Патоген на чумата

Чумата (pestis) е остро инфекциозно заболяване, което протича като хеморагична септицемия. В миналото чумата е била страшен бич за човечеството. Известни са три чумни пандемии, които са отнели милиони човешки животи.

Първата пандемия се е случила през VI век сл. Хр. Тя е убила около 100 милиона души от 531 до 580 г. - половината от населението на Източната Римска империя („Юстинианова“ чума).

Втората пандемия избухва през XIV век. Тя започва в Китай и засяга много страни в Азия и Европа. В Азия от нея умират 40 милиона души, а в Европа от 100 милиона души умират 25 милиона. Ето как Н. М. Карамзин описва тази пандемия в своята „История на руската държава“: „Болестта се разкривала от жлези в меките кухини на тялото, човек кашлял кръв и умирал на втория или третия ден. Невъзможно е, казват летописците, да си представим по-страшна гледка... От Пекин до бреговете на Ефрат и Ладога недрата на земята били изпълнени с милиони трупове, а държавите били опустели... В Глухов и Белозерск не останал нито един жител... Тази жестока чума идвала и се връщала няколко пъти. В Смоленск тя бушувала три пъти и накрая, през 1387 г., останали само петима души, които, според летописа, излезли и затворили града, който бил пълен с трупове.“

Третата пандемия от чума започва през 1894 г. и завършва през 1938 г., убивайки 13–15 милиона души.

Причинителят на чумата е открит през 1894 г. от френския учен А. Йерсен, в чиято чест е наречен Yersinia pestis. Родът Yersinia принадлежи към семейство Enterobacteriaceae и включва 11 вида, от които три са патогенни за хората: Yersinia pestis, Yersinia pseudotuberculosis и Yersinia enterocolitica; патогенността на останалите все още е неясна.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Морфология на чумния патоген

Yersinia pestis е с дължина 1-2 μm и дебелина 0,3-0,7 μm. В натривки от тялото на болния и от трупове на починали от чума хора и гризачи, тя изглежда като къса яйцевидна (яйцевидна) пръчка с биполярно оцветяване. В натривки от бульонна култура пръчката е разположена верижно, в натривки от агарови култури - произволно. Биполярното оцветяване се запазва и в двата случая, но е малко по-слабо в натривки от агарови култури. Причинителят на чумата е Грам-отрицателен, оцветява се по-добре с алкални и карболови багрила (Leffler's blue), не образува спори и няма флагели. Съдържанието на G+C в ДНК е 45,8-46,0 mol% (за целия род). При температура 37°C образува нежна капсула с протеинов характер, която се разкрива върху влажни и леко кисели хранителни среди.

Биохимични свойства на чумния патоген

Yersinia pestis е аероб, расте добре върху обикновени хранителни среди. Оптималната температура за растеж е 27-28 °C (диапазон - от 0 до 45 °C), pH = 6,9-7,1. Чумният бацил расте характерно върху течни и твърди хранителни среди: върху бульон се проявява като образуване на рохкав филм, от който се спускат нишки под формата на ледени висулки, наподобяващи сталактити, на дъното - рохкава утайка, бульонът остава прозрачен. Развитието на колониите върху твърди среди преминава през три етапа: след 10-12 часа под микроскоп, растеж под формата на безцветни пластинки (стадий "счупено стъкло"); след 18-24 часа - етап "дантелени кърпички", при наблюдение под микроскоп се забелязва светла дантелена зона, разположена около изпъкналата централна част, жълтеникава или леко кафеникава на цвят. След 40-48 часа настъпва етапът "възрастна колония" - кафеникаво очертан център с ясно изразена периферна зона. Yersinia pseudotuberculosis и Yersinia enterocolitica нямат стадий "счупено стъкло". Върху среди с кръв колониите на Yersinia pestis са гранулирани със слабо очертана периферна зона. За да се постигне бързо растеж, характерен за Yersinia pestis, върху среди, се препоръчва към тях да се добавят стимулатори на растежа: натриев сулфит, кръв (или нейни препарати) или лизат от сарциния. Чумният бацил се характеризира с изразен полиморфизъм, особено върху среди с повишена концентрация на NaCl, в стари култури, в органите на разложени чумни трупове.

Чумният бацил няма оксидаза, не образува индол и H2S, има каталазна активност и ферментира глюкоза, малтоза, галактоза, манитол с образуване на киселина без газ.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ]

Антигенен състав на чумния патоген

В Yersinia pestis, Yersinia pseudotuberculosis и Yersinia enterocolitica са открити до 18 подобни соматични антигена. Yersinia pestis се характеризира с наличието на капсулен антиген (фракция I), T, VW антигени, плазмени коагулазни протеини, фибринолизин, протеини на външната мембрана и pH6 антиген. Въпреки това, за разлика от Yersinia pseudotuberculosis и Yersinia enterocolitica, Yersinia pestis е по-еднородна по отношение на антигените; няма серологична класификация на този вид.

[ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

Резистентност на чумния патоген

В храчките чумният бацил може да оцелее до 10 дни; върху бельо и дрехи, замърсени със секретите на болния, той оцелява седмици (протеинът и слузта го предпазват от разрушителното действие на изсушаването). В труповете на хора и животни, починали от чума, той оцелява от ранна есен до зимата; ниските температури, замръзването и размразяването не го убиват. Слънцето, изсушаването и високите температури са пагубни за Yersinia pestis. Загряването до 60°C убива за 1 час, при температура от 100°C умира за няколко минути; 70% алкохол, 5% разтвор на фенол, 5% разтвор на лизол и някои други химически дезинфектанти убиват за 5-10-20 минути.

Фактори на патогенност на чумния патоген

Yersinia pestis е най-патогенната и агресивна сред бактериите, следователно причинява най-тежкото заболяване. При всички чувствителни към нея животни и при хората, чумният причинител потиска защитната функция на фагоцитната система. Той прониква във фагоцитите, потиска „окислителния взрив“ в тях и се размножава безпрепятствено. Невъзможността на фагоцитите да изпълняват своята убийствена функция по отношение на Yersinia pestis е основната причина за податливостта им към чума. Високата инвазивност, агресивност, токсикогенност, токсичност, алергенност и способността за потискане на фагоцитозата се дължат на наличието на цял арсенал от патогенни фактори при Y. pestis, които са изброени по-долу.

Способността на клетките да абсорбират екзогенни багрила и хемин. Тя е свързана с функцията на системата за транспорт на желязо и осигурява на Yersinia pestis способността да се размножава в тъканите на тялото.

• Зависимост на растежа при температура 37 °C от наличието на Ca йони в средата.
• Синтез на VW антигени. Антиген W се намира във външната мембрана, а V е в цитоплазмата. Тези антигени осигуряват размножаването на Y. pestis вътре в макрофагите.
• Синтез на „миши“ токсин. Токсинът блокира процеса на електронен пренос в митохондриите на сърцето и черния дроб на чувствителни животни, засяга тромбоцитите и кръвоносните съдове (тромбоцитопения) и нарушава техните функции.
• Синтез на капсула (фракция I - Fral). Капсулата инхибира активността на макрофагите.
• Синтезът на пестициди е видово-специфична характеристика на Yersinia pestis.
• Синтез на фибринолизин.
• Синтез на плазмена коагулаза. И двата протеина са локализирани във външната мембрана и осигуряват високи инвазивни свойства на Yersinia pestis.
• Синтез на ендогенни пурини.
• Синтез на топлоиндуцируеми протеини на външната мембрана - Yop протеини (външни протеини на Yersinia). Протеините YopA, YopD, YopE, YopH, YopK, YopM, YopN потискат активността на фагоцитите.
• Синтез на невраминидаза. Подпомага адхезията (освобождава рецептори за Yersinia pestis).
• Синтез на аденилатциклаза. Предполага се, че тя потиска „оксидативния взрив“, т.е. блокира убиващото действие на макрофагите.
• Синтез на адхезионни пили. Те инхибират фагоцитозата и осигуряват проникването на Yersinia pestis, като вътреклетъчен паразит, в макрофагите.
• Синтез на широкоспектърни аминопептидази.
• Ендотоксин (LPS) и други компоненти на клетъчната стена с токсични и алергенни ефекти.
• pHb-антиген. Синтезира се при температура 37 °C и ниско pH, потиска фагоцитозата и има цитотоксичен ефект върху макрофагите.

Значителна част от патогенните фактори на Yersinia pestis се контролират от гени, носени от следните 3 класа плазмиди, които обикновено се срещат заедно във всички патогенни щамове:

• pYP (9.5 kb) - плазмид на патогенност. Носи 3 гена:
  • pst - кодира синтеза на пестицин;
  • пим - определя имунитета към пестициди;
  • pla - определя фибринолитичната (плазминогенен активатор) и плазмокоагулазната активност.
• pYT (65 MD) е плазмид за токсигенност. Той носи гени, които определят синтеза на „мишия“ токсин (сложен протеин, състоящ се от два фрагмента, A и B, с mw съответно 240 и 120 kDa), и гени, които контролират протеиновите и липопротеиновите компоненти на капсулата. Третият му компонент контролира хромозомните гени. Плазмидът преди това е бил наричан pFra.
• pYV (110 kb) - вирулентен плазмид.

Той определя зависимостта на растежа на Y. pestis при 37°C от наличието на Ca2+ йони в средата, поради което има друго наименование - Lcr плазмид (нисък калциев отговор). Гените на този особено важен плазмид кодират също синтеза на V и W антигени и индуцирани от топлина Yop протеини. Синтезът им се осъществява под сложен генетичен контрол при температура 37°C и при липса на Ca2+ в средата. Всички видове Yop протеини, с изключение на YopM и YopN, се хидролизират поради активността на плазминогенния активатор (pla ген на pYP плазмида). Yop протеините до голяма степен определят вирулентността на Yersinia pestis. YopE протеинът има антифагоцитни и цитотоксични ефекти. YopD осигурява проникването на YopE в целевата клетка; YopH има антифагоцитна и протеин тирозин фосфатазна активност; YopN протеинът има свойствата на калциев сензор; YopM се свързва с атромбин в човешката кръв.

[ 16 ], [ 17 ], [ 18 ]

Постинфекциозен имунитет

Постинфекциозният имунитет е силен и доживотен. Повторните случаи на чума са изключително редки. Характерът на имунитета е клетъчен. Въпреки че антителата се появяват и играят определена роля в придобития имунитет, той се медиира главно от Т-лимфоцити и макрофаги. При хора, преболедували чума или ваксинирани, фагоцитозата е пълна. Тя е това, което определя придобития имунитет.

Епидемиология на чумата

Асортиментът от топлокръвни носители на чумния микроб е изключително обширен и включва над 200 вида от 8 разреда бозайници. Основният източник на чума в природата са гризачите и зайцевидните. Естествена инфекция е установена при над 180 техни вида, над 40 от които са част от фауната на Русия и съседни територии (в рамките на бившия СССР). От 60-те вида бълхи, за които е установена възможността за предаване на чумния патоген при експериментални условия, 36 живеят на тази територия.

Чумният микроб се размножава в лумена на храносмилателния тракт на бълхата. В предната му част се образува запушалка („чумен блок“), съдържаща голям брой микроби. При ухапване от бозайник с обратен кръвен поток в раната, част от микробите се отмиват от запушалката, което води до инфекция. Освен това, екскрементите, отделяни от бълхата по време на хранене, също могат да причинят инфекция, ако попаднат в раната.

Основните (главни) носители на Y. pestis в Русия и Централна Азия са земните катерици, джербилите и мармотите, а в някои огнища и пиките и полевките. С тях се свързва съществуването на следните чумни огнища.

• 5 огнища, в които основен носител на чумния микроб е малката земна катерица (Северозападен Каспийски регион; междуречие Терек-Сунжа; огнища на Елбрус; полупустинни огнища на Волга-Урал и Трансурал).
• 5 огнища, в които носителите са гофери и мармоти (в Алтай - пика): Забайкалско, Горно-Алтайско, Тувинско и високопланинските огнища на Тян Шан и Памир-Алай.
• Волго-Уралски, Закавказки и Централноазиатски пустинни райони, където основните носители са джербилите.
• Високопланински Закавказки и Гисарски огнища с основни носители - полевки.

Различните класификации на Yersinia pestis се основават на различни групи признаци - биохимични характеристики (глицерол-позитивни и глицерол-негативни варианти), район на разпространение (океански и континентални варианти), видове основни носители (варианти на плъхове и земни катерици). Според една от най-разпространените класификации, предложена през 1951 г. от френския изследовател на чумата Р. Девиня, в зависимост от географското разпространение на патогена и неговите биохимични свойства, се разграничават три вътрешновидови форми (биовар) на Yersinia pestis.

Според класификацията на руски учени (Саратов, 1985), видът Yersinia pestis е разделен на 5 подвида: Yersinia pestis subsp. pestis (основният подвид; той включва и трите биовара от класификацията на Р. Девиньи), Y. pestis subsp. altaica (алтайски подвид), Yersinia pestis subsp. caucasica (кавказки подвид), Y. pestis subsp. hissarica (гисарски подвид) и Yersinia pestis subsp. ulegeica (удегейски подвид).

Хората се заразяват чрез ухапвания от бълхи, директен контакт със заразен материал, въздушно-капков път и рядко чрез храна (например, консумация на месо от заразени с чума камили). През 1998-1999 г. 30 534 души по света са страдали от чумата, от които 2234 са починали.

[ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ]

Симптоми на чумата

В зависимост от начина на заразяване се различават бубонна, белодробна, чревна форма на чума; рядко - септична и кожна (гнойни мехури на мястото на ухапване от бълха). Инкубационният период на чумата варира от няколко часа до 9 дни (при хора, подложени на серопрофилактика, до 12 дни). Причинителят на чумата прониква през най-малкото увреждане на кожата (ухапване от бълха), понякога през лигавицата или по въздушно-капков път, достига регионалните лимфни възли, където започва бързо да се размножава. Заболяването започва внезапно: силно главоболие, висока температура с втрисане, лицето е хиперемирано, след това потъмнява, тъмни кръгове под очите („черна смърт“). На втория ден се появява бубон (уголемена възпалена лимфна възел). Понякога чумата се развива толкова бързо, че пациентът умира преди появата на бубона. Белодробната чума е особено тежка. Тя може да се появи като усложнение на бубонната чума и чрез въздушно-капкова инфекция. Заболяването също се развива много бързо: добавят се втрисане, висока температура и още в първите часове болка в страната, кашлица, първоначално суха, а след това с кървави храчки; Настъпва делириум, цианоза, колапс и смърт. Пациент с белодробна чума представлява изключителна опасност за околните, тъй като отделя огромно количество от патогена с храчки. В развитието на заболяването основна роля играе потискането на активността на фагоцитите: неутрофилни левкоцити и макрофаги. Неограниченото размножаване и разпространение на патогена чрез кръвта в цялото тяло напълно потиска имунната система и води (при липса на ефективно лечение) до смърт на пациента.

Лабораторна диагностика на чумата

Използват се бактериологични, бактериологични, серологични и биологични методи, както и алергичен тест с пестин (за ретроспективна диагностика). Материалът за изследването е: пункция от бубона (или неговия секрет), храчки, кръв и, при чревна форма, изпражнения. Yersinia pestis се идентифицира въз основа на морфология, културелни, биохимични характеристики, тест с чумен фаг и с помощта на биологичен тест.

Прост и надежден метод за определяне на антигени на чумния бацил в изследвания материал е използването на RPGA, особено с използването на еритроцитен диагностикум, сенсибилизиран с моноклонални антитела към капсулния антиген, и IFM. Същите тези реакции могат да се използват за откриване на антитела в серума на пациенти.

Биологичният диагностичен метод включва заразяване на морско свинче с тестовия материал (когато е силно замърсен със съпътстваща микрофлора) кожно, подкожно или, по-рядко, интраперитонеално.

При работа с материал, съдържащ чумния патоген, се изисква стриктно спазване на режима, следователно всички изследвания се извършват само от добре обучен персонал в специални противочумни институции.

Превенция на чумата

Постоянното наблюдение на природните огнища на чумата и организирането на мерки за предотвратяване на човешки заболявания в страната се осъществява от специална противочумна служба. Тя включва пет противочумни института и десетки противочумни станции и отдели.

Въпреки наличието на природни огнища, от 1930 г. насам в Русия не е регистриран нито един случай на чума при хора. За специфична профилактика на чумата се използва ваксинация срещу чума - жива атенюирана ваксина от щама EV. Тя се прилага кожно, интрадермално или подкожно. Освен това е предложена суха таблетна ваксина за перорално приложение. Постваксиналният имунитет се формира до 5-6-ия ден след ваксинацията и трае 11-12 месеца. За неговата оценка и ретроспективна диагностика на чумата е предложен интрадермален алергичен тест с пестин. Реакцията се счита за положителна, ако на мястото на приложение на пестин след 24-48 часа се образува уплътнение с диаметър най-малко 10 мм и се появи зачервяване. Алергичният тест е положителен и при хора с постинфекциозен имунитет.

Голям принос за изучаването на чумата и организирането на борбата с нея имат руските учени: Д. С. Самойлович (първият не само в Русия, но и в Европа, който „ловува“ чумния микроб още през 18 век, той е и първият, който предлага ваксинации срещу чумата), Д. К. Заболотни, Н. П. Клодницки, И. А. Демински (изследване на естествените огнища на чумата, носителите на патогена в огнищата и др.) и други.