探究肺炎鏈球菌的感染機(jī)制
肺炎是一種影響肺部的急性呼吸道感染性疾病,引起肺炎的原因有很多,包括病毒、細(xì)菌或真菌和理化因素等,這次造成全球流行的新冠肺炎就是一種由新型冠狀病毒引起的肺炎。其實(shí),細(xì)菌性肺炎的危害也不容小覷,尤其是細(xì)菌性肺炎中的“頭號殺手”—肺炎鏈球菌。據(jù)估計(jì),2015年全球預(yù)約有583萬<5歲兒童死亡,其中約有29.4萬名死于肺炎鏈球菌感染。而嬰幼兒和免疫力薄弱的老人是最容易中招的兩類人。
一、生物學(xué)特性
典型的肺炎鏈球菌為革蘭染色陽性球菌,直徑約1μm。常呈雙排列。菌體成矛頭狀,寬端相對,尖端向外。在痰、膿液標(biāo)本中可呈單個(gè)或短鏈狀。有毒株在體內(nèi)形成莢膜。普通染色時(shí)莢膜不著色,表現(xiàn)為菌體周圍透明環(huán)。無鞭毛。不形成芽胞。菌體衰老時(shí),或由于自溶酶(autolysin)的產(chǎn)生將細(xì)菌裂解后,可呈現(xiàn)革蘭染色陰性。
本菌營養(yǎng)要求較高,需在含血液或血清的培養(yǎng)基中生長。在固體培養(yǎng)基上形成小圓形、隆起、表面光滑、濕潤的菌落。培養(yǎng)初期菌落隆起呈穹窿形,隨著培養(yǎng)時(shí)間延長,細(xì)菌產(chǎn)生的自溶酶裂解細(xì)菌,使菌落中央凹陷,邊緣隆起成"臍狀"。表面活性劑如膽汁或脫氧膽酸鹽可激活自溶酶,加速菌體自溶。兼性厭氧,C02 5-10%生長最好,且生成的菌落周圍有草綠色溶血環(huán)。若于液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)24h,呈均勻混濁,后期可因產(chǎn)生自溶而變得澄清。
甲型溶血性鏈球菌不產(chǎn)生自溶酶,故加入膽鹽等表面活性劑不能溶解,利用此特點(diǎn)可鑒別甲型溶血性鏈球菌與肺炎鏈球菌。肺炎鏈球菌在血瓊脂平板上菌落周圍形成α溶血環(huán)。細(xì)菌生長的能量來源于分解葡萄糖,伴隨乳酸的形成。乳酸的堆積會抑制細(xì)菌的生長,故間斷性加入堿可使肺炎鏈球菌大量繁殖。Optochin可抑制肺炎鏈球菌生長。
該菌可分解多種糖類,產(chǎn)酸不產(chǎn)氣。膽汁溶解試驗(yàn)陽性、Optochin敏感試驗(yàn)陽性。大多數(shù)新分離出的肺炎鏈球菌可發(fā)酵菊糖,故菊糖發(fā)酵試驗(yàn)在鑒別肺炎球菌與甲型溶血性鏈球菌時(shí)有一定的參考價(jià)值。
二、抗原構(gòu)造
1、莢膜多糖抗原
存在于肺炎鏈球菌莢膜中。根據(jù)莢膜多糖抗原性的不同將肺炎球菌分為91個(gè)血清型。
2、菌體抗原
⑴C多糖:存在于肺炎鏈球菌細(xì)胞壁中,具有種特異性,為各型菌株所共有。C多糖可被血清中C-反應(yīng)蛋白沉淀。在鈣離子存在時(shí),C多糖可與正常人血清中稱為C-反應(yīng)蛋白(C reactive protein,CRP)的β球蛋白結(jié)合,發(fā)生沉淀。
⑵M蛋白:具有型特異性。M蛋白刺激機(jī)體產(chǎn)生的相應(yīng)抗體無保護(hù)作用。
3、抗原變異
肺炎鏈球菌可能發(fā)生的變異有莢膜變異:即從有莢膜有毒力的光滑(S)型菌變異為失去莢膜毒力減低或消失的粗糙(R)型。
4、細(xì)菌抵抗力
抵抗力較弱,56℃15~30分鐘即被殺死。對一般消毒劑敏感。有莢膜株抗干燥力較強(qiáng)。對青霉素、紅霉素、林可霉素等敏感。
5、致病性
莢膜(capsule) 是肺炎鏈球菌主要的致病因素。無莢膜的變異株無毒力,感染實(shí)驗(yàn)動物,如鼠、兔等,很快被吞噬細(xì)胞吞噬并殺滅。有莢膜的肺炎球菌可抵抗吞噬細(xì)胞的吞噬,有利于細(xì)菌在宿主體內(nèi)定居并繁殖。
肺炎鏈球菌溶血素(pneumolysin) 高濃度時(shí)對實(shí)驗(yàn)動物有致死性。對人的致病機(jī)理尚待確定。
紫癜形成因子(purpura-producing principle) 注入家兔皮內(nèi),可產(chǎn)生紫癜及出血點(diǎn)并伴有內(nèi)臟出血。紫癜形成因子與人類肺炎球菌感染間的關(guān)系尚不明確。
6、所致疾病
肺炎鏈球主要引起人類大葉性肺炎。75%的成年人肺炎鏈球菌肺炎及50%以上嚴(yán)重的肺炎鏈球菌菌血癥是由1~8型肺炎鏈球菌引起。肺炎鏈球菌6、14、19及23型,常引起兒童肺炎鏈球菌性疾病。40%~70%的正常人上呼吸道中攜帶有毒力的肺炎鏈球菌。由此可見呼吸道粘膜對肺炎鏈球菌存在很強(qiáng)的自然抵抗力。當(dāng)出現(xiàn)某種降低這種抵抗功能的因素時(shí),肺炎鏈球菌可引起感染,如:
①呼吸道功能異常:病毒及其它感染性因子損傷呼吸道粘膜上皮細(xì)胞;某些異常因素(如過敏)導(dǎo)致粘液的過度分泌,使侵入的病原菌受到保護(hù);各種原因?qū)е碌闹夤茏枞案鞣N原因?qū)е碌睦w毛功能損傷;
②酒精及藥物中毒:酒精及某些藥物中毒可抑制吞噬細(xì)胞的活性及咳嗽反射,有利于病原菌的吸入;
③循環(huán)系統(tǒng)功能異常及任何原因?qū)е碌姆纬溲⑿墓δ芩ソ?
④其它:營養(yǎng)缺陷、體質(zhì)虛弱、貧血、血清補(bǔ)體水平低下等。
肺炎鏈球菌肺炎常突然發(fā)病,表現(xiàn)為高熱、寒戰(zhàn)、胸膜劇烈疼痛、咳鐵銹色痰。10%~20%的患者可于高熱期伴發(fā)菌血癥。其病理表現(xiàn)主要是最初肺泡內(nèi)有大量纖維蛋白滲出液,繼之是紅細(xì)胞和白細(xì)胞向肺泡內(nèi)滲出,最終導(dǎo)致病變部位肺組織實(shí)變。病變通常僅累及單個(gè)肺葉,故稱為大葉性肺炎。如果早期使用抗生素治療,可阻止肺實(shí)變發(fā)生。
肺炎鏈球菌也可侵入機(jī)體其它部位,引起繼發(fā)性胸膜炎、中耳炎、乳突炎、心內(nèi)膜炎及化膿性腦膜炎等。
7、細(xì)菌免疫性
肺炎鏈球菌感染后,機(jī)體可建立較牢固的型特異性免疫,同型病菌的再次感染少見。患者發(fā)病后5~6天,體內(nèi)可形成莢膜多糖型特異性抗體。這種抗體與莢膜結(jié)合后,肺炎鏈球菌易被機(jī)體吞噬細(xì)胞吞噬殺滅。補(bǔ)體在清除病原菌過程中發(fā)揮調(diào)理作用,當(dāng)抗原抗體復(fù)合物與補(bǔ)體結(jié)合后,可增強(qiáng)吞噬細(xì)胞對病原菌的吞噬功能。
三、實(shí)驗(yàn)室檢查
標(biāo)本:痰、膿液、血液、腦脊液等標(biāo)本。
涂片染色鏡檢:革蘭氏色染色呈陽性球菌,呈矛頭狀成雙排列,坦面相鄰,尖端向外。若標(biāo)本可見大量白細(xì)胞同時(shí)存在時(shí)有重要的參考價(jià)值。
莢膜染色:陽性。
1、分離培養(yǎng)
常采用羊血平板,有助于其溶血特征的識別和進(jìn)一步鑒定,而且初代分離應(yīng)置5%~10%CO2的環(huán)境下培養(yǎng)。在血平板上,肺炎鏈球菌的菌落直徑0.5~1.5mm,灰白色、半透明、表面光滑(有些菌株可表現(xiàn)為粘液狀)扁平,周圍環(huán)繞著草綠色溶血環(huán)。培養(yǎng)或放置24h以上的培養(yǎng)物還會由于肺炎鏈球菌的自溶作用而致菌落中央塌陷而邊緣隆起,而呈臍窩狀。
2、鑒定試驗(yàn)
① 膽汁溶菌試驗(yàn):本試驗(yàn)的原理基于膽鹽能夠通過活化肺炎鏈球奧普托欣(Optochin)試驗(yàn)菌的自溶酶而溶解肺炎鏈球菌,但不能溶解草綠色鏈球菌。常用的方法包括快速平板法和標(biāo)準(zhǔn)試管法。前者取一接種環(huán)2%去氧膽酸鈉溶液加于血平板待鑒定菌的菌落上,置35℃孵育15~30min,菌落溶解消失為陽性。
而后者則是在1ml待鑒定菌18~24h培養(yǎng)液中加入2滴10%去氧膽酸鈉溶液,35℃孵育5-10min后鑒定菌管由混濁變?yōu)橥该髡邽殛栃浴?/span>
② 奧普托欣(Optochin)試驗(yàn):用以與其他草綠色鏈球菌相鑒別。用接種環(huán)將單個(gè)待鑒定菌落均勻涂于血平板上,用含量為5μg的optochin紙片貼于接種區(qū)中央,35℃需氧培養(yǎng)過夜,抑菌圈 >18mm的為陽性。本菌為草綠色鏈球菌。
3、細(xì)菌型別鑒定實(shí)驗(yàn)
莢膜腫脹試驗(yàn)(capsule swelling test) 亦稱為Quellung試驗(yàn)。新鮮的標(biāo)本懸液與等量不稀釋的肺炎球菌分型診斷血清混合后,覆以蓋玻片,油鏡下觀察。標(biāo)本中肺炎球菌若與同型免疫血清相遇,莢膜將顯著增大。
凝集試驗(yàn)(agglutination test) 將可疑肺炎球菌與已知標(biāo)準(zhǔn)分型血清作玻片凝集試驗(yàn),若細(xì)菌凝集成堆,為同型肺炎球菌。