РОЗДІЛ 4. Етіологія туберкульозу

Збудником туберкульозу в людини більш ніж у 90% випадків є мікобактерія туберкульозу (Mycobacterium tuberculosis) – грампозитивні кислотостійки мікроорганізми. Роберт Кох 24 березня 1882 року на засіданні Берлинського фізіологічного товариства доповів про відкриття їм збудника туберкульозу. Мікроорганізм був назнаний Mycobacterium tuberculosis у 1886 р., коли Lehmann і Neumann виділили Рід Mycobacterium до родини Mycobacteriасеае. М. tuberculosis відноситься до порядку Actinomycetales, класу Shisomycetus. В літературі описано понад 250 видів мікобактерій, до цього роду також належать збудник лепри і велика група сапрофітів.

До родини Mycobacteriасеае входять нерухомі аеробні грампозитивні паличковидні бактерії. Іноді вони утворюють нитєподібні структури, що нагадують міцелій грибів. Це й послужило підставою для їх назви (грец. “myces” гриб і латин. “bacterium”, бактерія). Для бактерій характерно високий вміст ліпідів, фосфатидів і воску в клітінних стінках (до 60%), що визначає їх кислото-, спирто- і лужностійкість. Тому бактерії погано сприймають анілінові барвники і звичайні засоби пофарбування. Для фарбування використовують інтенсивні методи, звично Циля – Нільсена. Ростуть повільно і дуже повільно, сапрофітні види ростуть трохи швидше. Деякі види утворюють каротиноїдні недифундуючі у середовище пігменти.

При класифікації мікобактерій враховують патогенність для людини, здатність до пігментоутворення, швидкість росту і здатність синтезувати нікотинову кислоту (ніациновий тест).

За патогенністю рід мікобактерій включає облігатних паразитів, сапрофітів і умовно-патогенних мікробів. До патогенних мікобактерій відносяться M. tuberculosis complex і M.leprae. Сапрофітні і умовно-потенційні мікобактерії, які належать до групи нетуберкульозних мікобактерій, вільно живуть в навколишньому середовищі і джерелом їх виявлення служить грунт, вода, рослини та інші об’єкти.

За швидкістю росту виділяють повільно зростаючі (дають видимий ріст через 4-7 діб), швидко зростаючі (ріст спостерігають через 7-14 діб) і види, що не ростуть на штучних середовищах (M.leprae).

За здатністю утворювати пігменти виділяють фотохромогенні (пігмент утворюють на світу), скотохромогенні (утворюють пігмент у темряві) і нефотохромогенні (не утворюють пігмент) види.

До M. tuberculosis complex входять наступні види: M. tuberculosis, М. bovis, M.microti, M. africanum i M.canetti. М. bovisотримали свою назву як збудник бичачоготипу в 1896.Бактерії Calmette-Guerin (BCG), які використовуються у всьому світі як вакцина проти туберкульозу, за своїм походженням являються аттенуірованним штаммом М. bovis. M. africanum займають проміжне місце між M. tuberculosis і М. bovis і виділення її в самостійний вид є штучним. M.microti були виділені від мишей-польовок у 1930 р., за фенотипічними властивостями також розташовується між M. tuberculosis і М. bovis.

Mycobacterium tuberculosis – це збудник туберкульозу у людини та тварин, уражаючи систему органів дихання та інших органів при позалегеневій локалізації. В етіології мікобактеріальних захворювань людини M. tuberculosis займають першу позицію з частотою близько 99%. . У ряді випадків захворювання може бути викликане іншими видами збудників туберкульозу – бичачим (М. bovis), що вражає як велику рогату худобу, так і людину, і проміжним видом (M. africanum).

Відмінною властивостю M. tuberculosis є їх здатність до синтезу значної кількості нікотинової кислоти (ніацину). Ніациновий тест – це важливий метод диференціровки мікобактерій.

Мікобактерії туберкульозу є типовими представниками роду мікобактерій. У пофарбованих препаратах вони являють собою тонкі, злегка вигнуті, гомогенні або зернисті палички довжиною від 0,8 до 3-5 мкм і шириною від 0,3 до 0,5 мкм. Збудник відноситься до числа облігатних аеробів, факультативних внутрішньоклітинних паразитів, що здатні розмножуватися як у макрофагах, так і позаклітинно. Розмножуються мікобактерії дуже повільно – один поділ клітини відбувається за 14-18 годин.

Mycobacterium tuberculosis Світова мікроскопія Збільшення у 10000 разів Електронна мікроскопія

Основними властивостями, що характеризують мікобактерії, є патогенність, вірулентність, імуногенність.

Патогенність – це відова властивість мікобактерій, що виявляється можливістю викликати захворювання. Головним фактором патогенності є токсичний гліколіпід – корд-фактор, що зумовлює токсичну дію на тканини і захищає мікобактерії від фагоцитозу. Кислотостійкі сапрофіти корд-фактор не утворюють.

Вірулентність – ступінь патогенності, можливість росту і розмноження мікобактерій у певному макроорганизмі та здатність викликати специфічні патологічні зміни в органах. Вірулентним вважають штам мікобактерій, якій у дозі 0,1-0,01 мг викликає захворювання на туберкульоз, а через 2 місяці смерть морської свинки масою 250-300 г. Вірулентність не є незмінною властивістю мікобактерій. До важливого диференційного признаку вірулентності належить корд-фактор, який виявляють у жидких середовищах. Наявність корд-фактора обумовлює зближення бактеріальних клітин у мікроколоніях і їх ріст у вигляді серпантиноподібних кос. Крім того, корд-фактор відіграє роль в фагоцитарних реакціях, сприяючи їх незавершеному характеру, пошкоджує мембрани мітохондрій і блокує фагосомо-лизосомальне злияння. Корд-фактор гальмує міграцію поліморфно-ядерних лімфоцитів, що сприяє слабкій виразності запальної відповіді.

Імуногенність– властивість мікобактерій, внаслідок взаємодії з факторами клітинного і гуморального імунітету, створювати протитуберкульозний імунітет. Імуногенність мікобактерій обумовлена переважно антигенними комплексами, що містяться в оболонках мікобактеріальних клітин, а також термолабільною фракцією рібосом.

Збудник туберкульозу має значний поліморфізм, що проявляється утворенням різноманітних форм: ниттєподібні, актиномікотичні, зернисті, коккоподібні, кислотостійкі, що фільтруються й інші форми. Різноманіття форм мікробу вказує на його адаптаційну пластичність.

Мінливість мікобактерій – це властивість їх набувати нових або/і втрачати старі ознаки. У зв’язку з тим що у мікобактерій туберкульозу короткий період генерації, висока частота мутацій і рекомбінацій, обміну генетичною інформацією, мінливість у них вельми висока й часта.

Геном М. tuberculosis був розшифрований і опублікований 8 червня 1998 р. Він включає 4 411 529 основ і майже 9000 генетичних локусів. Кількість гуанінцитозинових основ, які розподіляються на спіралі дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), становить 65,5 %. Геном містить багато вставних послідовностей (ІS – Insertion seguensis), мультигенних родин, ампліфікованих (подвоєних) місць власного обміну речовин.

Розрізняють фенотипічну й генотипічну мінливість.

Фенотипічну мутацію називають ще модифікаційною, якій властива висока частота змін та їх часта реверсія у вихідну форму, адаптація до змін зовнішнього середовища, відсутність змін генетичному коді. Вона спадково не передається.

Генотипічна мутація настає внаслідок мутацій та рекомбінацій.

Мутації – це стабільні успадковані зміни в нуклеотидному і складі генома мікобактерії, включаючи плазміди. Вони бувають спонтанні та індуковані. Спонтанні мутації виникають зі специфічною для даного гена швидкістю. Більшість із них є наслідком помилок у реплікації та репарації ДНК. Індуковані мутації можливі внаслідок впливу мутагенів (ультрафіолетова та іонізуюча радіація, хімічні речовини тощо). Мутації часто призводять до появи у фенотипі нової або втрати старої ознаки (порівняно з батьківською формою).

Рекомбінації генетичні – це процес утворення потомства, що міститьознаки донора та реципієнта.

Одним із видів мінливості мікобактерій туберкульозу є утворення ними фільтрівних форм. Це дуже дрібні, невидимі під час звичайної мікроскопії форми, що мають дуже слабку вірулентність. Їх можна виявити лише у разі реверсії, використовуючи для цього повторні пасажі на морських свинках. У цих випадках іноді виявляють кислотостійкі палички з дуже низькою вірулентністю.

Фільтрівні форми – це дрібні фрагменти мікобактерій туберкульозу, що утворюються в несприятливих умовах існування і здатні до реверсії. Природу цих форм, їхню структуру, а також значення в патогенезі туберкульозу дотепер остаточно не встановлено.

L-форми мікобактерій туберкульозу вперше виділив й описав в 1945 р. Аlехаndег-Jасksоn. L-форми мають або дефекти, або відсутність клітинної стінки. Для них характерна різко змінена морфологія бактеріальної клітини і знижений метаболізм. Вони мають низьку вірулентність і швидко руйнуються в зовнішньому середовищі. Через відсутність або ушкодження оболонки мікоба­ктерій туберкульозу L-форми фарбують звичайними барвниками, тому їх не вдається виявити бактеріоскопічно в мазках. Перетворення мікобактерій туберкульозу в L-форми відбувається під дією протитуберкульозних препаратів, під впливом захисних сил макроорганізму, інших факторів.

L-форми мікобактерій туберкульозу можуть бути в макроорганізмі в стабільному і нестабільному стані, тобто реверсувати у вихідний мікробний вид із відновленням вірулентності. Вірулентні властивості стабільних L-форм мікобактерій різко знижені порівняно з вірулентністю нестабільних форм.

Нестабільні L-форми мікобактерій туберкульозу спричинюють у морських свинок генералізований туберкульоз, а стабільні L-форми зумовлюють лише морфологічні зміни, близькі до вакцинного процесу. Стабільні L-форми мікобактерій переважно містяться у неактивних туберкульозних вогнищах. Ці вогнища сприяють виникненню у здорових інфікованих людей протитуберкульозного нестерильного імунітету. Присутність в організмі людини мікобактерій туберкульозу у вигляді L-форм пояснює латентний перебіг хвороби. L-трансформація мікобактерій туберкульозу, як і їх патогенетичне та епідеміологічне значення, вивчені ще недостатньо.

Суттєве значення має властивість мікобактерій пристосовуватись до протитуберкульозних препаратів. Лікарську стійкість мікобактерій туберкульозу варто розглядати як одну з форм їх мінливості. Остання може відбуватися за такою схемою. У присутності антимікобактеріального препарату значна кількість мікобактеріальних клітин може зазнати змін, що призведе до розмноження популяції хіміорезистентних мікроорганізмів.

Лікарська стійкість у різних штамів мікобактерій не постійна, а коливається в широких межах. В основі виникнення лікарської стійкості лежить спонтанна мутація. Унаслідок спонтанної мута­ції можливі зміни в морфології колоній штаму мікобактерій.

Розрізняють первинну та вторинну лікарську стійкість мікобактерій. Первинна лікарська стійкість мікобактерій визначається у осіб, що раніше на туберкульоз не хворіли і протитуберкульозними препаратами не лікувались. Вторинна лікарська стійкість мікобактерій розвивається у хворих на туберкульоз в процесі хіміотерапії та пов’язана з порушеннями режимів лікування.

В залежності від стійкості до тих чи інших препаратів розрізняють: монорезистентність, полірезистентність і мультирезистентність, широку резістентність.

Монорезистентність – стійкість МБТ до одного з препаратів І ряду (ізоніазиду, рифампіцину, стрептоміцину, етамбутолу, пиразінаміду).

Полірезистентність – стійкість МБТ до двох і більше антимікобактеріальних препаратів, за винятком поєднаної резистентності до ізоніазиду та рифампіцину.

Мультирезистентність – стійкість МБТ до 2-х і більшої кількості протитуберкульозних препаратів, але обов’язково до комбінації ізоніазиду та рифампіцину.

Широка резистентність – стійкість МБТ до ізоніазиду та рифампіцину, а також як мінімум до деяких фторхінолонів та до одного із 3-х ін’єкційних протитуберкульозних препаратів: капреоміцину, канаміцину, амікацину.

Мікобактерія являє собою досить складне утворення. До складу мікобактерії входять вода (майже на 86 %), білки, переважно туберкулопротеїни (7-11 %), вуглеводи (1,5-6 %), ліпіди (1,5-6 %) і мінеральних солей (2,5 %). Вхідні до складу збудника компоненти є носіями антигенних властивостей мікроба, його кислотостійкості, вірулентності й інших проявів. Останніми роками інтенсивно проводили генетичні дослідження штаму М. tuberculosis Н37Rv. Геном її був розшифрований і опублікований 8 червня 1998 р. Він включає 4 411 529 основ і майже 9000 генетичних локусів. Кількість гуанінцитозинових основ, які розподіляються на спіралі дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), становить 65,5 %. Геном містить багато вставних послідовностей (ІS – Insertion seguensis), мультигенних родин, ампліфікованих (подвоєних) місць власного обміну речовин.

Атипові мікобактерії.Закласифікацією E.H.Runyon (1959) атипові мікобактерії поділено на чотири групи в залежності від швидкість росту і пігментоутворення.

І група – фотохромогенні мікобактерії.Вони утворюють велику гомогенну групу із спільними бактеріологічними та серологічними властивостями. Морфологічно вони майже не відрізняються від мікобактерій туберкульозу, можливо, трохи довші від них, проте ростуть швидше. За тривалого перебування на світлі колонії фотохромогенних мікобактерій набувають жовтогарячого і навіть оранжево-червоного забарвлення. До цієї групи належать М. kansasii і М. marinum. їх виділяють від людей з ураженнями легенів, які дуже схожі на туберкульоз. Джерелом інфекції може бути велика рогата худоба і молочні продукти.

ІІ група – скотохромогенні мікобактерії.Ця група мікобактерій поліморфніша, ніж мікобактерії туберкульозу. Скотохромогенні мікобактерії під час вирощування в темряві утворюють жовто-оранжевий пігмент. На твердих живильних се­редовищах колонії майже завжди гладенькі, блискучі, мають вигляд заокруглених бляшок, проте інколи спостерігають і шорсткуваті колонії. До названої групи відносять М. aqua, М. flavescens, М. scrofulaceum, М. gordonae і М. paraffnicum. Патогенність для людини і лабораторних тварин цих мікобактерій незначна, хоча вони можуть спричиняти лімфаденіти у дітей. Їх виділяють із забруднених водоймищ і ґрунту.

ІІІ група – нехромогенні мікобактерії – дуже гетерогенна. Культури нехромогенних мікобактерій не продукують пігменту або утворюють його в дуже незначній кількості. Морфологічно мікобактерії III групи поліморфні. Видимий ріст культури виявляється вже за 5-10 діб. Представниками цієї групи є М. хеnорі, М. аvіum, М. intracellularae, М. gastri, M. haemophilum, М. nonchromogenicum, М. terrae, М. triviale, М. ulcerans. Нехромогенні мікобактерії патогенні для птахів, менш патогенні для великої рогатої худоби, свіней,овець, собак. Трапляються у ґрунті, воді, їх виділяють хворі тварини (свіні,вівеці).

IV група - мікобактерії, що швидко ростутьна поживних середовищах. Колонії таких мікобактерій на живильних середовищах виростають вже на 2-у – 3-тюдобу як за температури 37 °С, так і за кімнатної. Включають скотохромогенні та фотохромогенні штами. Морфологічно види IV групи поліморфні. Часто вони короткі, товсті, мають овоїдну або веретеноподібну чи гіллясту форми. При забарвлення таких мікобактерій за методом Ціля-Нільсена частина мікробних клітин може частково або повністю втрачати кислото- і спиртостійкість. Група швидкорослих мікобактерій включає М. marianum, М. borstelense, М. phlei, М. vaccae, М. diernhoferi, М. smegmatis, М. thamnopheos, М. flavescens, М. fortuitum, М. peregrinum, М. chelonei. Мікобактерії цієї групи рідко виділяють із патологічного матеріалу хворих.

Захворювання, що викликають атипові штами мікобактерій туберкульозу, називають мікобактеріозами. Мікобактеріози найчастіше виникають на тлі імунодефіцитних станів. За клінічним перебігом мікобактеріоз нагадує туберкульоз, швидко прогресує, інколи супроводжується кровохарканням.

Розрізняють три типи мікобактеріозу, залежно від виду мікобактерій та імунного статусу організму:

а) Генералізована інфекція з розвитком видимих неозброєним оком патологічних змін, що зовнішньо нагадують туберкульоз, але гістологічно дещо відрізняються. У легенях виявляють дифузні інтерстиціальні зміни без гранульом й деструкцій. Основними ознаками є підвищення темперватури тіла, двобічна дисемінація у середніх і нижніх відділах легень, анемія, нейтропенія, абдормінальний біль і хронічна діарея. Діагноз підтверджується знаходженням мікобактерій в харкотинні, калі чи біопсією. Ефективними для лікування є етамбутол, рифампіцин, циклосерин, канаміцин, стрептоміцин. Проте, ефективність лікування низька, смертність досягає 20 %.

б) Локалізована інфекція – характеризується наявністю макро- та мікроскопічних уражень, що визначаються у певних ділянках тіла.

в) Інфекція, що перебігає без розвитку видимих уражень, при цьому збудник знаходиться у лімфатичгних вузлах.

Поширеність і виживання мікобактерій у довкіллі.Мікобактерії поширені в природі повсюдно. Вони вельми стійкі до впливу різних фізичних і хімічних чинників. Мікобактерії є складовою нормальної мікрофлори ґрунту. Частота їх залежить від біологічної активності ґрунту. Культури мікобактерій виділяють з усіх видів ґрунтів, найбільше з польових (86-100 %), рідше з лісових (40 %). Кількість і видовий склад мікобактерій у ґрунті значною мірою залежать від геологічних, географічних і кліматичних чин­ників, а також від характеру і поживних речовин ґрунту. Незважаючи на те що туберкульоз поширений в усьому світі, існують певні географічні зони з найбільшою його частотою, причому в різних географічних зонах переважають різні види мікобактерій, у тому числі й атипових. Висока температура згубно діє на всі види мікобактерій, тому й поширення мікобактерій у зовнішньому середовищі різне. Деякі види мікобактерій за сприятливих умов можуть розмножуватися в зовнішньому середовищі. В окремих випадках мікобактерії туберкульозу виділяли із водопровідної води і навіть з проточної води очисної станції. Мікобактерії було виділено від жаб, кліщів, дощових хробаків і багатьох інших об’єктів.

Здатність мікроба протистояти різним факторам зовнішнього середовища, тісно пов’язана з практичними задачами дезінфекції патологічного матеріалу, житла і предметів.Мікобактерії мають велику стійкість до впливу різних фізичних і хімічних чинників. Стійкість мікобактерій залежить від умов, в яких вони перебувають. На стійкість до температурного чинника впливає густина суспензії мікобактерій у довкіллі.

Під час нагрівання до 60°С мікобактерії туберкульозу гинуть упродовж 30-50 хвилин, до 80°С – через 5 хвилин. М. аvium витримує нагрівання до 65°С, М. bovis – до 75°С. Мікобактерії, що зберігаються у вологому мокротинні, гинуть при кип'ятінні протягом 5 хвилин, у висушеному – лише через 45 хвилин. Для знищення мікобактерій туберкульозу в молоці його треба протягом 30 хвилин утримувати за температури 65°С, або кип’ятити не менш 5 хвилин. Сухе гаряче повітря (100 °С) убиває збудника туберкульозу тільки через 1 год.

У вуличному пилу мікобактерії зберігаються протягом 10 днів. На сторінках книг вони залишаються живими протягом 3-х і більше місяців. Висушування, гниття і низькі температури мікобактерії добре переносять.За температури -23°С їхня життєздатність зберігається до 7 років. При заморожуванні до -76°С мікобактерії залишаються життєздатними до 180 діб. У молоці та вершках, замороженихдо -8°С, мікобактерії гинуть через 120 діб.

Пряме сонячне світло убиває мікобактерії туберкульозу людського виду через 60 хвилин впливу, мікобактерії туберкульозу пташиного виду – через 40-50 хвилин, розсіяне сонячне світло вбиває мікобактерії туберкульозу через 40-80 діб. Літні сонячні проме­ні знешкоджують туберкульозні мікобактерії через 30 хвилин, весняні й осінні – через 1 годину, а зимові – через 2 години. Ультрафіолетові промені вбивають мікобактерії туберкульозу через 2-3 хвилини.

Восени в ґрунті мікобактерії зберігають вірулентність до 7 місяців, а тривалість їх виживання становить 21 місяць. Влітку в ґрунті мікобактерії втрачають вірулентні властивості через 4-5 місяців, тривалість їх виживання становить 7-8 місяців.

У мерзлих ґрунтах збудник туберкульозу зберігає життєздатність і патогенність на поверхні до 12 місяців, а на глибині 10-20 см – до 36 місяців.

Влітку на відкритому повітрі й на світлі у воді мікобактерії туберкульозу виживають 12 діб, а у воді в темряві за кімнатної температури – 23,5 місяця. У стічних водах збудники туберкульозу зберігаються 11-15 місяців, у річковій воді – 70 діб, у водопровідній воді – 5 місяців, а у проточній – більше року.

Мікобактерії туберкульозу тривалий час можуть виживати в молочних продуктах. У маслі, що зберігається в холодиль­нику, вони зберігають життєздатність до 300 діб, у сирі – до 260 діб, у молоці – 14-18 діб.

М. аvium добре зберігається в яйці. У круто зварених яйцях М. аvium залишається життєздатним і не втрачає вірулентності.

У замороженому м’ясі збудник туберкульозу зберігається до 1 року.

Вплив хімічних чинників на мікобактерії.Мікобактерії туберкульозу дуже стійкі до дії багатьох хімічних речовин, що зумовлено будовою клітинною оболонки.

Мікобактерії туберкульозу стійкі до кислот. У 5-10 % розчині хлоридної та сульфатної кислот, а також у 5 % розчині фенолу вони залишаються життєздатними протягом 24 годин. Швидко вбиває мікобактерії 50-70 % спирт. Бактерицидним для мікобактерій є 1 % розчин хлораміну, змішаний з 1 % розчином амонію хлориду. Атипові мікобактерії стійкіші до 3 % основного розчину формальдегіду. 5 % розчин карболової кислоти вбиває мікобактерії туберкульозу через 5 годин, а 3 % розчин лізолу – протягом 12 годин.

Мікобактерії туберкульозу стійкі до впливу сухого хлорного вапна, в якому вони живуть до 30 діб і більше. Соління і копчення практично не знешкоджують мікобактерій.

Збудники туберкульозу досить чутливі до короткохвильового ультрафіолетового випромінювання, в якому протягом 30 хвилин гине 92,3 % мікобактерій. Збудники туберкульозу гинуть при інфрачервоному електронагріві за температури 75°С протягом 60 секунд. Проте, до дії іонізуючої радіації мікобактерії досить стійкі.

Література:

1. Чернушенко Е.Ф. Микробиологическая и иммунологическая диагностика туберкулёза в современных условиях // Журнал АМН Украины. – 1998. – Т.4, № 1 – С.118-132.

2. Стаханов В., Борисова М. Возбудитель туберкулёза: свойства, методы обнаружения // Врач. – 2000.– № 4 .– С. 20-24 .

3. Біологічні особливості L-форм мікобактерій туберкульозу, що виделені у хворих на туберкульоз легень / Чернушенко К.Ф. та ін. // Український пульмонологічний журнал. – 2000. - № 2. – С.48-50.

4. Мельник В.П. Этиология и патогенез туберкулёза // Доктор. – 2002. – № 4. – С.17-20.

5. Наказ МОЗ України № 45 від 6.02.2002 р. “Інструкція про бактеріологічну діагностику туберкульозної інфекції”.

6. Соловьёва И. Нетуберкулёзные микобактериозы // Врач. – 2002. – № 3 . – С.10-11.

7. Новожилова И.А. Микобактериозы: прошлое, настоящее, будущее // Проблемы туберкулёза и болезней лёгких. – 2004. - № 9. – С.3-9.