какие заболевания вызывают клостридии ботулизма
Колбаса-убийца: что такое ботулизм и почему он так опасен
Бактерии, продуцирующие один из самых опасных ядов, могут жить прямо на вашей кухонной полке — в консервах и солениях — и приводить к серьезному заболеванию — ботулизму
Авторы
Редакторы
Постер на конкурс «био/мол/текст»: Всё, что нужно знать о ботулизме. Почему «колбаса-убийца» — это всего лишь предубеждение, и чем самый мощный нейротоксин может быть полезен в медицине и косметологии?
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Постер также доступен в формате pdf.
Ботулизм
Смертность
История
Первое упоминание случаев ботулизма относится к указу о запрете на употребление кровяной колбасы в пищу ввиду ее опасности для жизни, подписанному правителем Византии Львом VI (866–912 гг.). Спустя девять веков «Колбаса-убийца» снова привлекла внимание общественности. В 1789 г. после случая отравления в Вюртемберге 13 человек, 6 из которых скончались, ученые принялись искать причину колбасных отравлений. Ее так и не удалось найти, и долгое время считалось, что при хранении в колбасе образуется «трупная кислота», приводящая к интоксикации организма.
Бактериолог из Бельгии Эмиль ван Эрменгем лишь в 1895 г. выделил возбудителя заболевания — палочковидную бактерию, — из зараженной ветчины и селезенки одного из пострадавших. В России исследованием ботулизма занимался С.В. Константинов. Возбудителя, которого ему удалось выделить из рыбы, он назвал Bacillus ichtyismus, а само заболевание — «ихтиизмом» [2].
Возбудители ботулизма
Ботулизм наиболее часто бывает вызван бактериями Clostridium botulinum. Вызывают его и другие клостридии: Clostridium butyricum и Clostridium baratii.
Clostridium botulinum — грамположительная бактерия в форме палочки (бацилла). Бациллы по своей природе способны к спорообразованию, что позволяет таким бактериям долгое время оставаться живыми даже в очень неблагоприятных условиях. В виде спор Clostridium botulinum не производят токсинов и абсолютно безопасны для взрослого человека. Когда же спора прорастает, бактерия начинает активно размножаться и выделять токсин.
Из-за необходимости бескислородной среды для жизнедеятельности Clostridium botulinum BoNT чаще всего можно найти в консервах.
Где прячется ботулизм, типы ботулизма
Существует несколько типов ботулизма:
BoNT — белок (150 кДа), имеет легкую и тяжелую цепи. Каждая цепь выполняет свою функцию при интоксикации организма [1].
Существует семь различных нейротоксинов BoNT: от А до H. Каждый из них связан с возникновением той или иной формы ботулизма. Ботулотоксины А, В, Е и иногда F опасны для человека [2].
Воздействие токсина, синаптическая передача, молекулярные механизмы
Ацетилхолин — важный медиатор, который выделяется в синаптическую щель между нейронами и осуществляет дальнейшую передачу импульса.
Симптомы заболевания
Ботулизм начинает проявляться после инкубационного периода, который может длиться от 12 часов до 10–15 дней. Приводит к мышечному параличу. В первичной стадии интоксикации задействованы черепные нервы и мышцы лица, именно поэтому паралич начинается с верхней части туловища человека и распространяется вниз, поражая мышцы шеи, груди, рук и ног.
У отравленного человека:
В конце концов, если паралич добирается до дыхательных мышц и мышц сердца — человек умирает.
Диагностика
Крайне важна ранняя диагностика Ботулизма. Ботулизм часто носит «маски», скрываясь под другими заболеваниями: синдромом Гийена—Барре, энцефалитом, полиомиелитом, синдромом Ламберта—Итона, менингитом. Это значительно усложняет диагностику [5], [9–11], [14], [15].
В поисках ботулотоксина, антител к возбудителю или ДНК возбудителя у пациента собирают материал (мочу, кал, рвотные массы или кровь) и проводят клинические и лабораторные исследования. Важным методом подтверждения ботулизма является демонстрация действия токсина на мышах. Для этого из материала пациента выделяют бактерии и вводят их мышам. При наличии ботулотоксинов у мышей через 48 часов развивается паралич, который может быть подавлен введением анатоксина [12].
Лечение
Лечение ботулизма включает:
Анатоксин нейтрализует только еще не связанные с нервными окончаниями, свободно циркулирующие в крови токсины. Как только BoNT связывается с нервными окончаниями, анатоксин становится бесполезен [2], [5].
Даже после длительного лечения большинство пациентов имеют остаточные симптомы, а процесс восстановления может занять месяцы. Скорость восстановления зависит от скорости прорастания новых веточек моторных аксонов [1].
В качестве профилактики можно проводить вакцинацию против ботулизма. Вакцинацию применяют редко, потому что эффект вакцины непродолжителен. Она обеспечивает лишь временный иммунитет и требует повторного введения [13].
Терапевтическое использование BoNT
Несмотря на все опасные воздействия на организм человека, BoNT широко применяется в медицине и косметологии. Врачи используют способность BoNT’а вызывать вялый паралич.
В косметологии BoNT известен под именем «ботокс». Ботокс — это очищенная форма ботулотоксина А, которую часто используют для устранения морщин. BoNT блокирует сигналы, которые мозг посылает мышцам лица, и морщины просто перестают появляться. Кроме того, инъекции ботокса могут быть полезны в борьбе с повышенной потливостью подмышечных впадин.
В медицине BoNT помогает устранять неврологические расстройства — дистонию, спастичность, косоглазие и другие, а также лечить мигрень и гиперактивный мочевой пузырь [8].
Кристина В. и Тома П. работали над написанием текста. Екатерина Б. создала эти замечательные иллюстрации, за что ей отдельное спасибо! Тема статьи была задумана Кристиной В. Редактированием текста, рисунков и созданием постеров также занимались Кристина В. и Тома П.
Clostridium botulinum и ботулизм
Сегодня мы обсудим еще один сложный вид клостридий, возбудителей ботулизма — заболевания, приводящего летальному исходу без своевременно начатого специфического лечения, чаще всего при пищевых отравлениях.
Автор: Трубачева Е.С., врач – клинический фармаколог
Сегодня мы обсудим еще один сложный вид клостридий, возбудителей ботулизма — заболевания, приводящего летальному исходу без своевременно начатого специфического лечения, чаще всего при пищевых отравлениях.
Микробиологические аспекты
Не совсем правильным является определение возбудителя ботулизма как вида. Дело в том, что этот вид неоднороден, разные штаммы выделяют разные токсины и это позволило выделить семь типов нейротоксинов C.botulinum — от A до G, каждому из которых соответствует свой тип сыворотки, так как нейтрализовать токсин A сывороткой к токсину G невозможно.
Помимо различий по токсинообразованию, выделены 4 группы самих C.botulinum, которые по своей сути являются разными видами. То есть мы имеет дело не с одним видом C.botulinum, а с семейством схожих возбудителей, вызывающих единое заболевание — ботулизм. По таксономии их даже разделяли на 4 вида, и хотя это и ведет к большому количеству ошибок, не упомянуть этот факт мы не можем. Кроме того, точно такую же симптоматику ботулизма вызывают C.butyricum и C.baratii.
Все эти возбудители являются строгими анаэробами, все умеют образовывать споры и вегетативные формы, и все обладают свойством токсинообразования. При этом в каждой своей форме они обладают уникальными только для нее свойствами. Именно на этой уникальности остановимся более подробно, так как это очень важно при постановке диагноза.
Начнем с общих свойств C.botulinum: все они являются клостридиями и все вырабатывают нейротоксины, причем некоторые штаммы умудряются вырабатывать по два токсина, чем могут объясняться неудачи в лечении и вызванная этим летальность. Токсины вырабатываются в строго анаэробных условиях. Причем, повторимся, заболевание и клиническую картину оного они дают одинаковую, что вызывает проблемы, как в диагностике, так и в лечении.
Что умеют разные формы C.botulinum и их токсины и почему важно об этом помнить?
Одна из основных проблем в том, что характеристики и свойства вегетативных клеток и споровых форм различаются, причем кардинально.
Вегетативные клетки C.botulinum в «молодости» красятся как грамположительные, а несколько «повзрослев», через 5 суток, красятся уже как грамотрицательные. Температуры для оптимального роста тоже сильно расходятся, как и условия для этого самого роста и токсинообразования — от 28–35 ° С, но стоит влажности изменится в сторону уменьшения, как температурный диапазон расширяется до 10–55 ° С, а то и еще шире.
Так как C.botulinum — строгие анаэробы, то лучшие для них условия образуются во всевозможных консервах и домашних закатках, а также в больших кусках вяленой рыбы и мяса, при этом продукты крайне редко меняют внешний вид (никаких помутнений или бомбажа) и запах. И, как мы видим, условия хранения не являются гарантией того, что попавшая в закатку C.botulinum не наплодит токсинов.
Споровые формы, к тому же, не просто живучи, а очень живучи — до 30 лет в жидких средах, например, в компотиках или вареньях, так как 50% сахара при pH 4,5–8,0 и температуре 10–55 ° С (вполне себе температура хранения в домашних погребах и подвалах) могут привести не только к прорастанию вегетативной клетки из споры, ее размножению, но и активному токсинообразованию.
Что НЕ помогает прекратить токсинообразование:
Говоря про споры, можно использовать только превосходную степень:
Ботулинические токсины, так же, как и споры, устойчивы к внешней среде — и к температуре, и к pH, и к ультрафиолету, и к солям. Причем в кислой среде токсин более устойчив (хоть залейтесь уксусом, против токсина уже не поможет, и не помогает даже в кислоте желудка), чем в щелочной (а у вегетативных клеток ровно наоборот), но алкоголь токсин ослабляет (а споры в нем спокойно живут). Кипячение разрушает токсин только через 15 минут, но в растворах белков, а также в консервированных продуктах токсины еще устойчивее к нагреванию. Необходимо помнить, что устойчивость будет зависеть и от вида токсина (коих семь), и от окружения (например, для токсина типа А характерна большая устойчивость в летний сезон, наполненный теплом, светом и влажностью, максимальную силу он набирает в кусках семги, а также в консервах из гороха и кукурузы, высушивание выдерживает длительностью около трех месяцев). Более подробно все это можно прочесть в специализированной литературе по эпидемиологии.
Какой вывод из всего вышеперечисленного мы можем сделать? Достаточно простой и логичный — пациент с ботулизмом может оказаться перед любым из нас, вне зависимости от сезона, так как эти клостридии могут обойти почти все, что человечество придумало, чтобы их обезвредить, и наша основная задача максимально быстро заболевание распознать и начать специфическое лечение.
Клинические аспекты
Выделяют 6 форм ботулизма:
Обсудим основную для наших широт форму — пищевую, которая, по сути, представляет собой интоксикацию, так как основным патогенным фактором является токсин, употребленный в пищу вместе с испорченным продуктом, а не размножающаяся внутри организма клостридия (как в случае ботулизма младенцев). Основными токсинами, вызывающими эту форму заболевания, являются токсины А, В и Е. Инкубационный период достаточно короткий — от 12 до 24-х часов до начала развернутой клинической картины — и зависит от употребленной «дозы».
Так как бутулотоксины являются нейротоксинами, то они же и формируют характерную клиническую картину поражения нервной системы, дополнительно к картине типичного пищевого отравления.
Основные наиболее часто встречающиеся и характерные для ботулизма, симптомы поражения нервной системы:
Также могут наблюдаться:
Диагностические аспекты
Помимо анамнеза и типичной клинической картины диагностика ботулизма основывается на лабораторной диагностике, которая играет, по сути, ключевую роль в дальнейшем успешном лечении. Лабораторная диагностика основывается на обнаружении ботулинического токсина или самого возбудителя, как в подозреваемых пищевых продуктах, так и в пробах самого больного (кровь, промывные воды желудка, рвотные массы, кал и т. п.), причем важно установить тип токсина, что необходимо для проведения специфического лечения. Кроме того, само течение заболевания может быть легким, средней тяжести и тяжелым.
Дифференциальную диагностику необходимо провести с:
Терапевтические аспекты
Первое и необходимое действие — максимально быстро вывести токсин из организма и нейтрализовать уже попавший в кровь нейротоксин. Для первого промывается желудочно-кишечный тракт на всем его протяжении, для второго используется специфическая терапия в виде антитоксических сывороток.
Стоит ли применять антибиотики? Лучше не надо, так как давно собраны данные о том, что те же аминогликозиды усиливают нейротоксические эффекты ботулотоксинов и могут привести к летальному исходу. Поэтому если не уверены в том, что происходит с пациентом, не трогайте антибиотики, вдруг там E.coli штамм серотипа O157:H7 (STEC O157) резвится (отсюда).
Специфическая терапия состоит в ведении антитоксических сывороток, в идеале к установленному виду токсина, коих, как вы помните, семь. Если тип установить не удается, то одновременно вводятся противоботулинические сыворотки типа А,В и Е, так как соответствующие им токсины наиболее часто вызывают это заболевание в России. Когда вводим? Чем раньше, тем лучше, в идеале сразу после установки клинического диагноза (в тяжелом состоянии — на любом сроке). Сыворотки вводятся внутримышечно и только в личном присутствии лечащего врача, после чего в историю должны быть переписаны дата и время введения, номер серии препарата, название изготовителя, доза и способ введения, и совсем в идеале — переклеена этикетка с флакона. Специфическое лечение должно проводится в строгом соответствии с утвержденными схемами лечения, вложенными в коробку к препарату (КР автор честно искал, но так и не нашел, а переписывать табличный материал и тратить ваше время на его прочтение откровенно жалко).
Остальное лечение носит посиндромный характер в зависимости от развивающейся симптоматики и тяжести самого заболевания.
Что делать в случае оправданных подозрений на вероятность развития ботулизма? Профилактику — одномоментно в мышцу вводятся по 2000 МЕ сыворотки типов А и Е и 1000 МЕ типа В. Группам риска предварительно вводится ботулинический анатоксин.
Ботулизм
Основные факты
Обзор
Споры, вырабатываемые Clostridium botulinum устойчивы к высоким температурам и широко распространенные в окружающей среде. При отсутствии кислорода эти споры прорастают, развиваются и начинают выделять токсины. Существует 7 разных форм ботулотоксина – типы A – G. Четыре из них (типы A, B, E и в редких случаях F) вызывают ботулизм человека. Типы C, D и E вызывают болезнь у млекопитающих, птиц и рыб.
Ботулотоксины попадают в организм при потреблении продуктов, не прошедших надлежащую обработку, в которых бактерии или споры выживают и вырабатывают токсины. Основной причиной ботулизма человека является пищевая интоксикация, но он может быть вызван кишечной инфекцией у детей грудного возраста, раневыми инфекциями и в результате вдыхания.
Симптомы пищевого ботулизма
Ботулотоксины нейротоксичны и поэтому оказывают воздействие на нервную систему. Для пищевого ботулизма характерен нисходящий вялый паралич, который может приводить к дыхательной недостаточности.
Ранними симптомами являются сильная утомляемость, слабость и головокружение, за которыми обычно следуют затуманенное зрение, сухость во рту, а также затрудненные глотание и речь. Могут также иметь место рвота, диарея, запор и вздутие живота. По мере прогрессирования болезни может появляться слабость в шее и руках, после чего поражаются дыхательные мышцы и мышцы нижней части тела. Температура не повышается и потери сознания не происходит.
Причиной этих симптомов является не сама бактерия, а вырабатываемый ею токсин. Симптомы обычно появляются через 12–36 часов (минимум через 4 часа и максимум через 8 дней) после экспозиции. Показатели заболеваемости ботулизмом низкие, но показатели смертности высокие в случае, если не будет быстро поставлен правильный диагноз и незамедлительно предоставлено лечение (введение на ранних стадиях антитоксина и интенсивная искусственная вентиляция легких). Болезнь может заканчиваться смертельным исходом в 5–10% случаев.
Экспозиция и передача
Пищевой ботулизм
C. botulinum является анаэробной бактерией — это означает, что она может развиваться только при отсутствии кислорода. Пищевой ботулизм развивается в случае, когда бактерии C. botulinum растут и вырабатывают токсины в пищевых продуктах до их потребления. C. botulinum вырабатывает споры, которые широко распространены в окружающей среде, включая почву, а также речную и морскую воду.
Рост бактерий и выработка токсина происходят в продуктах с низким содержанием кислорода и при определенном сочетании температуры хранения и параметров консервации. Чаще всего это происходит в пищевых продуктах легкой консервации, а также в продуктах, не прошедших надлежащей обработки, консервированных или бутилированных в домашних условиях. В кислой среде (pH менее 4,6) развития C. botulinum не происходит, и поэтому в кислых продуктах токсин не вырабатывается (однако низкий уровень pH не разрушает токсинов, выработанных ранее). Для предотвращения роста бактерий и выработки токсина используются также низкие температуры хранения в сочетании с определенными уровнями содержания соли и/или кислотности.
Несмотря на то, что споры C. botulinum устойчивы к высоким температурам, токсин, вырабатываемый бактериями, которые развиваются из спор в анаэробных условиях, разрушается при кипячении (например, при температуре внутри >85C в течение пяти или более минут). Поэтому, чаще всего причиной ботулизма человека являются готовые к употреблению продукты в упаковках с низким содержанием кислорода.
Для выяснения причины и предотвращения дальнейших случаев заболевания необходимо незамедлительно получить образцы продуктов, причастных к предполагаемым случаям заболевания, поместить их в надлежащие герметически закрытые контейнеры и направить в лаборатории.
Детский ботулизм
Детский ботулизм развивается, в основном, у детей в возрасте до 6 месяцев. В отличие от пищевого ботулизма, вызываемого потреблением уже выработанных токсинов в пищевых продуктах (см. пункт «a» выше), детский ботулизм развивается в случае, когда дети проглатывают споры C. botulinum, из которых развиваются бактерии, колонизирующие кишечник и выделяющие токсины. У большинства взрослых людей и детей старше 6 месяцев этого не происходит, потому что естественные защитные механизмы кишечника, формирующиеся позже, предотвращают прорастание спор и рост бактерий.
Клинические симптомы у детей грудного возраста включают запор, потерю аппетита, слабость, измененный плач и четко выраженную утрату способности держать головку. Существует несколько вероятных источников инфицирования детским ботулизмом, но определенное число случаев заболевания ассоциируется с медом, зараженным спорами. Поэтому, родителям и лицам, осуществляющим уход за детьми, не следует давать мед детям в возрасте до 1 года.
Раневой ботулизм
Раневой ботулизм развивается редко, в случаях, когда споры попадают в открытую рану и способны размножаться в анаэробных условиях. Симптомы схожи с пищевым ботулизмом, но могут появляться через две недели. Эта форма болезни связана с токсикоманией, в частности с инъекциями героина.
Ботулизм в результате вдыхания
Ботулизм редко развивается в результате вдыхания. Такие случаи не происходят в естественных условиях, они связаны, например, со случайными или предумышленными событиями (такими как биотерроризм), которые приводят в высвобождению токсинов в аэрозолях. Клиническая картина в случае ботулизма, развивающегося в результате вдыхания, схожа с клинической картиной при пищевом ботулизме. Средняя летальная доза для людей оценивается на уровне 2 нанограммов ботулотоксина на килограмм веса тела, что примерно в 3 раза превышает аналогичный показатель в случаях пищевого ботулизма.
Симптомы появляются через 1–3 дня после вдыхания токсинов или через более длительный период времени в случае более низких уровней интоксикации. Симптомы развиваются так же, как и при пищевом ботулизме, и на завершающей стадии происходит паралич мышц и недостаточность дыхания.
При подозрении на воздействие токсина путем вдыхания аэрозоли необходимо предотвратить дополнительное воздействие на пациента и других людей. Следует снять с пациента одежду и хранить ее в полиэтиленовых пакетах до тех пор, пока она не будет тщательно выстирана в воде с мылом. Пациент должен принять душ и незамедлительно пройти дезинфекцию.
Другие типы интоксикации
Теоретически ботулизм может передаваться через воду в результате проглатывания токсина, выработанного ранее. Однако, учитывая тот факт, что при обработке воды (такой как кипячение или дезинфекции 0,1-процентным раствором гипохлорита) токсин разрушается, такой риск считается низким.
Ботулизм неопределенного происхождения обычно регистрируется среди взрослых людей в тех случаях, когда не установлен источник пищевого или раневого ботулизма. Эти случаи сопоставимы с детским ботулизмом и могут происходить при изменении нормальной флоры кишечника в результате хирургических вмешательств или терапии антибиотиками.
Зарегистрированы неблагоприятные реакции на чистый токсин, используемый среди пациентов в медицинских и/или косметических целях, дополнительную информацию см. ниже в разделе «Ботокс»).
Ботокс
Бактерия C. botulinum используется для производства ботокса — фармацевтического препарата, применяемого преимущественно для инъекций в клинических и косметических целях. Для ботокса используется очищенный и сильно разбавленный ботулинический нейротоксин типа А. Процедуры проводятся в медицинских учреждениях в соответствии с потребностями пациента и обычно хорошо переносятся, хотя в редких случаях наблюдаются побочные реакции.
Диагностирование и лечение
Диагноз обычно ставится на основе истории болезни и клинического осмотра при последующем лабораторном подтверждении, включающем демонстрацию присутствия ботулотоксина в сыворотке, стуле или пищевых продуктах или выращивание культуры C. botulinum в образцах стула, раневой жидкости или пищевых продуктов. Иногда ставится ошибочный диагноз ботулизма, так как его часто принимают за инсульт, синдром Гийена-Барре или тяжелую миастению.
После постановки клинического диагноза необходимо как можно скорее ввести антитоксин. Раннее введение антитоксина эффективно снижает показатели смертности. В случае тяжелого ботулизма требуется поддерживающая терапия, в частности искусственная вентиляция легких, которая может требоваться в течение нескольких недель и даже месяцев. Антибиотики не требуются (за исключением случаев раневого ботулизма). Существует вакцина против ботулизма, но она редко используется, так как ее эффективность не оценена полностью и были зарегистрированы неблагоприятные реакции.
Профилактика
Профилактика пищевого ботулизма основана на надлежащей практике приготовления пищевых продуктов, в частности во время тепловой обработки/стерилизации, и гигиене.
Пищевой ботулизм можно предотвращать путем инактивации бактерии и ее спор в стерилизованных путем нагрева (например, в автоклаве) или консервированных продуктах или путем подавления роста бактерий и выработки токсинов в других продуктах. Вегетативные формы бактерии могут быть уничтожены при кипячении, но споры могут оставаться жизнеспособными даже при кипячении в течение нескольких часов. Тем не менее, споры можно уничтожить путем тепловой обработки при очень высоких температурах, например при промышленном консервировании
Промышленной тепловой пастеризации (включая пастеризованные продукты в вакуумной упаковке и продукты горячего копчения) может быть недостаточно для уничтожения всех спор и, поэтому, безопасность этих продуктов должна быть основана на предотвращении бактериального роста и выработки токсина. Низкие температуры в сочетании с содержанием соли и/или кислой средой препятствуют росту бактерий и выработке токсина.
Брошюра ВОЗ «Пять важнейших принципов безопасного питания» служит основой образовательных программ для подготовки лиц, занимающихся обработкой и приготовлением пищевых продуктов, и для просвещения их потребителей. Они особенно важны для предотвращения пищевых отравлений.
Это следующие пять принципов:
Деятельность ВОЗ
Вспышки ботулизма происходят редко, но они являются чрезвычайными ситуациями в области общественного здравоохранения, которые требуют быстрого распознания для выявления источника инфекции, определения типа вспышки болезни (среди естественных, случайных или потенциально преднамеренных), предотвращения других случаев заболевания и эффективного лечения пострадавших пациентов. Успех лечения в значительной мере зависит от раннего диагностирования и быстрого введения ботулинического антитоксина.
Роль ВОЗ в принятии ответных мер на вспышки ботулизма, которые могут иметь международное значение, заключается в следующем: