任务四　细菌的致病性及实验室诊断

任务四　细菌的致病性及实验室诊断

一定种类的病原菌在一定的条件下，能在宿主体内引起感染的能力称为致病性。细菌的致病性是针对宿主而言的，有的仅对人致病，如霍乱弧菌；有的则仅对某些动物致病，如雏沙门菌；有的则兼而有之，如炭疽杆菌等。不同的病原菌对宿主可引起不同的疾病，表现为不同的临床症状和病理变化，如炭疽杆菌引起炭疽，霍乱弧菌则引起霍乱。因此，致病性是菌种的特征之一。

一、细菌的致病性及毒力

（一）致病性和致病菌

细菌致病性是指一定种类的细菌，在一定条件下，对一定宿主致病的能力。能导致机体发病的细菌称为致病菌或病原菌。致病性是细菌“种”的特征，由种属遗传性决定。绝大多数病原菌能寄生在宿主体内获取生长繁殖所需要的营养和环境条件，并以各种方式损伤或毒害机体。一般不同病原菌对宿主有一定的嗜性，有些仅对人致病，如痢疾志贺氏菌；有些仅对某些动物致病，如多杀性巴氏杆菌；有些对人和动物均有致病性，如结核杆菌。

有些病原菌只有在一定条件下，才能表现出致病作用，称为条件性病原菌，如某些大肠埃希氏菌侵入肠外组织器官时，可引起肠外感染；还有一些病原菌本身并不一定侵入机体，而是以其代谢产生的毒素随同食物或饲料进入人体或动物体，呈现毒害作用，称为腐生性病原菌，如肉毒杆菌。

病原菌与非病原菌之间的界限不是绝对的。在一定条件下，腐生性细菌可能在感受性机体内获得寄生性、造成病理损伤而成为病原菌，病原菌也可以丧失致病性而营腐生生活。特别值得关注的是，近年来随着广谱抗生素等药物的广泛应用，已发现过去认为不致病的细菌也能引起宿主发生致命性疾病。

（二）致病菌的毒力

病原性细菌致病性的强弱程度称为毒力，通常病原菌的毒力越大，其致病性越强。同一种致病性细菌，各菌株之间致病性强弱不同，毒力不同，这才有强毒株、弱毒株、无毒株之分。实际工作中常用以下几种表示细菌毒力的大小：

（1）最小致死量（MLD）。是指能使特定动物于感染后一定时间内发生死亡的最小活微生物量或毒素量，这种测定毒力的方法比较简单适用，不过由于参与最后统计的实验动物数量少，有时由实验动物个体差异，而产生不确切的结果。

（2）半数致死量（LD50）。是在一定时间内能使半数实验动物于感染后发生死亡的活微生物量或毒素量。这种测定毒力的方法比较复杂，不过它是以参加实验的全部动物的死活为根据，用生物统计的方法求出LD50，可避免由动物个体的差异造成误差。

（3）最小感染量（MID）。是病原微生物对试验对象（动物、鸡胚、组织培养等）引起传染的最小剂量。

（4）半数感染量（ID50）。是病原微生物对半数试验对象引起传染的剂量，其计算方法及优缺点，与最小致死量及半数致死量相类似。

二、细菌的毒力因素

致病菌的毒力取决于它的侵袭力和产毒素性。侵袭力的大小、毒素的性质和数量决定着病原菌毒力的强弱。

（一）侵袭力

侵袭力是指病原性细菌突破机体的防卫屏障，在体内生长、繁殖、扩散的能力。在病原菌的侵袭过程中，有些侵袭因子可造成机体组织细胞的损伤，有些对机体无毒害作用，只是协助细菌侵入机体，抵抗机体的防卫功能，便于细菌向机体的深部组织迅速扩散并进行繁殖，致使发生传染。病原菌侵袭动物机体的方式主要有以下几个方面：

1.细菌的附着力

细菌的附着力主要依靠黏附素发挥作用。黏附素是菌体表面具有黏附功能的结构成分，主要有细菌菌毛、某些外膜蛋白和膜磷壁酸等。某些病原菌通过黏附素与宿主易感细胞表面的特异性受体结合，附着在组织细胞表面，这种黏附性与病原菌的致病性密切相关。如产毒素大肠杆菌，借助菌毛附着于仔猪结肠黏膜上皮，得以停留在肠管内，生长繁殖，致使肠道发生炎症，引起严重腹泻；溶血性链球菌可依靠菌体表面M 蛋白附着于咽黏膜上皮细胞，引起传染。如果细菌缺乏附着力，将被机体防卫功能（如气管纤毛运动或肠道蠕动）排出体外。

2.抗吞噬和定居

当细菌突破机体防卫屏障、侵入体内后，必然会受到吞噬细胞的吞噬与体液性抗体等介导的免疫应答反应的清除。如果病原菌能克服这些免疫因素的影响，便可以在机体内大量繁殖和定居。某些病原菌抗吞噬、清除作用，可通过自身结构成分或合成代谢产物来实现。如炭疽杆菌、肺炎球菌等具有荚膜，这种细菌结构好似保护菌体的“甲”，能抵抗吞噬细胞吞噬消化作用，而无荚膜的细菌则易被吞噬细胞吞噬杀灭；A 群链球菌的膜磷壁酸、病原性大肠杆菌的K 抗原和沙门氏菌Vi 抗原等不仅能抗细胞吞噬，而且具有抗抗体或补体的作用；金黄色葡萄球菌能产生血浆凝固酶，加速血浆凝固，保护菌体不被吞噬细胞吞噬或与抗体结合。总之，细菌的抗吞噬等作用，打破了机体防卫功能致使细菌在体内蔓延。

3.促进扩散和转移

有些细菌侵入机体后，在体内生长繁殖，破坏组织结构，并扩散转移。如化脓性葡萄球菌、肺炎球菌能产生透明质酸酶，可分解破坏细胞间结缔组织中的透明质酸，使结缔组织失去黏性，变得疏松，通透性增强，有利于病原菌在体内扩散，造成全身感染。A 群链球菌能产生DNA 酶，分解细胞中的DNA，致使细胞死亡，降低坏死组织的黏度，使感染部位的脓汁变稀薄。魏氏梭菌能产生蛋白分解酶（胶原酶），分解肌肉和皮下结缔组织，使组织崩解。此外，有些非病原菌也具有扩散能力（表1.9）。

（二）毒素

毒素是细菌在生命活动过程中产生的、对动物机体具有毒性作用的特殊物质。许多病原菌可通过其合成分泌的毒素，直接或间接地损害宿主的组织细胞或干扰正常的生理功能，对机体产生致病作用。毒素是病原菌的主要致病因子。根据毒素的产生方式、性质和致病特点等，可将细菌毒素分为以下两类：

1.外毒素

由某些病原菌在新陈代谢过程中产生，并分泌到菌体外环境中的一类毒性代谢产物。许多革兰氏阳性细菌及部分革兰氏阴性细菌均能产生外毒素。将产生外毒素的细菌培养物用除菌器过滤除菌后，可获得纯粹的外毒素。

外毒素的化学成分是蛋白质，具有蛋白质的理化特性，可被蛋白酶、氧化剂、紫外线破坏；易被热、酸、金属盐类灭活，一般在60～80 ℃10～30 min 即减弱或失去毒性；能被硫酸铵等中性盐沉淀，或为氢氧化铝等吸附剂所吸附。

外毒素的毒性很强，1 mg 纯化的A 型肉毒杆菌毒素可杀死2 000 万只小白鼠，1 mg 破伤风毒素可杀死100 万只小白鼠，是已知的生物毒和化学毒中毒性最强的一类毒素。

外毒素对机体组织有选择性的毒害作用，引起特异性的综合临床症状。如破伤风梭菌毒素主要作用于脊髓运动神经中枢，使之兴奋性增强，引起骨骼肌强直性痉挛；肉毒杆菌毒素主要阻断胆碱能神经释放乙酰胆碱传递介质，使运动神经末梢麻痹，导致眼肌和咽肌麻痹。

外毒素有良好的抗原性，可以刺激机体产生较高滴度的特异性抗体，即抗毒素。外毒素经0.3%～0.4%甲醛溶液、37 ℃保温处理3～7 天，丧失毒性（脱毒），但仍保持良好的抗原性，成为类毒素。抗毒素和类毒素可用于预防和治疗外毒素中毒症。

2.内毒素

这是一类由革兰氏阴性菌在正常代谢过程中产生，在细菌生活状态下不释放或不分泌到外界环境中去，只有菌体细胞自溶、死亡崩解，或人工方法（超声波处理、反复冻融、研磨等）破坏其细胞的完整性时，才释放出来的毒素。

内毒素实质上是革兰氏阴性菌细胞壁的结构成分，化学成分是磷脂-多糖-蛋白质复合物。毒性成分是脂多糖（LPS），它由3 层构成：最外层为特异性多糖，具有O 抗原的免疫学特性；中间层为核心多糖；内层是类脂A，是内毒素的毒性中心。内毒素耐热，80～100 ℃1 h开始被破坏。毒性弱，作用缓慢，一般小白鼠致死量为200～400 μg。抗原性弱，只能刺激机体产生微量的抗毒素。在甲醛溶液作用下，只能部分地除去毒性，但不能形成类毒素。

内毒素无特异性的致病作用，动物机体各种内毒素中毒反应基本相同，主要表现为：

（1）发热反应。内毒素进入血液循环，可刺激单核细胞及粒细胞释放热原质，作用于下丘脑体温调节中枢，引起发热反应。

（2）微循环损伤和休克。大量内毒素进入血流时，可激活凝血因子，使纤维蛋白沉积，产生血管内弥漫性凝血（DIC），造成微循环障碍；也可作用于血小板、白细胞和补体系统，引起组织胺、5-羟色胺和血浆激肽等释放，使毛细血管扩张、静脉血液回流减少、血压下降，严重者导致休克。

（3）免疫调节作用。脂多糖具有增强机体免疫功能的特性，能激活单核细胞系统，增强吞噬功能；能刺激白细胞产生干扰素，增强抗病毒能力；能激活补体C3，引起炎症反应；能促进B 淋巴细胞分化增殖、产生抗体以及体液中各种杀菌因子的分泌。

外毒素与内毒素的区别，见表1.10。

三、病原菌毒力测定

病原菌毒力的测定在微生物实验研究中特别重要，尤其在疫苗效价、血清效能鉴定、细菌毒素的测定、食品毒理研究等，都必须预先将试验用的细菌（病毒或毒素）的毒力加以测定。测定毒力系采用递减剂量的病原材料，感染特定易感动物，使其发病死亡，然后根据发病死亡情况判定被检者毒力的大小。检测中须注意实验动物的种别、年龄与体重，实验材料的剂量、感染途径以及其他因素。其中感染途径与动物体重尤为重要，一般要特别规定。