《病原生物学与免疫学》第二章--细菌概述

第二章细菌概述第一节细菌的形态与结构第二节细菌的生长繁殖与代谢第三节细菌与外界环境第四节细菌的致病性与感染学习目标：1.掌握:细菌的基本形态、基本结构和特殊结构；熟悉细胞壁的结构及意义；了解细菌基本结构和特殊结构的功能。2.掌握:培养基与菌落的概念、细菌生长繁殖的条件、细菌代谢产物在医学上的意义；熟悉细菌在培养基中的生长现象及人工培养细菌的实用意义。3.掌握:消毒、灭菌、正常菌群、条件致病菌、医院感染的概念；熟悉常用消毒灭菌的方法及其实际应用；了解常用化学消毒剂的作用原理、用途及影响消毒灭菌效果的因素。4.掌握:细菌的致病因素，特别是内、外毒素的区别；熟悉细菌的感染和致病性；了解细菌的感染方式、感染途径、感染的类型。第一节细菌的形态与结构一、细菌的大小与形态（一）细菌的大小细菌个体微小，肉眼不能直接看见，需用显微镜放大数百倍甚至千倍才能看到。一般以微米（1μm=1/1000mm）为测量单位。不同种类细菌大小不一，同一种细菌也因菌龄和环境因素影响而有差异。多数球菌的直径为1μm,中等大小杆菌长2～3μm,宽0.3～0.5μm。（二）细菌的形态细菌的基本形态有球形、杆形和螺形三种，所以根据其基本形态可将细菌分为球菌、杆菌和螺形菌三大类（图2-1）。1.球菌外观呈圆球形或近似球形。根据其分裂后的排列方式不同可分为：（1）双球菌：在一个平面上分裂，分裂后两个菌体成对排列，如脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌。（2）链球菌：在一个平面上分裂，分裂后多个菌体粘连成链状，如乙型溶血性链球菌、唾液链球菌。（3）葡萄球菌：在多个不规则的平面上分裂，分裂后菌体无一定规则地堆积在一起成葡萄状,如金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌。2.杆菌菌体呈杆状或球杆状，也有的稍弯。多数杆菌的两端呈钝圆形，分散排列，为球杆菌，如大肠埃希菌；少数两端平齐呈竹节状排列，为链杆菌，如炭疽芽胞杆菌；有的杆菌末端膨大成棒状，为棒状杆菌，如白喉棒状杆菌；个别类型末端常呈分叉状，如双歧杆菌。3.螺形菌菌体呈弯曲状，按其弯曲程度不同可分为两类。（1）弧菌：菌体只有一个弯曲，呈弧形或逗点状，如霍乱弧菌。（2）螺菌：菌体有数个弯曲，如鼠咬热螺菌。有的菌体细长弯曲呈弧形或螺旋形，称为螺杆菌，如幽门螺旋杆菌。二、细菌的结构（一）细菌的基本结构基本结构即所有细菌都具有的结构。包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核质。1.细胞壁细胞壁是位于细菌细胞膜外的一层坚韧而富有弹性的膜状结构。其主要功能有：①维持细菌的固有外形；②保护细菌抵抗低渗的外环境；③参与细胞内外的物质交换；④具有免疫原性。细胞壁的化学组成比较复杂，并随不同细菌而异。用革兰染色法可将细菌分为两大类，即革兰阳性菌（G+）和革兰阴性菌（G-）。两类细菌细胞壁的结构和化学组成有明显的差异（表2-1）。表2-1革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁的比较细胞壁革兰阳性菌革兰阴性菌强度较坚韧较疏松厚度厚,20～80nm薄,10～15nm肽聚糖含量多,占胞壁干重50%～80%少,占胞壁干重10%～20%磷壁酸有无外膜无有青霉素作用敏感不敏感细胞壁革兰阳性菌革兰阴性菌强度较坚韧较疏松厚度厚,20～80nm薄,10～15nm肽聚糖含量多,占胞壁干重50%～80%少,占胞壁干重10%～20%磷壁酸有无外膜无有青霉素作用敏感不敏感细菌细胞壁的主要化学成分是肽聚糖又称黏肽，为革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁所共有。革兰阳性菌的细胞壁中肽聚糖层数多（约15～50层），含量高，占细胞壁干重的50%～80%。凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质，均能损伤细胞壁而使细菌变形或裂解。如青霉素和溶菌酶能干扰肽聚糖的合成，故对革兰阳性菌有杀灭作用。革兰阳性菌的细胞壁较厚，除肽聚糖外还含有大量的磷壁酸。磷壁酸是革兰阳性菌的重要表面抗原，并与细菌的致病性有关。革兰阴性菌的细胞壁较薄，但结构复杂。细胞壁肽聚糖结构只有1～3层，含量少，占细胞壁干重的10%～20%。在肽聚糖层外还有较厚的外膜结构。外膜是革兰阴性菌细胞壁的主要结构，占细胞壁干重的80％，由内向外依次为脂蛋白、脂质双层和脂多糖三层组成。脂多糖（LPS）为革兰阴性菌的内毒素，与细菌的致病性有关。由于革兰阳性菌和革兰阴性菌的细胞壁结构不同，导致两类细菌在染色性、免疫原性、致病性以及对药物的敏感性等方面均有很大差异。如果细胞壁受损，细菌在高渗环境中仍可生长繁殖，则称为细菌细胞壁缺陷型或L型。2.细胞膜细胞膜是位于细胞壁内侧紧包在细胞质外面的一层柔软并富有弹性的半透性生物膜。主要化学成分为脂质、蛋白质及少量多糖。其基本结构与其他生物细胞膜基本相同，由脂质双层构成，其内镶嵌着具有特殊作用的酶和载体蛋白。细胞膜的主要功能有：①参与细胞内外物质交换；②参与细胞的呼吸过程；③是细菌生物合成的重要场所。另外还与细菌的分裂有关。3.细胞质细胞质是由细胞膜包裹的透明胶状物。其基本成分是水、无机盐、蛋白质、脂质、核酸及少量的糖。细胞质内含有多种酶系统，是细菌新陈代谢的主要场所。此外细胞质中还含有多种重要结构：（1）核糖体：又称核蛋白体，是游离于细胞质中的微小颗粒，数量可达数万个，由RNA和蛋白质组成。核糖体是细菌合成蛋白质的场所。有些抗生素如链霉素、红霉素，能与细菌核糖体结合，干扰蛋白质合成而导致细菌死亡。但该类抗生素对人体核糖体无影响。（2）质粒:是细菌染色体外的遗传物质，为环状闭合的双链DNA分子。其主要特性有:①携带遗传信息，控制细菌某些特定的遗传性状；②能自我复制，并随细菌的分裂转移到子代细胞中；③还可通过接合或转导方式在细菌间传递。医学上重要的质粒有F质粒（致育性质粒）和R质粒（耐药性质粒）等，分别决定细菌性菌毛生成、耐药性形成等。4.核质细菌是原核细胞，无核膜和核仁。核质由一条双链环状的DNA分子反复盘绕卷曲而成，与细胞质界限不明显，多位于菌体中央，故称拟核。核质具有细胞核的功能，是细菌遗传变异的物质基础。（二）细菌的特殊结构细菌的特殊结构指某些细菌特有的结构，包括荚膜、鞭毛、菌毛和芽孢等。1.荚膜荚膜是某些细菌分泌并包绕在细胞壁外的一层较厚的黏液性物质。用一般染色法荚膜不易着色，在普通显微镜下只能看到菌体周围有一层透明圈（图2-2），用特殊的荚膜染色法可将荚膜染成与菌体不同的颜色。荚膜的化学成分随种而异，多数细菌的荚膜为多糖。荚膜形成的意义:①荚膜与细菌的致病性有关。荚膜具有抵抗吞噬细胞的吞噬作用，保护细菌免受或降低溶菌酶、补体、抗体及抗菌药物的损害作用；②荚膜成分具有免疫原性，可作为细菌鉴别和分型的依据；③荚膜具有抗干燥作用。2.鞭毛鞭毛是某些细菌菌体上附着的细长呈波状弯曲的丝状物。经特殊的鞭毛染色后普通显微镜下可见。按鞭毛的数目和部位，可将有鞭毛的细菌分为四类：①单毛菌；②双毛菌；③丛毛菌；④周毛菌（图2-3）。鞭毛的意义:①鞭毛是细菌的运动器官，有鞭毛的细菌能运动，无鞭毛的细菌不能运动；②鞭毛的化学成分主要是蛋白质，具有免疫原性，通常称为H抗原，可用于细菌的鉴别；③有些细菌的鞭毛与致病性有关。如霍乱弧菌、空肠弯曲菌等借鞭毛的运动穿透小肠黏膜表面的黏液层，使菌体黏附于肠黏膜上皮细胞而导致病变。3.菌毛菌毛为存在于许多革兰阴性菌和少数革兰阳性菌菌体表面较鞭毛细而短直的丝状物。只能在电镜下观察到（图2-4），与细菌的运动无关。菌毛按其功能可分为两类：①普通菌毛：遍布于菌体表面，短而直，每个细菌可有数百根。普通菌毛具有黏附作用，可黏附于呼吸道、消化道、泌尿生殖道黏膜上皮细胞表面，进而侵入黏膜引起感染，故普通菌毛与细菌的致病性有关。②性菌毛：数量少，只有1～4根，比普通菌毛长而粗，为中空管状，仅见于少数革兰阴性菌。通常把有性菌毛的细菌称为雄性菌（F+菌），无性菌毛的细菌称为雌性菌（F毛可在细菌间传递遗传物质，如细菌的耐药性质粒可通过此方式传递。4.芽孢芽孢是某些细菌在一定环境条件下，细胞质脱水浓缩在菌体内形成的一个圆形或椭圆形小体。芽孢壁厚，不易着色，需经特殊染色后才能在光学显微镜下观察到。芽胞是细菌抵抗不良环境形成的休眠状态。当环境条件适宜时，芽孢又可发育成菌体。与芽胞相比，菌体能进行分裂繁殖，称为繁殖体。一个细菌只能形成一个芽孢，一个芽孢发芽也只能形成一个繁殖体，所以芽孢不是细菌的繁殖方式。芽胞形成的意义：①芽胞的大小、形状和在菌体中的位置随菌种而异，可用以鉴别细菌（图2-5）；②芽胞对高温、干燥、化学消毒剂和辐射等理化因素具有很强的抵抗力。故临床护理实践中对医疗器械、敷料、培养基等进行灭菌时，应以杀灭芽胞为标准。第二节细菌的生长繁殖与代谢细菌的生长繁殖与环境条件密切相关，条件适宜时，细菌的生长繁殖及代谢旺盛。改变条件可使细菌生长受到抑制甚至发生变异或死亡。一、细菌的生长繁殖（一）细菌生长繁殖的条件1.营养物质一般细菌所需的营养物质包括水分、无机盐类、含碳化合物、含氮化合物等，有些细菌还需要生长因子。生长因子是某些细菌生长所必需而自身又不能合成的有机化合物，主要是B族维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶等。2.酸碱度大多数病原菌的最适酸碱度为pH7.2～7.6，个别细菌如霍乱弧菌在PH8.4～9.2的碱性条件下生长最好，结核分枝杆菌则为pH6.5～6.8。3.温度大多数病原菌生长最适温度为37℃，与人体正常体温相同。4.气体细菌生长繁殖需要的气体主要是氧和二氧化碳。根据细菌对氧的需求不同，可将细菌分为四类：①专性需氧菌：必须在有氧的环境中才能生长，如结核分枝杆菌；②专性厌氧菌：只能在无氧状态下生长，如破伤风芽孢梭菌；③兼性厌氧菌：在有氧或无氧环境中均能生长，但在有氧时生长较好。大多数病原菌都属于此类，如葡萄球菌；④微需氧菌：在低氧压（5%～6%）状态下生长最好。若氧压大于10%，对其有抑制作用，如空肠弯曲菌、幽门螺杆菌。一般细菌在代谢过程中自身产生的二氧化碳即可满足需要，某些细菌如脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌在初次分离培养时，必须供给5%～10%的二氧化碳才能生长。（二）细菌的繁殖方式与速度细菌以二分裂方式进行无性繁殖。在适宜条件下，细菌繁殖的速度很快。大多数细菌约20～30分钟繁殖一代，少数细菌繁殖速度较慢，如结核分枝杆菌需18～20小时繁殖一代。若按每20分钟繁殖一代计算，10小时后，1个细菌可分裂达10亿个以上。但实际上，由于营养物质逐渐消耗，毒性代谢产物逐渐积累，细菌繁殖速度会递减，死亡细菌数逐渐增加，活菌增长率随之下降。一般细菌培养8～18小时生长最旺盛，大小、形态、生理特性等都比较典型。（三）细菌的人工培养1.培养基用人工方法配制的适合于细菌生长繁殖的营养物质，称为培养基。培养基的种类很多，按理化性状可分液体、半固体和固体培养基。按用途可分基础培养基、营养培养基、选择培养基、鉴别培养基和厌氧培养基等。2.细菌在培养基中的生长现象将细菌接种到培养基中一般经37℃培养18～24小时后，即可观察生长现象。不同细菌在不同培养基中的生长现象不同：（1）液体培养基中的生长现象：多数细菌在液体培养基中生长繁殖后呈均匀混浊状态；少数链状细菌则呈沉淀生长；枯草芽孢杆菌、结核分枝杆菌等需氧菌在液体表面常形成菌膜，呈膜状生长。在临床护理实践中应注意观察注射用制剂的性状变化，严禁将被细菌污染的制剂注入机体。（2）固体培养基中的生长现象：细菌在固体培养基上可形成菌落，单个细菌在固体培养基上生长繁殖形成的肉眼可见的细菌集落称为菌落。一个菌落一般是由一个细菌繁殖形成，故可将含有多种杂菌的标本划线接种于固体培养基的表面，以分离纯种。不同细菌在固体培养基上形成的菌落大小、形状、颜色、透明度、湿润度以及在血平板上的溶血情况等都有所不同,故菌落的特征可作为鉴别细菌的重要依据。当细菌在固体培养基表面密集生长时，多个菌落融合在一起，称为菌苔。（3）半固体培养基中的生长现象：将细菌穿刺接种于半固体培养基中，有鞭毛的细菌可沿穿刺线向四周扩散呈羽毛状或云雾状混浊生长；无鞭毛的细菌只沿穿刺线生长。可借此来检查细菌有无鞭毛和动力。3.人工培养细菌的意义临床培养细菌的目的主要是对患者做出病原学诊断，通过细菌药物敏感试验来选择有效的抗生素进行治疗。另外，细菌培养还可用于细菌的鉴定和研究、开发生