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病原生物学出版教材-文字教材:高级医学微生物学(主编)第7章 正常菌群与微生态失调

病原生物学出版教材文字教材:高级医学微生物学(主编)第7章 正常菌群与微生态失调:第7章正常微生物群与微生态失调由于对人体微生态平衡的重要性认识不足,临床上泛用、滥用抗菌药物而诱发的各种微生态失调或感染屡见不鲜,如抗生素相关性腹泻假膜性肠炎、肠源性感染、败血症、医院获得性肺炎等,对病人、医院和社会均造成不同程度的损害或负担。许多微生态学和临床微生物学专家呼吁,为了维护人类的健康,不仅要保护宏观生态平衡,而且要保护人体微生态平衡。因此,了解人体正常微生物群与其宿主的相互关系对

第7章  正常微生物群与微生态失调

由于对人体微生态平衡的重要性认识不足,临床上泛用、滥用抗菌药物而诱发的各种微生态失调或感染屡见不鲜,如抗生素相关性腹泻假膜性肠炎、肠源性感染、败血症、医院获得性肺炎等,对病人、医院和社会均造成不同程度的损害或负担。许多微生态学和临床微生物学专家呼吁,为了维护人类的健康,不仅要保护宏观生态平衡,而且要保护人体微生态平衡。因此,了解人体正常微生物群与其宿主的相互关系对临床上防治微生态失调具有重要意义。

第一节  微生态学基本概念

一、微生态学定义

生态学(ecology)是一门研究有机体与环境相互关系的学科,最早由德国生物学家Haeckel于1866年提出。之后,有关生态学的研究不断深入和普及,发展成为一个庞大的学科群,研究领域逐步从宏观层次向微观层次发展,因而出现微生态学(microecology)。

关于微生态学的定义,由于各个时期研究的着眼点不同,曾经出现过多种解释。1977年,德国Rush博士首次将微生态学定义为“研究正常微生物群生态规律的科学”,1985年他又提出微生态学是细胞水平或分子水平的生态学。目前,多数微生态学者认为微生态学是一门研究正常微生物群的结构、功能,以及与其宿主相互关系的一门新兴学科,研究范畴包括微生物与微生物、微生物与宿主,以及微生物和宿主与外界环境的相互关系,侧重研究正常微生物群的生态平衡、生态失调和生态调整。

二、微生态空间

微生态空间  是指生物个体(宿主)内部的各系统、器官、组织、细胞等各个层次的微环境,其结构比宏观生态空间更为复杂,按层次的不同,可将微生态空间分为宿主个体、微生态区、微生境、微生态点、微生态位。人体不同部位的物质条件不同,适合不同的微生物定植。

宿主个体  是最大的微生态空间,包括许多亚结构。

微生态区(microbiotic area)  是宿主体内区域相近而功能相异的亚结构,如皮肤、口腔、呼吸道、消化道、泌尿生殖道等系统或器官。

微生境(microhabitat)  又称微生物的栖息地,是微生物与宿主相互选择、相互依赖的不断生物进化过程中逐步形成的微小环境,即各个系统或器官中的某一位置,如口腔内的牙龈、舌、口腔粘膜。

微生态点(microbiotope)  是微生境的亚结构,如回肠作为一个生境,但不同的肠段,甚至同一肠段中肠腔、肠粘膜表面或肠隐窝内所形成的微环境是有差别的,所栖息的微生物也不一样,因而构成了不同的微生态点。

微生态位(microniche)  是一个比微生境、微生态点更为复杂的概念,不仅包括空间结构,而且包括空间结构与各种微生物群之间相互作用,也就是说,微生态位是微生物群与微生境的统一体。

三、微生态系统

微生态系统是指宿主个体与其所携带的正常微生物群的统一体,也可称为有规律的复合体,或者说有序的整体。在这统一体内,彼此间相互作用、相互依赖,不可分割,达到一种和谐的微生态平衡状态。

人体微生态系统十分庞大、复杂,包含着若干个层次,每个层次在生态结构和功能上具有相对独立性。我国微生态学家康白教授认为,微生态系统可分为总微生态系、大微生态系、小微生态系、微群落及微种群五个层次。

微生态系(microecosystem)  是指在宿主一定结构的空间内,正常微生物群以宿主组织和细胞及其代谢产物为环境,在长期进化过程中形成的能独立进行物质、能量及基因相互交流的统一的生物系统。因此,临床上防治某一系统或器官的疾病时,应考虑到该部位微生态系的结构和功能,采取必要的保护措施,否则就可能出现微生态失调。

微群落(microcommunity)  是隶属于宿主体内特定微生态系的亚结构,它具有特异的空间位置(微生境)。各个微群落之间互有联系,但一般互不侵犯,各自保持相对的独立性和稳定性。

微种群(micropopulation)  是指一定数量同种微生物与其所占据的生态位所组成的统一体。微种群数量受到极其复杂的因素控制。

四、微生态动力学

微生态空间和微生态组织构成不同层次的微生态系,而微生态系又必须与微生态时间构成统一体,才能形成微生态系的动象或动态平衡。在自然或人工因素影响下,正常微生物群在宿主一定解剖部位的微生态空间中发生、发展和消亡,这一过程称为微生态演替(microecological succession),包括初级演替、演替峰顶和次级演替三个阶段。

微生物定植按一定的先后顺序的过程称为初级演替。例如,新生儿出生时,肠道是无菌的,但出生后1~2h很快从母亲及外环境获得细菌,开始以需氧菌和兼性厌氧菌为优势菌群,这些菌在生长过程中消耗氧气,创造了一个高度还原状态,有利于厌氧菌的定植和生长,4d后厌氧菌成为优势菌群,从而完成初级演替。某一微生境内菌群的数量和种类基本稳定后,其功能也达到较佳状态,称为峰顶(climax)。次级演替是指因疾病、用药、各种物理、化学、生理因素等引起的微生态的演变。

正常微生物群在正常情况下,易在其原籍生境定居,不易在外籍生境定居,从而保持机体的自稳状态。但可发生微生态迁移,即由原籍生境转移到外籍生境,甚至由原来的固定宿主转移到新的宿主。

五、微生态系中的“三流”运转

栖息在人体的正常菌群大部分与人体细胞密切接触,彼此交换能量、物质和遗传信息,对保持人体生态平衡和内环境的稳定起有重要作用。

能量流动  能量是各种生物赖以生存的基础,是微生态系中的动力。在微生态系中,正常微生物群与宿主之间、微生物群与微生物群之间,正是通过能量的转化、传递紧密联系起来。人体微群落的能量消耗大小,直接与宿主从外环境摄入的营养有关,因为能量以食物形式存在。

物质流动  为了生存和繁衍,正常微生物群不仅需要能量,而且需要物质。物质是能量的载体,是微生物维持生命活动所进行的生物化学过程的结构基础。物质在宿主、正常微生物群、微环境之间流动。例如,在电镜下观察发现,肠道粘膜上皮细胞的微绒毛与细菌菌毛之间有物质交换的迹象。又如,肠道正常菌群从人体消化道中摄取营养,参与营养物质的分解和合成代谢,合成维生素和大量酶类为宿主细胞利用,同时又能使硝酸盐转化为重要致癌物亚硝胺类化合物,对宿主细胞造成损害。

基因流动  借助质粒和噬菌体,正常微生物群之间经常发生基因流动。例如,在抗生素应用的强大选择压力下,耐药基因通过质粒、转座子或噬菌体介导在细菌之间转移,使敏感菌株获得耐药性,免遭抗生素杀灭。温和噬菌体感染细菌后不增殖,不裂解细菌,其核酸可整合到细菌染色体DNA上,与细菌染色体一起复制,当细菌分裂时又能传至子代细菌。以温和噬菌体为媒介,供体菌DNA片段可转移到受体菌内,使受体菌获得新的生物学性状。一些病毒(如乙型肝炎病毒)基因组可整合于人体细胞基因组,导致细胞基因组的结构和功能失去正常生态平衡,发生肿瘤。

第二节  正常微生物群的组成及生理作用

一、正常微生物群定义

在人体体表和与外界相通的腔道中经常寄居的,对人体无损害作用的微生物,通称正常菌群(normal flora)或正常微生物群(normal microbiotia)。正常微生物群对其宿主有益无害,而且是必需的。

一个健康成年人大约由1013个体细胞组成,而全身定植的正常微生物总数高达1014个,主要分布于皮肤、口腔、消化道、呼吸道和泌尿生殖道。在长期历史进化过程中,通过适应和自然选择,正常菌群中不同种类之间,正常菌群与宿主之间,正常菌群、宿主与环境之间,始终处于动态平衡状态中,形成一个相互依存、相互制约的系统,因此,在正常状态下,正常微生物群对宿主不表现致病作用。

正常菌群在宿主出生后,即在体内建立并持续存在,可分为两大类:

1.常住菌群(resident flora) 亦称原籍菌群(autochthonous flora),是由相当固定的细菌组成,有规律地定居于特定部位,成为宿主不可缺少的组成部分。

2.过路菌群(transient flora) 亦称外籍菌群(a11ochthonous flora),是由非致病性或潜在致病性细菌所组成,来自周围环境或宿主其它生境,可能在皮肤粘膜上存留数小时、数天或数周。如果常居菌群发生紊乱,过路菌群可能在人体内大量生长繁殖,引起疾病。

二、人体微生态区正常微生物群的组成

(一)皮肤

正常人体皮肤表面分布着大量的正常微生物群,其种群和数量在不同个体之间、在同一个体的不同部位存在着一定的差异,与个人的生活习惯、职业以及环境因素有较密切的关系。常见的微生物群包括:表皮葡萄球菌、类白喉杆菌、厌氧丙酸杆菌、绿脓杆菌、分枝杆菌、变形杆菌、芽胞杆菌、厌氧痤疮棒状杆菌、大肠杆菌、新型隐球菌、皮肤癣菌、孢子菌等。各种细菌的数量按每平方厘米计,从数十个至数万个不等。这些细菌绝大数为正常菌群,正常状态下处于一种动态平衡,不会引起病变,如皮肤受损、大面积烧伤、电离辐射等,机体防御机能减退,一些正常菌群就可能转变成致病菌,引起局部感染,甚至败血症。

(二)口腔

口腔具有适宜微生物定居的温度、湿度、营养以及特定的解剖结构,成为人体最复杂的微生态系。多种正常微生物群在口腔不同部位共生、竞争和拮抗,对维持口腔的健康起重要作用。由于口腔结构以及生活习惯的改变,口腔菌群经历了四个不同时期的演替,即:

新生儿期:新生儿口腔一般无定植菌,3~4d后定植的细菌数量猛增,主要是需氧和兼性厌氧菌,如表皮葡萄球菌、口腔链球菌、奈瑟球菌和乳杆菌等,也有少量厌氧菌,如韦荣球菌。在一些新生儿口腔中亦可检出白假丝酵母菌,其过度增殖可引起鹅口疮

幼儿期:由于乳牙的萌出,增加了细菌定植的空间,微生物的数量明显增加,其中血链球菌和变异链球菌成为优势菌群,后者与踽齿的发生有关。

青春期:随着恒牙的完全萌出,恒牙间深沟裂、龈沟的形成,较适宜于厌氧菌的定植,使黑色类杆菌、梭杆菌和螺旋体等显著增加,并通过微生物之间栖生关系达到动态平衡。

成年期:由于个体差异明显,细菌组成和变化复杂多变,其中,

(1)唾液:50%为口腔链球菌,以唾液链球菌和米蒂链球菌为主。

(2)粘膜表面:唇红缘的主要菌群包括微球菌和表皮葡萄球菌。唇粘膜的口内部分、颊粘膜和硬腭的优势菌群是口腔链球菌。软腭的正常菌群主要包括口腔链球菌和咽部的常住菌,如嗜血菌属、棒状杆菌属。舌背的优势菌是唾液链球菌和G丝状菌,舌腹受唾液菌群影响,其常住菌波动较大。牙龈优势菌群主要是G球菌和杆菌。血链球菌是健康龈沟中的优势菌群,能产生细菌素样物质,对多种牙周可疑致病菌有较强的拮抗作用,对维持牙周的健康、免疫、营养以及生物拮抗作用起重要作用。

(3)牙齿:口腔微生物是以牙菌斑的形式定植于牙面,牙齿光滑面菌斑的优菌菌群以需氧和兼性厌氧的球菌为主,如口腔链球菌和奈瑟球菌。颌面点隙沟裂菌斑主要包括变形链球菌、血液链球菌、粘性放线菌以及韦荣球菌,颌面间隙菌斑主要以粘性放线菌、内氏放线菌以及血链球菌为主。牙石是钙化的菌斑,其优势菌群包括血链球菌、内氏放线菌、奈瑟球菌、核梭杆菌以及韦荣球菌等。

(4)矫治装置:患者戴用可摘义齿后,形成新的特殊生态环境及新的滞留区,原有的口腔微生态平衡被破坏,唾液流速减慢,冲洗作用减弱,有利于微生物的附着、定居和生长,龈下菌斑中变形链球菌、核梭杆菌及螺旋体的数量显著增加,而球菌的比例则明显减少。

(三)消化道

消化道包括口腔、食管、胃、小肠和大肠。食管粘膜尚未发现原籍菌群。

胃  由于胃酸具有杀灭微生物的作用,因此,口腔微生物进入胃后大部分被胃酸所杀灭,胃内微生物的种类及数量均较少,大多是乳杆菌、双歧杆菌、消化链球菌等,细菌数量通常<103/ml,在无酸或胃酸减少的胃中细菌数量会明显增多。定居于胃粘膜小凹的幽门螺杆菌是胃的原籍菌还是外籍菌目前仍未定论。幽门螺杆菌能粘附于胃粘液层、粘膜上皮细胞表面以及十二指肠的胃化生区,是引起慢性活动性胃炎和消化性溃疡的重要病原菌。

小肠  包括十二指肠、空肠和回肠,由上而下细菌数量逐渐增多。肠液流量大,足以将细菌在繁殖前冲洗到远端回肠和结肠。另外,胆汁具有抑菌作用。因此,十二指肠和空肠细菌含量极低,细菌数量为0~105/ml,主要菌种是G需氧菌,包括肠球菌、葡萄球菌、链球菌、乳杆菌和酵母菌等。回肠的细菌含量显著上升,含菌浓度为(103~107)/ml,以厌氧菌和大肠菌群为主,G菌开始超过G菌。

大肠  包括肠和结肠,是人体最大的储菌库。干大便重量的1/3是由细菌组成的。通过回盲瓣,细菌浓度高达(1010~1012)/ml,种类达400多种,其中主要是厌氧菌,占99%以上。主要菌种有双歧杆菌、拟杆菌、真杆菌和厌氧的G球菌,以及葡萄球菌、变形杆菌、假单胞菌、乳杆菌、大肠杆菌、链球菌等。正常人结肠中主要菌群是相同的,并保持相对稳定,对人体健康起着重要的生理作用。

(四)呼吸道

一般来说,健康人的鼻窦是无菌的,下呼吸道尤其是细小支气管以下的部分、肺内和胸腔也是处于无菌状态。鼻咽部则富含多种菌群,主要为甲型链球菌和对人体无致病性的淡黄色奈瑟球菌,亦有多种致病菌,如肺炎链球菌、流感嗜血杆菌和金黄色葡萄球菌等。甲型链球菌对维持人体呼吸道的健康最为重要,它对咽部G杆菌等条件致病菌的异常定植具有重要的拮抗作用。

(五)泌尿生殖道

就微生态系而言,主要指女性泌尿生殖道,其中阴道和宫颈是重要的生境。健康妇女的宫腔和输卵管是无菌的。寄生于正常阴道内的微生物群主要有细菌、真菌、原虫和病毒,大多栖居在阴道的粘膜皱褶以及穹窿部。阴道内主要的常住菌群有:乳杆菌、表皮葡萄球菌、大肠杆菌、棒状杆菌、B族链球菌、粪链球菌、支原体、白假丝酵母菌等,其中,乳杆菌数量最多,在维持阴道微生态平衡中起重要作用。

宫颈周围及宫颈口液体富含糖、蛋白以及电解质,温度适宜,氧浓度低,适宜多种厌氧菌的生长繁殖,因此,宫颈的常住菌是产黑色素类杆菌和消化球菌等厌氧菌,亦有少量的棒状杆菌、链球菌以及白假丝酵母菌定植。宫颈管内含有碱性的粘液栓,使其和外界隔开,其内细菌量极低,仅含部分厌氧菌。

三、正常微生物群的生理作用

正常菌群对构成微生态平衡起重要作用,主要生理学功能有:

生物拮抗作用:正常菌群在宿主皮肤粘膜表面特定部位粘附、定植和繁殖,形成一层菌膜屏障,通过拮抗作用(包括免疫作用),抑制并排斥外籍菌的入侵和群集,调整人体微生态平衡。实验发现,以鼠伤寒沙门菌攻击小鼠,需10万个活菌才能使其致死;若先给予口服链霉素,抑制正常菌群,则10个活菌就可引起死亡,这表明应用抗生素破坏正常微生物群后,大大提高了宿主对外袭菌的易感性。

正常菌群拮抗病原菌的机制主要包括:

1.空间争夺  乳杆菌借助其胞外多糖牢固地粘附于无腺体的阴道粘膜上皮,形成空间性的占位性保护作用,从而阻止白假丝酵母菌以及滴虫等病原体的侵入和定植。双歧杆菌通过磷壁酸与肠粘膜上皮细胞结合,定植于粘膜表面,构成人体的天然生物屏障。双歧杆菌还可产生胞外糖苷酶,降解肠粘膜上皮细胞的复杂多糖,这些复杂多糖既是条件致病菌的受体,又是结合毒素的受体,故通过胞外糖苷酶的作用可阻断条件致病菌及毒素对肠粘膜的吸附。

2.营养争夺  例如,口腔中的血链球菌能通过竞争生物素等营养成份,抑制白假丝酵母菌的生长。

3.产生代谢产物  包括乳酸、不饱和脂肪酸、细菌素、过氧化氢、抗生素等。例如,双歧杆菌能产生多种有机酸,导致肠道pH下降而抑制腐生菌,并能产生抗生素样物质,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、福氏志贺菌和伤寒沙门菌等致病菌,以及轮状病毒具有明显的抑制作用。又如,乳杆菌能产生乳杆菌肽,具有广泛的抗菌作用。

免疫作用  正常菌群能刺激宿主产生免疫及清除功能。例如,阴道乳杆菌能激活巨噬细胞,增强其吞噬能力,并释放多种细胞毒性效应分子,如TNF-γ和NO等;同时刺激B淋巴细胞产生多种抗体,提高阴道局部的抗感染能力,有利于抵御外袭菌的入侵。双歧杆菌能促进肠粘膜Peyer's淋巴滤泡的增殖,分泌大量的SIgA,增强粘膜免疫功能,亦可促进小肠粘膜下淋巴细胞的增殖分化,激活巨噬细胞及NK细胞,产生细胞毒性效应分子,如IL-1、IL-6、IL-12、TNF-α、NO以及IFN-γ等。

营养作用  肠内正常微生物,如双歧杆菌、乳杆菌、优杆菌、大肠杆菌等能合成多种人体生长发育必需的维生素,如B族微生素、维生素K等,并参与糖类和蛋白质的代谢,帮助肠道的消化吸收。双歧杆菌所形成的酸性环境有利于二价铁、维生素D及钙的吸收。可见,如果肠道正常菌群发生严重紊乱,宿主就可能出现维生素缺乏症。

排毒作用  双歧杆菌能使肠道过多的革兰阴性杆菌下降到正常水平,减少内毒素的释放量。双歧杆菌产生的酸性产物可保证肠道酸性环境,维持肠道的正常蠕动,以促进排便及各种毒素的排泄。双歧杆菌可将食物中胆固醇转变为胆甾烷和粪烷从粪便中排出。

抗肿瘤作用  能降解、清除体内致癌因子,对已发生病变的组织起调节和修复作用。双歧杆菌抗肿瘤机制主要有:①激活巨噬细胞和NK细胞,分泌具有杀瘤效应的TNF-α、NO、IL-12以及IFN-γ;②通过调控肿瘤细胞凋亡调控基因的表达,最终诱导肿瘤细胞的凋亡;③细胞壁脂磷壁酸对肿瘤细胞具有直接的杀伤效应;④酸化肠道,促进肠蠕动,有利于致癌物的及时清除。

抗衰老作用  研究发现,在出生1周由健康母乳喂养的新生儿粪便中,双歧杆菌占肠道正常菌群的90%以上;但随着年龄的增长,其数量却逐年下降。健康长寿的百岁老人粪便中该菌数量比一般老人高50~100倍。以上提示双歧杆菌与人类的衰老有密切关系,被称为“人类健康卫士”。双歧杆菌能明显提高血浆超氧化物歧化酶以及谷胱甘肽过氧化物酶的活性和水平,具有抗自由基,防止生物膜脂质过氧化的功能;促进T淋巴细胞的增殖与分化,增强宿主的免疫监视和免疫清除功能,及时清除突变和衰老的细胞。

第三节  微生态平衡

微生态平衡(eubiosis)是微生态学中的核心问题,只有对微生态平衡具有正确的认识,才能正确地了解微生态失调,采取合理的生态防治措施,使生态失调恢复生态平衡。

一、微生态平衡的概念

微生态平衡是在长期历史进化过程中形成的正常微生物群与其宿主在不同发育阶段的动态的生理性组合。生态平衡是具体的,没有抽象的生态平衡。不同年龄,不同发育阶段,不同生态空间,不同种属都有其特定的微生态平衡。微生态平衡是在自然条件下自我形成的,在受干扰的情况下可以通过自我调节再度重建。但是,当受到大的干扰和破坏,超过自动调节限度时,则会出现微生态失调。

对微生态平衡的认识,是逐渐深化的。

第一阶段  是从微生物本身来看待微生态平衡问题。在20世纪上半叶,人们重视需氧菌(如大肠杆菌与肠球菌)在微生态平衡中的作用。60年代,发现在人类肠道及其它体腔内厌氧菌占绝对优势,推翻了过去对兼性厌氧菌或需氧菌的认识,人们对厌氧菌的培养方法、分类与鉴定、致病性及分布状态等进行了大量研究,建立了微生态平衡的新概念。

第二阶段,是从微生物与宿主相互关系中看待微生态平衡问题。20世纪60年代后,通过无菌动物模型,各种电镜的直接观察,分子生物学的分析,以及各种生理性细菌治疗微生态失调的反证,对微生态平衡已形成了现代概念。微生态平衡是细胞水平或分子水平上的生态平衡。这个平衡包括微生物与宿主两个方面,而不是单纯的细菌平衡或其反面菌群失调。

二、微生态平衡的标准

是指正常微生物群与其宿主的动态的平衡状态,应包括:

微生物方面  生态平衡应包括定性、定量与定位三个方面。这三个方面不是孤立的,而是同一个事物的三维结构。

1.定位标准(location standard) 指生态空间,对正常微生物群的检查,首先应确定检查的位置。原籍菌与外籍菌在生物学上是相同的,但在生态学是不同的。原籍菌在固有生境是有益的,如果转移到外生境,则可能是有害的。

2.定性标准(quality standard):指对微生物群落中各种群的分离与鉴定,即确定种群的种类。定性检查应包括微生物群落中的所有成员。正常微生物群具有较强的自身稳定性,能阻止外籍菌的定植。但在不合理抗菌治疗下,可出现由耐药菌组成的密集度高而多样性低的菌群,即菌群种类发生改变,引起感染。

3.定量标准(quantity standard) 指对生境内的总菌数和各种群的活菌数的定量检查。定量检查是微生态学的关键技术,因为从定性角度来看,许多微生物到处都可遇到,没有多大意义,而定量检查则可确定其意义,例如,在呼吸道查到少量大肠杆菌并不足为奇,但如果成为优势菌就会引起宿主发病。又如,医院感染的发生常与体内非优势菌过度生长有关。因此从某种意义上,医院感染特别是内源性医院感染就是微生态失调。

宿主方面  微生态平衡的标准必须与宿主的不同发育阶段和生理功能相适应。在人类哺乳、断乳、出牙、换牙、妊娠和分娩都有正常微生物群的变化。如阴道内菌群随内分泌变化而异。初生婴儿阴道pH为5左右,主要为乳杆菌;生后1个月直至青春期,阴道pH升高至7左右,菌群转为表皮葡萄球菌、类白喉杆菌、大肠杆菌等。到青春期后,阴道pH又下降,乳杆菌又占优势,直至绝经期为止。

三、微生态平衡的影响因素

影响因素主要是外环境、宿主与微生物三个方面。例如,影响胃肠道微生态平衡的宿主因素主要有胃酸、肠蠕动、胆汁、粘液和免疫等。外环境主要通过改变宿主的生理功能,间接影响胃肠道微生物群落,如航天人员和极地人员的肠道菌群的组成发生变化。正常微生物群通过产生细菌素、抗生素和其他代谢产物,以及营养争夺、空间争夺,从而阻止外籍菌入侵,保持自身的稳定性。在正常情况下,微生物与微生物之间、微生物与宿主之间保持动态的微生态平衡。

正常菌群向生态平衡或生态失调的转化条件基本上是在外环境影响下,与宿主的生理功能与病理功能密切相关。生态平衡时,可以保持宿主的正常生理功能,如营养、免疫、消化等;生态失调可因慢性病、癌症、手术、辐射、感染、抗生素不合理应用等引起,反过来也可加快这些病理改变的发展。这些因素,相互影响,互为因果。

第四节  微生态失调的分类

正常微生物群之间、正常微生物群与其宿主之间的微生态平衡,在外环境影响下,由生理性组合转变为病理性组合的状态,称为微生态失调(micro_dysbiosis)。

从生态学上,可将微生态失调分为菌群失调、定位转移和宿主转换。

一、菌群失调

菌群失调(dysbacteriosis),亦称比例失调,是指在某一微生境内正常菌群中各菌种间的比例发生较大幅度变化而超出正常范围的状态,特别是原籍菌的数量和密度下降,外籍菌和环境菌的数量和密度升高。严重的菌群失调可使宿主发生一系列临床症状,称为菌群失调症或菌群交替症(microbial selection and substitution)。菌群失调可分为三度,即:

Ⅰ度失调  为可逆性失调。例如,有人服用四环素后,往往抑制了肠道内一部分革兰阴性兼性厌氧菌,并使肠球菌增加,肠菌群在组成和数量上均发生紊乱,出现便秘。而停药后,便秘自然治愈,肠菌群也自然恢复。

据报道,健康儿童肠道菌群中,需氧菌与厌氧菌数量之比为2.63×107∶1.04×1010,近似于1∶1000,而患急性腹泻儿童两者之比为2.14×107∶4.05×107,即厌氧菌数量下降了大约1000倍,表明肠道微生态系统严重比例失调。由于肠道厌氧菌的大量减少,生物屏障结构被破坏,从而有利于病原菌的侵袭与定植,加剧腹泻的发生和肠道菌群的紊乱。因此,Ⅰ度失调若不能及时发现,继续盲目使用广谱抗生素,则可能发展为Ⅱ度乃至Ⅲ度失调。

Ⅱ度失调  是不可逆的,多造成炎症改变。比例失调后,即使诱发原因去掉了,仍然保留原来的失调状态,菌群内生理波动转为病理波动,在临床上表现为慢性肾盂肾炎、慢性气管炎、慢性口腔炎、慢性腹泻、便秘等,这些疾病与菌群失调互为因果。

Ⅲ度失调  亦称二重感染(superinfection),即在抗菌药物治疗原感染性疾病过程中,造成体内菌群失调而产生的一种新感染。在正常情况下,正常菌群在相互制约下维持动态平衡。但是,当较长期应用广谱抗生素后,敏感菌群大部分被抑制,只有少数耐药菌趁机大量繁殖而占绝对优势,引起疾病。

引起二重感染主要以金黄色葡萄球菌、革兰阴性杆菌(如铜绿假单胞菌、大肠杆菌、肺炎克氏菌等)和白假丝酵母菌为多见。二重感染多发生在用药后2~3周,发生率为2%~3%。在临床上主要表现为消化道感染、肺炎、尿路感染、败血症等。二重感染的病原菌常对多数抗菌药物耐药,加以人体抵抗力因原发病和/或原发感染而显著降低,因此,二重感染常难以控制,呈急性状态,病情凶恶,病死率较高。若发生二重感染,除停用原来的抗菌药物外,对检材培养中优势菌需进行药敏试验,以选用合适抗生素治疗。

二、定位转移

定位转移(translocation),又称易位,是指正常菌群由原籍生境转移到外籍生境或本来无菌生存的位置上的一种现象。定位转移可分为两大类:

老区转移  老区是指本来有正常微生物群定植的地方,如口腔。老区转移可分横向转移与纵向转移,前者是指正常微生物从水平的位置向四周转移,例如,肠道杆菌原籍生境为肠道,但当呼吸道的正常微生物群受到抗生素控制后,肠道杆菌可转移到呼吸道,引起感染。肠道杆菌亦可侵犯泌尿道和胆道,分别引起尿路感染和胆囊炎。纵向转移是指正常微生物在原定居部位向纵深转移,如在口腔粘膜表层是需氧菌,中层是兼性厌氧菌,而下层是厌氧菌,上层的细菌可转向深层,甚至进入粘膜下层,引起口腔炎症。

新区感染  新区是指本来无微生物定植的解剖部位或组织,如血液、内脏和体腔,可分为:①血行感染:是指微生物侵入血液,在宿主免疫忍容状态下可发生感染。②远离脏器转移:是指正常菌群在远隔的脏器或组织形成病灶,如肠道菌群多向腹腔转移,口腔、鼻咽部菌群多向呼吸道转移,其次向脑组织转移。

三、宿主转换

正常微生物群在其宿主特定的解剖部位定植,并在长期的历史进化中,形成了微生物与微生物、微生物与宿主、微生物与环境相互适应、相互依赖又相互制约的统一体或生态链。微生物一旦突然改变宿主(易主)则可能不适,从而相互斗争而引起疾病。在一个新建立的生态伙伴中,微生物常常占上风。霍乱鼠疫、流感、各种病毒性脑炎等,在初流行时,发病率与死亡率都很高。经过一段时间流行,微生物与宿主渐趋生态平衡。

现有的致病微生物大多是正常微生物群在宿主转换(host transversion)过程中的一种微生态现象,即在动物或昆虫是正常菌群,转移到人类就可能致病。

宿主转换的方式有:①虫媒方式:在自然疫源地的节肢动物体内存在着细菌、螺旋体、立克次体与病毒,这些微生物在节肢动物体内可长期存在,并不致病,而且对宿主的生长发育和繁殖有益,甚至是必需的。如蚊子能长期保留乙型脑炎病毒和登革病毒,蚤能长期携带立克次体等,这些昆虫通过叮咬,可将其正常微生物群传递给其它动物和人类,从而出现宿主转换现象,可能引起疾病;②经口方式:现在已有很多通过食物链经口感染的人畜共患病。例如,空肠弯曲菌是家禽类肠道正常菌群,侵入人体后可引起腹泻。

第五节  微生态失调的诱因

正常微生物群是一个敏感的系统,宿主的器质、功能性或精神上的任何变化,以及外界环境中的物理、化学或生物性改变都将引起正常微生物群的变化。

发生易位的外籍菌群在有微生物的生境里,必须能粘附于宿主呼吸道、消化道或泌尿道等粘膜上皮细胞上,抵抗正常微生物群的拮抗,耐受宿主的免疫屏障;在无微生物生长的生境里,要适应微生物生态空间,突破细胞免疫与体液免疫等障碍。可见,在正常情况下,定位转移非轻而易举。

但是,如果正常微生物群落构成的生物屏障遭到抗菌药物的破坏,或宿主免疫力下降或器官组织受损,将可能导致外籍微生物发生定位转移,或诱发菌群失调,使正常菌群转化成条件致病菌。因此,影响微生态失调的因素很多,但对宿主,主要是解剖结构和免疫功能异常的影响;对微生物群来说,抗生素的干扰作用是巨大的。

一、宿主方面

免疫力降低  病人免疫缺陷,或患有慢性消耗性疾病,如肝硬化、结核病、糖尿病、肿瘤等,抵抗力普遍下降,易发生内源性感染。

烧伤病人是高度易感的,因为许多正常防御功能如皮肤、粘膜、正常菌群以及白细胞的活动均被破坏,绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等人体正常菌群可趁机大量生长繁殖,引起疾病。

大部分抗癌药物能干扰癌细胞内核酸、蛋白质的合成或直接破坏细胞内DNA,使癌细胞生长停滞。但目前此类药物选择性还不强,对骨髓等生长旺盛的正常组织也有不同程度的抑制作用。同样,放射性治疗在杀灭肿瘤细胞的同时,不可避免地损害宿主防御功能。第二次世界大战,在日本广岛与长崎原子弹爆炸后引起的放射病,最主要的原因是生态失调,即正常微生物群失调引起的各类感染。

人接受一定剂量放射线后,吞噬细胞的功能与数量均下降,淋巴屏障功能减弱,血清的非特异性杀菌作用消失或减少,免疫应答能力明显遭到破坏。而微生物对放射性的抵抗力明显大于其宿主,照射后耐药性提高,毒性增强,从而导致正常微生物群与其宿主的微生态平衡被破坏,微生物侵入组织和血液,引起各种炎症。

激素应用也是病人抵抗力降低原因之一。皮质激素如可的松氢化可的松等对免疫有明显抑制作用。骨髓或器官移植时使用免疫抑制剂,可使人体抗感染能力下降。

物理因素  一切破坏正常生理结构的措施都可引起微生境的破坏,正常微生物群发生定位转移,引起微生态失调。例如,在颅脑手术后,绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、不动杆菌等容易感染。外科手术可使大肠杆菌从结肠进入腹腔可引起腹膜炎,进入泌尿生殖系统可引起膀胱炎、肾盂肾炎,进入血液可引起败血症。各种内镜(胃镜、腹腔镜、支气管镜、膀胱镜)、各类插管导管(动静脉插管、气管插管、心导管、导尿管等)、呼吸机的使用,静脉滴注,心脏起博器放置等,在一定程度上损伤人体的正常防御屏障,为正常菌群侵入非正常寄居部位提供了门户。例如,正常定植呼吸道的甲型链球菌因医源性刺激(插管),或定植口腔的甲型链球菌因拔牙,使该菌进入血液,在受损或人工心瓣膜上定植,引起亚急性细菌性心内膜炎。

化学因素  肝病患者胆汁分泌异常,可引起下消化道正常菌群上行至上消化道定植、繁殖,引起吸收不良综合征和脂肪泻等临床症状,即细菌过生长综合征。胃酸减少或无酸,可使胃内或近端小肠的微生物含量增加。

生理因素  正常健康妇女的阴道具有“自净”作用,即主要正常菌群—嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌产生乳酸,使阴道酸碱度保持酸性(pH4~4.5),从而抑制其他细菌的生长。但由于内分泌(月经)、性生活、上环等生理性因素的影响,这种防御功能一旦被破坏,条件致病微生物(如白假丝酵母菌、消化球菌、类杆菌、支原体)和滴虫可乘机过度繁殖,导致阴道内微生物总量迅速增加(可较正常增加100倍以上),出现细菌性、霉菌性、滴虫性或非特异性阴道炎

二、正常菌群方面

微生物可通过分泌抗生素来控制自身过度繁殖,维护微生态平衡。半个多世纪的人类抗感染史证明,抗生素是一把“双刃剑”,如果应用得当,可抑制致病菌繁殖,有效控制细菌感染性疾病。如果过度使用或滥用,则可能破坏微生态平衡。

在抗生素长期应用的选择压力下,通过基因突变和基因转移,已选育出一批新的对人类危害更大的致病菌和条件致病菌,如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、耐万古霉素肠球菌(VRE)、产超广谱β-内酰胺酶或多重耐药革兰阴性杆菌等,它们对许多抗生素具有抗性,可在住院病人或医护人员中流行,严重污染医院环境。

当患者接受抗菌药物治疗,尤其是长期服用广谱抗生素时,必然使人体微生态系中的大部分敏感菌株(包括致病菌)受到抑制而遭“淘汰”,一些适合细菌生长、原本有正常细菌群落栖息的微生境可能成为空白,这时,来自医护人员、住院已久的病人、医院环境中或患者自身的耐药的条件致病菌(包括真菌)或过路的致病菌株乘虚而入,过度繁殖后,迅速成为新的优势菌,取代敏感的正常菌群的地位,甚至向外流窜,扰乱微生态平衡,引起菌群失调和定位转移,甚至诱发血行、深部组织及内脏的感染。可见,抗生素的大量使用和滥用促进了耐药菌的产生和在宿主体内定植,造成医院感染日趋严重。

细菌获得R质粒,不仅产生耐药性,还可获得产毒因子、粘附因子等,从而增强其致病能力,不易被人体正常菌群所拮抗,易发生定位转移。例如,变形杆菌和表皮葡萄球菌可获得粘附于塑料表面的能力,前者可造成尿路感染,后者使插静脉导管患者发生败血症。

值得注意的是,由于临床上、畜牧业、农业等泛用和滥用抗生素,使人和动物肠道中大肠菌群变成了耐药菌产生、传播和扩散的疫源地。含有大量耐药菌的粪便排入自然界后,在水和土壤的微生态系中继续传播耐药性,导致更多的耐药菌产生和扩散,破坏了自然界微生态平衡。一些老传染病因其病原菌获得耐药性而死灰复燃,如霍乱和结核;一些条件致病菌因产生耐药性或毒力增强,导致新现传染病暴发流行,如大肠杆菌O157∶H7食物中毒。因此,滥用抗生素的恶果是破坏人类整个生存环境,如果不加以控制,21世纪人类将面临更多的条件致病菌和真菌所致的感染性疾病。

第六节  临床上常见的微生态失调

一、口腔感染

最常见的是龋齿(dental caries)和牙周炎(periodontitis),牙菌斑在发病机制上起重要作用。牙菌斑是口腔微生物在牙齿和各种修复体上定植的重要生境,其形成是一动态过程,经历了由新生儿期、幼儿期、青春期和成年期口腔微生物的演替过程,口腔微生物的种类和数量均达到顶峰,其中变异链球菌和乳杆菌大量增加,类杆菌等厌氧菌也因口腔滞留区的增加而明显增多,从而给牙菌斑的形成创造了条件。由于唾液中的含磷唾液糖蛋白在牙石上沉积覆盖,形成获得性薄膜。血链球菌、变异链球菌等在该膜上吸附、增殖和聚集,最后形成牙菌斑。牙菌斑给口腔微生物的定植提供了重要而广阔的微生态环境。

龋齿  是指牙体硬组织缓慢进行无机物脱钙、有机物分解、牙体缺损的疾病。颌面点隙沟裂菌斑与龋齿关系密切,其中致龋菌主要是变异链球菌、乳杆菌、粘性放线菌。变异链球菌对基牙的光滑面以及义齿基托表面具有特殊的亲合力,并能合成不溶于水的葡聚糖,籍此将口腔中数量众多的菌群粘附于菌斑。乳杆菌等致龋菌能分解葡萄糖,产生大量乳酸、甲酸与乙酸,造成牙釉质中钙、磷离子的丢失,形成龋损。高摄入量的蔗糖可使变异链球菌的数量明显增加,因而可能诱发龃齿。

牙周炎  是一类产生牙周组织损伤或破坏的疾病。龈下菌斑与牙周炎的产生和发展密切相关,其中厌氧菌的过度生长是引起牙周组织损伤和破坏的主要原因。目前一般认为,放线共生嗜血杆菌是青少年牙周炎的主要致病菌,牙龈卟啉菌(P.gingivalis)是成人牙周炎的主要病原菌。血链球菌是牙周健康部位龈下主要优势菌,在通常情况下,该菌能抑制牙周炎致病菌在局部的定植和生长,对牙周健康起保护作用,称之为牙周有益菌。在病变部位,血链球菌明显减少或消失,牙周炎致病菌则大量生长繁殖。因此,维持和重建有益菌在局部的优势状态是牙周炎防治的一个重要措施。

揭示牙周细菌在局部粘附定植、生长繁殖的规律及其调节机制,阐明有益菌与致病菌相互作用的分子机制,以及宿主对细菌定植、生长和基因表达的调节,将是今后牙周病微生物病因研究及微生态防治研究的重要内容。

临床研究发现,戴用可摘局部义齿(removable partial dentures)后,余留牙常出现新的龋损和牙周病变,究其原因是,义齿影响舌及口腔软组织在咀嚼过程中对牙齿的生理性自洁作用,导致在义齿和余留牙之间产生新的菌斑滞留区,同时唾液冲洗作用减弱,为致龋菌附着创造条件,余留牙上的菌斑量呈持续性增加,造成口腔微生态环境的改变,从而增加了龋齿和牙周炎的发生。

二、消化道感染

主要有抗生素相关性肠炎、假膜性肠炎、真菌性肠炎、小肠过生长综合征、白假丝酵母菌性食管炎和感染性腹泻等。

抗生素相关性肠炎  属于急性菌群失调,临床表现为排稀便或稀水样便。粪便培养、菌群分析时发现,正常生理菌群减少,尤以革兰阳性杆菌减少,致病菌增多。停用或换用窄谱抗生素后,可使菌群失调恢复正常,腹泻停止;亦可应用微生态制剂。

产生原因是,应用广谱抗菌药物后,肠道内正常菌群中的优势菌,如大肠杆菌、双歧杆菌等被抑制或杀灭,原先肠道内的少数耐药菌,如金黄色葡萄球菌、变形杆菌、假单胞菌属、白假丝酵母菌等,因肠道内细菌共生环境失去平衡而得以过度繁殖,产生毒素或侵入肠粘膜而引起肠炎。

假膜性肠炎  是一种较为严重的抗生素相关性肠炎,临床表现为腹泻、腹痛发热。轻者腹泻每日数次,稀便或水样便。重者浅绿色水泻日达数十次或数千毫升,合并水、电解质紊乱,低血容量性休克,结肠扩张,肠穿孔、出血,甚至死亡。常出现在抗生素治疗过程中或停药后1~2周。对有严重基础疾病或腹部手术后患者,曾使用大量广谱抗生素,发生腹泻时应考虑本病的可能性。

假膜性肠炎主要由艰难梭菌引起,该革兰阳性菌为肠道正常菌群,仅占很小比例。正常情况下,因受肠道优势菌拮抗不能大量繁殖,对人体无害。如果大量使用经肝胆分泌或口服后吸收不完全的抗生素时,优势菌被抑制,来自患者自身或医院环境中的艰难梭菌得以过度生长,释放大量肠毒素(毒素A)和细胞毒素(毒素B),主要损伤结肠粘膜而导致假膜性肠炎。研究表明,除了甲硝唑和非肠道使用的万古霉素外,几乎所有抗菌药物和多种抗肿瘤化学制剂均可诱发艰难梭菌假膜性肠炎,但目前以广谱青霉素、头孢菌素和林可霉素最为常见。

患者便常规有白细胞增多,涂片以G杆菌占优势。大便培养90%以上可发现艰难梭菌。肠镜检查可见粘膜充血水肿、不规则、片状或管形假膜,但一般不主张进行肠镜检查,以防肠穿孔及肠镜难于彻底消毒而造成感染暴发流行。治疗关键措施是停用日前服用的抗生素,加强支持疗法,保持水电解质平衡,禁用止泻药。重症患者或持续不愈者,可首选口服甲硝唑,如无效,则换用万古霉素。并可联合使用微生态制剂。

小肠过生长综合征  由于小肠运动、胃酸和胆汁抑菌作用,正常人小肠上段只有很少的细菌。如果细菌在小肠过度生长,可造成消化吸收障碍及粘膜损害,对脂肪和维生素B12吸收影响最大,主要临床症状是脂肪泻、维生素缺乏症和营养吸收不良。凡具有慢性腹泻、脂肪泻及体重减轻者,尤其是老年人或腹部手术后患者,应考虑此病。

造成小肠细菌过生长的因素有小肠淤滞和抑菌机制障碍,例如,因萎缩性胃炎、外科手术或强抑酸药物治疗溃疡病而导致胃酸缺乏。又如,肝硬化常形成门脉高压症,导致胃肠道淤血、组织水肿和胃肠蠕动减慢,加以肝功能损害使胆汁和胆酸分泌减少,从而影响肠腔内环境而发生微生态失调,结肠和小肠菌群中厌氧菌总数和某些革兰阴性杆菌显著增多,同时,结肠中某些菌如铜绿假单胞菌、拟杆菌、梭菌等上行至回肠内大量繁殖,回肠内粪链球菌上行至空肠和十二指肠内定居生长,从而引起并发症。

治疗的关键是纠正造成小肠细菌过度生长的原因,并可选用广谱抗生素或抑制厌氧菌药物。对老年人采用抗生素治疗无效,有时反而导致菌群失调,可采用支持疗法。

真菌性结肠炎  表现为水样便或稀便,每日数次至数十次。白假丝酵母菌为最常见的病原体。正常结肠内只有少量酵母菌,如果长期应用抗生素、各种细胞毒性免疫抑制剂、皮质激素,肠道正常菌群被抑制,内源性霉菌大量繁殖,引起霉菌性肠炎。通常患者的粪便涂片出现白假丝酵母菌,肠镜可见肠壁白色膜状物。治疗可选用制霉菌素或氟康唑

假丝酵母菌性食管炎  主要表现为咽喉疼痛和咽下困难。食管镜下可见食管粘膜充血、水肿、糜烂、溃疡,触之易出血。粘膜表面覆盖白色斑点或假膜。多见于接受放疗或化疗的肿瘤患者、接受抗生素或皮质激素治疗者和艾滋病患者。

假丝酵母菌性食管炎是白假丝酵母菌侵入食管粘膜形成的一种溃疡性假膜性食管炎。白假丝酵母菌是口腔和肠道的正常菌群,一般不会致病。但当人体抵抗力下降,或应用抗生素杀灭了部分敏感细菌时,引起菌群失调,白假丝酵母菌可乘机大量生长繁殖,侵入食管上皮导致疾病。治疗可选用制霉菌素。

三、下呼吸道感染

医院获得性肺炎(hospital acquired pneumonia)是常见的医院感染,在我国平均发病率约为0.5%~5%,病死率高达20%~50%,为重症患者最重要的死亡原因之一。G杆菌已成为医院获得性肺炎最常见病原菌,主要包括肠杆菌科和非发酵G杆菌。一般认为,口咽部定植菌吸入是医院获得性肺炎最重要的发病机制。正常人口咽部常包括不少可引起肺炎的致病菌,如肺炎链球菌、流感嗜血杆菌、金黄色葡萄球菌和厌氧菌,但G杆菌分离率<5%,而住院患者可迅速发生口咽部G杆菌定植,分离率明显增高,据报道可高达52%。

胃腔内细菌的逆向定植可能是口腔部致病菌定植的重要途径。胃内含有大量耐药的阴沟肠杆菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌等致医院获得性肺炎病原菌,成为内源性感染的主要来源。菌群定位转移可能通过胃液返流或鼻胃管等方式。

正常人因胃酸pH<2,进入胃内的细菌难以存活。但是,当临床不适当应用质子泵抑制剂或H2受体阻滞剂做预防应激性溃疡措施时,胃酸分泌受到抑制,胃液碱化,胃内G杆菌定植增加。另外,由于长期口服抗生素,肠道菌群被严重扰乱,G杆菌大量繁殖,向周围流窜,进入胃内或口腔。此时,如果呼吸道的正常菌群受到抗生素控制后出现空缺,原籍生境为胃肠道的G杆菌可发生定位转移,经口腔进入呼吸道和肺,引起肺炎。

滥用抗生素造成人类上呼吸道菌群失调,菌膜屏障功能下降,有利于耐药的结核分枝杆菌和非结核分枝杆菌的侵入与定植,引起肺结核。这是近年来患有慢性呼吸道疾病且经常使用抗生素的中老年人肺结核发病率较高的原因。

四、阴道感染

虽然不同的健康个体之间阴道的微生物种群有一定的差异,但对每个宿主来说,其种类、数量、比例和分布是相对恒定的。人体阴道微生态群落可随卵巢功能的改变、月经、妊娠、分娩、年龄等因素而变化,但其生理范围内的波动是有益于宿主健康的,是为了适应环境的变化而发生的生态演替。不同种类微生物之间相互拮抗和相互依赖,构成一个动态平衡的生态系统,对维持阴道“自净”作用以及宿主的健康均起重要作用。

由于使用广谱抗生素,卵巢功能的急剧衰退,外科手术、外力和分娩等因素造成阴道损伤,过度使用放射线及免疫抑制剂等,人体阴道的生境将发生急剧变化,阴道微生态平衡遭到破坏,出现菌群失调,此时极易引起阴道的感染性疾病。感染的主要来源是阴道微生态群落中的条件致病菌,如大肠杆菌、类杆菌、消化链球菌、金黄色葡萄球菌、白假丝酵母菌、支原体和滴虫等。阴道菌群失调主要表现为各种类型的阴道炎。

细菌性阴道病  是以阴道加德纳菌、类杆菌、弯曲菌、消化链球菌等多种微生物过度生长,同时伴有乳杆菌减少的阴道菌群紊乱所致的内源性感染。产H2O2的乳杆菌对维持正常阴道生态的抗感染能力起重要作用。细菌性阴道病患者由于乳杆菌的显著减少,导致不产H2O2酶的多种细菌(包括加德纳菌在内)的过度生长,从而引起细菌性阴道病。

临床上治疗细菌性阴道病的主要药物是甲硝唑,口服甲硝唑可使95%的患者临床症状好转,表明细菌性阴道病是多种细菌包括厌氧菌在内的混合感染。但甲硝唑长期应用可引起二重感染,使致病菌过度生长,阴道的正常优势菌乳杆菌不能再重建,从而造成细菌性阴道病患者顽固复发。由于细菌性阴道病的主要病理生理改变是阴道的菌群失调,因此,使用恢复阴道微生态平衡的制剂是治愈的关键措施之一。

滴虫性阴道炎  患者阴道分泌物的滴虫、支原体、链球菌和厌氧菌群的分离率增加,而乳杆菌、假丝酵母菌的分离率下降。目前临床上主要采用甲硝唑口服治疗滴虫性阴道炎,治愈率较高,但用药后复发率较高。近年国内学者用乳杆菌制剂治疗滴虫性阴道炎,结果表明3个月后治愈率可达83.9%,总有效率为96.8%,明显优于甲硝唑。其治疗作用可能是乳杆菌能有效地降低阴道的pH,调节阴道的微生态平衡,破坏滴虫的生态环境。

白假丝酵母菌性阴道炎  是妇科常见病,易反复发作,近年来其发病率呈明显上升趋势。白假丝酵母菌只是阴道菌群中的弱势菌,正常情况下白假丝酵母菌对宿主无致病性,还能协同乳杆菌分解糖原产生乳酸。

诱发白假丝酵母菌转化为致病菌的因素有:①妊娠孕妇体内性激素水平高,导致阴道组织内糖原增高,为白假丝酵母菌的生长繁殖提供充足的碳源;②长期使用广谱抗生素,尤其是氨苄西林、头孢菌素和四环素,导致阴道微生态平衡遭到破坏,乳杆菌数量明显减少,阴道“自净”能力下降,白假丝酵母菌得以过度繁殖,引起真菌性阴道炎。

五、败(菌)血症

医院感染败(菌)血症多数临床症状不典型,常见于有严重基础疾病和免疫功能低下的患者。由于化疗、放疗、侵袭性操作和糖皮质激素及抗生素的应用,致使机体免疫防御功能进一步受损,诱发菌群失调或定位转移,细菌从受损的消化道、呼吸道进入血液而发生感染。病人烧伤特别是严重烧伤后容易发生局部或/全身感染,最常见的感染部位是血液和创面。

败血症最常见的致病菌葡萄球菌,尤其是甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌。其次是革兰阴性杆菌(如大肠杆菌、铜绿假单胞菌、肺炎克氏菌、不动杆菌、嗜麦牙黄单胞菌等)和白假丝酵母菌。致病菌对常用抗菌药物显示较高的耐药性。

例如,某患者因患鼠咬热而住院,血培养证明病原菌为鼠型链丝杆菌,对青霉素和链霉素敏感。经大剂量用药,病情一度好转,但很快恶化而死亡。血培养已无鼠型链丝杆菌。究其原因是,因消灭了病原菌,又发生了肺炎克氏菌败血症。这是我国首例报告因用抗生素所致的二重感染。

又如,白假丝酵母菌是人体的常住菌群之一,能牢固地粘附于人体皮肤、口腔粘膜上皮、阴道粘膜上皮、人工丙烯酸假牙和心瓣膜的表面上。在正常情况下,由于健康人固有菌群相互制约,在口腔粘膜表面上的甲型链球菌,能明显地抑制白假丝酵母菌的表面粘附作用,所以,口腔假丝酵母菌的数量与粘膜上皮细胞数量之比为1∶10。但是,由于抗生素、激素或免疫抑制剂的广泛使用和滥用,导致白假丝酵母菌大量繁殖,二者比例由1∶10逐步增大到10000∶1,微生态则失去平衡。迅速增殖的白假丝酵母菌能形成甘露糖蛋白质复合体菌毛样微丝结构,由于一时性口腔创伤,白假丝酵母菌可进入血液,引起菌血症。另外,当拔牙或切除扁体时,寄居在口腔、龈隙中的甲型链球菌亦可侵入血流引起菌血症。一般情况下,少量白假丝酵母菌或甲型链球菌能被吞噬细胞清除。但是,如果心瓣膜有病变或是人工瓣膜,白假丝酵母菌和甲型链球菌可在其中定植,大量繁殖后,分别引起亚急性真菌性心内膜炎。

六、肠源性感染

肠源性感染,又称为肠道细菌易位,是指肠道细菌穿过肠壁,侵入肠系膜淋巴结、血液、肝、脾等脏器,引起感染,它与脓毒症、急性重症胰腺炎及多器官功能不全的发生密切相关。

肠道是人体最大的贮菌库和内毒素库,存在大量的革兰阴性菌、厌氧菌及真菌。在正常生理状态下,正常微生物群及其毒素并不对机体产生损害。原因在于肠道具有一个高效选择性屏障系统,包括:①正常菌群组成的生物屏障;②完整的肠粘膜上皮、上皮间紧密连接及基底膜等构成的机械屏障;③肠上皮内淋巴细胞、固有层淋巴细胞、派氏集合淋巴结(Peyer's patches)形成的免疫屏障;④肠道消化液构成的化学屏障。

但是,如果肠粘膜屏障功能丧失、肠道菌群失调、宿主免疫功能受损,则可能发生肠源性感染。前二者构成肠源性感染的发生条件,后者是易位细菌存活并造成感染的原因。例如,当严重烧伤后,机体应激反应使内脏血流减少,肠粘膜因缺血缺氧,出现水肿甚至糜烂出血,肠粘膜机械屏障、免疫屏障和化学屏障遭到破坏,同时治疗中使用广谱、大剂量抗菌药物,可能引起胃肠道微生物群出现失调。此时,细菌有可能穿越粘膜屏障,随淋巴液和血流发生定位转移,首先是肠系膜淋巴结,然后是肝、脾、胰、肾,造成肠源性感染。

大量的实验数据也证实了肠源性感染的存在。发生易位的细菌主要是革兰阴性杆菌和肠球菌。

第七节 微生态失调的防治措施

微生态失调的生态防治包括环境、宿主、正常微生物群三个方面,基本原则是,顺应生态系自然规律,因势利导,保护自然生态环境,提高宿主免疫力,扶植正常菌群(尤其是原籍菌群),提高定植抗力(colonization resistance),即提高宿主正常微生物群抵御外籍菌和环境菌定居和繁殖的能力,从而调整微生态失调,恢复和促进微生态平衡。

一、保护微生态环境

宿主的任何病理变化既可以是引起微生态失调的原因,也可以是微生态失调的结果,微生态失调可引起宿主病理改变或疾病,孤立、单纯的菌群失调是非常少见的,微生态失调的防治应从宿主及菌群两方面去研究,治疗宿主的病理状态和疾病。

去除引起微生态失调的宿主的病理状态  小肠上部的细菌过度生长常与胃无酸或肝脏疾病有关,如果治愈这些疾病后,恢复微生态正常菌群,就很容易根除微生态失调,否则即使矫正了微生态菌群失调也很容易再次复发。其他如消化系统 (肝胆、胰腺、肠道疾病、消化功能紊乱)、内分泌系统、循环系统、呼吸系统、泌尿系统等疾病都伴有微生态失调,为使微生态失调恢复正常,治愈或缓解这些原发疾病是必不可少的。

去除异常的解剖结构  异常的解剖结构包括生理性或病理性的。前者主要是先天性畸形,如巨结肠常伴有顽固性便秘、肠道菌群失调,如果仅仅调整微生态菌群,即使暂时缓解便秘,调整措施一停止,便秘症状又会出现。只有手术切除巨结肠,才能恢复正常菌群,消除便秘症状。

病理性异常解剖结构,如胃切除、肠切除、结肠旷置术、端端吻合、端侧吻合及阑尾炎手术都可以造成肠道解剖结构异常,导致菌群失调、恶性贫血、维生素缺乏、吸收不良综合征等疾病。而菌群失调又可作为二次性的原因引起恶性贫血等疾病。这是一种恶性循环,必须一方面调整菌群失调,另一方面实行手术,修复或解除畸形结构,彻底或部分改善微生态失调状态。

二、增强宿主免疫力

宿主的免疫作用是保持宿主与正常菌群平衡的重要因素。正常情况下,宿主的免疫状态与体内微生态保持平衡,正常菌群特别是兼性需氧的G球菌和G杆菌不断释放出内毒素,并刺激免疫系统产生抗毒素;某些细菌及其细胞壁亦能刺激宿主免疫系统,产生促分裂因子,激活免疫细胞。正常情况下,菌群产生的毒素部分在肝脏被降解,大部分在循环系统内被抗毒素中和。因此,宿主与正常微生物菌群之间得以保持平衡。但是,若菌群失调,内毒素产生和积累过多,则对宿主产生不利影响。可见,增强宿主免疫力,可减少内源性感染的发生。

宿主的营养状态也是保持宿主与正常菌群平衡的重要因素,营养失调、营养不良或营养变化都会影响正常微生物菌群,导致菌群失调。应改善营养,提高人体天然免疫力。

三、合理使用抗菌药物

感染本来已经是微生态失调的结果,使用抗菌药物抑制过度增殖的“原因菌”是必要的。但是,如果抗感染的药物使用不当,往往进一步加剧微生态失调,抑制原籍菌,削弱定植抗力,使耐药的外籍菌或来自周围环境的细菌定居和繁殖,导致更为严重的感染。因此,在选用抗菌药物时,应本着“扶正祛邪”原则,充分考虑到微生态系统的结构和功能,以微生态平衡的观点,进行有目的地、合理地和科学地应用,尽量保护人体正常微生物群,把药物的抗菌作用(“杀菌”)与微生态系统固有的自净作用(“促菌”)统一起来。

在大量使用抗菌药物的同时,应进行菌群检测,注意细菌耐药情况的改变,避免耐药菌大量繁殖,这是防止肠道菌群交替症发生的关键环节,也是防止肠源性感染的重要措施。

从微生态学出发,合理使用抗菌药物包括以下几个方面:

选择合适的剂量和疗程  一些医生常采用大剂量、足疗量,其理论根据是治疗彻底,避免反复。其实这是很难办得到的!因为现在绝大多数感染是内源性的条件致病菌感染,人体内有几个大的贮菌库,如呼吸道、消化道、泌尿生殖道、皮肤,如果其微生物群落失去控制,就会源源不断地向感染或菌群失调的领域供应条件致病菌。因此,即使将某一生境内的微生物全部杀死,也会马上被别的菌定植。

在微生态平衡时,储菌库中的种群规模是一定的,受严密的生态因素控制,不仅库内菌不外流,而且库外菌也很难入侵和定植。如果为了抗感染,抗菌药物用量过大,疗程过长,很可能破坏生态平衡,助长感染的发生与蔓延。在医院,抗菌药物的应用有利于医院内流行的耐药菌株顺利地在病人体内定植,大量繁殖后取代敏感菌株,引起医院感染。因此,在使用抗菌药物的同时,更重要的是提高宿主的抵抗力,保护微生态平衡,防止条件致病菌由贮菌库向外流窜,造成二重感染。

尽量使用窄谱抗菌药物  应用抗菌药物前,除危重病人外,原则上应先作病原菌诊断和细菌药物敏感试验,然后选择敏感药物治疗。不根据药敏试验,盲目使用广谱抗菌药物或多种抗菌药物联用,非彻底消灭所有病原菌不可,将会引起耐药菌株不断增加,可能导致难治的白假丝酵母菌、葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌和某些厌氧菌的全身感染。因此,应尽量使用窄谱抗菌药物,有的放矢,以免伤害正常菌群,诱发微生态失调。

避免联合使用多种抗菌药物  联合使用多种抗菌药物,尤其联合使用对厌氧菌敏感的抗菌药物时,对正常菌群的破坏是极其明显的,绝大多数终将出现严重的菌群失调。联合用药适应证为混合感染;病原菌未明的严重感染;单一抗菌药物难以控制的感染;需要长期用药,病菌较易产生耐药者;深部感染或抗菌药物不易渗透部位的感染,而对普通病人应尽量避免联合用药。

减少口服广谱抗菌药物  对全身感染或肠道以外的局部感染,尽量非经口用药。长时间大量使用广谱和对厌氧菌有抑制作用的抗菌药物时,要尽量采用肌注或静脉滴注,可减轻对肠道正常菌群的伤害。

四、应用微生态疗法

控制条件致病菌和致病菌的感染应有所区别,致病微生物一般只是一个原因,只要去掉致病微生物,即抗菌治疗,就可达到临床治愈的目的,而正常菌群却不能去掉,只能应用微生态疗法进行调整,使其恢复生态平衡,这样才能使疾病治愈。

微生态疗法是指促进正常微生物群与宿主及环境构成的微生态系由病理性组合转变成www.med126.com/shiti/生理性组合的医疗措施,目前主要包括二大措施:①应用抗菌药物的生态疗法,即用窄谱抗生素有选择性地抑制潜在的致病菌,防止内源性感染,如大手术、器官移植前的预防用药,白血病人的预防感染等均取得了良好效果;②应用微生态调节剂(microecologial modulator)的生态疗法。微生态调节剂,又称微生态制剂,包括益生菌(probiotic)及其代谢产物和生长促进因子。

益生菌又称活菌制剂,是从宿主体内分离出的正常菌群,经过实验室的鉴定、驯化和繁殖,可发展为工业化生产。益生菌应具备以下特点:①是人体占优势的正常菌群,是无害的;②在制作、使用和保存过程中能保持活性和稳定性;③能在胃肠道中存活,在与抗生素联用,或接触胃液、胰液和胆汁时,益生菌仍能生存;④其固有耐药性不会被转移到宿主的正常菌群或病原菌上,并且不会从其他细菌中获得耐药性。

目前用于制作微生态制剂的益生菌主要有双歧杆菌、乳杆菌、肠球菌、地衣芽胞杆菌、酸菌等,为了发挥多种细菌的协同作用,常将2~3种细菌混合制成一种制剂,也有单一细菌的制剂。

与抗生素相比,益生菌能通过生物拮抗、营养争夺、占位性保护等多种机制,抑制各种致病菌的过度繁殖,调整宿主防御机制以破坏入侵的病原体,病原菌通过基因突变产生耐性的危险性明显减少,费用低,没有副作用。与疫苗相比,微生态制剂作用更为直接、迅速,而疫苗需要花费好几个星期的时间才能刺激抗体产生。因此,微生态疗法有可能为感染性疾病的治疗提供新途径,解决目前医学界关注的抗生素后遗症的问题,推动医学由生物医学(杀菌时代)向生态医学(促菌时代)转变。

目前,微生态疗法适用证主要有:①抗生素、激素或免疫抑制剂治疗所引起的二重感染或医院感染;②婴幼儿消化不良、肠功能紊乱;③急性肠炎、难治性腹泻和便秘;④非特异性阴道炎等。主要措施有:

多抑少补  适于因肠道菌群比例失调所造成的迁延性、慢性腹泻病人的治疗。根据对粪便菌群的定性和定量分析,确定肠道菌群失调类型,对缺失或减少的种群予以补充,对超过正常值或过盛的种群,根据细菌药敏试验结果,用窄谱抗生素予以控制。补充缺失或缺少的细菌种群有两种方法,一种是用由健康人大便分离出来的菌群悬液作保留灌肠,另一种是通过营养调整方法,促进其生长,如对于双歧杆菌减少的患者可以通过给予“双歧因子”,如萝卜素、乳糖等双歧杆菌营养物质,促进双歧杆菌的生长。

边抗边调  临床上长时间大量应用抗生菌药物时,为了防治微生态失调,最好同时应用微生态调节剂,可达到边抗边调的目的。但是,在边抗边调中应用活的益生菌尚存在一定困难。研究发现,有的中药具有扶植正常菌群生长,调整菌群失调的功效,使边抗边调成为现实,从而增强应用抗生素的安全感。

不抗只调  非特异性阴道炎是妇产科的常见病、多发病,大多数认为是由于阴道内优势菌群—嗜酸乳杆菌减少所致的菌群失调症。目前临床上主要应用抗菌药物进行治疗,但疗效不理想,复发率高,而且由于抗菌药物破坏了阴道微生态平衡,可引起二重感染。近年研究发现,应用乳杆菌制剂治疗后,阴道乳杆菌数量明显增加,阴道pH值恢复正常,条件致病明显减少,阴道微生态平衡得以重建,已取得理想的治疗效果。

急性腹泻是儿科常见病、复发病,其中仅有30%由侵袭性细菌感染所致,用抗生素治疗有效。70%为病毒和非感染性因素引起,用抗生素治疗有害无益,可能造成菌群失调,甚至使病情迁延。近年大量临床治疗观察证明,用微生态制剂治疗小儿非细菌性急性腹泻疗效肯定。活菌制剂对难治性腹泻亦有效。

清扫扶正  对菌群紊乱严重或久治不愈,菌群调整措施已不能奏效的病例,可采取清扫扶正的措施,即用肠道不吸收的广谱抗生素如卡那霉素口服,将大部分肠内菌清扫一下,然后用健康人大便悬液灌肠,使其建立一个新的生物社会。经过检查,如新定植的生物社会有缺陷,可再行调整,这对顽固性慢性肠炎病例,可取得满意的疗效。

  

 (陈村龙  潘令嘉  第一军医大学)    

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