М.С. Виноградов
Medicus Amicus 2001, #1
Сибирская язва (синонимы: anthrax (англ.); Мilzbrand (нем.); charbon, anthrax carbon (франц.) — острая антропозоонозная инфекционная болезнь, вызываемая Bacillus anthracis (В. anthracis), с природной очаговостью, быстрым распространением и тяжелым течением.
Сибирская язва как бактериологическое оружие
Сибирскую язву начали исследовать 80 лет назад и сегодня запасы спор сибирской язвы имеют не менее 17 стран. Теоретическая эффективность: распыление с самолета 50 кг спор способно вызвать заболевания у всех жителей региона, проживающих на площади около 20 квадратных километров, независимо от их местонахождения. По оценкам Пентагона достаточно 100 кг спор, чтобы уничтожить 3 млн. жителей Вашингтона. Кроме природных штаммов в России и США созданы новые, более патогенные. По имеющимся в открытой печати сведениям, при случайном распылении в 1979 году в секретной бактериологической лабораторий г. Свердловска, было инфицировано 79 человек, из них 68 — погибли. Наиболее опасная и эффективная форма поражения — аэрозольная — может быть осуществлена с помощью летательных аппаратов разной конструкции, через системы вентиляции и кондиционирования, почтовые отправления, товары. Последний механизм запущен, возможно, террористами, в развитие событий 11 сентября 2001 г. в США.
Историческая справка
Сибирская язва известна со времен Гиппократа и Галена как «антракеза» (от греческого «anthracis» — уголь, черный цвет струпа кожного язвенного карбункула). На Востоке ее называли «персидский огонь». Происхождение термина «сибирская язва» точно не известно. По одной гипотезе он был предложен русским врачом С.С.Андреевским, который самозаражением доказал зоонозную природу карбункула. По другой, его стали широко использовать после опустошительных эпизоотий в Сибири в XIX в. Давен и Райе в 1850 г., Поллендер и Брауэлл в 1855 г. впервые выделили В. anthracis из крови и тканей умерших животных. Чистая культура получена Р.Кохом в 1876 г. и Л.Пастером в 1877 г. Последнему принадлежит приоритет вакцинации животных живой ослабленной вакциной из вегетативных форм.
Микробиология
B. anthracis — неподвижная грамположительная аэробная бактерия рода Bacillus семейства Bacillaceae [1]. В клиническом материале располагаются парами или в виде коротких цепочек, окруженных общей капсулой. Капсула наблюдается только у бактерий, выделенных из организма или выращенных на специальных средах, содержащих нативную сыворотку. Хорошо растет на различных питательных средах. Существуют вегетативная (длиной 6-10, шириной 1-2 мкм) и споровая (около 1 мкм) формы. Вегетативная — погибает в считанные минуты при воздействии высокой температуры. Споры, образующиеся вне организма человека или животного в течение первых 10-15 мин. при свободном доступе кислорода и при температуре 12-42оС, могут сохраняться в почве и на растениях десятилетиями без потери патогенных свойств.
Эпидемиология
Сибирская язва распространена повсеместно, но регистрируется в основном в странах с традиционно развитым животноводством, к которым относится и большинство государств СНГ. Основным источником являются больные домашние животные (крупный рогатый скот, овцы, козы, верблюды, свиньи), их трупы, загрязненные спорами B. anthracis почва и растения. Факторами передачи служат инфицированные продукты животноводства, животноводческое сырье, изготовленные из него предметы, загрязненные микробами предметы быта и ухода за скотом. Основной путь проникновения инфекции в организм человека — контактный через микротравмы кожи, чаще открытых частей тела, и слизистых. Естественная восприимчивость в случае контактного заражения относительно невысока — заболевают около 20 %. Заражение человека от человека обычно не происходит. Описаны редкие случаи трансмиссивного заражения от укусов слепней или мух-жигалок. В мирных условиях алиментарный и аспирационный пути заражения также весьма редки.
Патогенез
При попадании спор в легкие, на открытые участки тела или в желудок, уже спустя несколько часов начинается размножение возбудителя. Бактерия активно поглощает аминокислоты, нуклеотиды и глюкозу из окружающих тканей хозяина. В месте проникновения В. anthracis защищается от фагоцитоза поли-D-глутаминовой капсулой. Устойчивость капсулы обеспечивается S-образной оболочкой из последовательно наслаивающихся друг на друга особых белков [2]. Размножающиеся бактерии активно и в большом количестве продуцируют экзотоксин — трехкомпонентный белковый экзотоксин А-В типа. Из мест первичного размножения по лимфатическим сосудам возбудитель достигает регионарных лимфатических узлов, вызывая их некроз с последующим развитием септицемии и септического шока.
При аэрозольном заражении часть фагоцитируемых альвеолярными макрофагами спор разрушается, поэтому для развития заболевания требуется попадание в легкие не менее 2500 — 55000 спор. Выжившие переносятся лимфой в медиастинальные лимфатические узлы, где в течение 60 дней могут образовываться и размножаться вегетативные формы. В результате действия вирулентных факторов возникает некроз лимфатических узлов с развитием геморрагических медиастинита и септицемии. В 50% случаев одновременно развивается геморрагический менингит. Аэрозольное поражение не вызывает типичной бронхопневмонии, хотя у части инфицированных в легких обнаруживаются фокусы геморрагического некроза, напоминающие комплекс Гона при туберкулезе. При употреблении инфицированного с недостаточной термической обработкой мяса споры могут проникать в подслизистую оболочку и регионарные лимфатические узлы желудочно-кишечного тракта с некрозом, геморрагическим перитонитом, септицемией.
Клиника
Продолжительность инкубационного периода варьирует от нескольких часов до 43 дней. Различают кожную, легочную (аэрозольную, ингаляционную) и кишечную формы. Потенциально любая может обусловить гематогенную диссеминацию бактерий с развитием септицемии, но в наибольшей степени она присуща легочной и кишечной. В мирных условиях кожная форма встречается в 95-96%, легочная — в 3-4 % и кишечная — в 1% случаев.
Кожная — карбункулезная (наиболее частая), отечная, пузырьковая и рожистоподобная. На коже образуется красное пятно (папула), которое в течение нескольких часов трансформируется в везикулу с геморрагическим содержимым. Зуд и жжение через расчесы способствуют нарушению целостности везикулы и ее превращению в язву. В центре язвы располагается черный струп, а по периферии — в виде ожерелья вторичные везикулы, при разрушении которых размеры язвы увеличиваются и она превращается в карбункул (рис.). Вокруг карбункула развиваются отек и гиперемия кожи со снижением чувствительности. К концу первого или на второй день болезни появляются признаки интоксикации: лихорадка до 40оС, головная боль, общая слабость, гипо- и адинамия, тахикардия. Продолжительность лихорадки до недели, после чего температура тела снижается. Заживление карбункула происходит в течение 2-3 недель. После отторжения струпа рубец на коже, как правило, не образуется. Редко наблюдается более одного язвенного карбункула, при этом увеличение их количества существенного влияния на тяжесть течения заболевания не оказывает. Три другие разновидности кожной формы встречаются редко. Особенностью отечной является плотный безболезненный длительный отек кожи в месте инфекции и резко выраженная общая интоксикация. В дальнейшем на месте отека формируется типичная язва. При пузырьковой или буллезной длительно (5-10 дней) в воротах инфекции сохраняются пузырьки с геморрагическим содержимым, после вскрытия которых формируется обширная язва. При рожистоподобной (эризипелоидной) образуется большое количество беловатых пузырей, наполненных прозрачной жидкостью, расположенных на припухшей, покрасневшей, но безболезненной коже. После вскрытия пузырей остаются множественные язвы, которые быстро подсыхают. Эта разновидность характеризуется более легким течением и благоприятным исходом.
Легочная форма начинается остро, протекает тяжело и дает высокий процент летальности даже при использовании современных методов лечения. Среди полного благополучия внезапно возникает потрясающий озноб, температура тела быстро достигает высоких цифр (40оС и выше), развиваются конъюнктивит (слезотечение, светобоязнь, гиперемия слизистых), катаральные явления со стороны верхних дыхательных путей (насморк, осиплость голоса, кашель). Далее присоединяются сильные колющие боли в груди, одышка, цианоз, тахикардия (до 120-140 уд/мин) с падением артериального давления. При кашле выделяется кровянистая мокрота, аускультативно в легких — сухие и влажные хрипы, может выслушиваться шум трения плевры. Рентгенологически: медиастинит, очаговое поражение легких и выпотной плеврит. При отсутствии адекватной терапии в первые 2-3 суток наступает смерть от отека легких и коллапса. Но даже на фоне своевременно начатой и адекватной терапии смертность остается достаточно высокой. Кишечная форма характеризуется внезапно развивающейся болью и вздутием живота, кровавыми рвотой и/или поносом, резкой слабостью, выраженной лихорадкой до 40оС и более, симптомами раздражения брюшины. Состояние больного прогрессивно ухудшается.
На коже возможны вторичные везикулярные и геморрагические высыпания. Вскоре наступают беспокойство, одышка, цианоз. Возможен менингоэнцефалит. Как и при легочной форме, большая часть зараженных погибает с клиникой инфекционно-токсического шока в течение 3-4 дней.
Перенесенное заболевание оставляет стойкий иммунитет, хотя и имеются описания повторных заболеваний через 10-20 лет после первого заболевания.
Диагностика
1. Сбор материала.
Кожная форма в стадии везикул: микробы лучше всего идентифицировать в эту стадию. Макают два стерильных тампона в везикулярную жидкость, вскрыв только свежую везикулу. Кожная форма в стадии струпов: двумя тампонами вращательными движениями касаются края струпа, не срывая его. Гастроинтестинальная форма: если больной имеет стул, делают посев каловых масс. В поздних стадиях септицемии (2-8 дней после инфицирования) посев крови более эффективен, особенно если образцы взяты до антибиотикотерапии. Ингаляционная форма: если респираторные симптомы присутствуют и есть мокрота, забирают образцы для посева и мазка. В поздней стадии септицемии (2-8 день) посев крови более эффективен, особенно если образцы взяты до антибиотикотерапии.
2. Материал, необходимый для обработки клинических образцов [3,4]:
микробиологические среды, принятые в СНГ и в США — мясо-пептонный бульон, мясо-пептонный агар или Агар Хоттингера (рН 7.4), 5% кровяной овечий агар, агар MacConkey, агар фенилэтилспиртовой для посева стула, трипсинизированный соевый бульон.
3. Изоляция из клинических образцов.
3.1. Образцы мокроты сеют на 3 стандартные среды для мокроты (кровяной агар, агар MacConkey, обогащенный бульон) или 2 среды (мясо-пептонный бульон и мясо-пептонный агар). Образцы крови сеют рутинным методом, этого достаточно. Однако в крови может быть уже достаточно бактерий, чтобы увидеть их прямым окрашиванием мазка по Граму. B. anthracis видны как короткие цепочки длиной 2-4 клетки с ободком просветления вокруг (инкапсуляция). Присутствие больших грам-позитивных палочек в крови весьма специфично для идентификации B. anthracis. Если посев крови позитивен, делают из него мазок по Граму и ищут инкапсулированные бактерии. Эта культура должна также расти на кровяном агаре и агаре MacConkey.
3.2. Материал кожных ран: один тампон из кожных ран используют для посева трех стандартных сред (кровяной агар, агар MacConkey, обогащенный бульон) или 2 среды (мясо-пептонный бульон и мясо-пептонный агар); второй тампон используют для приготовления мазка по Граму.
3.3. Образцы стула сеют обычным методом (кровяной агар, агар MacConkey, фенил этиловый агар) или на мясо-пептонный бульон мясо-пептонный агар.
3.4. Цереброспинальную жидкость предварительно центрифугируют при 1500 об 15 мин., из осадка готовят мазок по Граму и осуществляют посев на кровяной агар или обогащенный бульон (трипсинизированный соевый бульон или тиогликолат).
4. Инкубация культуры
Культуры инкубируют при 35-37oС. Анализируют в течение 18-24 часов инкубации. Рост B. anthracis можно увидеть, самое раннее, через 8 часов.
5. Характеристика колоний B. anthracis.
После инкубации на кровяном овечьем агаре 15-24 часов при 35-37oС видны четкие отдельные колонии 2-5 мм в диаметре, плоские или слегка выпуклые, неравномерно круглые, со слегка волнистым краем и матовой поверхностью. Часто от края колоний образуются выступы в форме запятой, называемые «головой медузы». Колонии обычно вязкой консистенции, если помешать петлей, рост их становится похожим на взбитый яичный белок. В отличие от колоний B. cereus и B. thuringiensis не бета-гемолитические. Однако, слабый гемолиз можно наблюдать под зонами сплошного роста в старых культурах, что можно перепутать с бета-гемолизом.
Когда исследуют первичный рост на средах, важно сравнить величину роста на кровяном овечьем агаре с ростом на агаре MacConkey. B. anthracis растет хорошо на кровяном агаре, но не дает роста на агаре MacConkey. B. anthracis растет быстро, позитивные сплошные зоны можно видеть за 6-8 час. а отдельные колонии можно определить за 12-15 час. Это свойство можно использовать, чтобы изолировать B. anthracis из смешанной культуры, содержащей медленно растущие организмы.
6. Тест на подвижность.
Тест определяет подвижность бактерий в подозрительных образцах. B. anthracis — неподвижный объект. Этот признак необычен среди Bacillus species и поэтому полезен для предварительной идентификации.
7. Другие методы.
Предложены коммерческие тесты для быстрого определения Bacillus anthracis. Они предназначены только для анализа внешней среды. Это достаточно грубый метод быстрого анализа. Его нельзя использовать для диагностики и профилактики у пациентов. Полезность и обоснованность тестов неизвестна и сегодня нет достаточно обоснованных данных, чтобы рекомендовать использование этих наборов. Аналитическая чувствительность наборов ограничена технологией и производители отмечают, что нужно минимум 10000 спор для возникновения позитивного сигнала. Такое число спор может быть только на сильно зараженном объекте. Возможен и ложный положительный результат со спорами, не принадлежащими B. anthracis.
Вакцинация Наиболее распространенными видами вакцин против сибирской язвы являются:
Американская — на основе ослабленного некапсулированного штамма B. anthracis, инактивированная, абсорбированная, содержащая защитный антиген (РА) сибиреязвенного экзотоксина и свободная от бактерий. Вакцина стимулирует выработку специфических анти-РА АВ-содержащих антител, обладающих мощными протективными свойствами против таких штаммов, как Sterne, Ames и RP42 [5]. Эффективность вакцины проверена на небольшой популяции больных кожной формой сибирской язвы. В 1999 г. вакцинировано более 500 тыс. военнослужащих американской армии без значимых побочных эффектов. В экспериментах на обезьянах (введение на 0 и 2 неделях) показана достаточно высокая эффективность вакцины в случаях аэрозольного заражения.
Российская — живая на основе спор из ослабленных культур бациллы (СТИ-1). Cогласно данным средств массовой информации Украины, в настоящее время данная вакцина, равно как и американская, на территории страны отсутствует.
Вакцинация в настоящее время проводится лишь среди контингента с высокой степенью риска заражения сибирской язвой (работники предприятий по переработке кожевенного сырья и шерсти, мясокомбинатов, ветеринары, сотрудники лабораторий, работающих с возбудителем сибирской язвы). Для экстренной профилактики в России разработан специфический сибиреязвенный иммуноглобулин. Его вводят внутримышечно в дозе 20-80 мл/сутки (в зависимости от клинической формы и тяжести болезни) после предварительной десенсибилизации. Перед введением проводят проверку на индивидуальную чувствительность — вводят внутрикожно 0,1 мл иммуноглобулина, разведенного в 100 раз. При отрицательной пробе через 20 мин вводят подкожно 0,1 мл разведенного (1:10) иммуноглобулина и через 1 час — всю дозу внутримышечно. При положительной внутрикожной реакции от введения иммуноглобулина лучше воздержаться.
Лечение
В связи с угрозой биологического терроризма в настоящее время особое значение должно отводиться ознакомлению широкого круга врачей с современными взглядами на терапию легочной и кишечной форм сибирской язвы. На сегодня эффективными против природных штаммов B. anthracis признаны антибиотики пенициллиновой и тетрациклиновой групп, а также фторхинолоны [6]. Не следует забывать о существовании искусственно созданных патогенных штаммов B. anthracis, данные об эффективности антибактериальных препаратов в отношении их в открытой печати не приводятся. Все заболевшие должны быть изолированы. Согласно [7, 8], современное лечение легочной и кишечной форм сибирской язвы включает:
1. Первичная терапия:
Взрослым — ципрофлоксацин 400 мг внутривенно каждые 12 часов или доксициклин (если подозревается развитие менингита, данный препарат нежелателен, так плохо проникает через гематоэнцефалический барьер) 100 мг внутривенно каждые 12 часов и еще дополнительно один или два антибактериальных препарата (in vitro активность против B. аnthracis выявлена у рифампицина, ванкомицина, пенициллина, ампициллина, хлорамфеникола, имипенема, клиндамицина и кларитромицина).
Детям — ципрофлоксацин (если не возможно внутривенное введение, приемлемо назначение препарата внутрь) 20-30 мг/кг в сутки внутривенно разделенные на два введения, но не более 1000 мг/сутки.
Беременным и лицам с иммуносупрессивными состояниями — то же, что и взрослым (п.1.1.).
2. При выделении известного штамма В. anthracis:
Взрослые — пенициллин G4, 4 млн. ЕД. внутривенно каждые 4 часа или доксициклин (in vitro активность против B. аnthracis вывлена у рифампицина, ванкомицина, пенициллина, ампициллина, хлорамфеникола, имипенема, клиндамицина и кларитромицина) 100 мг внутривенно каждые 12 часов.
Детям в возрасте до 12 лет — пенициллин G (учитывая способность бациллы вырабатывать бета-лактамазу,
пенициллины, ампициллин, амоксициллин малоэффективны даже в сочетании с ингибитором бета-лактамазы — клавулоновой кислотой; цефалоспорины вообще не эффективны), 50000 ЕД/кг внутривенно каждые 6 часов.
Детям в возрасте после 12 лет — пенициллин G (учитывая способность бациллы вырабатывать бета-лактамазу, пенициллины, ампициллин, амоксициллин малоэффективны даже в сочетании с ингибитором бета-лактамазы — клавулоновой кислотой; цефалоспорины вообще не эффективны) 4 млн. ЕД. внутривенно каждые 4 часа.
Доксициклин (in vitro активность против B. аnthracis вывлена у рифампицина, ванкомицина, пенициллина, ампициллина, хлорамфеникола, имипенема, клиндамицина и кларитромицина) также может быть использован в лечении детей, если ребенок весит до 45 кг — назначают 2,5 мг/кг массы тела внутривенно каждые 12 часов, если более 45 кг — доза препарата соответствует взрослым (см. п.2.1.).
Беременным и лицам с иммунодефицитными состояниями — то же, что и взрослым (п.2.1.)
Продолжительность лечения не менее 60 дней (в течение 60 дней из спор возможно образование и размножение бацилл). Внутривенное введение антибактериальных препаратов может быть заменено на прием препаратов внутрь в случае улучшения состояния больного. В случае развития у больного распространенного отечного синдрома, появления дыхательных расстройств или признаков менингита наряду с антибактериальными препаратами парентерально назначают глюкокортикостероиды (еще назначают и при кожной форме сибирской язвы, если ворота инфекции в области шеи, головы)[9].
В период лечения введение сибиреязвенной вакцины может позволить сократить продолжительность антибактериальной терапии до 35-40 дней. Рекомендуемая схема введения: по одной дозе в 0, 2 и 4 недели болезни.
Согласно [8] лечение кожной формы сибирской язвы рекомендовалось проводить амоксициллином, назначаемым внутрь: взрослым, беременным, лицам с иммунодефицитными состояниями и детям свыше 20 кг по 500 мг каждые 8 часов; детям с весом до 20 кг — по 40 мг на 1 кг массы тела, разделенные на 3 приема с интервалом в 8 часов. Длительность лечения, как и при легочной форме. Местное применение антибактериальных препаратов неэффективно. Реалии сегодняшнего дня (использование биотеррористами устойчивых к пенициллинам штаммов В. anthracis) потребовали пересмотра подходов к терапии кожной формы и, согласно [10], протокол лечения кожной формы приведен в соответствие с применяемым при легочной.
Прогноз
Без адекватной терапии смертность при кожной форме сибирской язвы достигает 20%, при своевременном и адекватном лечении — не превышает 1%. При легочной, кишечной формах она приближается к 100%, даже раннее назначение современных антибактериальных препаратов не уменьшает вероятность наступления летального исхода.
Литература
1. Медицинская микробиология, Покровский В.И., Поздеева О.Н. (ред.),Москва, Медицина (1998).
2. Mock M and Fouet A., Anthrax Annu Rev Microbiol., 55, (2001)
3. Методические указания по лабораторной диагностике сибирской язвы у животных и людей и обнаружению возбудителя сибирской язвы в сырье животного происхождения, в объектах внешней среды (Утверждено МЗ и Медпромом СССР 01.09.1986) Москва (1987).
4. Weyant R. S., Ezzell J. W., and Popovic T., Basic laboratory protocols for the presumptive identification of Bacillus anthracis. Centers for Disease Control and Prevention, 16, USA, (2001).
5. Welkos S, Little S, Friedlander A, Fritz D. The role of antibodies to Bacillus anthracis and anthrax toxin components in inhibiting the early stages of infection by anthrax spores Microbiology Jun, 147, (2001).
6. Franz D.R., Jahrling P.B., Friedlander A., et al., Clinical recognition and management of patients exposed to biological warfare agents, JAMA, 278, 399, (1997).
7. Anthrax as a biological weapon medical and public health management (CONSENSUS STATEMENT), JAMA, May 12, 281, 1735 (1999).
8. Update: investigation of bioterrorism-related anthrax and interim guidelines for exposure management and antimicrobial therapy, October 2001, MMWR, 50, 909 (2001).
9. Dixon T.C, Meselson M., Guillemin J., and Hanna P.C., Anthrax, N. Engl. J. Med.,341,815 (1999).
10. CDC.Update: investigation of anthrax associated with international exposure and interim public health guidelines, October 2001, MMWR, 50, 889 (2001).