的產能(生成ATP)代謝過程。多數致病菌(包括需氧菌和兼性厭氧菌),均能進行需氧呼吸而獲得能量。 
        (2)發酵:是在無氧條件下進行的產能代謝過程,其供氫體和受氫體都是有機物質,有時最終受氫體就是碳源分解的有機副產品,所以很多細菌能利用葡萄糖作為碳源、能源,並以其分解的有機副產品作受氫體,以進行發酵性生長。專性厭氧菌和兼性厭氧菌都能進行發酵。

        細菌的代謝產物及其實際意義:

        細菌在分解和合成代謝中,能產生種種代謝產物,有些產物在醫療實踐上具有重要意義。 
        (1)糖和蛋白質的分解產物:各種細菌具有不同的黴,對糖和蛋白質的分解能力和代謝產物可有不同,利用這些特性來鑑別細菌,是常用的一種微生物學診斷方法,即細菌的生化反應。 
        包括糖的分解作用,各種細菌對糖類不同的分解能力有助於細菌的鑑別。 
        引垛(lndo1)的產生:有些細菌如大腸桿菌、變形桿菌等,含有色氨酸黴,可分解色氨酸生成引垛。腸道桿菌間可利用引垛試驗加以鑑別。 
        硫化氫的產生:有的細菌能分解胱氨酸產生硫化氫,如乙型副傷寒桿菌、變形桿菌等。硫化氫與培養基中的醋酸鉛(或硫酸亞鐵)生成硫化鉛(或硫化鐵),使培養基變黑,可作為鑑別的依據之一。 
        (2)合成性代謝產物:與致病性有關的合成代謝產物,包括毒素、熱原質、毒性黴等,將於後述。此外尚有抗生素、維生素、細菌素和色素等。 
        1.抗生素:抗生素多為放線菌或真菌在代謝中產生的一種抗生物質,能抑制和殺死某些生物細胞,如微生物、腫瘤細胞等。細菌產生的抗生素目前只有多粘菌素(Polymyxin)和桿菌汰(Bacitracin)等少數幾種。 
        2.維生素:人類腸道內的某些細菌,可合成維生素B6B12K2,而被人體所利用。 
        3.色素:某些細菌能產生色素,使菌落具有特徵性的顏色,有助於細菌的鑑別。如金黃色葡萄球菌能產生金黃色脂溶性色素(不溶於水),保持在菌細胞內,使菌落呈現金黃色。綠膿桿菌產生一種水溶性色素,擴散後使整個培養物呈綠色。 
        4.細菌素:細菌素(Bacteriocine)是某些細菌所產生的一類抗菌物質,其作用範圍較窄,僅對近緣關係的細菌有抗菌作用。由於作用的型特異性,可用於細菌的分型,如大腸菌素、綠膿菌素等。

        細菌的生長繁殖:

        (1)細菌繁殖的方式與速度:細菌通常以簡單的二分裂方式行無性繁殖。在適宜條件下,多數細菌繁殖很快,每20~30min分裂一次(一代),菌數即增長一倍,經過18~24h後,可形成肉眼可見的群體。但細菌不可能始終保持這樣的速度持續繁殖,因為受到營養物質的消耗或毒性代謝產物累積的限制,當培養到一定時間生長率即下降,以致完全終止。也有少數種類的細菌繁殖較慢,如結核桿菌增殖一代,約需l8h 
        (2)細菌的生長曲線:細菌在液體培養基中培養時,它們的生長繁殖過程有一定的規律性,以菌數的對數作縱坐標,生長時間作橫坐標,可得出一條生長曲線。

        細菌的生長過程大致可分為四個時期:遲緩期(Lag phase)、對數生長期(Logarithmic growth phase)、穩定期(Stationary phase)、衰退期(Dec1ine phase)

        細菌的人工培養:

        根據細菌生長的需要,提供適宜環境條件,進行人工培養,用以觀察和研究細菌的各種特性,這對於傳染病的診斷、流行病調查、生物制品的制備或其他醫藥工業的生產,都具有實際意義。

        培養基(Medium)是根據細菌的需要,將各種營養物質按適當比例調配而成。培養基種類很多,可按其成分,性狀或用途來命名,人工培養時可根據不同目的選用所需培養基。包括: 
        (1)基礎培養基:含有細菌所需要的基本營養成分,可供大多數細菌生長。 
        (2)營養培養基:是在基礎培養基中加入血清或血液、腹水、葡萄糖等,可使需要較高營養條件的細菌生長。 
        (3)鑑別培養基:在培養基中加入特定的作用底物(如某種糖類)和指示劑,以測定細菌對糖或蛋白質的分解能力及代謝產物。 
        (4)選擇培養基:利用細菌對於各種化學物質的敏感性不同,可於培養基中加入某種化學藥物,以抑制雜菌而有利於病原菌的生長。 
        實際上有些培養基是選擇鑑別培養基,如SS培養基,中國藍薔薇酸培養基就具有選擇與鑑別的二重性。 
        (5)厭氧培養基:設法除去培養基中的氧氣,並使之與空氣隔絕,厭氧菌即能生長。造成無氧環境的方法很多,如庖肉培養基(肉浸液加牛肉渣),由於肉渣中所合不飽和脂肪酸的氧化作用,能消耗氧氣,同時在培養基表面再加封凡士林或石蠟層等,杜絕空氣,以保持無氧狀態。

        【細菌的遺傳和變異】

        研究細菌的遺傳和變異,對於制備和改進減毒活疫苗、了解細菌耐藥性及其機理、識別非典型菌株等都具有重要意義。由於細菌的特性,常利用細菌及其質粒,來研究生物遺傳變變異的基本理論,以及作為遺傳工程的工具,如用大鼠胰島素基因,通過質粒(載體)移植於大腸桿菌內以生產胰島素等。

        遺傳和變異的物質基礎:

        遺傳和變異的物質基礎是菌體內的染色體和質粒,其化學本質是DNA。細菌的染色體就是它的核質DNA,是一個裸露、細長、捲曲盤繞的DNA分子,其中含有許多基因。質粒是細菌染色體外遺傳物質,游離存在於細胞質內,有些能整合入染色體內稱為附加體。

        細菌變異的現像:

        (1)細菌形態構造的變異:細菌在一定條件下,其形狀可發生變異; 
        (2)菌落變異:細菌的菌落有兩種類型,一是光滑型(Smooth typeS),此型菌落表面光滑、濕潤、邊緣整齊;另一是粗糙型(Rough typeR),菌落表面粗糙,乾而有皺紋,邊緣不整齊。多數細菌的典型菌落是光滑型,其毒力較強,當菌落從光滑型變為粗糙型(S-R變異),同時細菌的毒力、生化反應性、抗原性等也發生改變; 
        (3)毒力變異:表現為毒力的減弱或增強; 
        (4)耐藥性變異:細菌對藥物的敏感性發生變異。 
細菌變異的機理:按其本質可分為非遺傳性變異和遺傳性變異,前者是只發生表型改變,在不改變基因的情況下發生變異;後者是由於基因型發生改變所引起,能相對穩定的遺傳,包括突變、基因轉移和重組。

        細菌變異在疾病的預防、診斷、治療中均有重要意義。

        【細菌的分佈】

        細菌在人體的分佈: 
        人體的正常菌群(叢):人的體表及其與外界相通的腔道,存在一定種類和數量的細菌,在正常情況下,它們對宿主是無害的,有的甚至是有益的,這一類細菌通常稱為正常菌群(實際是正常微生物群)。正常菌群是細菌與細菌及細菌與宿主之間,在共同進化過程中形成相互依賴、相互制約的生態學體係。

        寄居在人體的正常菌群一般不致病,但當機體抵抗力減弱或細菌進入本來不棲居的部位或其他誘因,它們可轉化為內源性傳染的致病菌,這類細菌通常稱為條件致病菌或機會致病菌(Opportunistic bacteria)

        人出生前是無菌的,出生不久就被各種正常菌群成員定植。正常菌群在宿主體內的定植,是正常菌群與宿主相互作用的生態學現象。細菌只有進入特異性部位,並具有一定的粘附力,才能定植。而宿主的不同區域,提供不同的生態環境,選擇建立不同的細菌(微生物)區係。因而在人體各個特定部位,其菌類和數量基本穩定。

        人體菌群失調:

        在正常情況下,人體的皮膚、口腔、鼻咽腔、腸道、尿道、陰道都有菌群。正常菌群、宿主與外界環境間在正常情況下,維持相對的生態平衡。這種平衡的紊亂,就將出現生態失調或菌群失調(Dysbiosis)。嚴重失調可出現臨床症狀稱為菌群失調症(Dysbacteriosis)或二重感染。

        菌群失調可表現為菌群比例失調,或定位轉移,或某些條件致病菌、外襲菌取代了正常菌群,使機體產生由菌群失調所致的損害。

        細菌在自然界的分佈:

        細菌及其他微生物在自然界分佈很廣,它們和周圍環境之間維持了比較穩定的生態平衡。由於外界環境複雜多樣,細菌的種類和分佈有很大差異。

        在土壤中、天然江、河、湖等水中、空氣中都有細菌存在,其種類、數量、消長及分佈均隨環境源不同而異。

        【外界因素對細菌的影響】

        自然界中多種物理、化學、生物學因素可對細菌產生不同的影響。通常可利用其對細菌的不利因素,以達到消毒、滅菌和治療的目的。

        滅菌(Steri1ization):是指用物理或化學方法殺滅物體上所有的微生物(包括致病的和非致病的、細菌繁殖體和芽胞)。

        消毒(Disinfection):是指殺死物體上病原微生物的方法,但不一定殺死所有的微生物。具有消毒作用的藥物稱為消毒劑(Disinfectant)

        防腐(Antisepsis):或稱抑,阻止或抑制微生物生長繁殖,以防止物品的腐敗,但不一定殺死微生物。用以防腐的藥物稱為防腐劑。有的化學藥品在高濃度時可為消毒劑,低濃度時即為防腐劑。

        無菌(Asepsis):是指沒有活菌存在的意思。防止細菌進入機體或物體的一係列操作方法稱無菌技術(或無菌操作)。

        物理因素對細菌的影響: 
        (1)熱力滅菌:是常用而可靠的滅菌方法,包括乾熱滅菌和濕熱滅菌。濕熱滅菌可引起菌體蛋白質變性和凝固,以及核酸降解,濕熱並可引起細胞膜的損傷,致使K+等物質漏出。乾熱滅菌除使蛋白質變性外,由於電解質濃縮也可對細菌產生毒性作用。細菌對熱力的抵抗力可由於細菌種類、發育時期及有無芽胞的不同而異。 
        高壓蒸氣滅菌法是滅菌效果最徹底的方法。高壓蒸氣滅菌器(Autoclave)是一密封的蒸鍋,蒸氣不能外溢,隨著蒸氣壓力增加,水的沸點上升,器內溫度升高,殺菌力也大為增強。 
        (2)低溫:細菌對寒冷有較強的耐受性,只有少數病原菌如腦膜炎球菌、流感桿菌耐受性較低。在低溫條件下,細菌的代謝緩慢,但仍能保持其生命,一旦溫度等條件適宜,又可恢復繁殖。因此一般細菌菌種常保存於冰箱(0~4°C)中。此外,應用冷凍真空乾燥法更適於長期保存菌種和病毒。 
        (3)紫外線:紫外線的波長在240~280nm時殺菌力最強,尤其在波長260nm部分細菌的DNA吸收最多。但紫外線穿透力較弱,只適用於空氣和物體表面的消毒。人工紫外線燈常用於手術室、傳染病房、燒傷病房和無菌室的空氣消毒。 
        (4)濾過除菌法:它是應用微細小孔的濾菌器(Filter),利用篩濾和吸附作用,將帶菌液體通過濾器使成為無菌濾液。常用於不耐高溫的血清、毒素、抗毒素、抗生素及藥液等的除菌。一般不能除去病毒、支原體和細菌的L型。濾菌器的種類很多。

        空氣中的細茵也可過濾除去。細菌實驗室等處應用的超淨工作台就是利用過濾除菌原理。

        化學因素對細菌的影響:

        許多化學藥物能抑制細菌的生長繁殖或殺死細菌,廣泛用作消毒劑、防腐劑或化學療劑。 
        (1)消毒防腐劑的作用原理:消毒防腐劑的種類很多,其殺菌或抑菌機理因其種類而不同,有:使菌體蛋白質變性或凝固,使細菌蛋白質發生變性或沉澱;干擾細菌的黴係統;改變細胞膜的通透性。 
        (2)常用消毒防腐劑的種類、濃度和用途見表。

        中草藥的抗菌作用:

        許多中草藥具有一定的抗菌效能。這些藥物不僅在體外試驗證實有抑菌作用,而且也傳統用於治療許多感染性疾病。它們具有抗菌譜廣、毒性低、過敏反應少及可以聯合應用等優點。抗菌中草藥種類繁多,例如在常用清熱解毒藥中,就有不少對大多數革蘭陽性菌和革蘭陰性菌具抗菌作用的藥物,如金銀花、連翹、大青葉、板藍根、黃連、黃柏、黃芩、螃蜞菊、虎杖、魚腥草、地丁、敗醬草、蒲公英、野菊花、地錦草、千裡光、馬齒莧、夏枯草、百蕊草、龍膽草、腫節風、山豆根等。

        【細菌的致病作用】

        細菌的種類很多,其中少數可引起人類疾病,稱為病原菌或致病菌(Pathogenic bacteria)

        細菌引起疾病的能力稱為致病性(Pathogenicity)。各種細菌的致病性強弱不同,即使同一菌種的不同菌株間也有差異,這種致病性的強弱程度通常以毒力(Virulence)來表示。

        如白喉桿菌等細菌就有強毒株和弱毒株之分。細菌的致病性是通過宿主機體而表現的,它和環境因素密切相關。病原菌侵入宿主體內生長繁殖,與機體相互作用中,引起機體不同程度的致病過程,稱為傳染(Infection)

        細菌致病的物質基礎:

        致病菌具有一定結構和代謝產物作為致病的物質基礎,包括侵襲力和毒素。

        侵襲力(Invasiveness):侵襲力指致病菌侵犯宿主組織和在其中繁殖、擴散的能力,其作用是多種多樣的,主要包括菌體表面結構,以及所產生的侵襲黴對機體自然防禦屏障的破壞作用等。 
        (1)菌體表面結構:細菌的莢膜具有抵抗吞噬細胞吞噬及體液中殺菌物質的作用。如肺炎球菌、炭疽桿菌等的侵襲力與莢膜形成有關。其他菌體表面結構如鏈球菌M蛋白、沙門菌的Vi抗原、大腸桿菌K抗原等,都有抗吞噬作用。此外,具有菌毛的細菌容易粘附於宿主的粘膜上皮細胞上,有助於進一步侵入細胞。如痢疾桿菌可藉菌毛附著於結腸粘膜上皮。 
        (2)殺白細胞素(Leucocidin):金黃色葡萄球菌和溶血性鏈球菌可產生殺白細胞素,它作用於吞噬細胞內的溶黴體顆粒,使其中的黴類向細胞質中釋放,分解胞內物質而致細胞死亡。 
        (3)黴類:細菌在代謝過程中能產生對機體具有侵襲作用的黴,有利於擴散。主要有以下幾種: 
        1.血漿凝固黴(Coagulase):大多數致病性葡萄球菌能產生血漿凝固黴,可加速人和兔血漿的凝固。凝固黴分兩種,一種是游離凝固黴,類似凝血黴原,被血漿中激活因子激活成凝血黴後,可促使血漿中纖維蛋白原變為纖維蛋白而凝固,形成纖維蛋白屏障阻礙吞噬。另一種是結合於菌細胞的凝聚因子,不需要激活,而是直接作用於纖維蛋白原,使之轉化為纖維蛋白,其所形成的纖維蛋白包蓋在菌體表面,不易被吞噬細胞所吞噬,即使被吞噬後,也不易被殺死。 
        2.透明質酸黴(Hya1uronidase):能分解機體結締組織中的透明質酸,使細胞間隙擴大,通透性增強,有利於細菌及其毒性物質向周圍組織擴散,故又稱為擴散因子。如溶血性鏈球菌產生的透明質酸黴,能增強其侵襲力,容易發生全身性感染。產氣莢膜桿菌等也可產生透明質酸黴。 
        3.鏈激黴(Streptokinase):溶血性鏈球菌所產生的一種激黴。能激活血漿中纖維蛋白溶黴原轉變為纖維蛋白溶黴,可使纖維蛋白凝塊溶解,鏈球菌感染後易在組織中擴散,與此黴有一定關係。 
        4.膠原黴(Collagenase):產氣莢膜桿菌等所產生,是一種蛋白水解黴,崩解肌肉及結締組織中的膠原蛋白,促進細菌在組織中擴散。 
        5.卵磷脂黴(Lecithinase):此黴是產氣莢膜桿菌的重要致病因素。卵磷脂是細胞膜的重要脂類成分,卵磷脂黴能裂解卵磷脂,導致細胞膜的解體。如紅細胞或組織細胞膜上的卵磷脂被分解,則引起紅細胞的溶解和組織細胞的壞死。

        此外,有些致病菌尚能產生鏈道黴、溶血素等,均與細菌的侵襲力有關。

        毒素(Toxin)

        細菌的毒素分為內毒素和外毒素。 
        (1)細菌的內毒素(Endotoxin):內毒素主要來源於革蘭陰性菌細胞壁的外層,其化學成分是磷脂-多糖-蛋白質復合物,和細胞壁牢固結合,常於菌細胞裂解後才釋放出來。內毒素的主要成分是脂多糖,脂多糖按化學結構及生物活性分為特異性多糖、核心多糖和類脂A三部分。位於細胞壁最外層的特異性多糖(O抗原)與細菌的抗原特異性有關;類脂A在最內層靠近汰聚糖一邊,是內毒素脂多糖分子中具毒性及其他活性的部分。類脂A的毒性主要在於以酯鍵相連的脂肪酸,若脂肪酸被水解,類脂A即失去毒性,脂多糖也隨之失去毒性。 
        所有來自不同細菌的內毒素,對機體的病理生理效應基本相同,可能與各種革蘭陰性菌類脂A的化學成分和結構均較相似有關。

        內毒素對機體的主要作用如下: 
        1.致熱作用:人體對內毒素的致熱性很敏感,如以0.005ug/kg傷寒桿菌內毒素注入人體,即可引起發熱。內毒素作為外源性致熱源作用於白細胞(粒細胞、單核細胞等),使之釋放內源性致熱源(Ep),作用於體溫調節中樞(下丘腦),致使體溫上升。但有的實驗證明內毒素可直接作用於體溫中樞,使體溫調節功能紊亂引起發熱。 
Atkins認為內毒素也可由於遲發型變態反應的存在,間接地刺激T細胞,使其產生淋巴因子,再刺激吞噬細胞而產生EpEp的致熱作用是刺激體溫調節中樞,提高了中樞的調節閾所引起。 
        熱原質(Pyrogen):有人認為熱原質就是細菌的內毒素,污染細菌的陳舊蒸餾水中常含有熱原質。在注射劑或疫苗等生物制品的制備過程中,若混入這種物質,注射後即可引起發熱反應。熱原質耐高溫,不被高壓蒸氣滅菌法(121°C 20min)破壞。各種注射用制劑不應含有熱原質。應用吸附劑和特制的石棉濾板,可除去液體中的熱原質。玻璃器皿宜在250°C高溫乾烤2h,可以破壞熱原質。 
        2.微循環障礙和感染性休克:臨床上急性微循環障礙和感染性休克,主要由革蘭陰性菌引起,尤以暴發性流行性腦脊髓膜炎、中毒性痢疾、重症傷寒以及革蘭陰性菌敗血症等最為多見。而引起微循環障礙甚至休克的重要因素之一是內毒素。內毒素大量進入血液後,激活了血管活性物質(如5-羥色胺、激汰等),引起小血管的收縮和舒張功能紊亂,從而導致微循環障礙。突出表現為血液淤滯於微循環,有效循環量減少,器官供血不足(心、腦、腎、肝等)、缺氧,血壓下降,組織血流灌注不良,嚴重時導致內毒素性休克。 
        3.播散性血管內凝血(DIC):內毒素可以激活凝血因子XII,並因此啟動凝血作用的連鎖反應,最終使纖維蛋白原轉化成纖維蛋白,廣泛沉積於小血管內,形成播散性血管內凝血。由於大量消耗凝血因子和血小板,而且內毒素能活化溶纖維蛋白黴原成為溶纖維蛋白黴,使已凝固的纖維蛋白裂解,因而產生出血傾向,表現為皮膚、粘膜的出血點或內臟出血。如腦膜炎球菌性菌血症,出現皮膚大片瘀斑甚至內臟出血(包括腎上腺皮質出血),臨床上所稱華-弗氏綜合徵,多為DIC所致。 
        4.其他作用:革蘭陰性菌引起的菌血症,常有早期粒細胞減少,並常與內毒素所致體溫升高同時發生。隨後發生繼發性白細胞增多(由於脂多糖誘生的中性粒細胞釋放因子,促使中性粒細胞從骨髓釋放入血)。內毒素是激活補體旁路的因素之一,其類脂A可直接激活補體C8迅速發生各種補體介導反應(過敏毒素、趨化

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