病原菌的侵袭力

病原菌致病的帮凶—侵袭力

 

俗话说，病从口入。例如痢疾杆菌、霍乱弧菌和肝炎病毒是通过食物进入消化道引起疾病的，它们能够抵抗宿主唾液和胃酸。但宿主的不同器官和不同部位对病原菌的敏感性是不一样的，例如肺炎和白喉的致病菌多半是通过呼吸感染的。葡萄球菌则特别容易感染皮肤伤口，而淋病和艾滋病主要是通过性器官的接触传播的。当然，有的致病菌能够从多种途径进入宿主体内并引发疾病，例如结核菌和炭疽菌既能通过消化系统，又能通过呼吸和皮肤接触感染宿主，因此在生物战中它成了老牌的头号杀手。
　　病原菌的侵袭力使病原菌能够突破宿主机体的生理防御屏障，并在宿主机体内生存下来（医学上称为定殖）、繁殖和扩散。细菌的侵袭力由病原菌的粘附与侵入、繁殖与扩散，以及对宿主防御功能的抵抗等因素组成。

粘附与侵入

除了昆虫叮咬或外伤直接将病原菌导入组织或血流引起的感染外，绝大多数的感染是从病原菌粘附到宿主粘膜上皮细胞表面开始的。这是形成感染必需的第一步。例如淋病奈瑟氏菌的菌毛粘附到尿道粘膜上皮细胞表面，而且不能被尿流冲出；大肠埃希氏菌、伤寒沙门菌、志贺氏菌等均有菌毛，它们可以牢牢地粘附在肠粘膜上而不受肠蠕动的影响；百日咳鲍特氏菌的菌毛粘附到气管和支气管粘膜的纤毛上皮层，也不会被呼吸道的纤毛运动清除。
　　细菌粘附到宿主易感细胞上，要通过粘附素的作用。这种过程称为介导。粘附素是细菌细胞表面的蛋白质。一类由细菌菌毛分泌；另一类不由菌毛产生，是细菌的其它表面结构。大肠埃希氏菌的I型菌毛、定殖因子抗原I（CFA/I）和淋病奈瑟氏菌菌毛产生的是菌毛粘附素。金黄色葡萄球菌的脂磷壁酸（LTA）、A群链球菌的LTA-M蛋白复合物是非菌毛粘附素。不同的粘附素只能和相配的易感细胞受体结合，粘附素受体一般是糖类或糖蛋白。例如大肠埃希氏菌I型菌毛粘附，便是和肠粘膜上皮细胞的D-甘露糖受体结合。
　　细菌的粘附作用和它们的致病性有密切关系。例如让志愿参加实验的人口服没有菌毛的肠产毒素型大肠埃希氏菌，不能引起腹泻。在兽医界，已将动物肠产毒素型大肠埃希氏菌的菌毛制成疫苗，对预防新生小牛、小猪由该菌引起的腹泻效果明显。
　　当病原菌牢固地粘附在易感组织表面后，有的即在组织表面生长繁殖，引起疾病，它们并不穿透进细胞，例如霍乱弧菌；有的则进入细胞内生长繁殖，产生毒性物质，使细胞死亡，从而造成浅表的组织损伤（溃疡），但菌不再进一步侵入和扩散，例如引起痢疾的志贺氏菌；还有一些病原菌则通过粘膜上皮细胞或细胞间质进入下部组织或血液中进一步扩散，例如A群链球菌所致的化脓性感染。

 

繁殖与扩散

一般自然情况下，进入宿主体内的病原菌是不多的。如果它们不能迅速繁殖成很大的数量，要想侵犯我们人体这个跟细菌相比的庞然大物是不可思议的。当病原菌侵入机体后，是否能致病，首先要看该菌能否在侵入的部位繁殖，而不同部位的条件是千差万别的。例如破伤风梭菌芽胞随尘土等进入了普通浅表部伤口，由于这种细菌是厌氧菌，而浅表部位不是厌氧微环境，芽胞不能出芽和繁殖，就不会引发破伤风病。奇异变形杆菌易在肾脏内生长，是因为这种细菌能产生尿素酶，可以分解利用尿液中的尿素作为生长的养料。能生动说明宿主不同器官对病原菌敏感性不同的例子是流产布鲁氏菌。这种细菌容易引起牛的传染性流产，和牲口接触较多的人也会因为传染了这种细菌而患病。当牛因为感染细菌而发生流产时，连接胚胎与子宫的母牛胎盘是流产布鲁氏菌唯一存在的地方，而母牛和子牛身体都未发现这种病原菌。20世纪60年代，科学家发现流产布鲁氏菌的正常生长需要大量的维生素和其它微量物质，其中一种是与蔗糖类似的物质赤藓醇。赤藓醇在动物组织中含量甚微，但在胎盘中含量很高。因而，流产布鲁氏菌便在胎盘而不是其它部位繁衍滋生。用给实验动物注射赤藓醇的方法可以诱导出全身性布鲁氏菌病，证实了科学家的推断。这说明，微生物之所以在特定的部位生长并引发疾病，是因为这些部位有它们需要的养分或者没有它们不喜欢的某些物质。而气性坏疽则是由于某个部位缺少它不喜欢的物质而大量繁殖的例子。引起坏疽的梭状芽孢杆菌在污染的水源及土壤中广泛存在，但由于它们害怕氧气，在有氧的条件下不能生长，所以一般是不可怕的。然而，它产生的孢子在空气中能长期存活。当梭状芽孢杆菌的孢子恰好进入伤口，引起受伤组织发炎肿胀时，组织的小血管受挤压而产生供血不良，造成伤口供氧不足，当伤口较深时，则缺氧更加严重。这些细菌会产生了一种对人体剧毒的物质引起严重的后果。
　　当然，不同病原菌引起疾病的数量有很大差异，伤寒沙门氏菌和霍乱弧菌处处存在，但一个身体健康的人接触少量并不容易发病，因为需要一次侵入数十亿至数百亿个细菌才会引发症状；而鼠疫杆菌只要7个细胞就能使某些宿主患上可怕的鼠疫。
　　当病原菌通过原始入侵部位直接向周围扩散时，必定会受到机体结缔组织等胶样物质的阻挡。但是有些细菌，例如A群链球菌会产生能分解结缔组织基质中的透明质酸的酶—透明质酸酶，这就使它们得以在皮下组织中迅速扩散，造成蜂窝组织炎等病变。因此，透明质酸酶又称扩散因子。链球菌还能产生链激酶（溶纤维蛋白酶）和链道酶（DNA酶），它们分别能降解炎症反应中能起“包围”病菌作用的纤维蛋白，也能降解白细胞死亡后释放出来的粘稠的细胞核DNA，这些酶均有利于病菌在机体内的扩散。

对宿主防御功能的抵抗

细菌一旦进入机体内，首先遇到的是吞噬细胞。非病原菌很容易被吞噬细胞摄取、吞入、杀死、消化，并将菌体蛋白质等作为营养来源。但病原菌则不同，有多种办法来对付吞噬细胞。例如肺炎链球菌、炭疽芽胞杆菌、流感嗜血杆菌等，在它们的菌体外有一层厚度大于2微米的特殊结构，叫做荚膜，它的化学成份是多糖或多肽，它们能保护病原菌不易被吞噬细胞吞噬，即使被吞后亦不易被杀死，反而在吞噬细胞内生长繁殖使细胞死亡。有的学者把不能形成荚膜的肺炎链球菌注射到小鼠腹腔里，即使注射的细菌数量高达数万个，小鼠也安然无恙。原因是注射到腹腔内的菌都被腹腔中的巨噬细胞（大吞噬细胞）吞噬消灭了。如果换用有荚膜的肺炎链球菌，则只需十余个就能置小鼠于死地。A群链球菌的M蛋白、伤寒沙门菌的Ⅵ抗原，以及大肠埃希氏菌的K抗原等，亦是位于这些细菌细胞壁外围的特殊结构，因其厚度小于2微米，比一般的荚膜薄，为区别起见，通称为微荚膜。微荚膜的功能与肺炎链球菌等的荚膜功能是相同的。
　　有些病原菌采用其它方式来对付机体的吞噬细胞。例如金黄色葡萄球菌能产生一种凝固酶，这种酶使宿主血浆中本来是液体状态的纤维蛋白原变成固体状态的纤维蛋白，结果使纤维蛋白围绕于病原菌四周，犹如荚膜，也能抵抗吞噬作用。如果从病人的脓液、血液等标本中分离培养出葡萄球菌，要判定它们是否为病原菌时，必须做凝固酶试验。即将人或兔血浆与从标本中分离到的菌混合，观察液态血浆是否凝固的试验。伤寒沙门氏菌能产生一种阴性趋化物质，使吞噬细胞不能与之接近。A群链球菌能产生杀白细胞素，病原菌被中性粒细胞吞入后，杀白细胞素立即发挥作用，将吞噬细胞先行杀死。