Инфекция – это инвазия тканей возбудителями , их размножение и реакция тканей хозяина на инфекционный агент и вырабатываемые ими токсины . [1] Инфекционное заболевание , также известное как трансмиссивное заболевание или инфекционное заболевание , представляет собой заболевание, возникающее в результате инфекции.
Инфекции могут быть вызваны широким спектром патогенов , в первую очередь бактериями и вирусами . [2] Хозяева могут бороться с инфекциями, используя свою иммунную систему . Млекопитающие- хозяева реагируют на инфекции врожденным ответом , часто включающим воспаление , за которым следует адаптивный ответ.
Конкретные лекарства, используемые для лечения инфекций, включают антибиотики , противовирусные , противогрибковые , противопротозойные средства [3] и противогельминтные средства . В 2013 году инфекционные заболевания стали причиной 9,2 миллиона смертей (около 17% всех смертей). [4] Раздел медицины , занимающийся инфекциями, называется инфекционными заболеваниями . [5]
Инфекции вызываются инфекционными агентами ( возбудителями ), в том числе:
Признаки и симптомы инфекции зависят от типа заболевания. Некоторые признаки инфекции влияют на весь организм в целом, например, усталость , потеря аппетита, потеря веса, лихорадка , ночная потливость, озноб, ломота и боли. Другие специфичны для отдельных частей тела, например, кожная сыпь , кашель или насморк . [10]
В некоторых случаях инфекционные заболевания могут протекать бессимптомно на протяжении большей части или даже всего периода своего течения у данного хозяина. В последнем случае болезнь может быть определена как «болезнь» (что по определению означает болезнь) только у хозяев, которые вторично заболели после контакта с бессимптомным носителем . Инфекция не является синонимом инфекционного заболевания, поскольку некоторые инфекции не вызывают заболевания у хозяина. [11]
Поскольку бактериальные и вирусные инфекции могут вызывать одни и те же симптомы, бывает трудно отличить причину конкретной инфекции. [12] Важно различать эти два заболевания, поскольку вирусные инфекции нельзя вылечить антибиотиками, тогда как бактериальные инфекции можно вылечить. [13]
Существует общая цепочка событий, применимая к инфекциям, которую иногда называют цепочкой заражения [15] или цепочкой передачи . Цепочка событий включает в себя несколько этапов: попадание инфекционного агента, резервуара, попадание восприимчивого хозяина, выход и передача новым хозяевам. Для развития инфекции каждое из звеньев должно присутствовать в хронологическом порядке. Понимание этих шагов помогает медицинским работникам выявить инфекцию и предотвратить ее возникновение. [16]
Заражение начинается, когда организм успешно попадает в организм, растет и размножается. Это называется колонизацией. Большинство людей не так-то просто заразиться. Люди с нарушенной или ослабленной иммунной системой имеют повышенную восприимчивость к хроническим или постоянным инфекциям. Лица с подавленной иммунной системой особенно восприимчивы к оппортунистическим инфекциям . Проникновение в организм хозяина на границе хозяин-возбудитель обычно происходит через слизистую оболочку таких отверстий, как полость рта , нос, глаза, гениталии, анус; микроб может проникнуть через открытые раны. Хотя некоторые организмы могут расти в первоначальном месте проникновения, многие мигрируют и вызывают системную инфекцию в различных органах. Некоторые патогены растут внутри клеток-хозяев (внутриклеточно), тогда как другие свободно растут в жидкостях организма. [17]
Колонизация раны относится к нереплицирующимся микроорганизмам внутри раны, тогда как в инфицированных ранах существуют реплицирующиеся организмы, и ткани повреждаются. [18] Все многоклеточные организмы в той или иной степени колонизированы внешними организмами, и подавляющее большинство из них существуют либо в мутуалистических , либо в комменсальных отношениях с хозяином. Примером первых являются виды анаэробных бактерий , которые колонизируют толстую кишку млекопитающих , а примером вторых являются различные виды стафилококков , обитающих на коже человека . Ни одна из этих колонизаций не считается инфекцией. Разница между инфекцией и колонизацией часто является лишь вопросом обстоятельств. Непатогенные организмы могут стать патогенными при определенных условиях, и даже самому вирулентному организму необходимы определенные обстоятельства, чтобы вызвать опасную инфекцию. Некоторые колонизирующие бактерии, такие как Corynebacteria sp. и стрептококки Viridans предотвращают адгезию и колонизацию патогенных бактерий и, таким образом, поддерживают симбиотические отношения с хозяином, предотвращая инфекцию и ускоряя заживление ран .
Переменные, влияющие на исход заражения хозяина патогеном и конечный результат, включают:
Например, несколько видов стафилококков остаются безвредными на коже, но, находясь в обычно стерильном пространстве, например, в капсуле сустава или брюшине , размножаются без сопротивления и причиняют вред. [22]
Интересный факт, который в последние десятилетия стал более очевидным для людей с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии , анализа 16S-рибосомальной РНК , омики и других передовых технологий, заключается в том, что микробная колонизация очень распространена даже в средах, которые люди считают почти стерильными . Поскольку бактериальная колонизация является нормальным явлением, трудно определить, какие хронические раны можно классифицировать как инфицированные и насколько существует риск прогрессирования. Несмотря на огромное количество ран, наблюдаемых в клинической практике, данные о качестве оценки симптомов и признаков ограничены. Обзор хронических ран, опубликованный в журнале Американской медицинской ассоциации «Серия рациональных клинических исследований», позволил количественно оценить важность усиления боли как индикатора инфекции. [23] Обзор показал, что наиболее полезным результатом является увеличение уровня боли (диапазон отношения правдоподобия (LR), 11–20) делает инфекцию гораздо более вероятной, но отсутствие боли (диапазон отрицательного отношения правдоподобия, 0,64–20). 0,88) не исключает инфекции (суммарный LR 0,64–0,88).
Заболевание может возникнуть, если защитные иммунные механизмы хозяина нарушены и организм наносит хозяину вред. Микроорганизмы могут вызвать повреждение тканей, выделяя различные токсины или разрушительные ферменты. Например, Clostridium tetani выделяет токсин, парализующий мышцы, а стафилококк выделяет токсины, вызывающие шок и сепсис . Не все инфекционные агенты вызывают заболевание у всех хозяев. Например, заболевание развивается менее чем у 5% людей, инфицированных полиомиелитом . [24] С другой стороны, некоторые инфекционные агенты очень вирулентны. Прион , вызывающий коровье бешенство и болезнь Крейтцфельдта-Якоба, неизменно убивает всех инфицированных животных и людей. [25]
Стойкие инфекции возникают из-за того, что организм не может очистить организм после первоначальной инфекции. Персистирующие инфекции характеризуются постоянным присутствием инфекционного организма, часто в виде латентной инфекции с редкими рецидивами активной инфекции. Есть некоторые вирусы, которые могут поддерживать стойкую инфекцию, заражая различные клетки организма. Некоторые вирусы, однажды приобретенные, никогда не покидают организм. Типичным примером является вирус герпеса, который имеет тенденцию скрываться в нервах и реактивироваться при возникновении определенных обстоятельств. [26]
Стойкие инфекции ежегодно становятся причиной миллионов смертей во всем мире. [27] Хронические инфекции, вызванные паразитами, являются причиной высокой заболеваемости и смертности во многих слаборазвитых странах. [28] [29]
Чтобы заражающие организмы выжили и повторили цикл заражения у других хозяев, они (или их потомство) должны покинуть существующий резервуар и вызвать инфекцию в другом месте. Передача инфекции может происходить многими потенциальными путями: [30]
Взаимосвязь между вирулентностью и трансмиссивностью сложна; Исследования показали, что между ними не было четкой связи. [34] [35] Все еще существует небольшое количество доказательств, которые частично предполагают наличие связи между вирулентностью и заразностью. [36] [37] [38]
Диагностика инфекционного заболевания иногда предполагает прямое или косвенное выявление инфекционного агента. [39] На практике большинство легких инфекционных заболеваний, таких как бородавки , кожные абсцессы , инфекции дыхательной системы и диарейные заболевания, диагностируются по их клиническим проявлениям и лечатся без знания конкретного возбудителя. Выводы о причине заболевания основываются на вероятности контакта пациента с тем или иным возбудителем, наличии микроба в обществе и других эпидемиологических соображениях. При достаточных усилиях все известные инфекционные агенты могут быть точно идентифицированы. [40]
Диагностика инфекционного заболевания почти всегда начинается с изучения анамнеза и физического осмотра. Более детальные методы идентификации предполагают культивирование инфекционных агентов, выделенных от пациента. Культура позволяет идентифицировать инфекционные организмы путем изучения их микроскопических особенностей, обнаружения веществ, продуцируемых возбудителями, а также путем непосредственной идентификации организма по его генотипу. [40]
Многие инфекционные организмы выявляются без посева и микроскопии. Особенно это касается вирусов, которые не могут расти в культуре. В случае некоторых подозреваемых патогенов врачи могут проводить тесты, в ходе которых исследуется кровь или другие жидкости организма пациента на наличие антигенов или антител , указывающих на наличие конкретного патогена, который подозревает врач. [40]
Другие методы (такие как рентген , компьютерная томография , ПЭТ-сканирование или ЯМР ) используются для получения изображений внутренних аномалий, возникающих в результате роста инфекционного агента. Изображения полезны при обнаружении, например, костного абсцесса или губчатой энцефалопатии, вызванной прионом . [41]
Однако выгоды от выявления часто значительно перевешиваются затратами, поскольку зачастую специфического лечения не существует, причина очевидна или исход инфекции, скорее всего, будет доброкачественным . [42]
Постановке диагноза помогают наличие симптомов у любого человека с инфекционным заболеванием, однако для подтверждения подозрений обычно требуются дополнительные диагностические методы. Некоторые признаки специфически характерны и указывают на заболевание и называются патогномоничными признаками; но это редкость. Не все инфекции являются симптоматическими. [43]
У детей наличие цианоза , учащенного дыхания, плохой периферической перфузии или петехиальной сыпи увеличивает риск серьезной инфекции более чем в 5 раз. [44] Другие важные показатели включают беспокойство родителей, клинический инстинкт и температуру выше 40 °C. [44]
Многие диагностические подходы зависят от микробиологического культивирования для выделения возбудителя из соответствующего клинического образца. [45] В микробной культуре питательная среда предоставляется для конкретного агента. Затем образец, взятый из потенциально пораженной ткани или жидкости, проверяется на наличие инфекционного агента, способного расти в этой среде. Многие патогенные бактерии легко выращиваются на питательном агаре — твердой среде, которая поставляет необходимые для роста углеводы и белки, а также большое количество воды. Отдельная бактерия вырастет в видимую насыпь на поверхности пластины, называемую колонией , которая может быть отделена от других колоний или объединена в «лужайку». Размер, цвет, форма и форма колонии характерны для вида бактерий, его специфического генетического состава ( штамма ) и окружающей среды, которая поддерживает его рост. В тарелку часто добавляют другие ингредиенты, чтобы облегчить идентификацию. Чашки могут содержать вещества, которые способствуют росту одних бактерий, а не других, или меняют цвет в ответ на воздействие определенных бактерий, а не других. Подобные бактериологические пластинки обычно используются для клинической идентификации инфекционных бактерий. Микробная культура также может использоваться для идентификации вирусов : среда в данном случае представляет собой клетки, выращенные в культуре, которые вирус может заразить, а затем изменить или убить. В случае идентификации вируса область мертвых клеток возникает в результате роста вируса и называется «бляшкой». Эукариотических паразитов также можно выращивать в культуре для идентификации конкретного агента. [46]
В отсутствие подходящих методов культивирования на чашках некоторые микробы требуют культивирования на живых животных. Такие бактерии, как Mycobacterium leprae и Treponema pallidum , можно выращивать на животных, хотя серологические и микроскопические методы делают использование живых животных ненужным. Вирусы также обычно идентифицируются с использованием альтернатив выращиванию в культуре или на животных. Некоторые вирусы можно выращивать в яйцах с эмбрионами . Другим полезным методом идентификации является ксенодиагностика или использование вектора для поддержки роста инфекционного агента. Болезнь Шагаса является наиболее показательным примером, поскольку трудно напрямую продемонстрировать присутствие возбудителя Trypanosoma cruzi у пациента, что затрудняет окончательную постановку диагноза. В этом случае ксенодиагностика предполагает использование переносчика возбудителя Шагаса T. cruzi — неинфицированного триатомового клопа, который питается кровью человека, подозреваемого в заражении. Позже клопа проверяют на наличие роста T. cruzi в его кишечнике. [47]
Другим основным методом диагностики инфекционных заболеваний является микроскопия . [48] Практически все рассмотренные выше методы культивирования в какой-то момент основаны на микроскопическом исследовании для окончательной идентификации инфекционного агента. Микроскопию можно проводить с помощью простых инструментов, таких как составной световой микроскоп , или таких сложных инструментов, как электронный микроскоп . Образцы, полученные от пациентов, можно рассматривать непосредственно под световым микроскопом, что часто позволяет быстро провести идентификацию. Микроскопию часто также используют в сочетании с методами биохимического окрашивания , и ее можно сделать чрезвычайно специфичной при использовании в сочетании с методами, основанными на антителах . Например, использование искусственно флуоресцентных антител (флуоресцентно меченных антител) может быть направлено на связывание и идентификацию специфических антигенов , присутствующих на патогене. Затем флуоресцентный микроскоп используется для обнаружения флуоресцентно меченных антител, связанных с интернализованными антигенами, в клинических образцах или культивируемых клетках. Этот метод особенно полезен при диагностике вирусных заболеваний, когда световой микроскоп не способен напрямую идентифицировать вирус. [49]
Другие микроскопические процедуры также могут помочь в выявлении инфекционных агентов. Почти все клетки легко окрашиваются рядом основных красителей из-за электростатического притяжения между отрицательно заряженными клеточными молекулами и положительным зарядом красителя. Клетка обычно прозрачна под микроскопом, и использование красителя увеличивает контраст клетки с ее фоном. Окрашивание клетки красителем, таким как краситель Гимзы или кристаллический фиолетовый, позволяет микроскописту описать ее размер, форму, внутренние и внешние компоненты, а также ее связи с другими клетками. Реакция бактерий на различные процедуры окрашивания также используется в таксономической классификации микробов. 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 важных патогенов человека. Процедура кислотостойкого окрашивания идентифицирует микобактерии родов Actinomycetota и Nocardia . [50]
Биохимические тесты, используемые при идентификации инфекционных агентов, включают обнаружение метаболических или ферментативных продуктов, характерных для конкретного инфекционного агента. Поскольку бактерии ферментируют углеводы по закономерностям, характерным для их рода и вида , обнаружение продуктов ферментации обычно используется для идентификации бактерий. Кислоты , спирты и газы обычно обнаруживаются в этих тестах, когда бактерии выращиваются в селективных жидких или твердых средах. [51]
Выделение ферментов из инфицированной ткани также может служить основой биохимической диагностики инфекционного заболевания. Например, люди не могут производить ни репликазы РНК , ни обратную транскриптазу , а наличие этих ферментов характерно для определенных типов вирусных инфекций. Способность вирусного белка гемагглютинина связывать эритроциты в обнаруживаемый матрикс также можно охарактеризовать как биохимический тест на вирусную инфекцию, хотя, строго говоря, гемагглютинин не является ферментом и не выполняет метаболической функции. [52]
Серологические методы представляют собой высокочувствительные, специфичные и зачастую чрезвычайно быстрые тесты, используемые для идентификации микроорганизмов. Эти тесты основаны на способности антитела специфически связываться с антигеном. Антиген, обычно белок или углевод, вырабатываемый инфекционным агентом, связывается антителом. Эта привязка затем запускает цепочку событий, которые могут быть очевидны по-разному, в зависимости от теста. Например, диагноз « ангина » часто диагностируется в течение нескольких минут и основан на появлении антигенов, вырабатываемых возбудителем S. pyogenes , который извлекается из горла пациента с помощью ватного тампона. Серологические тесты, если они доступны, обычно являются предпочтительным способом идентификации, однако разработка тестов требует больших затрат, а реагенты, используемые в тестах, часто требуют охлаждения . Некоторые серологические методы чрезвычайно дорогостоящи, хотя при их широком использовании, например, при «тесте на стрептококк», они могут быть недорогими. [11]
Сложные серологические методы были развиты в так называемые иммунные анализы . Иммуноанализы могут использовать связывание основных антител и антигенов в качестве основы для создания электромагнитного сигнала или сигнала излучения частиц, который может быть обнаружен с помощью какого-либо оборудования. Сигнал неизвестных можно сравнить с сигналом стандартов, позволяющим количественно определить целевой антиген. Чтобы помочь в диагностике инфекционных заболеваний, иммуноанализы могут обнаруживать или измерять антигены либо инфекционных агентов, либо белков, вырабатываемых инфицированным организмом в ответ на чужеродный агент. Например, иммуноанализ А может обнаружить присутствие поверхностного белка вирусной частицы. Иммуноанализ B, с другой стороны, может обнаружить или измерить антитела, вырабатываемые иммунной системой организма, которые предназначены для нейтрализации и уничтожения вируса.
Приборы можно использовать для считывания чрезвычайно слабых сигналов, создаваемых вторичными реакциями, связанными со связыванием антитела и антигена. Приборы могут контролировать отбор проб, использование реагентов, время реакции, обнаружение сигналов, расчет результатов и управление данными, создавая экономически эффективный автоматизированный процесс диагностики инфекционных заболеваний.
.jpg/1280px-ID_Now_testing_(51038387158).jpg)
Технологии, основанные на методе полимеразной цепной реакции (ПЦР), станут почти повсеместным золотым стандартом диагностики ближайшего будущего по нескольким причинам. Во-первых, каталог инфекционных агентов разросся до такой степени, что были идентифицированы практически все значимые инфекционные агенты человеческой популяции. Во-вторых, чтобы вызвать заболевание, инфекционный агент должен вырасти в организме человека; по сути, он должен амплифицировать свои собственные нуклеиновые кислоты, чтобы вызвать заболевание. Такая амплификация нуклеиновой кислоты в инфицированной ткани дает возможность обнаружить инфекционный агент с помощью ПЦР. В-третьих, основные инструменты для управления ПЦР, праймеры , получены из геномов инфекционных агентов, и со временем эти геномы станут известны, если еще не известны. [53]
Таким образом, в настоящее время доступны технологические возможности быстрого и целенаправленного обнаружения любого инфекционного агента. Единственные остающиеся препятствия на пути использования ПЦР в качестве стандартного инструмента диагностики – это ее стоимость и применение, и ни то, ни другое не является непреодолимым. Развитие методов ПЦР не принесет пользы для диагностики некоторых заболеваний, таких как некоторые клостридиальные заболевания ( столбняк и ботулизм ). По своей сути эти заболевания представляют собой биологические отравления относительно небольшим количеством инфекционных бактерий, которые производят чрезвычайно мощные нейротоксины . Значительной пролиферации инфекционного агента не происходит, что ограничивает возможность ПЦР обнаружить наличие каких-либо бактерий. [53]
Учитывая широкий спектр бактериальных, вирусных, грибковых, протозойных и гельминтных патогенов, вызывающих изнурительные и опасные для жизни заболевания, возможность быстро определить причину инфекции важна, но зачастую сложна. Например, более половины случаев энцефалита , тяжелого заболевания, поражающего головной мозг, остаются недиагностированными, несмотря на обширное тестирование с использованием стандартных методов лечения ( микробиологический посев ) и современных клинических лабораторных методов. Диагностические тесты на основе метагеномного секвенирования в настоящее время разрабатываются для клинического использования и обещают стать чувствительным, специфичным и быстрым способом диагностики инфекции с использованием единого всеобъемлющего теста. Этот тест аналогичен текущим тестам ПЦР; однако вместо праймеров для конкретного инфекционного агента используется нецелевая амплификация всего генома . За этим этапом амплификации следует секвенирование следующего поколения или секвенирование третьего поколения , сравнение выравнивания и таксономическая классификация с использованием больших баз данных тысяч эталонных геномов патогенов и комменсалов . Одновременно гены устойчивости к противомикробным препаратам в геномах патогенов и плазмидах секвенируются и выравниваются с таксономически классифицированными геномами патогенов для создания профиля устойчивости к противомикробным препаратам (аналогично тестированию на чувствительность к антибиотикам ) для облегчения управления противомикробными препаратами и оптимизации лечения с использованием наиболее эффективных препаратов для борьбы с микробами. инфекции пациента.
Метагеномное секвенирование может оказаться особенно полезным для диагностики пациентов с ослабленным иммунитетом . Все более широкий спектр инфекционных агентов может нанести серьезный вред людям с иммуносупрессией, поэтому клинический скрининг часто должен быть более широким. Кроме того, выраженность симптомов часто атипична, что затрудняет постановку клинического диагноза на основании клинических проявлений. В-третьих, диагностические методы, основанные на обнаружении антител, с большей вероятностью потерпят неудачу. Поэтому крайне желателен быстрый, чувствительный, специфичный и нецелевой тест на все известные человеческие патогены, который выявляет наличие ДНК организма, а не антител.
Обычно показания к конкретной идентификации инфекционного агента имеются только в том случае, если такая идентификация может помочь в лечении или профилактике заболевания или улучшить знания о течении заболевания до разработки эффективных терапевтических или профилактических мер. Например, в начале 1980-х годов, до появления АЗТ для лечения СПИДа , за течением заболевания тщательно следили путем мониторинга состава образцов крови пациентов, хотя результат не предлагал пациенту никаких дальнейших вариантов лечения. . Частично эти исследования появления ВИЧ в конкретных сообществах позволили выдвинуть гипотезы о путях передачи вируса. Поняв, как передается болезнь, можно будет направить ресурсы на сообщества, подвергающиеся наибольшему риску, в кампаниях, направленных на сокращение числа новых инфекций. Специфическая серологическая диагностическая идентификация, а затем генотипическая или молекулярная идентификация ВИЧ также позволили разработать гипотезы о временном и географическом происхождении вируса, а также множество других гипотез. [11] Развитие инструментов молекулярной диагностики позволило врачам и исследователям контролировать эффективность лечения антиретровирусными препаратами . Молекулярная диагностика в настоящее время широко используется для выявления ВИЧ у здоровых людей задолго до начала заболевания и используется для демонстрации существования людей, генетически устойчивых к ВИЧ-инфекции. Таким образом, хотя лекарства от СПИДа до сих пор не существует, идентификация вируса и мониторинг уровней вируса в крови инфицированных людей имеют огромную терапевтическую и прогностическую пользу как для пациента, так и для общества в целом.
Симптоматические инфекции являются очевидными и клиническими , тогда как инфекция, которая активна, но не вызывает заметных симптомов, может быть названа инаппарантной, бессимптомной , субклинической или скрытой. Инфекция, которая является неактивной или дремлющей, называется латентной инфекцией . [54] Примером латентной бактериальной инфекции является латентный туберкулез . Некоторые вирусные инфекции также могут быть латентными, примерами латентных вирусных инфекций являются любые инфекции семейства Herpesviridae . [55]
Слово « инфекция» может обозначать любое присутствие определенного патогена (неважно, насколько мало), но также часто используется в смысле, подразумевающем клинически очевидную инфекцию (другими словами, случай инфекционного заболевания). Этот факт иногда создает некоторую двусмысленность или вызывает обсуждение использования ; Чтобы обойти эту проблему, медицинские работники обычно говорят о колонизации (а не об инфекции ), когда они имеют в виду, что некоторые патогены присутствуют, но нет клинически очевидной инфекции (отсутствия заболевания). [56]
Для описания того, как и где инфекция проявляется с течением времени, используются разные термины. При острой инфекции симптомы развиваются быстро; его течение может быть как быстрым, так и затяжным. При хронической инфекции симптомы обычно развиваются постепенно в течение недель или месяцев и проходят медленно. [57] При подострых инфекциях симптомы развиваются дольше, чем при острых инфекциях, но возникают быстрее, чем при хронических инфекциях. Очаговая инфекция — это начальный участок инфекции, из которого микроорганизмы попадают через кровоток в другую область тела. [58]
Среди множества разновидностей микроорганизмов относительно немногие вызывают заболевания у здоровых людей. [59] Инфекционные заболевания возникают в результате взаимодействия этих немногих патогенов и защиты хозяев, которых они заражают. Внешний вид и тяжесть заболевания, вызванного любым патогеном, зависят от способности этого патогена повреждать хозяина, а также от способности хозяина сопротивляться этому патогену. Однако иммунная система хозяина также может нанести вред самому хозяину, пытаясь контролировать инфекцию. Поэтому клиницисты классифицируют инфекционные микроорганизмы или микробы в зависимости от состояния защитных сил хозяина – либо как первичные патогены , либо как условно-патогенные микроорганизмы . [60]
Первичные патогены вызывают заболевание в результате их присутствия или активности внутри нормального, здорового хозяина, а их присущая им вирулентность (тяжесть заболевания, которое они вызывают) отчасти является необходимым следствием их необходимости размножаться и распространяться. Многие из наиболее распространенных первичных патогенов человека заражают только людей, однако многие серьезные заболевания вызываются организмами, приобретенными из окружающей среды или заражающими хозяев, не являющихся людьми. [61]
Оппортунистические патогены могут вызвать инфекционное заболевание у хозяина с пониженной резистентностью ( иммунодефицит ) или при необычном доступе внутрь организма (например, через травму ). Оппортунистическая инфекция может быть вызвана микробами, обычно контактирующими с хозяином, такими как патогенные бактерии или грибки в желудочно-кишечном тракте или верхних дыхательных путях , а также в результате (в противном случае безобидных) микробов, приобретенных от других хозяев (как при колите Clostridium difficile). ) или из окружающей среды в результате травматического внедрения (как при хирургических раневых инфекциях или сложных переломах ). Оппортунистическое заболевание требует нарушения защитных сил хозяина, что может произойти в результате генетических дефектов (таких как хроническая гранулематозная болезнь ), воздействия противомикробных препаратов или иммунодепрессантов (что может произойти после отравления или химиотерапии рака ), воздействия ионизирующей радиации или в результате инфекционного заболевания с иммуносупрессивной активностью (например, кори , малярии или ВИЧ-инфекции ). Первичные патогены могут также вызывать более тяжелое заболевание у хозяина с пониженной резистентностью, чем обычно происходит у иммунодефицитного хозяина. [11]
Хотя первичную инфекцию практически можно рассматривать как основную причину текущей проблемы со здоровьем человека, вторичная инфекция является следствием или осложнением этой основной причины. Например, инфекция, вызванная ожогом или проникающей травмой (основная причина), является вторичной инфекцией. Первичные патогены часто вызывают первичную инфекцию и часто вызывают вторичную инфекцию. Обычно оппортунистические инфекции рассматривают как вторичные инфекции (поскольку предрасполагающим фактором был иммунодефицит или травма ). [60]
Другие типы инфекций включают смешанную, ятрогенную , нозокомиальную и внебольничную инфекцию. Смешанная инфекция – это инфекция, вызываемая двумя и более возбудителями. Примером этого является аппендицит , вызываемый Bacteroides fragilis и Escherichia coli . Вторая – ятрогенная инфекция. Этот тип инфекции передается от медицинского работника к пациенту. Внутрибольничная инфекция также возникает в медицинских учреждениях. Нозокомиальными инфекциями называют те, которые приобретаются во время пребывания в больнице. Наконец, внебольничная инфекция – это инфекция, при которой инфекция передается от всего сообщества. [58]
Один из способов доказать, что данное заболевание является заразным, состоит в том, чтобы удовлетворить постулатам Коха (впервые предложенным Робертом Кохом ), которые требуют, чтобы, во-первых, инфекционный агент можно было идентифицировать только у больных, страдающих этим заболеванием, а не у здоровых людей, и, во-вторых, , что у пациентов, заразившихся инфекционным агентом, также развивается заболевание. Эти постулаты были впервые использованы при открытии того, что виды микобактерий вызывают туберкулез . [62]
Однако постулаты Коха обычно не могут быть проверены в современной практике по этическим причинам. Для их доказательства потребуется экспериментальное заражение здорового человека патогеном, полученным в виде чистой культуры. И наоборот, даже явно инфекционные заболевания не всегда соответствуют инфекционным критериям; например, Treponema pallidum , возбудитель спирохеты сифилиса , не может быть культивирован in vitro , однако этот организм можно культивировать в семенниках кролика . Менее ясно, что чистая культура происходит из животного источника, выступающего в качестве хозяина, чем когда она получена из микробов, полученных из чашечной культуры. [63]
Эпидемиология , или изучение и анализ того, кто, почему и где возникает болезнь, и что определяет наличие заболевания в различных группах населения, является еще одним важным инструментом, используемым для понимания инфекционных заболеваний. Эпидемиологи могут определять различия между группами внутри популяции, например, имеют ли определенные возрастные группы более высокий или меньший уровень инфицирования; имеют ли большую вероятность заражения группы, живущие в разных районах; и другими факторами, такими как пол и раса. Исследователи также могут оценить, является ли вспышка заболевания спорадической или случайной; эндемичный , с устойчивым уровнем регулярных случаев заболевания в регионе; эпидемия с быстрым возникновением и необычно большим количеством случаев в регионе; или пандемия , то есть глобальная эпидемия. Если причина инфекционного заболевания неизвестна, для выявления источников инфекции можно использовать эпидемиологию. [64]
Инфекционные заболевания иногда называют заразными , если они легко передаются при контакте с больным человеком или его выделениями (например, грипп ). Таким образом, заразное заболевание представляет собой разновидность инфекционного заболевания, которое особенно заразно или легко передается. Другие типы инфекционных, трансмиссивных или заразных заболеваний с более специализированными путями заражения, такие как передача переносчиками или половым путем, обычно не считаются «заразными» и часто не требуют медицинской изоляции (иногда условно называемой карантином ) заболевших. . Однако этот особый смысл слов «заразный» и «заразная болезнь» (легкая заразность) не всегда соблюдается в обычном использовании. Инфекционные заболевания обычно передаются от человека к человеку при прямом контакте. Типы контакта – от человека к человеку и воздушно-капельный. Косвенный контакт, такой как передача воздушно-капельным путем, загрязненные предметы, продукты питания и питьевая вода, контакт с человеком-животным, резервуары животных, укусы насекомых и резервуары окружающей среды, являются еще одним способом передачи инфекционных заболеваний. [65]
Инфекции можно классифицировать по анатомическому расположению или пораженной системе органов , в том числе :
Кроме того, места воспаления , наиболее частой причиной которых является инфекция, включают пневмонию , менингит и сальпингит . [ нужна цитата ]
Такие методы, как мытье рук, ношение халатов и масок для лица, могут помочь предотвратить передачу инфекций от одного человека к другому. Асептическая техника была внедрена в медицину и хирургию в конце 19 века и значительно снизила частоту инфекций, вызванных хирургическим вмешательством. Частое мытье рук остается наиболее важной защитой от распространения нежелательных организмов. [67] Существуют и другие формы профилактики, такие как отказ от употребления запрещенных наркотиков, использование презервативов , ношение перчаток, а также здоровый образ жизни со сбалансированной диетой и регулярными физическими упражнениями. Также важно хорошо готовить пищу и избегать продуктов, которые долгое время оставались снаружи. [ нужна цитата ]
Антимикробные вещества, используемые для предотвращения передачи инфекций, включают :
Одним из способов предотвращения или замедления передачи инфекционных заболеваний является признание различных характеристик различных заболеваний. [68] Некоторые важные характеристики заболевания, которые следует оценить, включают вирулентность , расстояние, пройденное пострадавшими, и уровень заразности. Например, человеческие штаммы вируса Эбола очень быстро выводят из строя инфицированных и вскоре убивают их. В результате заболевшие этим заболеванием не имеют возможности уезжать очень далеко от первоначальной зоны заражения. [69] Кроме того, этот вирус должен распространяться через повреждения кожи или проницаемые оболочки, такие как глаза. Таким образом, начальная стадия Эболы не очень заразна, поскольку у ее жертв наблюдается только внутреннее кровотечение. В результате вышеперечисленных особенностей распространение Эболы происходит очень быстро и обычно происходит в пределах относительно ограниченной географической территории. Напротив, вирус иммунодефицита человека ( ВИЧ ) убивает своих жертв очень медленно, атакуя их иммунную систему. [11] В результате многие из его жертв передают вирус другим людям, даже не осознавая, что они являются переносчиками болезни. Кроме того, относительно низкая вирулентность позволяет жертвам путешествовать на большие расстояния, увеличивая вероятность эпидемии . [ нужна цитата ]
Еще один эффективный способ снизить скорость передачи инфекционных заболеваний — признать влияние сетей маленького мира . [68] Во время эпидемий часто происходят обширные взаимодействия внутри очагов или групп инфицированных лиц, а также другие взаимодействия внутри отдельных очагов восприимчивых лиц. Несмотря на низкий уровень взаимодействия между отдельными узлами, болезнь может распространиться в восприимчивом узле посредством одного или нескольких взаимодействий с зараженным узлом. Таким образом, уровень заражения в сетях маленького мира можно несколько снизить, если исключить взаимодействие между людьми внутри зараженных центров (рис. 1). Однако уровень заражения можно значительно снизить, если основное внимание будет уделяться предотвращению скачков передачи между хабами. Использование программ обмена игл в районах с высокой плотностью потребителей наркотиков с ВИЧ является примером успешной реализации этого метода лечения. [70] Другим примером является использование кольцевой выбраковки или вакцинации потенциально восприимчивого скота в соседних фермах для предотвращения распространения вируса ящура в 2001 году. [71]
Общим методом предотвращения передачи трансмиссивных патогенов является борьба с вредителями .
В случаях, когда заражение лишь подозревается, лица могут быть помещены в карантин до тех пор, пока не пройдет инкубационный период и не проявится заболевание или человек не останется здоровым. Группы могут подвергаться карантину или, в случае сообществ, может быть установлен санитарный кордон , чтобы предотвратить распространение инфекции за пределы сообщества, или, в случае защитной изоляции , в сообщество. Органы общественного здравоохранения могут применять другие формы социального дистанцирования , такие как закрытие школ, изоляция или временные ограничения (например, автоматические выключатели ) [72] для контроля эпидемии.
Заражение большинством патогенов не приводит к смерти хозяина, и организм-возбудитель в конечном итоге уничтожается после исчезновения симптомов заболевания. [59] Этот процесс требует иммунных механизмов для уничтожения или инактивации инокулята патогена. Специфический приобретенный иммунитет против инфекционных заболеваний может быть опосредован антителами и/или Т-лимфоцитами . Иммунитет, опосредованный этими двумя факторами, может проявляться:
Реакция иммунной системы на микроорганизм часто вызывает такие симптомы, как высокая температура и воспаление , и может оказаться более разрушительной, чем прямое повреждение, вызванное микробом. [11]
Устойчивость к инфекции ( иммунитет ) может быть приобретена после заболевания, при бессимптомном носительстве возбудителя, при укрытии организма сходного строения (перекрестная реакция) или при вакцинации . Знания о защитных антигенах и специфических приобретенных иммунных факторах хозяина более полны для первичных патогенов, чем для условно-патогенных микроорганизмов . Существует также феномен коллективного иммунитета , который обеспечивает определенную защиту тем людям, которые в противном случае уязвимы, когда достаточно большая часть населения приобрела иммунитет от определенных инфекций. [73]
Иммунная устойчивость к инфекционному заболеванию требует критического уровня либо антигенспецифических антител, либо Т-клеток, когда хозяин сталкивается с возбудителем. У некоторых людей вырабатываются естественные сывороточные антитела к поверхностным полисахаридам некоторых агентов, хотя они практически не контактировали с агентом. Эти природные антитела обеспечивают специфическую защиту взрослым и пассивно передаются новорожденным.
Организм, являющийся мишенью заражающего действия конкретного инфекционного агента, называется хозяином. Хозяин, содержащий возбудителя, находящегося на зрелой или сексуально активной стадии, называется окончательным хозяином. Промежуточный хозяин контактирует на стадии личинки. Хозяином может быть все живое, и он может достигать бесполого и полового размножения. [74] На выведение патогенов, вызванное лечением или спонтанное, могут влиять генетические варианты, переносимые отдельными пациентами. Например, при гепатите С генотипа 1 , обработанном пегилированным интерфероном-альфа-2а или пегилированным интерфероном-альфа-2b (торговые марки Pegasys или PEG-Intron) в сочетании с рибавирином , было показано, что генетические полиморфизмы вблизи человеческого гена IL28B, кодирующего интерферона лямбда-3 связаны со значительными различиями в клиренсе вируса, вызванном лечением. Это открытие, первоначально опубликованное в журнале Nature [75], показало , что пациенты с гепатитом С генотипа 1, несущие определенные генетические варианты аллелей рядом с геном IL28B, имеют больше шансов достичь устойчивого вирусологического ответа после лечения, чем другие. Более поздний отчет журнала Nature [76] продемонстрировал, что те же самые генетические варианты также связаны с естественным выведением вируса гепатита С генотипа 1.
Когда инфекция поражает организм, противоинфекционные препараты могут подавить инфекцию. Существует несколько широких типов противоинфекционных препаратов, в зависимости от типа целевого организма; к ним относятся антибактериальные ( антибиотические ; в том числе противотуберкулезные ), противовирусные , противогрибковые и противопаразитарные (в том числе противопротозойные и противогельминтные ) средства. В зависимости от тяжести и типа инфекции антибиотик можно назначать перорально, в виде инъекции или применять местно . Тяжелые инфекции головного мозга обычно лечат внутривенным введением антибиотиков. Иногда в случае устойчивости к одному антибиотику используются несколько антибиотиков . Антибиотики действуют только на бактерии и не действуют на вирусы. Антибиотики действуют, замедляя размножение бактерий или убивая их. Наиболее распространенные классы антибиотиков, применяемые в медицине, включают пенициллины , цефалоспорины , аминогликозиды , макролиды , хинолоны и тетрациклины . [77] [78]
Не все инфекции требуют лечения, и для многих самоизлечивающихся инфекций лечение может вызвать больше побочных эффектов, чем пользы. Управление противомикробными препаратами — это концепция, согласно которой медицинские работники должны лечить инфекцию противомикробным препаратом, который эффективно воздействует на целевой патоген в течение кратчайшего периода времени, и проводить лечение только при наличии известного или весьма подозреваемого патогена, который будет реагировать на лекарство. [79]
Пандемии, такие как COVID-19, показывают, что люди резко различаются по восприимчивости к инфекции. Это может быть связано с общим состоянием здоровья, возрастом или иммунным статусом, например, если они были инфицированы ранее. Однако также стало ясно, что существует генетический фактор, определяющий восприимчивость к инфекции. Например, до 40% случаев заражения SARS-CoV-2 могут протекать бессимптомно, что позволяет предположить, что многие люди естественным образом защищены от болезней. [80] Крупные генетические исследования определили факторы риска тяжелой инфекции SARS-CoV-2, а последовательности генома 659 пациентов с тяжелой формой COVID-19 выявили генетические варианты, которые, по-видимому, связаны с опасным для жизни заболеванием. Одним из генов, выявленных в этих исследованиях, является ген интерферона I типа (IFN). Аутоантитела против интерферонов I типа были обнаружены у 13,7% пациентов с опасным для жизни COVID-19, что указывает на то, что сложное взаимодействие между генетикой и иммунной системой важно для естественной устойчивости к Covid. [81]
Аналогичным образом, мутации в гене ERAP2 , кодирующем аминопептидазу 2 эндоплазматического ретикулума, по-видимому, увеличивают восприимчивость к чуме — заболеванию, вызываемому инфекцией бактерии Yersinia pestis . Люди, унаследовавшие две копии полного варианта гена, имели в два раза больше шансов пережить чуму, чем те, кто унаследовал две копии усеченного варианта. [82]
Восприимчивость также определяет эпидемиологию инфекции, учитывая, что разные популяции имеют разные генетические и экологические условия, влияющие на инфекции.
В 2010 году от инфекционных заболеваний умерло около 10 миллионов человек. [84]
Всемирная организация здравоохранения собирает информацию о смертности в мире по кодовым категориям Международной классификации болезней (МКБ) . В следующей таблице перечислены основные инфекционные заболевания по количеству смертей в 2002 году. Для сравнения включены данные за 1993 год.
В тройку лидеров по убийству отдельных агентов/болезней входят ВИЧ / СПИД , туберкулез и малярия . Хотя число смертей из-за почти всех болезней снизилось, количество смертей из-за ВИЧ/СПИДа увеличилось в четыре раза. К детским заболеваниям относятся коклюш , полиомиелит , дифтерия , корь и столбняк . Дети также составляют большой процент случаев смерти от заболеваний нижних дыхательных путей и диареи. В 2012 году около 3,1 миллиона человек умерли от инфекций нижних дыхательных путей, что сделало их четвертой по значимости причиной смерти в мире. [90]
Инфекционные заболевания, обладающие потенциалом непредсказуемых и взрывоопасных последствий, сыграли важную роль в истории человечества . [91] Пандемия (или глобальная эпидемия ) — это заболевание, поражающее людей на обширной географической территории. Например:
В большинстве случаев микроорганизмы живут в гармонии со своими хозяевами посредством взаимных или комменсальных взаимодействий. Заболевания могут возникнуть, когда существующие паразиты становятся патогенными или когда новые патогенные паразиты проникают в нового хозяина.
Некоторые виды деятельности человека привели к появлению зоонозных патогенов человека, включая вирусы, бактерии, простейшие и риккетсии, [100] и распространению трансмиссивных болезней, [99] см. также глобализацию и болезни и болезни диких животных :
В древности греческий историк Фукидид ( ок. 460 – ок. 400 до н.э. ) был первым человеком, написавшим в своем отчете об афинской чуме , что болезни могут передаваться от инфицированного человека к другим. [102] [103] В своей книге «О различных видах лихорадки» ( ок. 175 г. н.э. ) греко-римский врач Гален предположил, что чума распространяется «определенными семенами чумы», которые присутствуют в воздухе. [104] В «Сушрута-самхите » древнеиндийский врач Сушрута высказал теорию: «Проказа, лихорадка, чахотка, болезни глаз и другие инфекционные заболевания передаются от одного человека к другому при половом союзе, физическом контакте, совместном приеме пищи, совместном сне, сидеть вместе и использовать одну и ту же одежду, гирлянды и пасты». [105] [106] Эта книга датируется примерно шестым веком до нашей эры. [107]
Базовая форма теории заражения была предложена персидским врачом Ибн Синой (известным в Европе как Авиценна) в «Каноне медицины » (1025 г.), который впоследствии стал самым авторитетным медицинским учебником в Европе вплоть до 16 века. В Книге IV Канона Ибн Сина обсуждал эпидемии , обрисовывая в общих чертах классическую теорию миазмов и пытаясь объединить ее со своей собственной ранней теорией заражения. Он упомянул, что люди могут передавать болезни другим через дыхание, отметил заражение туберкулезом и обсудил передачу болезней через воду и грязь. [108] Концепция невидимого заражения позже обсуждалась несколькими исламскими учеными в султанате Айюбидов , которые называли их наджасат («нечистые вещества»). Ученый - фикх Ибн аль-Хадж аль-Абдари ( ок. 1250–1336 ), обсуждая исламскую диету и гигиену , предупреждал о том, как инфекция может загрязнять воду, еду и одежду, а также распространяться через систему водоснабжения и, возможно, иметь подразумевается заражение невидимыми частицами. [109]
Когда в XIV веке бубонная чума «Черная смерть» достигла Аль-Андалуса , арабские врачи Ибн Хатима ( ок. 1369 ) и Ибн аль-Хатиб (1313–1374) выдвинули гипотезу, что инфекционные заболевания вызываются «мельчайшими телами», и описали, как они Передаваться можно через одежду, сосуды и серьги. [110] Идеи заражения стали более популярными в Европе в эпоху Возрождения , особенно благодаря трудам итальянского врача Джироламо Фракасторо . [111] Антон ван Левенгук (1632–1723) продвинул науку микроскопии , впервые наблюдая за микроорганизмами, что позволило легко визуализировать бактерии.
В середине XIX века Джон Сноу и Уильям Бадд проделали важную работу, продемонстрировав заразность брюшного тифа и холеры через загрязненную воду. Им обоим приписывают снижение эпидемий холеры в их городах за счет принятия мер по предотвращению загрязнения воды. [112] Луи Пастер вне всякого сомнения доказал, что некоторые заболевания вызываются инфекционными агентами, и разработал вакцину от бешенства . Роберт Кох предоставил изучению инфекционных заболеваний научную основу, известную как постулаты Коха . Эдвард Дженнер , Джонас Солк и Альберт Сабин разработали эффективные вакцины против оспы и полиомиелита , которые впоследствии привели к полному и почти полному искоренению этих заболеваний соответственно. Александр Флеминг открыл первый в мире антибиотик пенициллин , который затем разработали Флори и Чейн. Герхард Домагк разработал сульфаниламиды — первые синтетические антибактериальные препараты широкого спектра действия. [ нужна цитата ]
Медицинское лечение инфекционных заболеваний относится к медицинской области инфекционных заболеваний , а в некоторых случаях изучение распространения относится к области эпидемиологии . Как правило, инфекции первоначально диагностируются врачами первичной медико-санитарной помощи или специалистами по внутренним болезням . Например, «неосложненную» пневмонию обычно лечит терапевт или пульмонолог ( врач-пульмонолог). Таким образом, работа инфекциониста предполагает работу как с пациентами, так и с врачами общей практики, а также с учеными-лабораторами , иммунологами , бактериологами и другими специалистами. [ нужна цитата ]
Бригада инфекционистов может быть предупреждена , когда :
В нескольких исследованиях сообщалось о связи между нагрузкой патогенов на территории и поведением человека. Более высокая нагрузка патогенов связана с уменьшением численности этнических и религиозных групп на территории. Это может быть связано с высокой нагрузкой патогенов, способствующей избеганию других групп, что может снизить передачу патогенов, или с высокой нагрузкой патогенов, препятствующей созданию крупных поселений и армий, насаждающих общую культуру. Более высокая нагрузка патогенов также связана с более ограниченным сексуальным поведением, что может снизить передачу патогенов. Это также связано с более высоким предпочтением здоровья и привлекательности партнеров. Более высокий уровень рождаемости и более короткий или меньший объем родительского ухода за ребенком – это еще одна связь, которая может быть компенсацией более высокого уровня смертности. Существует также связь с полигинией , которая может быть связана с более высокой патогенной нагрузкой, что делает выбор самцов с высокой генетической устойчивостью все более важным. Более высокая нагрузка патогенов также связана с большим коллективизмом и меньшим индивидуализмом, что может ограничивать контакты с внешними группами и инфекциями. Существуют альтернативные объяснения, по крайней мере, некоторых ассоциаций, хотя некоторые из этих объяснений, в свою очередь, могут, в свою очередь, быть связаны с патогенной нагрузкой. Таким образом, полигиния также может быть связана с более низким соотношением мужчин и женщин в этих районах, но в конечном итоге это может быть связано с повышенной смертностью младенцев мужского пола от инфекционных заболеваний. Другим примером является то, что плохие социально-экономические факторы могут в конечном итоге частично объясняться высокой нагрузкой патогенов, препятствующей экономическому развитию. [113]
Доказательства заражения ископаемых останков являются предметом интереса палеопатологов , ученых, изучающих случаи травм и болезней у вымерших форм жизни. Признаки инфекции были обнаружены в костях хищных динозавров. Однако, когда эти инфекции присутствуют, они, как правило, ограничиваются лишь небольшими участками тела. Череп, приписываемый раннему плотоядному динозавру Herrerasaurus ischigualastensis, имеет ямкообразные раны, окруженные опухшей и пористой костью. Необычная текстура костей вокруг ран позволяет предположить, что они пострадали от кратковременной несмертельной инфекции. Ученые, изучавшие череп, предположили, что следы укусов были получены в схватке с другим герреразавром . Другие плотоядные динозавры с документально подтвержденными доказательствами заражения включают акрокантозавра , аллозавра , тираннозавра и тираннозавра из формации Киртланд . Инфекция от обоих тираннозавров была получена в результате укуса во время боя, как и экземпляр Herrerasaurus . [114]
Эксперимент космического корабля 2006 года показал, что Salmonella typhimurium , бактерия, которая может вызвать пищевое отравление , становится более опасной при выращивании в космосе . [115] 29 апреля 2013 года ученые Политехнического института Ренсселера , финансируемого НАСА , сообщили, что во время космического полета на Международной космической станции микробы , по-видимому, адаптируются к космической среде способами, «не наблюдаемыми на Земле», и способами, которые «может привести к увеличению роста и вирулентности». [116] Совсем недавно, в 2017 году, было обнаружено, что бактерии более устойчивы к антибиотикам и процветают в условиях почти невесомости космоса. [117] Было замечено, что микроорганизмы выживают в вакууме космического пространства. [118] [119]
Инфекционные болезни — раздел внутренней медицины, занимающийся диагностикой и лечением инфекционных заболеваний всех типов, всех органов и у пациентов всех возрастов.
