1 Bakteriální toxiny Přehled nejdůležitějších bakteriálních toxinů • Toxické bakteriální proteiny – Stafylokokový enterotoxin B – Difterický toxin – Klostridiové toxiny – Botulotoxin – Tetanospasmin – Shigatoxiny • Toxické lipopolysacharidy – O-antigeny Toxické bakteriální proteiny • grampozitivní bakterie – z buněk jsou uvolňovány v průběhu růstu do prostředí (exotoxinv). • gramnegativní bakterie – až po narušení buněčné membrány (endotoxiny) • molekuly o hmotnosti od 30 000 až do 150 000 • peptidické řetězce • termolabilní (inaktivují se varem) • většinou dobré imunogeny • aktivita je blokována neutralizačními protilátkami – mohou být změněny v toxoidy • způsob toxického působení do značné míry charakteristický – Toxinózy • diftérie, tetanus, botulizmus a cholera • produkce kódována: – chromozomálně (Vibrio cholerae, Arcanobacterium haemolyticum, Corynebacterium pseudoterberculosis) – na plasmidech (enterotoxiny Escherichia coli) – vazba na specifického bakteriofága (Corinebacterium diphtheriae) • Rychlost množení a produkce toxinů není vždy v korelaci. 2 Mechanismus účinku toxinu • Cytolytické – toxiny reagující s membránami eukaryotických buněk • fosfolipázy C a D – Enzymatická hydrolýza » štěpí fosfatidylcholin a sfingomyelin • toxiny vázající se na cholesterol v buněčné membráně – tzv. oxygenlabilní hemolysiny » v patogenezi onemocnění zanedbatelný význam » výjimka listeriolysin, O-streptolysin • toxin působící jako povrchově aktivní látka • toxin vstupující do lipoproteinové dvojvrstvy – Začleněním do membrány tvoří póry – α-toxin Staphylococcus aureus » Lýza erytrocytů i jiných buněk Intracelulárně působící toxiny – po vazbě na specifický receptor průnik do cytoplasmy – interakci se substrátem v cytoplasmě – Dva funkční fragmenty A a B • B se váže na membránu, A je efektor • Jeden bez druhého neaktivní (proenzym) • Po vazbě štěpení disulfidických můstků, B zůstává navázán, A vstupuje do buňky a účinkuje • Podobné jako lektiny Intracelulárně působící toxiny Rozdělení: – toxiny s transferázovou aktivitou • Přenos ADP-ribosy 1.ADP-ribosa + eukaryotický elongační faktor 2 – zástava proteosyntézy v buňce a k jejímu úhynu – difterický toxin, A toxin Pseudomonas aeruginosa). 2.ADP-ribosa + regulační složky adenylylcyklázy – zvýšená produkce cAMP – cholerový toxin Vibrio cholerae, termolabilní enterotoxin E. coli » zvýšená koncentrace cAMP působí sekreci chloridových iontů a vody a zábranu absorpce sodíkových iontů – toxin Bordetella pertussis » senzibilizuje pro histamin, způsobuje lymfocytózu a leukocytózu, aktivuje Langerhansovy ostrůvky. – Zvýšená produkce cGMP » termostabilní enterotoxin Escherichia 3.toxin Clostridium botulinum typ C2 a C3 odlišný od botulotoxinu • transferázový toxin těchto typů C. botulinum • nemá prokazatelný podíl na toxicitě • Do této kategorie patří také iota toxin Clostridium perfringens. 3 Intracelulárně působící toxiny – Neurotoxiny • Botulotoxin – vazba na motorickou část nervosvalové ploténky – presynaptický blok uvolňování acetylcholinu • Tetanospasmin – Toxin vychytáván nervovými zakončeními – retrográdní transportován do šedé hmoty předních rohů míšních – průnik do buňky – blok uvolňování inhibičních neurotransmiterů • Struktura obou toxinu podobná – endopeptidázy závislé na zinku » selektivně štěpí synaptobrevin (bílkovina přítomná v membráně synaptických vesikul) » ovlivnění uvolňování neurotransmiterů • Komplexní toxin – toxin antraxový – komplexní složený ze 3 samostatných proteinů • protektivní antigen (PA nebo také faktor II) – vazba na specifický receptor na eukaryotické buňce – tvorba sekundárních receptorů pro další dva proteiny – obdobná funkce jako u fragmentu B difterického nebo cholerového toxinu • edemogenní faktor (EF, faktor I) – adenylátcykláza závislá na kalmodulinu – spolu s protektivním antigenem snižují aktivitu neutrofilů • letální faktor (LF, faktor III ) – Způsob účinku letálního faktoru není zatím znám – samostatně inaktivní. – všechny 3 složky antraxového toxinu vyvolávají vznik edému a působí letálně – Kombinace edemogenního faktoru s letálním je inaktivní – Celý komplex je vysoce imunogenní, ale imunogenní je i samotný protektivní antigen. • Superantigeny – reagují s buňkami imunitního systému – solubilní bakteriální antigeny • zejména enterotoxiny a toxin toxického šoku Staphylococcus aureus – pyrogenní toxiny a další toxiny bez označení • tvořené Streptococcus pyogenes – superantigeny mykoplazmat, pseudomonád a enterotoxin Clostridium perfringens – Vedle bakteriálních superantigenů jsou známy obdobné aktivity některých proteinů virových – Solubilní bakteriální superantigeny • aminokyselinové řetězce o molekulové hmotnosti 22-28 kDa • mají obdobné uspořádání • Kódující geny velmi podobné 4 • Superantigeny – nevyžadují pro svou interakci s imunitním systémem zpracování antigen prezentujícími buňkami – schopnost se vazby na receptory T lymfocytů • β2-doména MHC II makrofágu – Po vazbě indukce celkové obranné reakce • polyklonální aktivace • indukce cytotoxické aktivity • reakce s receptorem pro antigen na membráně lymfocytů – Hlavním projevem aktivity superantigenů je jejich imunomodulační účinek • V klinický obraz – zvýšené počty buněk vzniklých proliferací iniciovanou superantigenem (zvýšený počet T lymfocytů s β2 doménou) a zvýšené množství CD4, CD8 a B lymfocytů, makrofágů, NK buněk – uvolňování cytokinů, zejména TNF, II1, II2, II4, II10 – spoluúčast superantigenů na vzniku autoimunních chorob – vazba superantigenu v oblasti MHC II na makrofázích a žírných buňkách se projevuje uvolňováním solubilních mediátorů, interleukinu 1, TNF, leukotrienů (pyrogenní reakce, ztráta váhy, somnolence), interleukinu 2, γ-interferonu – superantigeny zvyšují citlivost k účinku endotoxinu gramnegativních bakterií • velmi závažné při simultánní infekci bakterií tvořící superantigen a bakterií uvolňující endotoxin Rozdělení toxinů podle orgánové specifity • neurotoxiny (botulotoxiny, tetanospasmin), • enterotoxiny (choleragen, termolabilní a termostabilní enterotoxiny Escherichia coli a dalších druhů enterobakterií, stafylokokové enterotoxiny, enterotoxin C. perfringens, enterotoxin Bacillus cereus) • dermonekrotoxiny (difterický, stafylokokový alfa toxin, toxiny Arcanobacterium haemolyticum, Cor. ulcerans, Cor. pseudotuberculosis) • cytotoxiny (některých druhů enterobakterií, Clostridium difficile), • kardiotoxiny (difterický, oxygenlabilní streptolysin) • kapilarotoxiny (toxiny Bacillus anthracis, Arc. haemolyticum, Cor. ulcerans, Cor. pseudotuberculosis) • hemolysiny (klostridiové, stafylokokové, streptokokově, tetanolysin, listeriolysin), • leukocidiny (Staphylococcus aureus) • toxiny s vlastnostmi superantigenů (streptokokově pyrogenní toxiny, stafylokokový toxin toxického šoku) Toxiny kmenů Staphylococcus aureus • Enterotoxiny • Exfoliatiny (epidermolytické toxiny) • Hemolyzin α (alfa toxin) • Hemolyzin β • Hemolyzin γ • Hemolyzin δ • Hyaluronidáza • Leukocidin (Panten-Valentinův toxin) • Plasmokoaguláza (PK) • Stafylokináza (fibrinolyzin) • Termorezistentní nukleáza • Toxin toxického šokového syndromu (TSST-1) 5 Toxiny kmenů Staphylococcus aureus Enterotoxin B – 10 antigenních odlišností A-E G-K – U nás hlavně A a D • Protein 28,5 kDa, žádné cukry a lipidy • Termostabilní • Pyrogenní toxin • Alimentární otravy – Majonéza, vejce, zmrzlina, saláty, cukrovinky atd. • Stafylokoková enterotoxikóza • Zdroj nákazy – Člověk nosič (až 40% populace v nosohltanu) – Jedinec s hnisavým onemocněním • Brány vstupu – Perorálně nebo inhalačně – Rozdílné projevy intoxikace • Inhalace – 3-12 hod. – Prudká horečka 39-40°C – Třesavka – Bolest hlavy a svalů – Dušnost, neproduktivní kašel, sternální bolest • Perorální vstup – Reakce s parasympatickými ganglii žaludku • Nauzea, zvracení, bolesti břicha, průjem – Inkubační doba 1-6 hod • Komplikace – Hypotenze, septický šok, smrt • Toxicita – ED50 27 µg/kg pro opice – I řádově nižší dávka zneschopní • Potenciální biologická zbraň • Kontaminace vody nebo potravin • Teplo zabíjí stafylokoky, ale toxin zůstává • Mechanismus účinku – Interakce s imunitním systémem • Vazba na MHC, stimulace proliferace T-lymfocytů • Bakteriální superantigen – Sekrece cytokinů » Interferon, interleukin 1 a 2 • Terapie onemocnění – Podpůrná • Snížení teploty • Perorální rehydratace • Doplnění elektrolytů • Prevence – Hygienické návyky – Omezení rizikových jídel 6 TSST-1 • antigenně jednotný protein • produkovaný většinou kmeny Staphylococcus aureus fágové skupiny I nebo kmeny netypovatelnými • Syntéza TSST-1 je řízena chromozomálními geny • Superantigen – přímé napojení na vazebné molekuly MHC II (ß2 domény) makrofágů a TCR (Vß domény) lymfocytů. – indukce nadprodukce cytokinů • mohou vyvolat příznaky šokového syndromu • TSST-1 má mitogenní účinky na T lymfocyty • pyrogenní i přímým působením na termoregulační centrum v hypotalamu • inhibuje syntézu makromolekul v endoteliích a poškozuje funkci řady vnitřních orgánů • reverzibilně zasahuje epitelie ledvinových kanálků za přítomnosti lipopolysacharidu a snižuje LPS clearance v játrech – enormně zvýšená citlivost organismu hostitele k účinkům LPS G-bakterií Toxický šokový syndrom • možnost vzniku při jakémkoliv invazivním stafylokokovém onemocnění • méně často při masivní kolonizaci sliznice kmeny produkujícími TSST-1 • Příznaky: – náhlý vzestup teploty (>38,9°C) – skvrnitý až difusní erytém kůže a exantém sliznic – hypotenze, kolapsy – řadu příznaků z postižení různých orgánových systémů • průjmy a zvracení • bolesti svalů • překrvení sliznic (vagíny, hltanu, spojivek) • desorientace a poruchy vědomí • poruchy funkce jater a ledvin, které se mohou stupňovat až v jejich letální insuficienci. • Do 1 až 2 týdnů od začátku onemocnění se objevuje drobná deskvamace kůže obličeje a trupu • v rekonvalescenci kompletní odlučování epidermis na dlaních a ploskách nohou, zrychlené vypadávání vlasů a zvýšená lomivost nehtů. • Exfoliatiny (epidermolytické toxiny) – nízko molekulární proteiny – vyskytují se ve dvou antigenních typech A a B. – Převažující typ A • produkován kmeny z fágové skupiny 11 • odolává varu po dobu 20 min. • ve své molekule obsahuje Cu • produkce je řízena chromozomálními geny – Typ B • tvořen kmeny z ostatních fágových skupin • není vysloveně termorezistentní • nepatří mezi metalotoxiny • tvorba je kódována plazmidovými geny – Exfoliatiny vyvolávají tzv. toxickou epidermolýzu (exfoliativní dermatitida). – Citlivost k těmto toxinům zaznamenána pouze u člověka a u sajících myšek – Exfoliatiny projevují slabší imunogenní účinky, typově specifické protilátky však mají protektivní charakter. 7 Toxická epidermolýza –Exfoliativní dermatitida •vyvolána stafylokokovým exfoliativním toxinem •do organismu uvolňovaný z infikovaných míst •tři formy onemocnění –jednu lokalizovanou a dvě generalizované. –Co se týče lokalizované formy, poškozují exfoliatiny stratum spinosum a stratum granulosum epidermis. Vytvářejí tak intradermální trhliny, vyplňované tkáňovou tekutinou, které se nakonec mění v puchýře a spontánní odlučování povrchových vrstev pokožky. •Bulozní impetigo –(pemphigus neonatorum, pemfigoid) –lokalizovaná forma –U novorozenců a nejmenších kojenců –na kůži ojedinělé puchýře s čirou tekutinou –jejich okolí má normální vzhled. –Puchýře zasychají a hojí se krustoupo –odloučení se léze zhojí bez následků • Rašový typ toxické epidermolýzy – generalizovanou forma – Charakterizována • exantémem kůže trupu a končetin • exantémem sliznice připomínajícím spálovou vyrážku – V rekonvalescenci se u pacientů také objevuje drobná až šupinková deskvamace epidermis. – Odlišení od spály obtížné • streptokoková angina chybí – rašový typ toxinózy se vyskytuje u pacientů s nedostatečně vytvořenou hladinou antiexfoliatinu • Syndrom opařené kůže – (SSSS-staphilococcal scaled skin syndrome, Ritterova nemoc) – plně rozvinutá forma generalizované toxinózy – u pacientů, kterým zcela chybí specifický antitoxin v séru – celková nevolnost, podrážděnost a náhlým vzestupem tělesné teploty – Difúzní erytém • začíná většinou periorálně • do dvou dnů se rozšiřuje na celé tělo – Typická je tvorba drobných krust kolem úst a trhlinek v koutcích i v nasolabiálních rýhách. – Na povrchu těla se objevují puchýře s čirou tekutinou – Povrchová vrstva epidermis se odlučuje spontánně v cárech a pod mírným tlakem prstu – Postižené oblasti mají vzhled opařené kůže – Obnažené plochy jsou červené, hyperemické, lesklé, vlhké. • nebezpečí většího úniku tkáňové tekutiny a superinfekce s následnou sepsí – Exitus je výjimečný, může k němu dojít při zanedbání terapie. Difterický toxin • Produkt grampozitivní tyčinky Corynebacterium diphterie – Kyjovitý až kapkovitý tvar – Produkce toxinu po napadení bakteriofágem β • Lysogenní konverze • Toxigenní a netoxigenní kmeny – Onemocnění difterie (záškrt) – Netoxigenní kmeny pouze lokální onemocnění dýchacího traktu nebo kůže, nebezpečí pouze pro imunosuprimované • Typický exotoxin – Proteinová povaha 60 kDa – Uvolňován ve formě neaktivního protoxinu – Proteolytická aktivace • Štěpení disulfidu – Průnik membránou podobný jako u tetanospasminu – Cytotoxický účinek 8 • Difterický toxin – Mohutný inhibitor proteosyntézy – Letální dávka cca 0,1 µg/kg pro člověka – Rozsah absorpce kolísá podle místa infekce • Z kůže a nosu mnohem nižší než z hltanu • Epidemiologie záškrtu – Nemocný člověk nebo nosič • Často bezpříznakový nosiči • Aktivní imunizace – Zabrání onemocnění – Nechrání před nosičstvím • Přenos kapénkově nebo přímo kožními lézemi • C. diphterie odolná vnějšímu prostředí • Inkubace 2-5 dnů • Klinický obraz – Difterická angína • Toxin se uvolňuje – Lokální nekróza – Pseudomembranózní zánět – Tvorba šedých pablán, po odstranění krvávivé rány • Maligní diftérie – Život ohrožující stav – Přechod na patro – Vysoká horečka – Paréza měkkého patra » Při pití tekutiny vytékají nosem • Difterický krup – Rozšíření na larynx – Collum caesareum – Udušení během několika hodin – Průnik toxinu do krve • Kardiotoxicita, neurotoxicita, tubulární nekrózy – U očkovaných k maligní difterii ani ke difterickému krupu nedochází – Kožní diftérie • Zánětlivé léze • Bezdomovci a alkoholici • Rozšíření – U nás od roku 1946 vakcinace difterickým toxoidem • Vymizení toxigenních kmenů • Až 60% populace v současnosti pokles titru protilátek – Možnost opětovného rozšíření – Ve světě hlavně Rusko • Hlavní léčebná opatření – Antitoxin • Hyperimunní globulin (koňský) • Co nejdříve, možná neutralizace pouze volné frakce toxinu – Antibiotická terapie – Očkování • Od 9. týdne kombinace Di-Te-Pe – 3 dávka v jednoměsíčním intervalu, booster v 6. roce • Při cestě na východ doporučené přeočkování 9 Klostridiové toxiny • Toxinu rodu Clostridium – 60 grampozitivních anaerobních sporulujících tyček – Nejdůležitější: • C. perfrigens • C. septicum • C. difficile • C. botulinum • C. tetani – Toxiny proteinové povahy • Včetně tetanospasminu a botulotoxinu • Nebezpečné exotoxinémie • Clostridium perfringens – 5 serotypů A-E – Produkce toxinů • α-toxin – Fosfolipáza C – Potlačení kontraktility srdečního svalu » Hypotenze, snížení srdečního výdeje – Indukce interleukinu-8 • θ-toxin (perfringolysin O) – Polypeptid – Vazba na cholesterol membrán » Pouze membrány obsahující cholesterol odolné ataku – Porušení permeability, lýza buněk – Pore-forming cytolysin – Přítomnost rozhoduje o virulenci – Přes endogenní mediátory (nepřímo) snižuje tonus cév • β-toxin – Kmeny C a D – Nekrotizující enteritidy • κ-toxin – Kolagenáza » Hydrolýza kolagenu svalů a podkoží » Usnadnění pronikání C. perfrigens do okolí • Clostridium septicum – α-toxin • Inaktivní protein – Aktivace proteázou • Tvorba iontových kanálů v buněčné stěně • Vazba na glykosylfosfatidylinositolov é zbytky v receptorech • Nemá fosfolipázovou aktivitu • Hemolytické, nekrotizující a cytotoxické účinky • Faktor virulence – β-toxin – δ-toxin 10 • Clostridium difficile – Enterotoxin A – Cytotoxin B Onemocnění způsobená klostridii • Plynatá sněť (gas gangrene) – Klostridiová myonekróza – V 80% C. perfringens • C. perfirngens běžná součást střevní mikroflóry • Výkaly do půdy – Sporulace, dlouhé přežívání • Infekce – Traumatická nebo netraumatická (spontánní sněť) – přímo do rány prachem nebo půdou » válečná poranění – Kontaminace rány obsahem střev – Gynekologické operace – Kriminální potraty • Nutnost anaerobního prostředí, nízké pH • Příznaky lokální – Inkubační doba v závislosti na kontaminaci rány a prokrvení 6 hod. až několik dnů – Prudká bolest v ráně – Kůže bledá, pak tmavne do fialova, červenomodré puchýře, plyn v tkáni • Příznaky celkové – Schvácenost, horečka – Tachykardie – Šok, multiorgánové selhání • Plynatá gangréna – Komplikace • Renální selhání – Příčiny » myoglobin a hemoglobinurie » Tubulární nekróza » Hypotenze – Vysoké koncentrace θ-toxinu v místě infekce • Poškození tkáně, zabíjení polymorfonukleárů a buněk endotelií • Průnik do dalších tkání, rozšiřování zóny destrukce – Šok • Způsobený α-toxinem – Kardiotoxicita, hypotenze • Nepřímo θ-toxinem – Ovlivnění endotelu kapilár, snížení tonu cév – Terapie • Úspěch v případě včasného zahájení • Chirurgické odstranění napadených tkání • Penicilin, klindamycin, metronidazol • Hyperbarická oxigenoterapie 11 • Spontánní plynatá gangréna – Více často C. septicum • Růst i v prostředí s normální oxigenací – Predispozice • Karcinom tlustého střeva • Chirurgické výkony na tlustém střevě • Hematologické malignity • Leukemie, radioterapie, chemoterapie, oslabená imunita • Nekrotizující enterokolitida (typhlitis) – Tvorba plynu v stěně střeva, perforace, peritonitida, bakterémie – Hlavně C. septicum • α-toxin – Bez radikální léčby (chirurgická) 100% letalita – Některé formy při dlouhodobé malnutrici • Vegetariáni • Rozvojové země • Válka • Alimentární intoxikace – Enterotoxin C. perfringens typu A • Termolabilní • Alkalické prostředí a přítomnost trypsinu zvyšuje účinek • Neschopnost buněk střevní sliznice přijímat glukozu a ionty • Desquamace střevní sliznice • Ztráta elektrolytů – Bolest břicha a nauzea – Kontaminovaná strava • Špatné tepelné zpracování masa, opakované ohřívání • Pseudomembranózní kolitidy – Původce C. difficile – 3-5% populace – Komplikace léčby širokospektrými antibiotiky • Ampicilin, klindamycin, cefalosporiny – Toxin A (enterotoxin) • Vazba na sliznici tlustého střeva – Toxin B (cytotoxin) • Dodatečné poškození – Zánětlivý proces • Tvorba plaků a pseudomembrán na sliznici tlustého střeva – Masivní průjem, horečka – Někdy dehydratace, šok, perforace – Nozokomiální nákazy Botulotoxin • Skupina sedmi antigenně odlišných neurotoxinů A-G • Proteiny s molekulovou hmotností 150 kDa • Těžký (H) a lehký (L) řetězec, disulfidický můstek • L řetězec toxický, H řetězec vazba na receptory v presynaptické membráně • Produkt Clostridium botulinum – Grampozitivní striktně anaerobní tyčka – Pohyblivá – Běžný výskyt v GIT a v hnojené půdě – Spóry snesou několik hodin varu • Termolabilní toxin – Stačí 10 minut • „Klobásový jed“ – Nedostatečně sterilované masové a zeleninové konzervy • Otrava zvaná botulismus – U člověka subtypy A, B, E – Rozdělení • Alimentární • Kojenecký • Ranný 12 Botulotoxin • Mechanismus působení – Po absorbci transport krví – Periferní nervová zakončení • Vazba, inhibice uvolňování acetylcholinu z vezikulí – Vážné porušení periferního cholinergního přenosu • Inkubační doba 18-36 hodin, někdy jinak v závislosti na infekční dávce • První příznaky – Bulbární svaly • Mydriáza, diplopie, porucha akomodace, světloplachost • Postupný rozvoj – Závratě (způsobené hypotenzí) – Sucho v ústech, svalová slabost až paralýza – Nauzea, zvracení, bolesti břicha – Vědomí zůstává zachováno – Smrt paralýzou dýchacího svalstva Botulotoxin • Nejobávanější bojová látka – Toxicita 1 ηg/kg – Inhalace aerosolu • Podobné příznaky jako alimentární otrava • Paralýza nastupuje později – Atentát na Heydricha – Válka v Perském zálivu • Použití: – Kosmetika – Terapie křečových neuromuskulárních poruch • Terapie otravy: – Zvracení, výplach žaludku – Komplikací je zástava dýchání • I několik týdnů uměla ventilace • Guanidin nebo 3,4-diaminopyridin pro podporu uvolňování acetylcholinu ze zakončení • Botulinový antitoxin – Heptavalentni koňský Tetanospasmin • Produkční organismus Clostridium tetani • Dvě složky tetanotoxinu: – Neurotoxická složka tetanospasmin • Onemocnění tetanus – Hemolytická složka tetanolysin • V etiologii tetanu nehraje roli • Tetanospasmin – Polypeptid 150 kDa – Dva řetězce • Lehký α-řetězec • Těžký β-řetězec • Disulfidický můstek – Průnik do buňky • Při kyselém pH fragment těžkého řetězce – Vazba na receptor, tvorba pórů • Lehký řetězec průnik – neurotoxicita 13 Tetanospasmin • Velmi toxický – LD50 pro myš 0,002 µg/kg • Termolabilní • C. tetani sporuluje – V půdě přežívá roky – Pro usmrcení 4 hodiny varu • C. tetani – Saprofyt střeva domácích zvířat – Spóry hnojením do půdy – Kontaminace rány • Onemocnění tetanus – Ranná infekce s vážnou prognózou – Po vakcinaci celkem vymizel – Faktory pro vznik tetanu • Nekrotická tkáň, hnisavý proces • Přítomnost cizího předmětu – Snížený oxidoredukční potenciál • Klíčení spór • Vegetativní forma • Produkce toxinu Tetanospasmin • Transport toxinu vegetativními nervy k neuronům míchy – 250 mm za den • Vazba na presynaptické receptory – Blokování uvolňování glycinu • Zodpovědný za inhibiční převod k aferentním motorickým nervům – Vazba ireversibilní – Neomezená svalová kontrakce • Působení i na sympatikus – Pocení, hypertenze až hypotenze, arytmie • Inkubační doba 1-3 týdny – Čím kratší tím horší prognóza – Závislost na vzdálenosti rány od míchy a na množství toxinu Tetanospasmin • 4 klinické formy – Generalizovaný tetanus • Nejčastější • I nepatrná ranka • Začátek – Křeče žvýkacích svalů (trismus) – Zvýšená podrážděnost, neklid, pocení, porucha polykání • Progrese – Risus sardonicus – Křeč zádového svalstva do oblouku – Zatnuté pěsti – Vyvolání křečí světlem a dotykem – Při vědomí křeče bolestivé • Terminální stadium – Zlomeniny obratlů a dlouhých kostí – Laryngospasmus, zástava dechu – Letalita cca 50% – Lokalizovaný tetanus • Pouze okolí rány, dobrá prognóza – Cefalický tetanus • Poranění hlavy • Zavlečení infekce do středního ucha • Pravděpodobnost přežití minimální – Tetanus neonatorum • Rozvojové země • Špatná hygiena při ošetřování pupeční sňůry • Úmrtí ročně 0,5 milionu novorozenců 14 Tetanospasmin • Terapie – Chirurgické vyčištění rány • Neuzavírá se – Antitoxin • Neutralizace toxinu před vstupem do neuronu – Myorelaxancia – Řízená ventilace – Preventivní očkování • 3 dávky po měsících • 4. dávka ve 20. měsíci • Přeočkování v 5. a 14. roku • U dospělích po 10 letech • Po poranění booster Shigatoxiny • Produkční organismus Shigella disenteriae • Toxický bakteriální protein – Podobná toxicita jako botulotoxin 0,002 µg/kg – Potenciální biologická zbraň • Podobné toxiny produkuje E. coli – Verotoxiny • Synonyma – Verotoxigenní kmeny E. coli – Shiga-like toxin E. coli – Shigatoxin produkovaný E. coli • Verotoxin 1 a verotoxin 2 – Tvorba podmíněna bakteriofágem • Shigatoxiny – Proteiny koagulující teplem – Citlivé k oxidoredukčním činidlům – Dva řetězce: • A jednotka – Enzymaticky aktivní, inhibitor proteosyntézy • B jednotka – Vazba na povrch buňky – Cytotoxické účinky Shigatoxiny • Původci vážného průjmového onemocnění – Někdy letální • Cytotoxický účinek – Endotel kapilár střeva – Ledvinové glomeruly – Endotel mozkových cév • Vzniklé změny – patologický základ – Hemoragická kolitida • Abdominální křeče, vodnatý průjem, krev ve stolici – Hemolyticko-uremický syndrom • Komplikace infekce E. coli • Průjmy přechází v krvavou stolici • Uremie, trombocytopenie, hemolytická anemie, selhání ledvin • Letalita 5% • Možnost chronického poškození ledvin • Nákaza – Rezervoár domácí zvířata – Bakteriofágy kódující přenos genu toxinů jsou v odpadních vodách – Alimentární otravy • Špatně tepleně upravené maso – hamburgry • Orofekální přenos možný u dětí – Inkubace 2-7 dní 15 Toxické lipopolysacharidy • Ve stěně gramnegativních i grampozitivních bakterií je peptidoglykanová vrstva. • Gramnegativní bakterie – peptidoglykanová vrstva – povrchová vrstva zevní membrány • tvořená fosfolipidy, lipopolysacharidem • kyselými polysacharidy a významným množstvím (asi 50%) bílkovin. • Biologicky aktivní složku tvoří lipopolysacharidový komplex, který byl označován jako endotoxin. • strukturální oblasti Lipopolysacharidů – specifický polysacharid (I.) • polymery dosahující až mnohamilionové molekulární hmotnosti • polymer složený z oligosacharidů, • nese antigenní determinanty a určuje sérologickou specifitu bakteriálního druhu. – dřeňovou oblastí (II.) • společná pro celou skupinu – lipid A (III.). • Dřeňový oligosacharid je kovalentně vázán na lipid A • jehož kostra se skládá ze dvou molekul glukosaminu, které jsou spojeny fosfátovými můstky. H • hydroxylové skupiny jsou esterifikovány vyššími mastnými kyselinami. • jednotlivé bakteriální druhy se liší ve složení polysacharidových řetězců í ve složení lipidu A. • Polysacharidová část se podílí na virulencí bakterie (může přispívat k adhezi, aktivovat komplement) • lipid A je zodpovědný za toxicitu. • Lipopolysacharid je uspořádán jako dvojvrstva, kde hydrofilní část je tvořena polysacharidem, hydrofobní část lipidem. Components of the Gram-Negative Bacterial cell wall . Wyckoff, T.J.O., Raetz, C.R.H., and Jackman, J.E. Antibacterial and anti-inflammatory agents that target endotoxin. Trends MicroBio. 1998. 6: p. 154-159 • Funkce lipopolysacharidu – brání vstupu těžkých kovů, žlučových kyselin a větších molekul do bakteriální buňky • Biologická aktivita: – po uvolnění lipopolysacharidu ze zevní membrány • Uvolnění se rozpadem bakteriální buňky • Ve formě volného endotoxinu – Aktivní oddělování fragmentů během života bakterie • Toxicita endotoxinu: – při systémových onemocněních – při bakteriémii nebo v tkáních – ne v lumen zažívacího traktu. – masivní zaplavení organismu endotoxinem • při sepsích, vyvolaných gramnegativními bakteriemi. • při rozpadu bakterií účinkem vlastních autolytických enzymů (zejména u meningokokcemií) • v důsledku cytolýzy komplementem • účinkem membránově působících antibiotik 16 • Endotoxin – účast na vzniku toxického šoku v souvislosti s nedostatečným přísunem kyslíku u šokových stavů nejrůznější etiologie • hypovolemie, stres, operační zátěži apod. – Porušená střevní bariéra se pak stává prostupnou a umožňuje průnik endotoxinu a jeho uplatnění. – Svými účinky endotoxin stav nemocného zhoršuje, nezřídka až k letálnímu konci. – Za normálních okolností se endotoxin z gramnegativních bakterií rezidentní flóry tlustého střeva vstřebává jen v minimálním množství a stimuluje imunitní systém – Endotoxin se uvolňuje do krevního oběhu z různých primárních ložisek gramnegativní flóry • nejčastěji při perforaci střeva • popáleniny, obstrukce močového traktu • infekce žlučníku – Nejčastějšími druhy jsou bakterie normální flóry • především tlustého střeva (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Bacteroides fragilis). – Reakce makroorganismu na endotoxin je závislá na množství uvolněného endotoxinu. • nízké dávky – interakce s makrofágy, neutrofily, B lymfocyty a komplementovým systémem vyvolává horečku, vasodilatací, zvýšenou syntézu protilátek a zánětlivou reakci • vysoké dávky – přistupuje ještě intravaskulární koagulopatie a šok. • LPS – interakce s plasmatickými proteiny a s buněčnými povrchy – důležitá vazba na plasmatický protein, který se podílí na vazbě LPS na CD14 receptor v buňkách (monocyty, neutrofily). – Ovlivňuje i další proteiny • Hagemanův faktor • Prekallikrein • faktor XI. • Kininogen • další faktory zúčastňující se krevního srážení a komplementové kaskády – Cílové buňky • monocytomakorfágová řada (z nich se uvolňují mediátory) • neutrofilní leukocyty. • B buňky (zvyšuje se tvorba protilátek) • endotelie. • Pyrogenní reakce – vzniká po velmi malých množstvích endotoxinu – odpověď na endogenní pyrogeny uvolněné z makrofágů • interleukin 1, TNF (tumory nekrotizující faktor) • Aktivace komplementového systému účinkem endotoxinu – cytolýza buněk spojená s dalším uvolňováním endotoxinu – zvýšení chemotaxe a opsonizace – Neutrofily jsou do ložiska přitahovány fragmentem C5a. C3b se chová jako opsonin a tak zvyšuje fagocytózu – aktivaci komplementu • uvolnění anafylatoxinů (C3a a C5a), které zvyšují kapilární permeabilitu • z neutrofilů se uvolňují lysosomální enzymy • Aktivace komplementu zprostředkuje zánětlivou reakci. 17 • Interakce endotoxinu s makrofágy – nekontrolovaným uvolňováním cytokinů – zejména TNF alfa, interleukinu 1 a 6. – Tyto cytokiny spouštějí uvolňování bioaktivních lipidů a kaskádu dalších cytokinů a kyslíkových radikálů z řady buněk. – Důsledkem je zvýšená vaskulární permeabilita, snížení kontraktility srdečního svalu, vasodilatace, plicní hypertenze a disseminovaná intravaskulární koagulopatie. • Interleukin 1 zvyšuje proliferaci B buněk, které po dozrání produkuji více protilátek, čímž se endotoxin uplatňuje jako nespecifické imunoadjuvans. – Popsané účinky menších dávek endotoxinu ukazují, že mohou být pro hostitelský organizmus výhodné (adjuvantní účinky pro tvorbu protilátek, zvýšená aktivita makrofágů, protinádorové účinky). • Vysoké dávky endotoxinu vedou plynule k příznakům endotoxinového šoku s rizikem letálního konce. – zejména vasodilatace a snížení výkonu myokardu – poruchy oxidace a mnohoorgánové selhání (S.I.R.S.) – spolu s diseminovanou intravaskulární koagulopatií. – Klíčovou příčinou hypotenze je uvolnění TNF a interleukinu 1. • Diseminovaná intravaskulární koagulopatie – charakterizovaná vznikem trombů v malých cévách – zhoršuje krevní zásobení orgánů. • zejména v kůře ledvin, kde vznikají nekrózy. • Z dalších orgánů jsou postiženyzejména mozek, plíce (syndrom dechové tísně) a nadledvinky. – Endotoxin ovlivňuje srážení krevní 4 způsoby: 1. aktivuje faktor XII., tzv. Hagemanův, čímž spouští srážecí kaskádu, 2. ovlivňuje krevní destičky, takže se uvolňuje obsah granul, který se zúčastní na srážení, 3. iniciuje uvolňování bazických proteinů z neutrofilů a 4. ovlivňuje endotelie. – Poruchy srážení mohou být příčinou vzniku infarktu nadledvin spojeného s náhlou smrtí (Waterhousův a Friderichsenův syndrom u meningokokcemie). – Pochopení patogeneze změn při endotoxinovém šoku může vést k úspěšnějšímu léčebnému postupu s využitím protilátek proti lipidu A a mediátorům.