Инфекции: причины, симптомы и лечение.

Инфекции: причины, виды (бактерии, вирусы), механизмы развития и реакция организма. Иммунный ответ на инфекционные заболевания и патогены.

27 мин чтения

100%

Источник: Infection — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Инвазия организма патогенными агентами.

Инфекция – это проникновение патогенов в ткани, их размножение и реакция тканей организма-носителя на инфекционный агент и производимые им токсины. Инфекционное заболевание, также известное как заразное или передаваемое заболевание, – это болезнь, являющаяся следствием инфекции. Инфекции могут быть вызваны широким спектром патогенов, наиболее распространенными из которых являются бактерии и вирусы. Организмы-носители могут бороться с инфекциями, используя свою иммунную систему. У млекопитающих организм-носитель реагирует на инфекции врожденным иммунным ответом, часто включающим воспаление, за которым следует адаптивный ответ. Специфические лекарственные средства для лечения инфекций включают антибиотики, противовирусные, противогрибковые, противопротозойные и противогельминтные препараты. В 2013 году инфекционные заболевания стали причиной 9,2 миллиона смертей (около 17% от общего числа смертей). Область медицины, специализирующаяся на изучении инфекций, называется инфекционными болезнями.

Признаки и симптомы

Признаки и симптомы инфекции зависят от типа заболевания. Некоторые признаки инфекции затрагивают весь организм в целом, такие как усталость, потеря аппетита, потеря веса, лихорадка, ночная потливость, озноб, ломота и боли. Другие проявляются в отдельных частях тела, например, в виде кожных высыпаний, кашля или насморка. В некоторых случаях инфекционные заболевания могут протекать бессимптомно на протяжении большей части или даже всего периода в данном организме-носителе. В этом случае заболевание может быть определено как "болезнь" (что по определению означает нездоровье) только у тех организмов, которые вторично заболевают после контакта с бессимптомным носителем. Инфекция не тождественна инфекционному заболеванию, поскольку некоторые инфекции не вызывают нездоровья у организма-носителя. Важно различать эти два понятия, поскольку вирусные инфекции не поддаются лечению антибиотиками, а бактериальные инфекции – поддаются. +Сравнение вирусных и бактериальных инфекций. Характерные особенности. Вирусные инфекции. Бактериальные инфекции. Типичные симптомы. Как правило, вирусные инфекции носят системный характер, то есть поражают множество различных частей тела или более одной системы организма одновременно; например, насморк, заложенность пазух носа, кашель, боли в теле и т.д. Иногда они могут быть локализованными, как при вирусном конъюнктивите или "розовом глазу", а также при герпесе. Лишь некоторые вирусные инфекции вызывают боль, например, герпес. Боль при вирусных инфекциях часто описывается как зуд или жжение. Причина. Патогенные вирусы. Патогенные бактерии.

Патофизиология

Существует общая последовательность событий, применительная к инфекциям, которую иногда называют цепью инфекции или цепью передачи. Эта последовательность включает несколько этапов: инфекционный агент, резервуар, попадание в восприимчивого хозяина, выход из источника и передача новым хозяевам. Для развития инфекции необходимо, чтобы каждое из этих звеньев присутствовало в хронологическом порядке. Понимание этих этапов помогает медицинским работникам определить пути распространения инфекции и предотвратить ее возникновение.

Болезнь

Болезнь может развиться, если защитные иммунные механизмы организма хозяина скомпрометированы, и патогенный организм наносит ему повреждения. Микроорганизмы могут вызывать повреждение тканей, выделяя разнообразные токсины или деструктивные ферменты. Например, Clostridium tetani выделяет токсин, вызывающий паралич мышц, а стафилококк – токсины, приводящие к шоку и сепсису. Не все инфекционные агенты вызывают заболевание у всех восприимчивых организмов. Например, менее 5% людей, инфицированных полиомиелитом, заболевают. С другой стороны, некоторые инфекционные агенты обладают высокой вирулентностью. Прион, вызывающий коровью губчатую энцефалопатию и болезнь Крейтцфельдта-Якоба, неизменно приводит к гибели всех зараженных животных и людей. Персистирующие инфекции возникают, когда организм не способен элиминировать патоген после первичного инфицирования. Для персистирующих инфекций характерно постоянное присутствие инфекционного агента, часто в латентном состоянии с эпизодическими рецидивами активной инфекции. Некоторые вирусы способны поддерживать персистирующую инфекцию, заражая различные клетки организма. Некоторые вирусы, однажды попав в организм, никогда его не покидают. Типичным примером является вирус герпеса, который склонен скрываться в нервных клетках и реактивироваться при определенных условиях. Персистирующие инфекции ежегодно становятся причиной миллионов смертей во всем мире. Хронические паразитарные инфекции обуславливают высокую заболеваемость и смертность во многих развивающихся странах.

Трансмиссия

Для того чтобы заражающие организмы выжили и повторили цикл заражения в других хозяевах, они (или их потомки) должны покинуть существующий резервуар и вызвать инфекцию в другом месте. Передача инфекции может происходить по многим возможным путям: контактный путь, передача воздушно-капельным путем, также известный как респираторный путь, и возникающая инфекция может быть названа воздушно-капельной болезнью. Если инфицированный человек кашляет или чихает на другого человека, микроорганизмы, взвешенные в теплых влажных капельках, могут попасть в организм через нос, рот или глаза. Фекально-оральный путь передачи, при котором пищевые продукты или вода становятся загрязненными (из-за того, что люди не моют руки перед приготовлением пищи или неочищенные сточные воды попадают в источник питьевой воды), и люди, которые их употребляют, заражаются. К распространенным патогенам, передающимся фекально-оральным путем, относятся Vibrio cholerae, виды Giardia, ротавирусы, Entamoeba histolytica, Escherichia coli и ленточные черви. Большинство из этих патогенов вызывают гастроэнтерит. Половой путь передачи, в результате которого возникает инфекция, передающаяся половым путем. Пероральный путь передачи, болезни, которые передаются преимущественно через рот, могут быть заражены при прямом оральном контакте, например, при поцелуях, или при непрямом контакте, например, при совместном использовании стакана или сигареты. Передача при прямом контакте. Некоторые заболевания, передающиеся при прямом контакте, включают стопу атлета, импетиго и бородавки. Передача через переносчик, передача через неживой резервуар (пища, вода, почва). Вертикальный путь передачи, непосредственно от матери к эмбриону, плоду или ребенку во время беременности или родов. Это может произойти в результате уже существующей инфекции или инфекции, приобретенной во время беременности. Иатрогенный путь передачи, вызванный медицинскими процедурами, такими как инъекция или трансплантация инфицированного материала. Передача через переносчика, передаваемая переносчиком, который является организмом, не вызывающим сам по себе болезнь, но передающим инфекцию, перенося патогены от одного хозяина к другому. Связь между вирулентностью и заразностью сложна; исследования показали, что четкой связи между ними нет. До сих пор существует немного данных, которые частично указывают на связь между вирулентностью и заразностью.

For infecting organisms to survive and repeat the infection cycle in other hosts, they (or their progeny) must leave an existing reservoir and cause infection elsewhere. Infection transmission can take place via many potential routes:
Droplet contact, also known as the respiratory route, and the resultant infection can be termed airborne disease. If an infected person coughs or sneezes on another person the microorganisms, suspended in warm, moist droplets, may enter the body through the nose, mouth or eye surfaces. Fecal oral transmission, wherein foodstuffs or water become contaminated (by people not washing their hands before preparing food, or untreated sewage being released into a drinking water supply) and the people who eat and drink them become infected. Common fecal oral transmitted pathogens include Vibrio cholerae, Giardia species, rotaviruses, Entamoeba histolytica, Escherichia coli, and tape worms. Most of these pathogens cause gastroenteritis. Sexual transmission, with the result being called sexually transmitted infection. Oral transmission, diseases that are transmitted primarily by oral means may be caught through direct oral contact such as kissing, or by indirect contact such as by sharing a drinking glass or a cigarette. Transmission by direct contact, Some diseases that are transmissible by direct contact include athlete's foot, impetigo and warts. Vehicle transmission, transmission by an inanimate reservoir (food, water, soil). Vertical transmission, directly from the mother to an embryo, fetus or baby during pregnancy or childbirth. It can occur as a result of a pre existing infection or one acquired during pregnancy. Iatrogenic transmission, due to medical procedures such as injection or transplantation of infected material. Vector borne transmission, transmitted by a vector, which is an organism that does not cause disease itself but that transmits infection by conveying pathogens from one host to another. The relationship between virulence versus transmissibility is complex; with studies have shown that there were no clear relationship between the two. There is still a small number of evidence that partially suggests a link between virulence and transmissibility.

Диагноз

Диагностика инфекционного заболевания иногда включает в себя выявление инфекционного агента напрямую или косвенно. На практике большинство незначительных инфекционных заболеваний, таких как бородавки, кожные абсцессы, инфекции дыхательных путей и диарейные заболевания, диагностируются по клинической картине и лечатся без установления конкретного возбудителя. Выводы о причине заболевания основываются на вероятности контакта пациента с определенным агентом, наличии микроорганизма в популяции и других эпидемиологических факторах. При достаточных усилиях любой известный инфекционный агент может быть специфически идентифицирован. Диагностика инфекционного заболевания почти всегда начинается со сбора анамнеза и физического осмотра. Более детальные методы идентификации включают культивирование инфекционных агентов, выделенных от пациента. Культивирование позволяет идентифицировать инфекционные организмы путем изучения их микроскопических характеристик, обнаружения веществ, производимых патогенами, и непосредственной идентификации организма по его генотипу. Однако преимущества идентификации часто не оправдывают затраты, поскольку зачастую нет специфического лечения, причина очевидна или исход инфекции, скорее всего, будет благоприятным.

Симптоматическая диагностика

Диагноз облегчается наличием проявляющихся симптомов у любого человека с инфекционным заболеванием, однако для подтверждения подозрения обычно требуются дополнительные диагностические методы. Некоторые признаки специфически характерны и указывают на заболевание, и называются патогномоничными признаками; но они встречаются редко. Не все инфекции проявляются симптоматически. У детей наличие цианоза, учащенного дыхания, нарушенной периферической перфузии или петехиальной сыпи более чем в 5 раз повышает риск развития серьезной инфекции. Другие важные показатели включают обеспокоенность родителей, клиническую интуицию и температуру выше 40 °C. В микробиологическом культивировании для конкретного агента предоставляется питательная среда. Затем образец, взятый из потенциально пораженной ткани или жидкости, тестируется на наличие инфекционного агента, способного расти в этой среде. Многие патогенные бактерии легко культивируются на питательном агаре – твердой среде, обеспечивающей углеводы и белки, необходимые для роста, а также достаточное количество воды. Одна бактерия вырастет в видимый нарост на поверхности чашки, называемый колонией, которая может быть отделена от других колоний или слиться в "газон". Размер, цвет, форма и морфология колонии характерны для вида бактерий, его специфического генетического состава (штамма) и среды, поддерживающей его рост. В чашку часто добавляют другие ингредиенты для облегчения идентификации. Пластины могут содержать вещества, позволяющие расти некоторым бактериям, но не другим, или изменяющие цвет в ответ на определенные бактерии. Бактериологические пластины, подобные этим, обычно используются для клинической идентификации инфекционных бактерий. Микробное культивирование также может использоваться для идентификации вирусов: средой в этом случае служат клетки, выращенные в культуре, которые вирус может инфицировать, а затем изменять или уничтожать. В случае идентификации вирусов область мертвых клеток, возникающая в результате роста вируса, называется "бляшкой". Эукариотические паразиты также могут быть выращены в культуре для идентификации конкретного агента. В отсутствие подходящих методов культивирования на пластинках некоторым микробам требуется культивирование в живых животных. Бактерии, такие как Mycobacterium leprae и Treponema pallidum, могут быть выращены на животных, хотя серологические и микроскопические методы делают использование живых животных ненужным. Вирусы также обычно идентифицируются с использованием альтернатив культивированию или использованию животных. Некоторые вирусы можно выращивать в эмбрионированных яйцах. Другим полезным методом идентификации является ксенодиагностика, или использование вектора для поддержания роста инфекционного агента. Болезнь Шагаса является наиболее значимым примером, поскольку трудно непосредственно продемонстрировать присутствие возбудителя, Trypanosoma cruzi, у пациента, что затрудняет постановку окончательного диагноза. В этом случае ксенодиагностика включает использование вектора агента Шагаса T. cruzi – неинфицированного триатомового клопа, который питается кровью человека, подозреваемого в заражении. Затем клопа осматривают на предмет роста T. cruzi в его кишечнике.

The diagnosis is aided by the presenting symptoms in any individual with an infectious disease, yet it usually needs additional diagnostic techniques to confirm the suspicion. Some signs are specifically characteristic and indicative of a disease and are called pathognomonic signs; but these are rare. Not all infections are symptomatic. In children the presence of cyanosis, rapid breathing, poor peripheral perfusion, or a petechial rash increases the risk of a serious infection by greater than 5 fold. Other important indicators include parental concern, clinical instinct, and temperature greater than 40 °C. In a microbial culture, a growth medium is provided for a specific agent. A sample taken from potentially diseased tissue or fluid is then tested for the presence of an infectious agent able to grow within that medium. Many pathogenic bacteria are easily grown on nutrient agar, a form of solid medium that supplies carbohydrates and proteins necessary for growth, along with copious amounts of water. A single bacterium will grow into a visible mound on the surface of the plate called a colony, which may be separated from other colonies or melded together into a "lawn". The size, color, shape and form of a colony is characteristic of the bacterial species, its specific genetic makeup (its strain), and the environment that supports its growth. Other ingredients are often added to the plate to aid in identification. Plates may contain substances that permit the growth of some bacteria and not others, or that change color in response to certain bacteria and not others. Bacteriological plates such as these are commonly used in the clinical identification of infectious bacterium. Microbial culture may also be used in the identification of viruses: the medium, in this case, being cells grown in culture that the virus can infect, and then alter or kill. In the case of viral identification, a region of dead cells results from viral growth, and is called a "plaque". Eukaryotic parasites may also be grown in culture as a means of identifying a particular agent. In the absence of suitable plate culture techniques, some microbes require culture within live animals. Bacteria such as Mycobacterium leprae and Treponema pallidum can be grown in animals, although serological and microscopic techniques make the use of live animals unnecessary. Viruses are also usually identified using alternatives to growth in culture or animals. Some viruses may be grown in embryonated eggs. Another useful identification method is Xenodiagnosis, or the use of a vector to support the growth of an infectious agent. Chagas disease is the most significant example, because it is difficult to directly demonstrate the presence of the causative agent, Trypanosoma cruzi in a patient, which therefore makes it difficult to definitively make a diagnosis. In this case, xenodiagnosis involves the use of the vector of the Chagas agent T. cruzi, an uninfected triatomine bug, which takes a blood meal from a person suspected of having been infected. The bug is later inspected for growth of T. cruzi within its gut.

Микроскопия

Еще одним важным инструментом диагностики инфекционных заболеваний является микроскопия. Практически все методы культивирования, описанные выше, на каком-то этапе опираются на микроскопическое исследование для окончательной идентификации инфекционного агента. Микроскопию можно проводить с помощью простых инструментов, таких как световой микроскоп, или с помощью столь же сложных приборов, как электронный микроскоп. Образцы, полученные от пациентов, могут быть исследованы непосредственно под световым микроскопом, что часто позволяет быстро установить диагноз. Микроскопия часто также используется в сочетании с биохимическими методами окрашивания и может быть сделана чрезвычайно специфичной при использовании в комбинации с методами, основанными на антителах. Например, использование антител, искусственно помеченных флуоресцентными красителями (флуоресцентно-меченые антитела), может быть направлено на связывание и идентификацию специфических антигенов, присутствующих на патогене. Затем флуоресцентный микроскоп используется для обнаружения флуоресцентно-меченых антител, связанных с антигенами, находящимися внутри клинических образцов или культивируемых клеток. Этот метод особенно полезен при диагностике вирусных заболеваний, когда световой микроскоп не способен непосредственно идентифицировать вирус. Другие микроскопические методы также могут способствовать выявлению инфекционных агентов. Почти все клетки легко окрашиваются рядом основных красителей благодаря электростатическому притяжению между отрицательно заряженными клеточными молекулами и положительным зарядом красителя. Клетка обычно прозрачна под микроскопом, а использование красителя увеличивает контраст клетки на фоне окружающей среды. Окрашивание клетки красителем, таким как краситель Гиемзы или кристаллическая фиолетовая, позволяет микроскописту описать ее размер, форму, внутренние и внешние компоненты, а также ее взаимодействие с другими клетками. Реакция бактерий на различные процедуры окрашивания также используется в таксономической классификации микроорганизмов. Два метода – окраска по Граму и кислотоустойчивая окраска – являются стандартными подходами, используемыми для классификации бактерий и диагностики заболеваний. Окраска по Граму идентифицирует бактериальные группы Bacillota и Actinomycetota, обе из которых содержат множество значимых человеческих патогенов. Кислотоустойчивая окраска позволяет идентифицировать роды Mycobacterium и Nocardia из группы Actinomycetota.

Another principal tool in the diagnosis of infectious disease is microscopy. Virtually all of the culture techniques discussed above rely, at some point, on microscopic examination for definitive identification of the infectious agent. Microscopy may be carried out with simple instruments, such as the compound light microscope, or with instruments as complex as an electron microscope. Samples obtained from patients may be viewed directly under the light microscope, and can often rapidly lead to identification. Microscopy is often also used in conjunction with biochemical staining techniques, and can be made exquisitely specific when used in combination with antibody based techniques. For example, the use of antibodies made artificially fluorescent (fluorescently labeled antibodies) can be directed to bind to and identify a specific antigens present on a pathogen. A fluorescence microscope is then used to detect fluorescently labeled antibodies bound to internalized antigens within clinical samples or cultured cells. This technique is especially useful in the diagnosis of viral diseases, where the light microscope is incapable of identifying a virus directly. Other microscopic procedures may also aid in identifying infectious agents. Almost all cells readily stain with a number of basic dyes due to the electrostatic attraction between negatively charged cellular molecules and the positive charge on the dye. A cell is normally transparent under a microscope, and using a stain increases the contrast of a cell with its background. Staining a cell with a dye such as Giemsa stain or crystal violet allows a microscopist to describe its size, shape, internal and external components and its associations with other cells. The response of bacteria to different staining procedures is used in the taxonomic classification of microbes as well. Two methods, the Gram stain and the acid fast stain, are the standard approaches used to classify bacteria and to diagnosis of disease. The Gram stain identifies the bacterial groups Bacillota and Actinomycetota, both of which contain many significant human pathogens. The acid fast staining procedure identifies the Actinomycetota genera Mycobacterium and Nocardia.

Биохимические испытания

Биохимические тесты, используемые для идентификации инфекционных агентов, включают обнаружение метаболических или ферментативных продуктов, характерных для конкретного инфекционного агента. Поскольку бактерии ферментируют углеводы по схемам, характерным для их рода и вида, обнаружение продуктов ферментации широко используется для идентификации бактерий. В этих тестах обычно обнаруживаются кислоты, спирты и газы при выращивании бактерий в селективных жидких или твердых средах. Выделение ферментов из инфицированной ткани также может служить основой для биохимической диагностики инфекционного заболевания. Например, люди не способны синтезировать РНК-репликазы или обратную транскриптазу, и наличие этих ферментов является характерным признаком определенных типов вирусных инфекций. Способность вирусного белка гемагглютинина связывать красные кровяные клетки, образуя обнаруживаемую матрицу, также может быть охарактеризована как биохимический тест для выявления вирусной инфекции, хотя, строго говоря, гемагглютинин не является ферментом и не обладает метаболической функцией. Серологические методы – высокочувствительные, специфичные и часто очень быстрые тесты, используемые для идентификации микроорганизмов. Эти тесты основаны на способности антитела специфически связываться с антигеном. Антиген, обычно белок или углевод, продуцируемый инфекционным агентом, связывается с антителом. Это связывание запускает цепь событий, которые могут быть визуально очевидны различными способами, в зависимости от теста. Например, "ангина" часто диагностируется в течение нескольких минут и основана на обнаружении антигенов, производимых возбудителем, S. pyogenes, выделенных из горла пациента ватным тампоном. Серологические тесты, при их доступности, обычно являются предпочтительным методом идентификации, однако разработка этих тестов обходится дорого, а реактивы, используемые в них, часто требуют хранения в холодильнике. Некоторые серологические методы чрезвычайно затратны, хотя при частом использовании, например, при "стрептококковом тесте", они могут быть недорогими. Таким образом, технологическая возможность быстро и специфично обнаруживать любой инфекционный агент в настоящее время существует. Единственными препятствиями для использования ПЦР в качестве стандартного диагностического инструмента остаются ее стоимость и применимость, которые, однако, не являются непреодолимыми. Разработка методов ПЦР не принесет пользы диагностике некоторых заболеваний, таких как некоторые клостридиальные инфекции (столбняк и ботулизм). Эти заболевания по сути представляют собой биологическое отравление относительно небольшим количеством инфекционных бактерий, которые производят чрезвычайно мощные нейротоксины. Значительного размножения инфекционного агента не происходит, что ограничивает возможность обнаружения бактерий с помощью ПЦР. Примером латентной бактериальной инфекции является латентный туберкулез. Некоторые вирусные инфекции также могут быть латентными, примерами латентных вирусных инфекций являются любые инфекции семейства Herpesviridae. Термин "инфекция" может обозначать любое присутствие конкретного патогена (независимо от его количества), но также часто используется в значении клинически явной инфекции (то есть случая инфекционного заболевания). Этот факт иногда создает некоторую двусмысленность или вызывает дискуссии об употреблении; чтобы избежать этого, медицинские работники обычно говорят о колонизации (а не об инфекции), когда имеют в виду присутствие патогенов, но отсутствие клинически явной инфекции (болезни).

Biochemical tests used in the identification of infectious agents include the detection of metabolic or enzymatic products characteristic of a particular infectious agent. Since bacteria ferment carbohydrates in patterns characteristic of their genus and species, the detection of fermentation products is commonly used in bacterial identification. Acids, alcohols and gases are usually detected in these tests when bacteria are grown in selective liquid or solid media. The isolation of enzymes from infected tissue can also provide the basis of a biochemical diagnosis of an infectious disease. For example, humans can make neither RNA replicases nor reverse transcriptase, and the presence of these enzymes are characteristic., of specific types of viral infections. The ability of the viral protein hemagglutinin to bind red blood cells together into a detectable matrix may also be characterized as a biochemical test for viral infection, although strictly speaking hemagglutinin is not an enzyme and has no metabolic function. Serological methods are highly sensitive, specific and often extremely rapid tests used to identify microorganisms. These tests are based upon the ability of an antibody to bind specifically to an antigen. The antigen, usually a protein or carbohydrate made by an infectious agent, is bound by the antibody. This binding then sets off a chain of events that can be visibly obvious in various ways, dependent upon the test. For example, "Strep throat" is often diagnosed within minutes, and is based on the appearance of antigens made by the causative agent, S. pyogenes, that is retrieved from a patient's throat with a cotton swab. Serological tests, if available, are usually the preferred route of identification, however the tests are costly to develop and the reagents used in the test often require refrigeration. Some serological methods are extremely costly, although when commonly used, such as with the "strep test", they can be inexpensive. Thus, the technological ability to detect any infectious agent rapidly and specifically are currently available. The only remaining blockades to the use of PCR as a standard tool of diagnosis are in its cost and application, neither of which is insurmountable. The diagnosis of a few diseases will not benefit from the development of PCR methods, such as some of the clostridial diseases (tetanus and botulism). These diseases are fundamentally biological poisonings by relatively small numbers of infectious bacteria that produce extremely potent neurotoxins. A significant proliferation of the infectious agent does not occur, this limits the ability of PCR to detect the presence of any bacteria. An example of a latent bacterial infection is latent tuberculosis. Some viral infections can also be latent, examples of latent viral infections are any of those from the Herpesviridae family. The word infection can denote any presence of a particular pathogen at all (no matter how little) but also is often used in a sense implying a clinically apparent infection (in other words, a case of infectious disease). This fact occasionally creates some ambiguity or prompts some usage discussion; to get around this it is common for health professionals to speak of colonization (rather than infection) when they mean that some of the pathogens are present but that no clinically apparent infection (no disease) is present.

Течение инфекции

Различные термины используются для описания того, как и где инфекции проявляются с течением времени. При острой инфекции симптомы развиваются быстро; её течение может быть как стремительным, так и продолжительным. При хронической инфекции симптомы обычно развиваются постепенно в течение недель или месяцев и медленно разрешаются. При подострой инфекции симптомы развиваются медленнее, чем при острой, но быстрее, чем при хронической. Очаговая инфекция – это первичный очаг инфекции, из которого микроорганизмы распространяются по кровотоку в другие области тела.

Первичный против оппортунистического

Среди множества разновидностей микроорганизмов лишь немногие способны вызывать заболевание у здоровых людей. Инфекционное заболевание является результатом взаимодействия между этими немногими патогенами и защитными механизмами организма хозяина, который они инфицируют. Проявление и тяжесть заболевания, вызванного каким-либо патогеном, зависят от способности этого патогена повреждать хозяина, а также от способности хозяина противостоять патогену. Однако иммунная система хозяина также может наносить вред самому хозяину в попытке контролировать инфекцию. Поэтому врачи классифицируют инфекционные микроорганизмы или микробы в зависимости от состояния иммунной системы хозяина – как первичные патогены или оппортунистические патогены.

Первичные патогены

Первичные патогены вызывают заболевание в результате своего присутствия или активности в нормальном, здоровом организме хозяина, и их присущая вирулентность (степень тяжести вызываемого ими заболевания) частично является необходимым следствием их потребности в размножении и распространении. Многие из наиболее распространенных первичных патогенов человека инфицируют только людей, однако многие серьезные заболевания вызываются организмами, приобретенными из окружающей среды или инфицирующими нечеловеческие организмы.

Опортунистические патогены

Оппортунистические патогены могут вызывать инфекционное заболевание у хозяина с ослабленным иммунитетом (иммунодефицитом) или при необычном проникновении внутрь организма (например, через травму). Оппортунистическая инфекция может быть вызвана микроорганизмами, обычно находящимися в контакте с хозяином, такими как патогенные бактерии или грибы в желудочно-кишечном тракте или верхних дыхательных путях, а также микроорганизмами, изначально безвредными, но приобретенными от других хозяев (как при колите, вызванном Clostridium difficile) или из окружающей среды в результате травматического попадания (как при хирургических раневых инфекциях или осколочных переломах). Для развития оппортунистического заболевания требуется нарушение защитных механизмов хозяина, которое может быть вызвано генетическими дефектами (например, хронической гранулематозной болезнью), воздействием антимикробных препаратов или иммуносупрессивных веществ (например, после отравления или химиотерапии рака), воздействием ионизирующего излучения или инфекционным заболеванием с иммуносупрессивным действием (например, корью, малярией или ВИЧ-инфекцией). Первичные патогены также могут вызывать более тяжелое течение заболевания у хозяина с ослабленным иммунитетом, чем у иммунокомпетентного. Однако постулаты Коха в современной практике обычно не подлежат проверке по этическим соображениям, поскольку их подтверждение потребовало бы экспериментального заражения здорового человека патогеном, выращенным в чистой культуре. В то же время, даже очевидно инфекционные заболевания не всегда соответствуют критериям инфекционности; например, Treponema pallidum, спирохета, вызывающая сифилис, не культивируется in vitro, хотя ее можно культивировать в яичках кролика. Неясно, что чистая культура, полученная из животного-хозяина, является более достоверным источником, чем культура, полученная из микроорганизмов, выделенных на агаре. Эпидемиология, то есть изучение и анализ того, кто, почему и где заболевает, а также факторов, определяющих распространенность заболевания в различных популяциях, является еще одним важным инструментом для понимания инфекционных заболеваний. Эпидемиологи могут выявлять различия между группами населения, например, различается ли частота заражения в разных возрастных группах, более ли вероятно заражение у жителей разных районов, а также влияние других факторов, таких как пол и раса. Исследователи также могут оценить, является ли вспышка заболевания спорадической (единичной), эндемической (с постоянным уровнем заболеваемости в регионе), эпидемической (с быстрым ростом и необычно высоким числом случаев в регионе) или пандемической (глобальной эпидемией). Если причина инфекционного заболевания неизвестна, эпидемиология может помочь в отслеживании источников инфекции.

Opportunistic pathogens can cause an infectious disease in a host with depressed resistance (immunodeficiency) or if they have unusual access to the inside of the body (for example, via trauma). Opportunistic infection may be caused by microbes ordinarily in contact with the host, such as pathogenic bacteria or fungi in the gastrointestinal or the upper respiratory tract, and they may also result from (otherwise innocuous) microbes acquired from other hosts (as in Clostridium difficile colitis) or from the environment as a result of traumatic introduction (as in surgical wound infections or compound fractures). An opportunistic disease requires impairment of host defenses, which may occur as a result of genetic defects (such as chronic granulomatous disease), exposure to antimicrobial drugs or immunosuppressive chemicals (as might occur following poisoning or cancer chemotherapy), exposure to ionizing radiation, or as a result of an infectious disease with immunosuppressive activity (such as with measles, malaria or HIV disease). Primary pathogens may also cause more severe disease in a host with depressed resistance than would normally occur in an immunosufficient host. However, Koch's postulates cannot usually be tested in modern practice for ethical reasons. Proving them would require experimental infection of a healthy individual with a pathogen produced as a pure culture. Conversely, even clearly infectious diseases do not always meet the infectious criteria; for example, Treponema pallidum, the causative spirochete of syphilis, cannot be cultured in vitro – however the organism can be cultured in rabbit testes. It is less clear that a pure culture comes from an animal source serving as host than it is when derived from microbes derived from plate culture. Epidemiology, or the study and analysis of who, why and where disease occurs, and what determines whether various populations have a disease, is another important tool used to understand infectious disease. Epidemiologists may determine differences among groups within a population, such as whether certain age groups have a greater or lesser rate of infection; whether groups living in different neighborhoods are more likely to be infected; and by other factors, such as gender and race. Researchers also may assess whether a disease outbreak is sporadic, or just an occasional occurrence; endemic, with a steady level of regular cases occurring in a region; epidemic, with a fast arising, and unusually high number of cases in a region; or pandemic, which is a global epidemic. If the cause of the infectious disease is unknown, epidemiology can be used to assist with tracking down the sources of infection.

Заразительность

Инфекционные заболевания иногда называют заразными, когда они легко передаются при контакте с больным человеком или его выделениями (например, грипп). Таким образом, заразное заболевание – это подмножество инфекционных заболеваний, которые особенно инфекционны или легко распространяются. Другие типы инфекционных, передающихся или коммуникабельных заболеваний с более специфическими путями заражения, такими как перенос переносчиками или половым путем, обычно не рассматриваются как "заразные" и часто не требуют медицинской изоляции (иногда неточно называемой карантином) заболевших. Однако это специализированное значение слов "заразный" и "заразное заболевание" (легкость передачи) не всегда соблюдается в обиходе. Инфекционные заболевания обычно передаются от человека к человеку при прямом контакте. Виды контакта включают непосредственный контакт от человека к человеку и распространение воздушно-капельным путем. Косвенная передача, такая как воздушно-путевой, через загрязненные предметы, пищу и питьевую воду, контакт человека с животными, животные резервуары, укусы насекомых и природные резервуары, – это еще один способ передачи инфекционных заболеваний.

Иммунитет

Инфекция большинством патогенов не приводит к гибели хозяина, и вызывающий инфекцию организм в конечном итоге элиминируется после стихания симптомов заболевания. Иммунный ответ, обеспечивающий устойчивость к инфекционному заболеванию, требует достижения определенного уровня антигеноспецифических антител и/или Т-клеток при встрече хозяина с патогеном. У некоторых людей формируются природные сывороточные антитела к поверхностным полисахаридам определенных патогенов, даже при минимальном или полном отсутствии контакта с ними; эти природные антитела обеспечивают специфическую защиту взрослых и передаются новорожденным пассивно.

Генетические факторы хозяина

Организм, являющийся мишенью инфекционного воздействия конкретного инфекционного агента, называется хозяином. Хозяин, в котором находится возбудитель в зрелой или половозрелой стадии, называется окончательным хозяином. Промежуточный хозяин контактирует с возбудителем на стадии личинки. Хозяином может быть любое живое существо, способное к бесполому и половому размножению. На элиминацию патогенов, вызванную лечением или происходящую спонтанно, могут влиять генетические варианты, носителями которых являются пациенты. Например, при лечении гепатита С генотипа 1 пегилированным интерфероном альфа-2a или пегилированным интерфероном альфа-2b (торговые марки Pegasys или PEG Intron) в сочетании с рибавирином было показано, что генетические полиморфизмы вблизи гена IL28B человека, кодирующего интерферон лямбда-3, связаны со значительными различиями в клиренсе вируса, индуцированном лечением. Это открытие, впервые опубликованное в журнале Nature, показало, что пациенты с гепатитом С генотипа 1, несущие определенные аллельные генетические варианты вблизи гена IL28B, с большей вероятностью достигают устойчивого вирусологического ответа после лечения, чем другие. Последующее исследование, опубликованное в Nature, продемонстрировало, что те же генетические варианты также связаны с естественной элиминацией вируса гепатита С 1 генотипа.

Лечение

Когда инфекция поражает организм, противоинфекционные препараты могут подавить ее развитие. Существует несколько основных типов противоинфекционных препаратов, в зависимости от типа целевого организма; они включают антибактериальные (антибиотики, включая противотуберкулезные), противовирусные, противогрибковые и противопаразитарные (включая антипротозойные и антигельминтические) средства. В зависимости от тяжести и типа инфекции, антибиотик может вводиться перорально, инъекционно или применяться местно. Тяжелые инфекции мозга обычно лечатся внутривенными антибиотиками. В некоторых случаях используют несколько антибиотиков, если имеется устойчивость к одному из них. Антибиотики эффективны только против бактерий и не действуют на вирусы. Антибиотики действуют, замедляя размножение бактерий или уничтожая их. Наиболее распространенные классы антибиотиков, используемых в медицине, включают пенициллины, цефалоспорины, аминогликозиды, макролиды, фторхинолоны и тетрациклины. Не все инфекции требуют лечения, и при многих самоограничивающихся инфекциях лечение может вызвать больше побочных эффектов, чем пользы. Антимикробное управление – это подход, согласно которому медицинские работники должны лечить инфекцию антимикробным препаратом, наиболее эффективным против конкретного патогена, в течение минимально необходимого времени и только при наличии подтвержденного или высоковероятного патогена, чувствительного к этому препарату.

Чувствительность к инфекции

Пандемии, такие как COVID-19, показывают, что люди значительно различаются по своей восприимчивости к инфекции. Это может быть связано с общим состоянием здоровья, возрастом или их иммунным статусом, например, если они перенесли инфекцию ранее. Однако также стало очевидно, что существуют генетические факторы, определяющие восприимчивость к инфекции. Например, до 40% случаев заражения SARS-CoV-2 могут протекать бессимптомно, что указывает на то, что многие люди обладают естественной защитой от заболевания. Крупные генетические исследования выявили факторы риска развития тяжелых инфекций SARS-CoV-2, а секвенирование геномов 659 пациентов с тяжелой формой COVID-19 обнаружило генетические варианты, которые, по-видимому, связаны с угрожающими жизни состояниями. Один из генов, идентифицированных в этих исследованиях, – это ген интерферона I типа (IFN). Автоантитела к интерферону I типа были обнаружены у до 13,7% пациентов с COVID-19, угрожающим жизни, что указывает на важную роль сложного взаимодействия между генетикой и иммунной системой в обеспечении естественной устойчивости к Covid. Подобным образом, мутации в гене ERAP2, кодирующем эндоплазматическую ретикулум аминопептидазу 2, представляется, повышают восприимчивость к чуме – заболеванию, вызванному инфекцией бактерией Yersinia pestis. У людей, унаследовавших две копии полного варианта гена, вероятность выжить после заражения чумой была в два раза выше, чем у тех, кто унаследовал две копии усеченного варианта. Восприимчивость также влияет на эпидемиологию инфекции, поскольку различные популяции имеют различные генетические и экологические условия, которые влияют на распространение инфекций.

Эпидемиология

По оценкам, за 20 век от инфекционных болезней умерло около 1,680 миллионов человек, а в 2010 году – около 10 миллионов. Всемирная организация здравоохранения собирает информацию о глобальных смертях по категориям кодов Международной классификации болезней (МКБ). В следующей таблице перечислены основные инфекционные заболевания по количеству смертей в 2002 году. Для сравнения приведены данные за 1993 год. + Мировая смертность от инфекционных заболеваний Ранг Причина смерти Смерти в 2002 году (в миллионах) Процент от всех смертей Смерти в 1993 году (в миллионах) Ранг в 1993 году N/A Все инфекционные заболевания 14,7 25,9% 16,4 32,2% 1 Инфекции нижних дыхательных путей 3,9 6,9% 4,11 2 ВИЧ/СПИД 2,8 4,9% 0,77 3 Диарейные заболевания 1,8 3,2% 3,02 4 Туберкулез (ТБ) 1,6 2,7% 2,7 3 5 Малярия 1,3 2,2% 2,0 4 6 Корь 0,6 1,1% 1,1 5 7 Коклюш 0,29 0,5% 0,36 7 8 Столбняк 0,21 0,4% 0,15 12 9 Менингит 0,17 0,3% 0,25 8 10 Сифилис 0,16 0,3% 0,19 11 Гепатит B 0,10 0,2% 0,93 6 12–17 Тропические болезни (6) 0,13 0,2% 0,53 9, 10, 16–18

Три основные причины смерти, связанные с инфекционными заболеваниями, – ВИЧ/СПИД, туберкулез и малярия. Хотя число смертей от почти всех болезней уменьшилось, число смертей от ВИЧ/СПИДа увеличилось в четыре раза. К детским болезням относятся коклюш, полиомиелит, дифтерия, корь и столбняк. Дети составляют значительную часть смертей от инфекций нижних дыхательных путей и диарейных заболеваний. В 2012 году около 3,1 миллиона человек умерли от инфекций нижних дыхательных путей, что делает их четвертой ведущей причиной смерти в мире.

Исторические пандемии

Из-за своего потенциала для непредсказуемого и разрушительного воздействия, инфекционные заболевания играли значительную роль в истории человечества. Пандемия (или глобальная эпидемия) – это заболевание, поражающее людей на обширной географической территории. Например:
Чума Юстиниана, с 541 по 542 год, унесла жизни от 50% до 60% населения Европы. Черная смерть, охватившая период с 1347 по 1352 год, привела к гибели 25 миллионов человек в Европе за пять лет. В XIV веке население Старого Света сократилось с приблизительно 450 миллионов до 350–375 миллионов человек. В XV и XVI веках европейские исследователи занесли в Центральную и Южную Америку оспу, корь и тиф, что вызвало пандемии среди коренного населения. Считается, что в период с 1518 по 1568 год из-за пандемий болезней население Мексики сократилось с 20 миллионов до 3 миллионов человек. Первая европейская эпидемия гриппа произошла между 1556 и 1560 годами, с примерным уровнем смертности в 20% (около 400 000 человек в год). До 30% инфицированных, включая 80% детей в возрасте до 5 лет, умирали от этого заболевания, а треть выживших лишались зрения. В XIX веке туберкулез унес жизни приблизительно четверти взрослого населения Европы; к 1918 году каждый шестой случай смерти во Франции был вызван туберкулезом. Пандемия гриппа 1918 года (или «испанка») привела к гибели 25–50 миллионов человек (около 2% от мирового населения в 1,7 миллиарда человек). В настоящее время грипп ежегодно уносит жизни от 250 000 до 500 000 человек во всем мире.

Теория микробов болезни

В древности греческий историк Фукидид (ок. 460 – 400 до н.э.) первым написал в своем описании афинской чумы, что болезни могут распространяться от зараженного человека к здоровым. В своем труде «О различных видах лихорадок» (ок. 175 г. н.э.) греко-римский врач Гален предположил, что чумы распространяются «определенными семенами чумы», содержащимися в воздухе. В «Сушрута-самхите» древнеиндийский врач Сушрута утверждал: «Проказа, лихорадка, чахотка, болезни глаз и другие инфекционные заболевания передаются от человека к человеку посредством полового сношения, физического контакта, совместного приема пищи, совместного сна, совместного сидения, а также через использование общей одежды, гирлянд и паст». Эта книга датируется приблизительно VI веком до нашей эры. Базовая форма теории заражения была предложена персидским врачом Ибн Синой (известным в Европе как Авиценна) в «Каноне врачебной науки» (1025 г.), который впоследствии стал наиболее авторитетным медицинским учебником в Европе вплоть до XVI века. В четвертой книге «Канона» Ибн Сина рассматривал эпидемии, излагая классическую теорию миазмов и пытаясь объединить ее со своей собственной ранней теорией заражения. Он отметил, что люди могут передавать болезни другим через дыхание, указал на заразность туберкулеза и обсудил передачу болезней через воду и грязь. Концепция невидимого заражения позднее была рассмотрена рядом исламских ученых в султанате Айюбидов, которые называли его нажасатом («нечистыми веществами»). Ученый-фиких Ибн аль-Хадж аль-Абдари (ок. 1250–1336 гг.), рассуждая об исламской диете и гигиене, предупреждал о том, как зараза может загрязнять воду, пищу и одежду и распространяться через систему водоснабжения, а также, возможно, подразумевал, что зараза состоит из невидимых частиц. Когда бубонная чума, известная как Черная смерть, достигла Аль-Андалуса в XIV веке, арабские врачи Ибн Хатима (ок. 1369 г.) и Ибн аль-Хатиб (1313–1374 гг.) предположили, что инфекционные заболевания вызываются «мельчайшими тельцами» и описали способы их передачи через одежду, сосуды и серьги. Идеи о заразности стали более популярными в Европе в эпоху Возрождения, особенно благодаря трудам итальянского врача Джироламо Фракасторо. Антон ван Левенгук (1632–1723 гг.) продвинул науку микроскопии, первым наблюдая микроорганизмы, что позволило легко визуализировать бактерии. В середине XIX века Джон Сноу и Уильям Бадд провели важные исследования, продемонстрировавшие заразность тифа и холеры через загрязненную воду. Обоим приписывают снижение эпидемий холеры в их городах благодаря внедрению мер по предотвращению загрязнения воды. Луи Пастер неопровержимо доказал, что определенные болезни вызываются инфекционными агентами, и разработал вакцину против бешенства. Роберт Кох заложил научную основу изучения инфекционных заболеваний, известную как постулаты Коха. Эдвард Дженнер, Джонас Солк и Альберт Сабин разработали эффективные вакцины против оспы и полиомиелита, что впоследствии привело к искоренению и почти искоренению этих болезней соответственно. Александр Флеминг открыл первый в мире антибиотик – пенициллин, который затем был разработан Флори и Чейном. Герхард Домагк разработал сульфаниламиды – первые синтетические антибактериальные препараты широкого спектра действия.

In Antiquity, the Greek historian Thucydides (c. 460 – c. 400 BCE) was the first person to write, in his account of the plague of Athens, that diseases could spread from an infected person to others. In his On the Different Types of Fever (c. 175 AD), the Greco Roman physician Galen speculated that plagues were spread by "certain seeds of plague", which were present in the air. In the Sushruta Samhita, the ancient Indian physician Sushruta theorized: "Leprosy, fever, consumption, diseases of the eye, and other infectious diseases spread from one person to another by sexual union, physical contact, eating together, sleeping together, sitting together, and the use of same clothes, garlands and pastes." This book has been dated to about the sixth century BC. A basic form of contagion theory was proposed by Persian physician Ibn Sina (known as Avicenna in Europe) in The Canon of Medicine (1025), which later became the most authoritative medical textbook in Europe up until the 16th century. In Book IV of the Canon, Ibn Sina discussed epidemics, outlining the classical miasma theory and attempting to blend it with his own early contagion theory. He mentioned that people can transmit disease to others by breath, noted contagion with tuberculosis, and discussed the transmission of disease through water and dirt. The concept of invisible contagion was later discussed by several Islamic scholars in the Ayyubid Sultanate who referred to them as najasat ("impure substances"). The fiqh scholar Ibn al Haj al Abdari (c. 1250–1336), while discussing Islamic diet and hygiene, gave warnings about how contagion can contaminate water, food, and garments, and could spread through the water supply, and may have implied contagion to be unseen particles. When the Black Death bubonic plague reached Al Andalus in the 14th century, the Arab physicians Ibn Khatima (c. 1369) and Ibn al Khatib (1313–1374) hypothesised that infectious diseases were caused by "minute bodies" and described how they can be transmitted through garments, vessels and earrings. Ideas of contagion became more popular in Europe during the Renaissance, particularly through the writing of the Italian physician Girolamo Fracastoro. Anton van Leeuwenhoek (1632–1723) advanced the science of microscopy by being the first to observe microorganisms, allowing for easy visualization of bacteria. In the mid 19th century John Snow and William Budd did important work demonstrating the contagiousness of typhoid and cholera through contaminated water. Both are credited with decreasing epidemics of cholera in their towns by implementing measures to prevent contamination of water. Louis Pasteur proved beyond doubt that certain diseases are caused by infectious agents, and developed a vaccine for rabies. Robert Koch provided the study of infectious diseases with a scientific basis known as Koch's postulates. Edward Jenner, Jonas Salk and Albert Sabin developed effective vaccines for smallpox and polio, which would later result in the eradication and near eradication of these diseases, respectively. Alexander Fleming discovered the world's first antibiotic, penicillin, which Florey and Chain then developed. Gerhard Domagk developed sulphonamides, the first broad spectrum synthetic antibacterial drugs.

Общество и культура

Несколько исследований сообщили об ассоциациях между патогенной нагрузкой на территории и поведением человека. Более высокая патогенная нагрузка связана с уменьшением размера этнических и религиозных групп в регионе. Это может быть обусловлено тем, что высокая патогенная нагрузка способствует избеганию других групп, что может снизить передачу патогенов, или тем, что высокая патогенная нагрузка препятствует созданию крупных поселений и армий, поддерживающих единую культуру. Более высокая патогенная нагрузка также связана с более сдержанным сексуальным поведением, что может снизить передачу патогенов. Она также связана с более высокими предпочтениями в отношении здоровья и привлекательности потенциальных партнеров. Более высокие показатели рождаемости и сокращение или уменьшение родительской заботы о каждом ребенке – еще одна ассоциация, которая может быть компенсацией более высокой смертности. Существует также связь с полигинией, которая может быть вызвана более высокой патогенной нагрузкой, делающей выбор самцов с высокой генетической устойчивостью все более важным. Более высокая патогенная нагрузка также связана с большим коллективизмом и меньшим индивидуализмом, что может ограничивать контакты с внешними группами и инфекциями. Существуют альтернативные объяснения для по крайней мере некоторых из этих ассоциаций, хотя некоторые из этих объяснений, в свою очередь, могут в конечном итоге быть связаны с патогенной нагрузкой. Таким образом, полигиния может также быть связана с более низким соотношением мужчин и женщин в этих регионах, но это, в конечном счете, может быть связано с повышенной смертностью младенцев мужского пола от инфекционных заболеваний. Другой пример: неблагоприятные социально-экономические факторы могут частично объясняться высокой патогенной нагрузкой, препятствующей экономическому развитию.

Окаменелости

Доказательства инфекций в ископаемых останках представляют интерес для палеопатологов – ученых, изучающих случаи травм и болезней у вымерших организмов. Признаки инфекций были обнаружены в костях плотоядных динозавров. Однако, когда они присутствуют, эти инфекции, как правило, локализованы в небольших областях тела. Череп, принадлежащий раннему хищному динозавру Herrerasaurus ischigualastensis, демонстрирует ямообразные раны, окруженные отечной и пористой костью. Необычная текстура кости вокруг ран указывает на то, что они были поражены кратковременной, не смертельной инфекцией. Ученые, исследовавшие череп, предположили, что следы укусов были получены в схватке с другим герреразавром. К числу других плотоядных динозавров с задокументированными свидетельствами инфекций относятся акрокантозавр, аллозавр, тираннозавр и тираннозавр из формации Киртленд. Инфекции у обоих тираннозавров были вызваны укусами во время борьбы, подобно экземпляру Herrerasaurus.

Внешний космос

Эксперимент, проведенный на космическом шаттле в 2006 году, показал, что Salmonella typhimurium, бактерия, способная вызывать пищевые отравления, становится более вирулентной при культивировании в космосе. 29 апреля 2013 года ученые из Политехнического института Ренсселера, при поддержке NASA, сообщили, что во время космических полетов на Международной космической станции микробы, по-видимому, адаптируются к космической среде способами, "не наблюдаемыми на Земле", и способами, которые "могут приводить к увеличению роста и вирулентности". В последнее время, в 2017 году, было установлено, что бактерии проявляют большую устойчивость к антибиотикам и активно размножаются в условиях близкой невесомости космоса. Микроорганизмы способны выживать в космическом вакууме.