Nhiễm trùng và động lực của vi sinh vật

Nhiễm trùng và động lực của vi sinh vật

ĐẠI CƯƠNG

Đối với vi khuẩn, cơ thể con người là môi trường sống thích hợp cho nhiều vi sinh vật, môi trường này có nhiệt độ, độ ẩm và thức ăn thích hợp cho chúng phát triển được. Nhiều vi khuẩn cư trú (colonization) trên bề mặt của cơ thể con người mà không gây hại cho cơ thể vật chủ, chúng sống cộng sinh (commensal) bình thường với cơ thể vật chủ và tạo nên thành phần khuẩn chí ( normal microflora) của cơ thể, tuy nhiên những vi khuẩn chí này sẽ trở thành tác nhân gây bệnh khi vượt qua rào cản của cơ thể ( da, niêm mạc) xâm nhập vào trong cơ thể vật chủ. Những vi khuẩn có độc lực như vi khuẩn bạch hầu, thương hàn, tả, vi khuẩn lỵ.. chúng luôn có cơ chế làm dễ dàng cho chúng phát triển ở cơ thể vật chủ và gây tổn thương tố chức hoặc cơ quan của cơ thể và gây nên bệnh nhiễm trùng.

Khi vi sinh vật gây bệnh xâm nhập vào cơ thể vật chủ, trong những điều kiện tự nhiên và xã hội nhất định và gây nên một quá trình phản ứng tương tác phức tạp gọi là nhiễm trùng. Trong quá trình này vi sinh vật là nguyên nhân, cơ thể con người là đối tượng cảm thụ. Hoàn cảnh khách quan ảnh hưởng trực tiếp họăc gián tiếp đến sự nhiễm trùng. Khi vi sinh vật chưa xâm nhập vào cơ thể thì yêu tố hòan cảnh có ảnh hưởng trực tiếp đến con người và vi sinh vật gây bệnh tạo điều kiện thuận lợi hoặc không thuận lợi cho quá trình nhiễm khuẩn. Khi vi sinh vật đã xâm nhập vào cơ thể thì hòan cảnh chỉ tác động vào con người và có ảnh hưởng đến vi sinh vật.

Các hình thái của sự nhiễm trùng

Quá trình nhiễm trùng đưa đến tổn thương tổ chức hoặc cơ quan của cơ thể vật chủ, làm rối lọan cơ chế điều hòa thần kinh, miễn dịch và làm xuất hiện những triệu chứng rõ của chứng bệnh. Đó là những bệnh nhiễm trùng thể lâm sàng. Độ trầm trọng của các triệu chứng bệnh phụ thuộc vào cơ quan bị ảnh hưởng và mức độ tổn thương của cơ quan do sự nhiễm trùng

Ở người khoẻ mạnh bình thường, đa số trường hợp nhiễm trùng chỉ gây nên tổn thương tổ chức không đáng kể và về mặt lâm sàng không có những biểu hiện rõ ràng cua chứng bệnh đó là nhiễm trùng thể ẩn. Nhiễm trùng không triệu chứng làm cho cơ thể vật chủ có được tính miễn dịch với tác nhân nhiễm trùng, giúp cho cơ thể loại bỏ hiệu quả sự nhiễm trùng do vi sinh vật đó vào lần sau. 

Về phương tiện dịch tễ học, các nhiễm trùng thể ẩn rất nguy hiểm vì đó là nguồn lây lan mầm bệnh mà không biết trong các vụ dịch như dịch tả, dich bại liệt, viên gan tỷ lệ bệnh nhiễm trùng thể ẩn rất cao so với thể lâm sàng.

Diển biến của một bệnh nhiễm trùng thường qua bốn giai đọan: Ủ bệnh, khởi phát, tòan phát và hồi phục. Phần lớn bệnh nhiễm trùng sau khi hồi phục cơ thể được miễn dịch trong một thời gian dài tùy theo từng bệnh.

Bệnh nhiễm trùng có thể biểu hiện tại chổ hoặc toàn thân, cấp tính hay mãn tính.

Lúc vi sinh vật gây bệnh trực tiếp truyền từ người này sang người khác, gây nên những quá trình nhiễm trùng mới thì chúng làm phát sinh bệnh truyền nhiễm. Bệnh truyền nhiễm có thể tản phát hay phát triển thành dịch địa phương hoặc thành đại dịch.

Vi sinh vật gây bệnh

Vi sinh vật gây bệnh là nguyên nhân của bệnh nhiễm trùng. Không có vi sinh vật gây bệnh thì không có nhiễm trùng. Khả năng gây bệnh của vi sinh vật phụ thuộc vào độc lực, số lượng vi sinh vật xâm nhập và đường xâm nhập.

Độc lực vi sinh vật

Là khả năng gây bệnh mạnh hay yếu của một loài vi sinh vật, vi khuẩn Salnonella typhi và Salmonella paratyphi đều gây nên bệnh sốt thương hàn, nhưng bệnh sốt thương hàn do Salmonella typhi biểu hiện với những triệu chứng bệnh trầm trọng hơn.

Để đánh giá độc lực của một chủng vi khuẩn, người ta dùng liều gây chết 50 (LD 50). LD 50 là liều lượng vi sinh vật hoặc độc tố của chúng làm chết 50% quần thể súc vật thí nghiệm trong một khoảng thời gian nhất định. Hiện nay người ta có xu hướng dùng đơn vị này hơn là liều gây chết tối thiểu (MLD). MLD là liều lượng nhỏ nhất của một chủng vi sinh vật hoặc độc tố của nó giết chết một súc vật thí nghiệm có trọng lượng nhất định, trong một khoảng thời gian thực nghiệm nhất định. MLD ít chính xác vì phụ thuộc vào trạng thái, chức năng của hệ miễn dịch và thần kinh của mỗi con vật thí nghiệm.

Độc lực của một chủng vi sinh vật không phải là cố định. Khi mới phân lập được ở cơ thể bệnh nhân vi sinh vật thường có độc lực cao nhưng qua quá trình cấy chuyền thì độc lực giảm dần và có khi mất hẳn, do đã chọn lọc lại những biến chủng thích nghi trong điều kiện mới. Trên cơ sở này nhiều loại vacxin vi sinh vật sống giảm độc đã được điều chế ví dụ như vacxin bại liệt, vacxin BCG. Ở vacxin BCG vi khuẩn có nguồn gốc đầu tiên là chủng vi khuẩn lao bò  (M. bovis) rất độc nhưng qua nuôi cấy trên môi trường mật bò nhiều năm và cấy chuyền nhiều lần Calmette và Guerin đã tạo được một chủng vi khuẩn hoàn toàn không độc gọi là vi khuẩn BCG dùng làm vacxin phòng lao (Bacille de Calmette et Guerin). Mặt khác một chủng vi sinh vật giảm độc khi tiêm truyền vào cơ thể súc vật có thể làm gia tăng độc lực của chúng.

Độc lực của vi sinh vật bao gồm độc tố, khả năng bám dính và khả năng xâm nhiễm của chúng.

Khả năng bám dính

Bám dính là bước đầu tiên trong quá trình nhiễm trùng, nhiều vi khuẩn có trên bề mặt của chúng những đại phân tử gọi là các yếu tố bám dính (adhesin) nó làm trung gian cho sự bám dính của vi khuẩn vào các receptor đặc hiệu tìm thấy trên một số tế bào động vật nhưng không tìm thấy ở những tế bào khác. Những thành phần bám dính ở vi khuẩn có thể do pili đảm nhiệm, E.coli bám dính vào tế bào ruột hoặc tế bào biểu mô bàng quang hơn vào niêm mạc miệng. Shigella gây bệnh bám dính vào biểu mô ruột. Tương tự như vậy Neisseria gonorrhoae bám dính vào biểu mô niệu đạo.

Kháng thể của thành phần bề mặt vi khuẩn không những có tác dụng opsonin hóa vi khuẩn mà còn trung hòa kháng nguyên ngăn cản vi khuẩn bám dính vào biểu mô. Hơn nửa glycoprotein trong chất tiết của cơ thể cạnh tranh với các recepor bám của vi khuẩn và ngăn cản sự bám dính của vi khuẩn, sự bong tế bào biểu mô bề mặt cũng là một cơ chế bảo vệ khác vì nó loại bỏ vi khuẩn bám dính vào tế bào

Khả năng xâm nhiễm

Là khả năng đi vào bên trong tổ chức của cơ thể vật chủ, nhân lên ở đó rồi lan tràn sang các vùng khác.

Khả năng tạo vỏ: Vỏ của nhiều vi khuẩn giúp cho vi khuẩn đề kháng lại sự thực bào, ví dụ rõ ràng nhất là phế cầu: so sánh một chủng phế cầu có vỏ (khuẩn lạc dạng S) và một chủng phế cầu không có vỏ (khuẩn lạc dạng R), thì chủng phế cầu có vỏ (S) gây bệnh ở chuột nhắt trong khi chủng không có vỏ (R) thì không bệnh. Ở Streptococcus pyogenes yếu tố kháng đại thực bào nằm ở mặt ngoài của vách tế bào.

Các enzyme: Nhiều vi khuẩn gây bệnh tạo được nhiều enzyme góp phần vào khả năng xâm nhiễm của chúng.

Enzyme hyaluronidase do tụ cầu, liên cầu tiết ra làm thủy phân axit hyaluronic là thành phần cơ bản của mô liên kết, làm cho vi khuẩn phân tán vào mô dễ dàng.

Collagenase phân hủy collagen thành phần của mô cơ.

Streptokinase làm tan cục máu đông.

Leucocidin giết chết bạch cầu.

Hemolysin làm tan hồng cầu.

Mucinase được một số vi khuẩn đường tiêu hóa tiết ra, làm phá vỡ lớp niêm dịch bao phủ niêm mạc ruột, tạo điều kiện vi khuẩn tiếp xúc trực tiếp với tế bào và xâm nhập vào bên trong biểu mô.

Khả năng sinh độc tố

Độc tố được tạo thành trong quá trình chuyển hóa của vi khuẩn. Người ta chia độc tố của vi khuẩn thành ngoại độc tố và nội độc tố.

Ngoại độc tố: Do một số vi khuẩn gram dương và vi khuẩn gram âm tạo thành và phân tiết ra môi trường xung quanh, bản chất hóa học của nó là protein, có tính chất sinh kháng cao và dễ bị phá hủy bởi nhiệt độ (60⁰C). Nhiều ngoại độc tố của vi khuẩn như ngoại độc tố của bạch hầu, uốn ván, ngộ độc thịt được chiết xuất dưới dạng tinh khiết. Ngoại độc tố có độc tính mạnh,ví dụ chỉ cần 0,02mg ngoại độc tố bạch hầu có thể giết chết một người.

Ngoại độc tố khi được xử lý bằng focmol hoặc bằng nhiệt độ sau một thời gian thì mất tính độc mà vân giữ hoàn toàn tính chất kháng nguyên, chế phẩm này được gọi là giải độc tố dùng để làm vacxin phòng bệnh đặc hiệu.

Nội độc tố: Độc tố này liên hệ chặt chẽ với vách tế bào vi khuẩn gram âm, nó không khuyếch tán ra môi trường bên ngoài, chỉ khi nào vi khuẩn chết, tế bào bị phá hủy thì nội độc tố mới được phóng thích ra bên ngoài.

Cấu tạo hóa học vách của vi khuẩn gram âm là một hỗn hợp glucit, lipit và protein trong đó thành phần có độc tính của nội độc tố chủ yếu là thành phần lipid A của lớp lipopolysacarit của vách tế bào. Nội độc chịu nhiệt cao, độc tính yếu hơn so với ngoại độc tố. Hiện nay người ta biết rõ ràng nội độc tố của vi khuẩn gram âm (-) có những tác động sinh học vừa có lợi cho cơ thể vật chủ kích thích đáp ứng miễn dịch mặt khác nó cũng tác động độc gây choáng và chết.

Tính chất sinh miễn dịch của nội độc tố yếu, không có khả năng biến thành giải độc tố khi xử lý với focmol.

Độc lực của virus 

Khác với vi khuẩn, virus là tác nhân xâm nhập nội bào bắt buộc. Virus có cấu trúc đơn giản, virus không chứa các enzyme và các bộ máy phân bào cần thiết để chuyển hóa và phát triển. Virus chỉ nhân lên được khi xâm nhập vào trong tế bào của cơ thể vật chủ, chúng sử dụng các vật liệu có sẵn của tế bào để tổng hợp và nhân lên trên cơ sở thông tin di truyền của chúng. Các virus mới hình thành trong tế bào vật chủ sẽ phá vỡ tế bào để phóng thích các virus mới ra môi trường và tiếp tục chu kỳ nhân lên ở các tế bào kế cận. Như vậy tính chất gây bệnh của virus liên hệ đến.

Phá vỡ quần thể tế bào bị xâm nhiễm

Thay đổi hình thái, cấu trúc và làm cho tế bào mất chức năng.

Số lượng vi sinh vật 

Cơ thể con người có những cơ chế bảo vệ hữu hiệu. Vi sinh vật chỉ gây bệnh lúc số lượng xâm nhập đạt một mức nào đó. Nếu số lượng ít quá thì vi sinh vật đễ dàng bị cơ thể vật chủ loại bỏ. Thí nghiệm ở những người tình nguyện cho thấy số lượng Salmonella typhi nuốt vào ruột để có thể gây bệnh vào khoảng 10⁶ hoặc để gây bệnh tả thực nghiệm, những người tình nguyện phải uống các dung dịch natri bicarbonate để làm kiềm hóa dịch dạ dày đồng thời uống một lượng khoảng 10⁹ vi khuẩn tả.

Đường xâm nhập 

Đường xâm nhập cũng ảnh hưởng đến khả năng gây bệnh nhiễm trùng. Nhiều vi sinh vật có đặc tính hướng cơ quan, chúng chọn lọc bề mặt tổ chức mà chúng xâm nhiễm. Não mô cầu và phế cầu thường tìm thấy ở vùng mũi hầu nhưng phế cầu thì xâm nhiễm đường hô hấp dưới gây nên viêm phổi trong khi não mô cầu xâm nhiễm đường hô hấp trên và xâm nhập gây viêm màng não. Vi sinh vật chỉ gây bệnh lúc chúng xâm nhập cơ thể qua đường thích hợp: Vi khuẩn thương hàn qua đường miệng, lậu cầu qua đường sinh dục, trực khuẩn uốn ván qua đường vết thương, viêm gan virus A, virus bại liệt qua đường miệng, virus viêm gan B qua đường tiêm chuyền...

CƠ SỞ DI TRUYỀN CỦA ĐỘC LỰC VI SINH VẬT

Các yếu tố độc lực của vi sinh vật có thể được mã hoá trên DNA nhiễm sắc thể, trên DNA của bacteriophage, trên các plasmid hoặc trên các đoạn gen nhảy nằm trên plasmid hoặc nằm trên nhiễm sắc thể.

Độc tố của nhiều vi khuẩn gây bệnh được mã bởi một đoạn gen trên nhiễm sắc thể của vi khuẩn như độc tố ruột của vi khuẩn tả, độc tố ruột của các loài Shigella, hoặc ngoại độc tố A của Pseudomonas aeruginose. Các yếu tố xâm nhiễm của E. coli, độc tố bong da của S. aureus, độc tố của vi khuẩn than được mã hoá bởi một đoạn gen trên plasmid của vi khuẩn. Ở nhiều vi khuẩn chúng có khả năng tạo độc tố khi chúng bị nhiễm bởi các bacteriophage đặc hiệu, các bacteriophage tích hợp đoạn DNA của chúng vào DNA của vi khuẩn, ở trạng thái này vi khuẩn sản xuất độc tố như độc tố của bạch hầu, độc tố sinh đỏ của Streptococcus pyogenes.

Với các kỹ thuật phân tử hiện nay người ta dễ dàng xác định các gen độc lực của các vi khuẩn gây nhiễm trùng, điều này rất có ý nghĩa để tìm nguồn gốc dịch tễ học của chủng vi khuẩn gây bệnh, và để chẩn đoán nguyên nhân các bệnh nhiễm trùng

SỰ TRÁNH NÉ VỚI ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH CỦA VI SINH VẬT

Về lý thuyết, vi khuẩn tồn tại trong cơ thể vật chủ càng lâu thì chúng càng có nhiều thời gian để gây tổn thương cho cơ thể, vì vậy những vi sinh vật tránh né được sức đề kháng của cơ thể vật chủ thì có khả năng hơn để gây bệnh

Sự lẩn tránh trong tổ chức hoặc tế bào

Nhiều vi sinh vật nằm bên trong tế bào tránh được tác dụng có hại cho chúng của kháng thể và thuốc kháng sinh. Mycobacterium tuberculosis và M. leprae thoát khỏi cơ chế miễn dịch tế bào do ngăn cản sự hòa nhập các lysozim của đại thực bào với các phagosom của lưới nguyên tương có chứa vi khuẩn. Virus herpes simplex và virus zoster sau khi xâm nhập vào tế bào biểu mô, các virus này đến vùng hạch rễ thần kinh lưng và chúng tồn tại ở trong đó một thời gian dài, Epstein-Barr virus tồn tại được trong tế bào lympho B...

Các yếu tố hòa tan của vi sinh vật

Nhiều vi khuẩn có khả năng tạo ra các yếu tố hòa tan làm trở ngại đáp ứng miễn dịch của cơ thể vật chủ chống lại nó. Ví dụ nhiều chủng tụ cầu sản sinh protein A kết hợp với vùng Fc của phân tử kháng thể ảnh hưởng đến chức năng của kháng thể trong quá trình opsonin hóa, lậu cầu và nhiều não mô cầu tạo ra enzyme protease phá hủy phân tử IgA miễn dịch

Thay đổi kháng nguyên 

Sự thay đổi kháng nguyên vi sinh vật thấy rõ ràng nhất ở virus cúm. Virus này có hai quyết định kháng nguyên chính: kháng nguyên ngưng kết hồng cầu (H) và kháng nguyên neuramidase (N). Những thay đổi nhỏ về đặc tính kháng nguyên làm xuất hiện typ virus mới. typ mới này thoát khỏi sự bất hoạt của kháng thể có trong máu của người bênh đã bị nhiễm trùng trước đây bởi typ virus  bố mẹ.