Перельман М.И., Корякин В.А., Богадельникова И.В. Фтизиатрия

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 2

ВОЗБУДИТЕЛЬ ТУБЕРКУЛЕЗА

Возбудителями туберкулеза являются кислотоустойчивые

микобактерии (род Mycobacterium). Всего известны 74 вида та-

ких микобактерий. Они широко распространены в почве, воде

и среди людей. Однако туберкулез у человека вызывают Myco-

bacterium tuberculosis (человеческий вид), Mycobacterium bovis

(бычий вид) и Mycobacterium africanum (промежуточный вид).

Эти виды микобактерий способны проникать, жить и размно-

жаться в организме человека. Их присутствие обусловливает

специфические морфологические и функциональные измене-

ния в органах и тканях, которые клинически проявляются как

инфекционное заболевание — туберкулез.

Основной видовой признак МБТ — патогенность. Степень

патогенности проявляется в их вирулентности. Вирулент-

ность — важное и весьма динамичное специфическое свойст-

во возбудителя туберкулеза. Основу вирулентности формиру-

ют генетическая структура и физико*химические особенности

микробного штамма. Вирулентность может существенно из-

меняться под воздействием факторов внешней среды и по*

разному проявляться в зависимости от состояния макроорга-

низма, который подвергается бактериальной агрессии. Нару-

шение защитных барьерных механизмов, иммунодефицит,

гормональный дисбаланс, метаболические расстройства сни-

жают устойчивость к туберкулезной инфекции. В этих услови-

ях степень патогенности микобактерий возрастает, и вероят-

ность заболевания туберкулезом у инфицированного человека

увеличивается.

Туберкулез у людей наиболее часто возникает при зараже-

нии человеческим видом возбудителя. Его обнаруживают бо-

лее чем у 90 % взрослых и детей с туберкулезом органов дыха-

ния и 80—85 % больных внелегочным туберкулезом. МБТ

бычьего вида выявляют у 10—15 % больных туберкулезом лег-

ких и 15—20 % —туберкулезом кожи, костей и суставов, пе-

риферических лимфатических узлов,

мочеполовой системы.

Выделение МБТ бычьего вида отмечается преимущественно у

жителей сельской местности при наличии больных туберкуле-

зом животных. В подобных районах часто диагностируют вне*

легочные формы туберкулеза. Промежуточный вид микобак-

терий является причиной туберкулеза не более чем у 3 %

больных.

Среди кислотоустойчивых микобактерий выделяют такие,

которые по культуральным и

биохимическим свойствам от-

личаются от МБТ. Их назы-

вают атипичными (нетуберку-

лезными) микобактериями.

Некоторые из них условно*

патогенны для человека. Так,

у лиц с иммунодефицитом

(ВИЧ*инфекцией) они вызы-

вают заболевания легких и

других органов — микобакте

риозы, которые по морфоло-

гическим и клиническим

признакам сходны с туберку-

лезом.

Генетика. МБТ подверга-

лись детальному изучению с

различных позиций. Круп-

ным научным достижением

конца XX в. явилась полная

расшифровка их генома. Она

была осуществлена с помо-

щью фаготипирования тубер-

кулезного возбудителя. Пер-

вый микобактериофаг полу-

чили в 1947 г. Гарднер и

Вейзор. В настоящее время

известно более 250 фагов ми*

кобактерий, исследована

структура генома фага L5,

которая позволяет судить и о

генетической структуре МБТ.

В 1993 г. Хетфул и Заркис

установили, что геном мико*

бактериофага L5 состоит из

52 297 пар нуклеотидов. На

основании алгоритма пред-

почтительного использова-

ния кодонов были локализо-

ваны гены, кодирующие белки туберкулезного возбудителя.

Геном МБТ содержит более 4 млн нуклеотидов и 4 тыс. ге-

нов. Составление интегрированной карты МБТ в основном

было завершено в 1998 г. На схеме 2.1 приведена циркуляр-

ная карта хромосомы МБТ,

созданная с помощью специаль-

ной компьютерной программы. В настоящее время продол-

жаются углубленные исследования ранее установленной по-

следовательности молекул ДНК в хромосомах и плазмидах

микобактерий.

Схема 2.1. Круговая карта хро-

мосомы Mycobacterium tuberculo-

sis, полученная компьютерной об-

работкой данных

Первое кольцо снаружи показывает

расположение генов РНК (тРНК си-

ние, остальные розовые) и область

последовательных повторений; вто-

рое кольцо — последовательность мо-

лекулярной цепочки (по часовой

стрелке — темно*зеленый цвет, про-

тив часовой стрелки — светло*зеле-

ный); третье кольцо — повторяющие-

ся фрагменты ДНК, четвертое — рас-

положение членов семейства РРЕ,

пятое — РЕ, шестое — последователь-

ность PGRS. Гистограмма в центре

отражает содержание G + С (gua-

nine— cytosine). [«Nature», June 11,

1998].

РРЕ — белки, имеющие в N*конце*

вом остатке последовательность ами-

нокислот пролин—пролин—глута*

мин; РЕ — белки с последовательно-

стью пролин—глутамин; PGRS — по-

лиморфные повторяющиеся последо-

вательности аминокислот.

Исследование генетиче-

ской структуры МБТ является

основой для разработки но-

вых подходов к лечению ту-

беркулеза (генная терапия) и

создания рекомбинантных

противотуберкулезных вак-

цин.

Строение. МБТ относятся

к прокариотам (надцарство

Procaryotae). Ядро у них при-

митивное — без оболочки, яд-

рышка и основных белков

(гистонов), а в цитоплазме

нет высокоорганизованных

органелл (митохондрий, аппа-

рата Гольджи, лизосом).

Форма МБТ подобна слег-

ка изогнутой или прямой па-

лочке длиной 1—10 мкм и шириной 0,2—0,6 мкм со слегка за-

кругленными концами. Обычно они длинные и тонкие, а воз-

будители бычьего вида более толстые, короткие (схема 2.2).

Микобактерии неподвижны, не образуют эндоспор и капсул.

В бактериальной клетке дифференцируют микрокапсулу,

стенку из 3—4 слоев толщиною 200—250 нм, цитоплазму, ци*

топлазматическую мембрану и ядерную субстанцию — нуклео*

тид (рис. 2.1).

Микрокапсула — слизистое образование толщиной менее

2 мкм, выявляемое только при электронной микроскопии.

Она прочно связана с клеточной стенкой бактерии и имеет

четкие внешние очертания. Микрокапсула оберегает микобак*

терию от действия факторов внешней среды. Сама микрокап-

сула, состоящая в основном из полисахаридов, не токсична и

не обладает антигенными свойствами, но проявляет высокую

серологическую активность.

Клеточная стенка ограни-

чивает микробную клетку

снаружи, обеспечивает ста-

бильность размеров и формы

микобактерии, ее механиче-

скую, осмотическую и хими-

ческую защиту от действия

щелочи и кислоты. В состав

клеточной стенки входят ли*

пиды, с фосфатидной фрак-

цией которых связывают ви-

рулентность микобактерии.

Фактор вирулентности назы*

Схема 2.2. Особенности разных

видов МБТ из чистых культур.

[Воробьев А. А., Быков А. С,

2001]

Рис. 2.1. Микобактерия туберку-

леза. Электронограмма. х 90 000.

вают корд*фактором. Это на-

звание происходит от англий-

ского слова cord, что означает

жгут или веревка. Оно воз-

никло потому, что рост виру-

лентных микобактерий в

культуре сопровождается

формированием их микроко-

лоний в виде жгутов или кос

(рис. 2.2). Основой корд*фак-

тора является токсичный гли*

колипид — 6,6*димиколат

трегалозы. Наряду с другими

кислыми липидами он определяет способность возбудителя

туберкулеза повреждать макрофаги и препятствовать завер-

шенному фагоцитозу. Корд*фактор наряду с другими кислы-

ми липидами стимулирует продукцию фактора некроза опухо-

лей (ФНО) — кахектина. Видоспецифические антигены кле-

точной стенки обусловливают защитные реакции клеточного

иммунитета. В организме здоровых животных клеточная стен-

ка МБТ индуцирует специфическую тканевую воспалитель-

ную реакцию с образованием гранулемы, вызывает развитие

гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ) и слабое об-

разование антител. В случаях развития устойчивости МБТ к

противотуберкулезным препаратам наблюдается утолщение

клеточной стенки.

Бактериальная цитоплазма имеет гомогенный вид и содер-

жит гранулы, микрогранулы, иногда вакуоли. Жидкую часть

цитоплазмы образуют растворимые белки, рибонуклеиновые

кислоты. Гранулы формируются из молекул гликогена, бета*

оксимасляной кислоты, полифосфатидов. Микрогранулы со-

стоят из рибосом, которые обеспечивают синтез белка мико-

бактерии. Рибосомные рибонуклеиновые кислоты (рРНК) —

важные и весьма устойчивые элементы бактерий. Их называ-

ют «молекулярными часами»

эволюции. В состав малой субъ-

единицы рибосом входит фрагмент 16S рРНК. Детальное ис-

следование этого фрагмента позволяет оценить степень родст-

ва микроорганизмов и является основой геносистематики воз-

будителей туберкулеза.

Цитоплазматическая мембрана с входящими в ее состав ли*

попротеидными комплексами формирует внутрицитоплазма*

тическую мембранную систему — мезосому. В цитоплазмати*

ческой мембране локализованы многие ферментные системы

микобактерии.

Ядерная субстанция содержит хромосомы и более мелкие

внехромосомные элементы — плазмиды с набором генов, ко-

торые обеспечивают передачу наследственных признаков мик-

роба.

Рис. 2.2. Формирование колоний

МБТ в виде жгутов или кос.

3*4914

Биохимия. Основными биохимическими компонентами

МБТ являются белки, углеводы и липиды.

Белки (туберкулопротеиды) служат главными носителями

антигенных свойств МБТ и проявляют специфичность в реак-

циях повышенной чувствительности замедленного типа. Од-

ним из туберкулопротеидов является туберкулин, широко ис-

пользуемый в клинической практике для диагностики инфи-

цирования МБТ.

С наличием полисахаридных компонентов в микобактери-

ях связано обнаружение соответствующих антител в сыворот-

ке крови больных туберкулезом. Полисахариды, однако, не

обладают сенсибилизирующими или антигенными свойст-

вами.

Липидные фракции при введении здоровым животным вы-

зывают специфическую воспалительную реакцию с эпителио*

идными и гигантскими клетками. С наличием липидной

фракции связывают устойчивость микобактерий к кислотам,

щелочам и спиртам.

Mycobacterium tuberculosis — аэроб, a Mycobacterium bovis и

Mycobacterium africfnum — аэрофилы. Жизнедеятельность ми-

кобактерий обусловлена активностью ферментов. По активно-

сти ферментативного катализа различных веществ определяют

принадлежность микобактерий к разным видам, оценивают их

вирулентность и устойчивость к лекарственным средствам.

Подавление активности ферментов, видимо, обусловлено бак*

териостатическим действием на МБТ противотуберкулезных

препаратов.

МБТ не выделяют эндо* или экзотоксинов, поэтому при

инфицировании ими клинических симптомов не бывает. За-

тем по мере размножения МБТ и формирования повышенной

чувствительности тканей к туберкулопротеидам возникают

первые признаки инфицирования в виде положительной ре-

акции на туберкулин.

Размножение микобактерий в основном происходит путем

простого деления на две клетки. Цикл такого деления продол-

жается 14—18 ч. Иногда микобактерии размножаются почко-

ванием, редко ветвлением. Оптимальным условием для раз-

множения МБТ в человеческом организме является pO

140

мм рт. ст., т. е. в тканях с наилучшим снабжением кислоро-

дом. При культивировании рост микобактерий, определяемый

макроскопически, выявляют на 5—20*е сутки в зависимости

от питательной среды.

Наряду с быстро размножающимися МБТ существуют мед-

ленно размножающиеся и находящиеся в латентном состоя-

нии. На МБТ с различной биологической активностью и ин-

тенсивностью метаболизма по*разному действуют противоту-

беркулезные препараты.

Жизнеспособность. МБТ весьма устойчивы к воздействию

факторов внешней среды. Вне

организма человека они могут

сохранять жизнеспособность

много дней, а в воде даже до

5 мес. В то же время прямой

солнечный свет убивает МБТ

в течение 1,5 ч, а ультрафио-

летовые лучи за 2—3 мин.

Кипящая вода вызывает ги-

бель МБТ во влажной мокро-

те через 5 мин, а в высушен-

ной — через 25 мин. Дезин-

фицирующие растворы, со-

держащие хлор, убивают МБТ

в течение 5 ч.

МБТ, поглощенные мак-

рофагами в процессе фаго-

цитоза, сохраняют свою жизнеспособность длительное вре-

мя. При определенных условиях они могут вызвать заболе-

вание после многих лет бессимптомного существования.

Изменчивость. Под действием различных факторов МБТ

подвергаются биологической изменчивости, которая прояв-

ляется образованием нитевидных, актиномицетных, зерни-

стых, кокковидных форм возбудителей туберкулеза. Эти из-

менения нередко сопровождаются потерей кислотоустойчи-

вости и снижением вирулентности. Изменчивость микобак-

терий — результат общего биологического закона приспособ-

ления живых существ к действию окружающей среды. Эта

защитная реакция микроорганизмов направлена на пережи-

вание неблагоприятных условий существования, т. е. перси*

стенцию.

Одним из признаков биологической изменчивости являет-

ся образование так называемых L*форм МБТ, за открытие ко-

торых группа советских ученых в 1976 г. была удостоена Госу-

дарственной премии СССР по науке и технике. L*формы

МБТ отличаются глубокими морфологическими и функцио-

нальными изменениями, возникающими при длительном воз-

действии на микобактерии различных факторов (например,

противотуберкулезных препаратов), которые нарушают их

рост и размножение, формирование клеточной стенки, синтез

цитоплазмы и цитоплазматической мембраны. L*формы име-

ют сниженный уровень метаболизма, ослабленную вирулент-

ность. Оставаясь жизнеспособными, они могут длительное

время персистировать в организме и индуцировать противоту-

беркулезный иммунитет. Не исключается обратная трансфор-

мация L*форм микобактерий в обычные бактериальные

формы.

Рис. 2.3. Ультрамелкие L*формы

МБТ. Контрастирование уранил*

ацетатом и цитратом свинца.

Электронограмма. х 35 000 [по

А. Г. Хоменко, 1996].

Схема 2.3. Основные пути доставки «генов устойчивости» МБТ [Пальцев М. А., 2002]

МБТ могут существовать и в виде ультрамелких фильтрую-

щихся форм. Их выделяют у больных, длительно принимав-

ших противотуберкулезные препараты (рис. 2.3).

Заражение экспериментальных животных фильтрующими-

ся и L*формами вызывает у них неспецифические и параспе*

цифические воспалительные реакции в тканях.

Устойчивость к противотуберкулезным препаратам. Важным

признаком изменчивости МБТ является устойчивость к одно-

му или нескольким противотуберкулезным препаратам (поли-

резистентность) .

В условиях антибактериальной терапии возможны точеч-

ные хромосомные мутации с изменениями в рибосомно*мат*

ричной системе или плазмидной ДНК микобактерий. Это

приводит к появлению устойчивых к лекарствам штаммов.

Установлены гены, мутация которых обусловливает устойчи-

вость возбудителя туберкулеза к отдельным противотуберку-

лезным препаратам (схема 2.3). Устойчивость к лекарствам

вследствие мутаций в ДНК плазмид отличается высоким

уровнем генетического полиморфизма и доминантно наследу-

ется последующими поколениями микобактерий. Лекарствен-

ная устойчивость микобактерий может быть также следствием

естественного отбора мутантов, нечувствительных к действию

противотуберкулезных препаратов.

В последние годы лекарственная устойчивость МБТ на-

блюдается у значительного числа больных туберкулезом и

имеет важное эпидемическое, терапевтическое и прогностиче-

ское значение. В России показатели устойчивости туберкулез-

ных микобактерий к химиопрепаратам значительно различа-

ются в зависимости от регионов и варьируют в пределах 5—

20%.

Сравнительно редко у больных туберкулезом находят зави-

симые от лекарств МБТ. Они интенсивнее растут при нали-

чии соответствующих противотуберкулезных препаратов в пи-

тательной среде. При отсутствии противотуберкулезных пре-

паратов такие микобактерии перестают размножаться. Обыч-

но зависимость микобактерий от препаратов не является

стойкой и быстро исчезает при пересевах.

Глава 3

ПАТОГЕНЕЗ И ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ АНАТОМИЯ

ТУБЕРКУЛЕЗА

В развитии туберкулеза выделяют два периода — первичный

и вторичный. Необходимость такого деления обусловлена су-

щественными различиями в реакции организма человека на

первый и повторный контакты с МБТ.

Первичный период туберкулезной инфекции начинается с мо-

мента первого внедрения в организм вирулентных МБТ. В

большинстве случаев первичное инфицирование не приводит

к заболеванию благодаря адекватной реакции защитных сис-

тем организма. При несостоятельности иммунной защиты,

массивности и высокой вирулентности инфекции первичное

экзогенное инфицирование вызывает развитие первичного ту-

беркулеза. Завершение первичного периода туберкулезной ин-

фекции связано с разрушением большей части МБТ и элими-

нацией из организма остатков микробных тел. Небольшая

часть микобактериальной популяции инкапсулируется в оста-

точных изменениях. При благоприятном исходе первичного

инфицирования, когда организму человека удается преодолеть

бактериальную агрессию и заболевание не возникает, эти ос-

таточные морфологические изменения определяются лишь

при микроскопическом исследовании. При клиническом ис-

следовании они недоступны для визуализации. В отличие от

них остаточные посттуберкулезные изменения, образовавшие-

ся в процессе обратного развития первичного туберкулеза, бо-

лее значительны. Их можно выявить посредством рентгеноло-

гического исследования.

В течение первичного периода туберкулезной инфекции

формируется противотуберкулезный иммунитет, обеспечи-

вающий повышение устойчивости организма к МБТ.

Клиническими формами первичного туберкулеза являются

туберкулезная интоксикация, туберкулез внутригрудных лим-

фатических узлов и первичный туберкулезный комплекс.

Вторичный период туберкулезной инфекции (вторичный ту-

беркулез) развивается двумя путями. Один из них — повторное

заражение МБТ человека, перенесшего первичный период ту-

беркулезной инфекции (экзогенная суперинфекция); другой —

реактивация остаточных посттуберкулезных изменений, сфор-

мировавшихся в исходе первичного периода (эндогенная реак

тивация). Обязательным условием развития вторичного тубер-

кулеза является снижение напряженности клеточного имму-

нитета, которое наступает под воздействием разных неблаго-

приятных факторов внешней и внутренней среды. При благо-

приятном течении вторичный период заканчивается форми-

рованием остаточных посттуберкулезных изменений, которые

по своей морфологической структуре отличаются от остаточ-

ных изменений первичного генеза.

Клиническими формами вторичного туберкулеза, согласно

принятой в России классификации, являются очаговый тубер-

кулез, инфильтративный, казеозная пневмония, туберкулема,

кавернозный, фиброзно*кавернозный и цирротический тубер-

кулез.

Некоторые формы туберкулеза имеют своеобразное тече-

ние, которое нельзя в полной мере отнести к первичному или

вторичному периоду туберкулезной инфекции. Туберкулез,

имеющий такое течение, принято называть послепервичным.

Он может развиваться при прогрессировании первичного ту-

беркулеза или в результате реактивации остаточных постту-

беркулезных изменений первичного генеза. К послепервич-

ным относят диссеминированные формы туберкулеза.

3.1. Первичное инфицирование микобактериями туберкулеза

и скрытое течение туберкулезной инфекции

Первичное заражение человека МБТ обычно происходит

аэрогенным путем. Другие пути проникновения микобакте-

рий — алиментарный, контактный и трансплацентарный — на-

блюдаются значительно реже.

При аэрогенном заражении МБТ защитную роль играет

система мукоцилиарного клиренса (рис. 3.1, 3.2). Слизь, вы-

деляемая бокаловидными

клетками слизистой оболочки

бронхов, способствует склеи-

ванию поступивших в дыха-

тельные пути микобактерий.

Их элиминацию обеспечива-

ют синхронные движения

ресничек мерцательного эпи-

телия и волнообразные со-

кращения мышечного слоя

стенки главных бронхов и

трахеи. Этот универсальный

механизм защиты может ока-

заться весьма эффективным.

В ряде случаев при эпизоди-

ческом, кратковременном

Рис. 3.1. Поверхность эпители-

альной выстилки слизистой обо-

лочки трахеи в норме. Электро*

нограмма. х 16 400.