Инфекция — это вторжение патогенов в ткани , их размножение и реакция тканей хозяина на инфекционный агент и вырабатываемые им токсины . [1] Инфекционное заболевание , также известное как трансмиссивное заболевание или заразная болезнь , — это заболевание, возникающее в результате инфекции.
Инфекции могут быть вызваны широким спектром патогенов , наиболее заметными из которых являются бактерии и вирусы . [2] Хозяева могут бороться с инфекциями, используя свою иммунную систему . Млекопитающие- хозяева реагируют на инфекции врожденной реакцией, часто включающей воспаление , за которым следует адаптивный ответ.
Конкретные лекарства, используемые для лечения инфекций, включают антибиотики , противовирусные препараты , противогрибковые препараты , противопротозойные препараты [3] и противоглистные средства . Инфекционные заболевания привели к 9,2 миллионам смертей в 2013 году (около 17% всех смертей). [4] Раздел медицины , который фокусируется на инфекциях, называется инфекционными заболеваниями . [5]
Инфекции вызываются инфекционными агентами ( патогенами ), в том числе:
Признаки и симптомы инфекции зависят от типа заболевания. Некоторые признаки инфекции влияют на все тело в целом, например, усталость , потеря аппетита, потеря веса, лихорадка , ночная потливость, озноб, боли. Другие специфичны для отдельных частей тела, например, сыпь на коже , кашель или насморк . [10]
В некоторых случаях инфекционные заболевания могут протекать бессимптомно в течение большей части или даже всего своего течения у данного хозяина. В последнем случае заболевание может быть определено как «заболевание» (что по определению означает болезнь) только у хозяев, которые вторично заболевают после контакта с бессимптомным носителем . Инфекция не является синонимом инфекционного заболевания, поскольку некоторые инфекции не вызывают болезни у хозяина. [11]
Поскольку бактериальные и вирусные инфекции могут вызывать одни и те же симптомы, может быть сложно определить, что является причиной конкретной инфекции. [12] Различение этих двух инфекций важно, поскольку вирусные инфекции нельзя вылечить антибиотиками , а бактериальные можно. [13]
Существует общая цепочка событий, которая применима к инфекциям, иногда называемая цепочкой заражения [15] или цепочкой передачи . Цепочка событий включает несколько этапов, которые включают инфекционный агент, резервуар, проникновение в восприимчивого хозяина, выход и передачу новым хозяевам. Каждое из звеньев должно присутствовать в хронологическом порядке для развития инфекции. Понимание этих этапов помогает работникам здравоохранения нацеливаться на инфекцию и предотвращать ее возникновение в первую очередь. [16]
Инфекция начинается, когда организм успешно проникает в организм, растет и размножается. Это называется колонизацией. Большинство людей не так легко заражаются. Те, у кого ослабленная или ослабленная иммунная система, имеют повышенную восприимчивость к хроническим или постоянным инфекциям. Люди с подавленной иммунной системой особенно восприимчивы к оппортунистическим инфекциям . Вход в хозяина на границе хозяин-патоген , как правило, происходит через слизистую оболочку в отверстиях, таких как ротовая полость , нос, глаза, гениталии, анус, или микроб может проникнуть через открытые раны. В то время как несколько организмов могут расти в первоначальном месте проникновения, многие мигрируют и вызывают системную инфекцию в различных органах. Некоторые патогены растут внутри клеток хозяина (внутриклеточно), тогда как другие свободно растут в жидкостях организма. [17]
Колонизация ран относится к нереплицирующимся микроорганизмам внутри раны, в то время как в инфицированных ранах существуют реплицирующиеся организмы, и ткань повреждается. [18] Все многоклеточные организмы в некоторой степени колонизируются внешними организмами, и подавляющее большинство из них существует либо в мутуалистических , либо в комменсальных отношениях с хозяином. Примером первого являются виды анаэробных бактерий , которые колонизируют толстую кишку млекопитающих , а примером второго являются различные виды стафилококков , которые существуют 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 требуются определенные обстоятельства, чтобы вызвать компрометирующую инфекцию. Некоторые колонизирующие бактерии, такие как Corynebacteria sp. и Viridans streptococci , предотвращают адгезию и колонизацию патогенных бактерий и, таким образом, имеют симбиотические отношения с хозяином, предотвращая инфекцию и ускоряя заживление ран .
Переменные, влияющие на результат заражения хозяина патогеном и конечный результат, включают:
Например, несколько видов стафилококков остаются безвредными на коже, но при наличии в обычно стерильном пространстве, например, в капсуле сустава или брюшине , размножаются без сопротивления и причиняют вред. [22]
Интересный факт, который газовая хроматография-масс-спектрометрия , анализ рибосомальной РНК 16S , омика и другие передовые технологии сделали более очевидным для людей в последние десятилетия, заключается в том, что микробная колонизация очень распространена даже в средах, которые люди считают почти стерильными . Поскольку наличие бактериальной колонизации является нормой, трудно узнать, какие хронические раны можно классифицировать как инфицированные и каков риск прогрессирования. Несмотря на огромное количество ран, наблюдаемых в клинической практике, существуют ограниченные качественные данные для оцененных симптомов и признаков. Обзор хронических ран в журнале Американской медицинской ассоциации «Rational Clinical Examination Series» количественно оценил важность усиления боли как индикатора инфекции. [23] Обзор показал, что наиболее полезным открытием является увеличение уровня боли [диапазон отношения правдоподобия (LR) 11–20] что делает инфекцию гораздо более вероятной, но отсутствие боли (отрицательный диапазон отношения правдоподобия 0,64–0,88) не исключает инфекцию (суммарный LR 0,64–0,88).
Заболевание может возникнуть, если защитные иммунные механизмы хозяина скомпрометированы, и организм наносит вред хозяину. Микроорганизмы могут вызывать повреждение тканей, выделяя различные токсины или разрушительные ферменты. Например, Clostridium tetani выделяет токсин, который парализует мышцы, а стафилококк выделяет токсины, которые вызывают шок и сепсис . Не все инфекционные агенты вызывают заболевание у всех хозяев. Например, менее 5% людей, инфицированных полиомиелитом, заболевают . [24] С другой стороны, некоторые инфекционные агенты очень вирулентны. Прион, вызывающий коровье бешенство и болезнь Крейтцфельдта-Якоба, неизменно убивает всех животных и людей, которые инфицированы. [25]
Постоянные инфекции возникают из-за того, что организм не способен очистить организм после первичного заражения. Постоянные инфекции характеризуются постоянным присутствием инфекционного организма, часто в виде латентной инфекции с периодическими рецидивами активной инфекции. Существуют некоторые вирусы, которые могут поддерживать постоянную инфекцию, заражая различные клетки организма. Некоторые вирусы, однажды приобретенные, никогда не покидают организм. Типичным примером является вирус герпеса, который имеет тенденцию прятаться в нервах и реактивироваться при возникновении определенных обстоятельств. [26]
Постоянные инфекции ежегодно становятся причиной миллионов смертей во всем мире. [27] Хронические инфекции, вызываемые паразитами, являются причиной высокой заболеваемости и смертности во многих слаборазвитых странах. [28] [29]
Для того, чтобы заражающие организмы выжили и повторили цикл заражения в других хозяевах, они (или их потомство) должны покинуть существующий резервуар и вызвать инфекцию в другом месте. Передача инфекции может происходить многими потенциальными путями: [30]
Связь между вирулентностью и заразностью сложна; исследования показали, что четкой связи между ними нет. [34] [35] Все еще существует небольшое количество доказательств, которые частично предполагают связь между вирулентностью и заразностью. [36] [37] [38]
Диагностика инфекционных заболеваний иногда включает в себя идентификацию инфекционного агента либо напрямую, либо косвенно. [39] На практике большинство незначительных инфекционных заболеваний, таких как бородавки , кожные абсцессы , инфекции дыхательной системы и диарейные заболевания, диагностируются по их клинической картине и лечатся без знания конкретного возбудителя. Выводы о причине заболевания основываются на вероятности того, что пациент контактировал с определенным возбудителем, наличии микроба в сообществе и других эпидемиологических соображениях. При достаточных усилиях все известные инфекционные агенты могут быть конкретно идентифицированы. [40]
Диагностика инфекционных заболеваний почти всегда начинается с истории болезни и физического обследования. Более подробные методы идентификации включают культивирование инфекционных агентов, выделенных от пациента. Культура позволяет идентифицировать инфекционные организмы путем изучения их микроскопических особенностей, путем обнаружения присутствия веществ, вырабатываемых патогенами, и путем прямой идентификации организма по его генотипу. [40]
Многие инфекционные организмы идентифицируются без культуры и микроскопии. Это особенно касается вирусов, которые не могут расти в культуре. Для некоторых предполагаемых патогенов врачи могут проводить тесты, которые исследуют кровь пациента или другие жидкости организма на наличие антигенов или антител , которые указывают на наличие определенного патогена, который подозревает врач. [40]
Другие методы (такие как рентген , КТ-сканирование , ПЭТ-сканирование или ЯМР ) используются для получения изображений внутренних аномалий, возникающих в результате роста инфекционного агента. Изображения полезны для обнаружения, например, абсцесса кости или губчатой энцефалопатии, вызванной прионом . [41]
Однако выгоды от идентификации часто значительно перевешиваются затратами, поскольку часто не существует специального лечения, причина очевидна или исход инфекции, скорее всего, будет доброкачественным . [42]
Диагностике помогают симптомы, имеющиеся у любого человека с инфекционным заболеванием, однако обычно для подтверждения подозрения требуются дополнительные диагностические методы. Некоторые признаки являются специфическими и указывающими на заболевание и называются патогномоничными признаками; но они редки. 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 родительскую обеспокоенность, клинический инстинкт и температуру выше 40 °C. [44]
Многие диагностические подходы зависят от микробиологической культуры для выделения патогена из соответствующего клинического образца. [45] В микробной культуре среда роста предоставляется для определенного агента. Образец, взятый из потенциально больной ткани или жидкости, затем проверяется на наличие инфекционного агента, способного расти в этой среде. Многие патогенные бактерии легко выращиваются на питательном агаре , форме твердой среды, которая поставляет углеводы и белки, необходимые для роста, вместе с обильным количеством воды. Одна бактерия вырастет в видимый холмик на поверхности пластины, называемый колонией , который может быть отделен от других колоний или объединен в «лужайку». Размер, цвет, форма и вид колонии характерны для вида бактерий, его специфического генетического состава ( штамма ) и среды, которая поддерживает его рост. Другие ингредиенты часто добавляются в пластину для облегчения идентификации. Пластины могут содержать вещества, которые позволяют рост некоторых бактерий и не позволяют другим, или которые меняют цвет в ответ на определенные бактерии и не позволяют другим. Бактериологические пластины, подобные этим, обычно используются для клинической идентификации инфекционных бактерий. Микробная культура также может использоваться для идентификации вирусов : среда, в этом случае, представляет собой клетки, выращенные в культуре, которые вирус может инфицировать, а затем изменять или убивать. В случае вирусной идентификации область мертвых клеток возникает в результате вирусного роста и называется «бляшкой». Эукариотические паразиты также могут выращиваться в культуре как средство идентификации конкретного агента. [46]
При отсутствии подходящих методов культивирования на чашках Петри некоторые микробы требуют культивирования в живых животных. Бактерии, такие как Mycobacterium leprae и Treponema pallidum, можно выращивать в 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 эмбрионированных яйцах. Другим полезным методом идентификации является ксенодиагностика, или использование вектора для поддержки роста инфекционного агента. Болезнь Шагаса является наиболее значимым примером, поскольку трудно напрямую продемонстрировать присутствие возбудителя, Trypanosoma cruzi, у пациента, что, следовательно, затрудняет окончательную постановку диагноза. В этом случае ксенодиагностика подразумевает использование вектора агента Шагаса T. cruzi , незараженного триатомового клопа, который питается кровью человека, предположительно инфицированного. Позже клопа осматривают на предмет роста T. cruzi в его кишечнике. [47]
Другим основным инструментом диагностики инфекционных заболеваний является микроскопия . [48] Практически все методы культивирования, обсуждавшиеся выше, в какой-то момент опираются на микроскопическое исследование для окончательной идентификации инфекционного агента. Микроскопия может проводиться с помощью простых инструментов, таких как составной световой микроскоп , или с помощью таких сложных инструментов, как электронный микроскоп . Образцы, полученные от пациентов, можно просматривать непосредственно под световым микроскопом, и часто это может быстро привести к идентификации. Микроскопия часто также используется в сочетании с методами биохимического окрашивания и может быть сделана исключительно специфичной при использовании в сочетании с методами на основе антител . Например, использование антител, сделанных искусственно флуоресцентными (флуоресцентно меченые антитела), может быть направлено на связывание и идентификацию определенных антигенов, присутствующих на патогене. Затем флуоресцентный микроскоп используется для обнаружения флуоресцентно меченых антител, связанных с интернализованными антигенами в клинических образцах или культивируемых клетках. Этот метод особенно полезен при диагностике вирусных заболеваний, когда световой микроскоп не способен идентифицировать вирус напрямую. [49]
Другие микроскопические процедуры также могут помочь в идентификации 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 и 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 много значимых человеческих патогенов. Процедура кислотоустойчивой окраски идентифицирует роды Actinomycetota Mycobacterium и Nocardia . [50]
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 обычно используется для идентификации бактерий. Кислоты , спирты и газы обычно обнаруживаются в этих тестах, когда бактерии выращиваются в селективной жидкой или твердой среде. [51]
Выделение ферментов из инфицированной ткани также может стать основой биохимической диагностики инфекционного заболевания. Например, люди не могут производить ни РНК-репликазы , ни обратную транскриптазу , и наличие этих ферментов характерно для определенных типов вирусных инфекций. Способность вирусного белка гемагглютинина связывать эритроциты в обнаруживаемую матрицу также может быть охарактеризована как биохимический тест на вирусную инфекцию, хотя, строго говоря, гемагглютинин не является ферментом и не имеет метаболической функции. [52]
Серологические методы являются высокочувствительными, специфичными и часто чрезвычайно быстрыми тестами, используемыми для идентификации микроорганизмов. Эти тесты основаны на способности антитела специфически связываться с антигеном. Антиген, обычно белок или углевод, вырабатываемый инфекционным агентом, связывается антителом. Это связывание затем запускает цепочку событий, которые могут быть визуально очевидны различными способами, в зависимости от теста. Например, « стрептококковая ангина » часто диагностируется в течение нескольких минут и основывается на появлении антигенов, вырабатываемых возбудителем, S. pyogenes , которые извлекаются из горла пациента с помощью ватного тампона. Серологические тесты, если они доступны, обычно являются предпочтительным способом идентификации, однако разработка тестов является дорогостоящей, а реагенты, используемые в тесте, часто требуют охлаждения . Некоторые серологические методы являются чрезвычайно дорогостоящими, хотя при обычном использовании, например, с «стрептококковым тестом», они могут быть недорогими. [11]
Сложные серологические методы были разработаны в то, что известно как иммуноанализы . Иммуноанализы могут использовать базовое связывание антитела с антигеном в качестве основы для получения электромагнитного или радиационного сигнала частиц, который может быть обнаружен с помощью некоторой формы приборов. Сигнал неизвестных можно сравнить с сигналом стандартов, позволяющим количественно определить целевой антиген. Для помощи в диагностике инфекционных заболеваний иммуноанализы могут обнаруживать или измерять антигены либо от инфекционных агентов, либо от белков, вырабатываемых инфицированным организмом в ответ на чужеродный агент. Например, иммуноанализ A может обнаружить наличие поверхностного белка из вирусной частицы. Иммуноанализ B, с другой стороны, может обнаруживать или измерять антитела, вырабатываемые иммунной системой организма, которые созданы для нейтрализации и обеспечения уничтожения вируса.
Инструментарий может использоваться для считывания чрезвычайно малых сигналов, создаваемых вторичными реакциями, связанными со связыванием антитела с антигеном. Инструментарий может контролировать отбор проб, использование реагентов, время реакции, обнаружение сигнала, расчет результатов и управление данными, чтобы обеспечить экономически эффективный автоматизированный процесс диагностики инфекционных заболеваний.
.jpg/1280px-ID_Now_testing_(51038387158).jpg)
Технологии, основанные на методе полимеразной цепной реакции (ПЦР), станут почти повсеместными золотыми стандартами диагностики ближайшего будущего по нескольким причинам. Во-первых, каталог инфекционных агентов вырос до такой степени, что были идентифицированы практически все значимые инфекционные агенты человеческой популяции. Во-вторых, инфекционный агент должен расти в организме человека, чтобы вызвать заболевание; по сути, он должен амплифицировать свои собственные нуклеиновые кислоты, чтобы вызвать заболевание. Эта амплификация нуклеиновой кислоты в инфицированной ткани дает возможность обнаружить инфекционного агента с помощью ПЦР. В-третьих, основные инструменты для управления ПЦР, праймеры , получены из геномов инфекционных агентов, и со временем эти геномы будут известны, если они еще не известны. [53]
Таким образом, в настоящее время доступны технологические возможности для быстрого и специфического обнаружения любого инфекционного агента. Единственными оставшимися препятствиями для использования ПЦР в качестве стандартного инструмента диагностики являются его стоимость и применение, ни одно из которых не является непреодолимым. Диагностика некоторых заболеваний не выиграет от разработки методов ПЦР, таких как некоторые клостридиальные заболевания ( столбняк и ботулизм ). Эти заболевания по сути своей являются биологическими отравлениями относительно небольшим количеством инфекционных бактерий, которые вырабатывают чрезвычайно мощные нейротоксины . Значительного размножения инфекционного агента не происходит, что ограничивает способность ПЦР обнаруживать присутствие любых бактерий. [53]
Учитывая широкий спектр бактериальных, вирусных, грибковых, простейших и гельминтозных патогенов, вызывающих изнурительные и опасные для жизни заболевания, способность быстро определить причину инфекции важна, но часто является сложной. Например, более половины случаев энцефалита , тяжелого заболевания, поражающего мозг, остаются недиагностированными, несмотря на обширное тестирование с использованием стандарта лечения ( микробиологическая культура ) и современных клинических лабораторных методов. Диагностические тесты на основе метагеномного секвенирования в настоящее время разрабатываются для клинического использования и показывают многообещающие результаты как чувствительный, специфичный и быстрый способ диагностики инфекции с использованием одного всеобъемлющего теста. [54] Этот тест похож на текущие тесты 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 выравниваний и таксономическая классификация с использованием больших баз данных тысяч патогенных и комменсальных референтных геномов . Одновременно гены устойчивости к противомикробным препаратам в геномах патогенов и плазмид секвенируются и выравниваются с таксономически классифицированными геномами патогенов для создания профиля устойчивости к противомикробным препаратам — аналогично тестированию чувствительности к антибиотикам — для облегчения антимикробного управления и обеспечения оптимизации лечения с использованием наиболее эффективных препаратов для инфекции пациента.
Метагеномное секвенирование может оказаться особенно полезным для диагностики, когда у пациента ослаблен иммунитет . Все более широкий спектр инфекционных агентов может нанести серьезный вред лицам с иммуносупрессией, поэтому клинический скрининг часто должен быть более широким. Кроме того, проявление симптомов часто нетипично, что затрудняет клиническую диагностику на основе проявлений. В-третьих, диагностические методы, которые полагаются на обнаружение антител, с большей вероятностью потерпят неудачу. Поэтому крайне желателен быстрый, чувствительный, специфичный и нецелевой тест на все известные человеческие патогены, который обнаруживает наличие ДНК организма, а не антител.
Обычно есть указание на конкретную идентификацию инфекционного агента только тогда, когда такая идентификация может помочь в лечении или профилактике заболевания или продвинуть знания о течении заболевания до разработки эффективных терапевтических или профилактических мер. Например, в начале 1980-х годов, до появления АЗТ для лечения СПИДа , течение заболевания внимательно отслеживалось путем мониторинга состава образцов крови пациентов, даже если результат не предлагал пациенту никаких дополнительных вариантов лечения. Отчасти эти исследования появления ВИЧ в конкретных сообществах позволили выдвинуть гипотезы относительно пути передачи вируса. Понимая, как передается болезнь, ресурсы можно было направить на сообщества, подвергающиеся наибольшему риску, в кампаниях, направленных на сокращение числа новых случаев заражения. Конкретная серологическая диагностическая идентификация, а позднее генотипическая или молекулярная идентификация ВИЧ также позволили разработать гипотезы относительно временного и географического происхождения вируса, а также множество других гипотез. [11] Развитие молекулярных диагностических инструментов 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 использовалась для демонстрации существования людей, генетически устойчивых к ВИЧ-инфекции. Таким образом, хотя до сих пор нет лекарства от СПИДа, существует большая терапевтическая и прогностическая польза от выявления вируса и мониторинга уровня вируса в крови инфицированных людей, как для пациента, так и для общества в целом.
Симптоматические инфекции являются явными и клиническими , тогда как инфекция, которая активна, но не вызывает заметных симптомов, может быть названа инаппарантной, тихой, субклинической или скрытой. Инфекция, которая неактивна или дремлет, называется латентной инфекцией . [55] Примером латентной бактериальной инфекции является латентный туберкулез . Некоторые вирусные инфекции также могут быть латентными, примерами латентных вирусных инфекций являются любые из тех, что относятся к семейству Herpesviridae . [56]
Слово «инфекция» может обозначать любое присутствие определенного патогена вообще (неважно, насколько незначительно), но также часто используется в смысле, подразумевающем клинически очевидную инфекцию (другими словами, случай инфекционного заболевания). Этот факт иногда создает некоторую двусмысленность или вызывает некоторую дискуссию об использовании ; чтобы обойти это, специалисты в области здравоохранения обычно говорят о колонизации (а не об инфекции ), когда они имеют в виду, что некоторые из патогенов присутствуют, но клинически очевидная инфекция (никакой болезни) отсутствует. [57]
Для описания того, как и где инфекции проявляются с течением времени, используются различные термины. При острой инфекции симптомы развиваются быстро; ее течение может быть как быстрым, так и затяжным. При хронической инфекции симптомы обычно развиваются постепенно в течение недель или месяцев и медленно разрешаются. [58] 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 перемещаются через кровоток в другую область тела. [59]
Среди множества разновидностей микроорганизмов относительно немногие вызывают заболевания у здоровых людей. [60] Инфекционные заболевания возникают в результате взаимодействия между этими несколькими патогенами и защитными силами хозяев, которых они заражают. Внешний вид и тяжесть заболевания, вызванного любым патогеном, зависят от способности этого патогена наносить вред хозяину, а также от способности хозяина противостоять патогену. Однако иммунная система хозяина также может наносить вред самому хозяину в попытке контролировать инфекцию. Поэтому клиницисты классифицируют инфекционные микроорганизмы или микробы в соответствии со статусом защитных сил хозяина — либо как первичные патогены , либо как условно-патогенные . [61]
Первичные патогены вызывают заболевание в результате их присутствия или активности в нормальном, здоровом хозяине, и их внутренняя вирулентность (тяжесть заболевания, которое они вызывают) является, отчасти, необходимым следствием их потребности в размножении и распространении. Многие из наиболее распространенных первичных патогенов человека заражают только людей, однако многие серьезные заболевания вызываются организмами, приобретенными из окружающей среды или которые заражают нечеловеческих хозяев. [62]
Условно-патогенные микроорганизмы могут вызывать инфекционное заболевание у хозяина с пониженной резистентностью ( иммунодефицит ) или если они имеют необычный доступ к внутренней части тела (например, через травму ). Условно-патогенная инфекция может быть вызвана микробами, которые обычно контактируют с хозяином, такими как патогенные бактерии или грибки в желудочно-кишечном тракте или верхних дыхательных путях , а также они могут быть результатом (иначе безвредных) микробов, полученных от других хозяев (как при колите Clostridium difficile ) или из окружающей среды в результате травматического введения (как при хирургических раневых инфекциях или сложных переломах ). Оппортунистическое заболевание требует нарушения защитных сил хозяина, что может произойти в результате генетических дефектов (например, хроническая гранулематозная болезнь ), воздействия противомикробных препаратов или иммунодепрессивных химических веществ (что может произойти после отравления или химиотерапии рака ), воздействия ионизирующего излучения или в результате инфекционного заболевания с иммунодепрессивной активностью (например, корь , малярия или ВИЧ-заболевание ). Первичные патогены также могут вызывать более тяжелое заболевание у хозяина с подавленной резистентностью, чем обычно происходит у иммунодефицитного хозяина. [11]
В то время как первичную инфекцию можно практически рассматривать как первопричину текущей проблемы со здоровьем человека, вторичная инфекция является следствием или осложнением этой первопричины. Например, инфекция, вызванная ожогом или проникающей травмой (первопричина), является вторичной инфекцией. Первичные патогены часто вызывают первичную инфекцию и часто вызывают вторичную инфекцию. Обычно оппортунистические инфекции рассматриваются как вторичные инфекции (потому что иммунодефицит или травма были предрасполагающим фактором). [61]
Другие типы инфекций включают смешанную, ятрогенную , нозокомиальную и внебольничную инфекцию. Смешанная инфекция — это инфекция, вызванная двумя или более патогенами. Примером этого является аппендицит , который вызывается Bacteroides fragilis и Escherichia coli . Вторая — ятрогенная инфекция. Этот тип инфекции передается от работника здравоохранения пациенту. Внутрибольничная инфекция — это также инфекция, которая возникает в условиях медицинского учреждения. Внутрибольничные инфекции — это те, которые приобретаются во время пребывания в больнице. Наконец, внебольничная инфекция — это та, при которой инфекция приобретается от всего сообщества. [59]
Один из способов доказательства того, что данное заболевание является инфекционным, заключается в том, чтобы удовлетворить постулатам Коха (впервые предложенным Робертом Кохом ), которые требуют, чтобы, во-первых, инфекционный агент был идентифицирован только у пациентов, имеющих это заболевание, а не у здоровых лиц, и, во-вторых, чтобы пациенты, которые заражаются инфекционным агентом, также заболевали. Эти постулаты были впервые использованы при открытии того, что виды микобактерий вызывают туберкулез . [63]
Однако постулаты Коха обычно не могут быть проверены в современной практике по этическим причинам. Для их доказательства потребовалось бы 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 сифилиса , не может быть выращен in vitro — однако этот организм можно культивировать в яичках кролика. Менее очевидно, что чистая культура происходит из животного источника , служащего хозяином, чем когда она получена из микробов, полученных из культуры на пластине. [64]
Эпидемиология , или изучение и анализ того, кто, почему и где заболевает, и что определяет, есть ли заболевание у различных групп 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 большую или меньшую скорость заражения; имеют ли группы, живущие в разных районах, большую вероятность заражения; и по другим факторам, таким как пол и раса. Исследователи также могут оценить, является ли вспышка заболевания спорадической или просто случайным явлением; эндемичной , с устойчивым уровнем регулярных случаев, происходящих в регионе; эпидемической , с быстро возникающим и необычно большим числом случаев в регионе; или пандемией , которая является глобальной эпидемией. Если причина инфекционного заболевания неизвестна, эпидемиологию можно использовать для помощи в отслеживании источников заражения. [65]
Инфекционные заболевания иногда называют заразными заболеваниями , когда они легко передаются при контакте с больным человеком или его выделениями (например, грипп ). Таким образом, заразное заболевание — это подвид инфекционного заболевания, которое особенно заразно или легко передается. Другие типы инфекционных, трансмиссивных или заразных заболеваний с более специализированными путями заражения, такими как векторная передача или половая передача, обычно не считаются «заразными» и часто не требуют медицинской изоляции (иногда свободно называемой карантином ) пораженных. Однако это специализированное значение слова «заразный» и «заразное заболевание» (легкая заразность) не всегда соблюдается в народном употреблении. Инфекционные заболевания обычно передаются от человека к человеку через прямой контакт. Типы контакта — от человека к человеку и воздушно-капельный. Непрямой контакт, такой как воздушно-капельный, зараженные предметы, пища и питьевая вода, контакт человека с животным, резервуары животных, укусы насекомых и резервуары окружающей среды — еще один способ передачи инфекционных заболеваний. [66]
Инфекции можно классифицировать по анатомическому местоположению или инфицированной системе органов , в том числе: [ необходима ссылка ]
Кроме того, к очагам воспаления , где инфекция является наиболее частой причиной, относятся пневмония , менингит и сальпингит . [ необходима ссылка ]
Такие методы, как мытье рук, ношение халатов и масок, могут помочь предотвратить передачу инфекций от одного человека к другому. Асептическая техника была введена в медицину и хирургию в конце 19 века и значительно снизила частоту инфекций, вызванных хирургическим вмешательством. Частое мытье рук остается самой важной защитой от распространения нежелательных организмов. [68] Существуют и другие формы профилактики, такие как отказ от использования запрещенных наркотиков, использование презерватива , ношение перчаток и ведение здорового образа жизни со сбалансированной диетой и регулярными физическими упражнениями. Также важно хорошо готовить пищу и избегать продуктов, которые долгое время оставались на открытом воздухе. [ необходима цитата ]
Антимикробные вещества, используемые для предотвращения передачи инфекций, включают: [ необходима ссылка ]
Одним из способов предотвращения или замедления передачи инфекционных заболеваний является распознавание различных характеристик различных заболеваний. [69] Некоторые критические характеристики заболевания, которые следует оценить, включают вирулентность , расстояние, пройденное пораженными, и уровень заразности. Человеческие штаммы вируса Эбола , например, чрезвычайно быстро выводят из строя инфицированных и вскоре убивают их. В результате этого пораженные этой болезнью не имеют возможности путешествовать очень далеко от первоначальной зоны заражения. [70] Кроме того, этот вирус должен распространяться через поражения кожи или проницаемые мембраны, такие как глаз. Таким образом, начальная стадия Эболы не очень заразна, поскольку ее жертвы испытывают только внутреннее кровотечение. В результате вышеуказанных особенностей распространение Эболы происходит очень быстро и обычно остается в пределах относительно ограниченной географической области. 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 носителями болезни. Кроме того, относительно низкая вирулентность позволяет его жертвам путешествовать на большие расстояния, что увеличивает вероятность эпидемии . [ необходима цитата ]
Другим эффективным способом снижения скорости передачи инфекционных заболеваний является распознавание эффектов сетей малого мира . [69] Во время эпидемий часто наблюдаются обширные взаимодействия внутри центров или групп инфицированных лиц и другие взаимодействия внутри дискретных центров восприимчивых лиц. Несмотря на низкое взаимодействие между дискретными центрами, болезнь может перескочить и распространиться в восприимчивом центре через одно или несколько взаимодействий с инфицированным центром. Таким образом, уровень инфицирования в сетях малого мира может быть несколько снижен, если устранить взаимодействие между людьми внутри инфицированных центров (рисунок 1). Однако уровень инфицирования может быть радикально снижен, если основное внимание уделяется предотвращению скачков передачи между центрами. Использование программ обмена игл в районах с высокой плотностью наркоманов с ВИЧ является примером успешной реализации этого метода лечения. [71] Другим примером является использование кольцевой выбраковки или вакцинации потенциально восприимчивого скота на соседних фермах для предотвращения распространения вируса ящура в 2001 году. [72]
Общим методом предотвращения передачи трансмиссивных патогенов является борьба с вредителями .
В случаях, когда инфекция только подозревается, люди могут быть помещены на карантин до тех пор, пока не пройдет инкубационный период и болезнь не проявится или человек не останется здоровым. Группы могут проходить карантин 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, локдауны или временные ограничения (например, автоматические выключатели ) [73] для контроля эпидемии.
Инфекция большинством патогенов не приводит к смерти хозяина, а возбудитель в конечном итоге уничтожается после того, как симптомы заболевания исчезают. [60] 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 быть более разрушительной, чем прямой ущерб, нанесенный микробом. [11]
Устойчивость к инфекции ( иммунитет ) может быть приобретена после болезни, бессимптомным носительством возбудителя, укрывательством организма с похожей структурой (перекрестная реакция) или вакцинацией . Знание защитных антигенов и специфических приобретенных иммунных факторов хозяина более полно для первичных патогенов, чем для условно-патогенных . Существует также явление коллективного иммунитета , которое обеспечивает определенную защиту для тех людей, которые в противном случае были бы уязвимы, когда достаточно большая часть населения приобрела иммунитет от определенных инфекций. [74]
Иммунная устойчивость к инфекционному заболеванию требует критического уровня антигенспецифических антител и/или Т-клеток, когда хозяин сталкивается с патогеном. У некоторых людей вырабатываются естественные сывороточные антитела к поверхностным полисахаридам некоторых агентов, хотя они имели небольшой или нулевой контакт с агентом; эти естественные антитела обеспечивают специфическую защиту взрослым и пассивно передаются новорожденным.
Организм, который является целью инфицирующего действия определенного инфекционного агента, называется хозяином. Хозяин, являющийся носителем агента, который находится в зрелой или сексуально активной стадии, называется окончательным хозяином. Промежуточный хозяин вступает в контакт на стадии личинки. Хозяином может быть все живое, и он может достигать бесполого и полового размножения. [75] На очищение от патогенов, как вызванное лечением, так и спонтанное, могут влиять генетические варианты, которые несут отдельные пациенты. Например, для гепатита С генотипа 1, леченного 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 человеческого гена IL28B, кодирующего интерферон лямбда 3, связаны со значительными различиями в очищении от вируса, вызванном лечением. Это открытие , первоначально опубликованное в Nature [76], показало, что пациенты с генотипом 1 гепатита С, несущие определенные аллели генетических вариантов вблизи гена IL28B, с большей вероятностью достигнут устойчивого вирусологического ответа после лечения, чем другие. Более поздний отчет Nature [77] продемонстрировал, что те же самые генетические варианты также связаны с естественным очищением вируса гепатита С генотипа 1.
Когда инфекция атакует организм, противоинфекционные препараты могут подавить инфекцию. Существует несколько основных типов противоинфекционных препаратов, в зависимости от типа целевого организма; они включают антибактериальные ( антибиотики ; включая противотуберкулезные ), противовирусные , противогрибковые и противопаразитарные (включая противопротозойные и противоглистные ) средства. В зависимости от тяжести и типа инфекции антибиотик может вводиться внутрь или в виде инъекций, или может применяться местно . Тяжелые инфекции мозга обычно лечатся внутривенными антибиотиками. Иногда в случае резистентности к одному антибиотику используют несколько антибиотиков. Антибиотики действуют только на бактерии и не действуют на вирусы. Антибиотики работают, замедляя размножение бактерий или убивая бактерии. Наиболее распространенные классы антибиотиков, используемых в медицине, включают пенициллин , цефалоспорины , аминогликозиды , макролиды , хинолоны и тетрациклины . [ 78] [79]
Не все инфекции требуют лечения, и для многих самоограничивающихся инфекций лечение может вызвать больше побочных эффектов, чем пользы. Антимикробное управление — это концепция, согласно которой поставщики медицинских услуг должны лечить инфекцию антимикробным препаратом, который особенно эффективен против целевого патогена в течение кратчайшего периода времени, и проводить лечение только в том случае, если известен или весьма подозревается патоген, который будет реагировать на лекарство. [80]
Пандемии, такие как COVID-19, показывают, что люди резко различаются по своей восприимчивости к инфекции. Это может быть связано с общим состоянием здоровья, возрастом или иммунным статусом, например, когда они были инфицированы ранее. Однако также стало ясно, что существуют генетические факторы, которые определяют восприимчивость к инфекции. Например, до 40% инфекций SARS-CoV-2 могут быть бессимптомными, что говорит о том, что многие люди естественным образом защищены от болезни. [81] Крупные генетические исследования определили факторы риска тяжелых инфекций 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, идентифицированных в этих исследованиях, является интерферон I типа (IFN). Аутоантитела к IFN 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. [82]
Аналогично, мутации в гене ERAP2 , кодирующем эндоплазматическую ретикулумную аминопептидазу 2, по-видимому, увеличивают восприимчивость к чуме , заболеванию, вызываемому инфекцией бактериями Yersinia pestis . Люди, унаследовавшие две копии полного варианта гена, в два раза чаще выживали после чумы, чем те, кто унаследовал две копии укороченного варианта. [83]
Восприимчивость также определяет эпидемиологию инфекции, учитывая, что разные группы населения имеют разные генетические и экологические условия, которые влияют на инфекции.
По оценкам, в 20 веке от инфекционных заболеваний умерло 1680 миллионов человек [85] , а в 2010 году — около 10 миллионов. [86]
Всемирная организация здравоохранения собирает информацию о смертности в мире по категориям кодов Международной классификации болезней (МКБ) . В следующей таблице перечислены основные инфекционные заболевания по числу смертей в 2002 году. Данные за 1993 год включены для сравнения.
Три основных убийцы от отдельных агентов/заболеваний — ВИЧ / СПИД , туберкулез и малярия . В то время как количество смертей от почти всех болезней снизилось, количество смертей от ВИЧ/СПИДа увеличилось в четыре раза. Детские болезни включают коклюш , полиомиелит , дифтерию , корь и столбняк . Дети также составляют большой процент смертей от нижних дыхательных путей и диареи. В 2012 году около 3,1 миллиона человек умерли из-за инфекций нижних дыхательных путей, что делает их четвертой по значимости причиной смерти в мире. [92]
Инфекционные заболевания, способные вызывать непредсказуемые и взрывоопасные последствия, стали основными действующими лицами в истории человечества . [93] Пандемия ( или глобальная эпидемия ) — это болезнь, которая поражает 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 человеческих патогенов, включая вирусы, бактерии, простейшие и риккетсии, [102] и распространению трансмиссивных заболеваний, [101] см. также глобализация и болезни и болезни диких животных :
В античности 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 зараженного человека к другим. [104] [105] В своем труде «О различных типах лихорадки» ( ок. 175 г. н. э .) греко-римский врач Гален предположил, что эпидемии распространяются «определенными семенами чумы», которые присутствуют в воздухе. [106] В «Сушрута-самхите» древнеиндийский врач Сушрута выдвинул теорию: «Проказа, лихорадка, чахотка, болезни глаз и другие инфекционные заболевания передаются от одного человека к другому через половой акт, физический контакт, совместный прием пищи, совместный сон, совместное сидение и использование одной и той же одежды, гирлянд и паст». [107] [108] Эта книга датируется примерно шестым веком до нашей эры. [109]
Базовая форма теории заражения была предложена персидским врачом Ибн Синой (известным в Европе как Авиценна) в «Каноне врачебной науки» (1025), который позже стал самым авторитетным медицинским учебником в Европе вплоть до XVI века. В книге IV «Канона » Ибн Сина обсудил эпидемии , изложив классическую теорию миазмов и попытавшись смешать ее со своей собственной ранней теорией заражения. Он упомянул, что люди могут передавать болезнь другим через дыхание, отметил заражение туберкулезом и обсудил передачу болезни через воду и грязь. [110] 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 , предупредил о том, что инфекция может загрязнять воду, пищу и одежду, а также распространяться через водоснабжение, и, возможно, подразумевал, что заражение происходит через невидимые частицы. [111]
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 могут передаваться через одежду, сосуды и серьги. [112] Идеи заражения стали более популярными в Европе в эпоху Возрождения , особенно благодаря трудам итальянского врача Джироламо Фракасторо . [113] Антон ван Левенгук (1632–1723) продвинул науку микроскопии , став первым, кто наблюдал за микроорганизмами, что позволило легко визуализировать бактерии.
В середине 19 века Джон Сноу и Уильям Бадд проделали важную работу, продемонстрировав заразность брюшного тифа и холеры через загрязненную воду. Оба они приписывают снижение эпидемий холеры в своих городах путем принятия мер по предотвращению загрязнения воды. [114] Луи Пастер доказал без сомнения, 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 от оспы и полиомиелита , которые впоследствии привели к искоренению и почти 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. [ требуется ссылка ]
Медицинское лечение инфекционных заболеваний относится к медицинской области инфекционных заболеваний , а в некоторых случаях изучение распространения относится к области эпидемиологии . Обычно инфекции изначально диагностируются врачами первичной медико-санитарной помощи или специалистами по внутренним болезням . Например, «неосложненную» пневмонию обычно лечит терапевт или пульмонолог (врач-легочный). Таким образом, работа специалиста по инфекционным заболеваниям подразумевает работу как с пациентами, так и с врачами общей практики, а также с лабораторными учеными , иммунологами , бактериологами и другими специалистами. [115]
Команда по борьбе с инфекционными заболеваниями может быть предупреждена, когда: [ необходима цитата ]
В нескольких исследованиях сообщалось о связях между патогенной нагрузкой в районе и поведением человека. Более высокая патогенная нагрузка связана с уменьшением размера этнических и религиозных групп в районе. Это может быть связано с высокой патогенной нагрузкой, способствующей избеганию других групп, что может снизить передачу патогенов, или с высокой патогенной нагрузкой, препятствующей созданию крупных поселений и армий, которые навязывают общую культуру. Более высокая патогенная нагрузка также связана с более ограниченным сексуальным поведением, что может снизить передачу патогенов. Она также связана с более высокими предпочтениями в отношении здоровья и привлекательности у партнеров. Более высокие показатели фертильности и более короткая или меньшая родительская забота о ребенке — еще одна связь, которая может быть компенсацией за более высокий уровень смертности. Существует также связь с полигинией , которая может быть связана с более высокой патогенной нагрузкой, что делает выбор мужчин 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, по крайней мере, для некоторых из этих связей, хотя некоторые из этих объяснений могут, в свою очередь, в конечном итоге быть связаны с патогенной нагрузкой. Таким образом, многоженство может быть также связано с более низким соотношением мужчин и женщин в этих областях, но в конечном итоге это может быть связано с тем, что у младенцев мужского пола повышена смертность от инфекционных заболеваний. Другим примером является то, что плохие социально-экономические факторы могут в конечном итоге быть частично связаны с высокой нагрузкой патогенов, препятствующей экономическому развитию. [116]
Доказательства инфекции в ископаемых останках являются предметом интереса для палеопатологов , ученых, которые изучают случаи травм и болезней у вымерших форм жизни. Признаки инфекции были обнаружены в костях плотоядных динозавров. Однако, если они присутствуют, эти инфекции, по-видимому, ограничиваются только небольшими областями тела. Череп, приписываемый раннему плотоядному динозавру Herrerasaurus ischigualastensis, демонстрирует ямкообразные раны, окруженные опухшей и пористой костью. Необычная текстура кости вокруг ран предполагает, что они были поражены кратковременной, нелетальной инфекцией. Ученые, изучавшие череп, предположили, что следы укусов были получены в борьбе с другим Herrerasaurus . Другие плотоядные динозавры с документированными доказательствами инфекции включают Acrocanthosaurus , Allosaurus , Tyrannosaurus и тираннозавра из формации Киртланд . Инфекции от обоих тираннозавров были получены в результате укусов во время драки, как в случае с особью герреразавра . [117]
Эксперимент 2006 года с использованием космического челнока показал, что Salmonella typhimurium , бактерия, которая может вызывать пищевое отравление , становится более вирулентной при культивировании в космосе . [118] 29 апреля 2013 года ученые из 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 «могут привести к увеличению роста и вирулентности». [119] Совсем недавно, в 2017 году, было обнаружено, что бактерии более устойчивы к антибиотикам и процветают в условиях почти невесомости космоса. [120] Было замечено, что микроорганизмы выживают в вакууме космического пространства. [121] [122]
Инфекционные заболевания — это узкая специальность внутренней медицины, занимающаяся диагностикой и лечением инфекционных заболеваний всех типов, во всех органах и у пациентов всех возрастов.
